Magnetfeld statt Stecker: So sollen Schiffe mitten auf dem Meer laden
Elektroantriebe für Schiffe werden immer leistungsfähiger. Doch es gibt ein Problem beim Laden: Salzwasser korrodiert klassische Stecker. Norwegische Forscher setzen daher auf Induktion.
Service-Schiffe an Offshore-Windparks fahren bislang zum Laden in den Hafen. Eine norwegische Forschungsgruppe will das ändern.
Foto: picture alliance / Ingo Wagner | Ingo Wagner
Deutschlands Offshore-Windparks werden immer größer und liegen weiter entfernt von der Küste. Beim derzeit größten Park He Dreiht, 85 km nordwestlich von Borkum, steht inzwischen rund die Hälfte der 64 Windräder, jedes mit 15 MW Leistung. Elektrische Service-Schiffe, die zur Wartung dieser Anlagen in See stechen, haben ein Ladeproblem. Denn das Aufladen funktioniert bislang nur im Hafen. Hin- und Rückfahrt können den Akku aufbrauchen, sodass kaum Zeit zur Wartung bleibt. Und ein direktes Aufladen am Windrad ist schwierig, da das Salzwasser die Stecker angreift.
Das norwegische Forschungsinstitut SINTEF hat einen Prototypen vorgestellt, mit dem alles anders werden könnte. Die Idee: Statt klassischer Metallkontakte überträgt eine Spule den Strom induktiv; also kontaktlos über ein Magnetfeld. Wie weit ist die Technologie?
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Warum Stecker auf See so anfällig sind
Aufgrund der salzigen Umgebung sind elektrische Verbindungen im maritimen Bereich klassische Schwachstellen. „Mechanischer Verschleiß, Korrosion und aufwendige Wartung erhöhen Risiko und Kosten“, erklärt Håvard Vollset Lien, Director of Research and Innovation beim norwegischen Schiffbauer Vard, der das Projekt Ocean Charger leitet.
Bisherige Lösungsansätze versuchten es mit hochspannungsfähigen Kabelverbindungen, die von einer Winde auf der Windturbine zum Schiff geführt werden. Im Frühjahr 2024 testete das Projektkonsortium die Idee an einer rund zehn Jahre alten Offshore-Windturbine in der Nordsee. Das Kabel kam auf 11 kV und bis zu 6 MW Ladeleistung. Der Test gelang, doch die Verbindung von Schiff und Kabelstecker blieb ein Problem. Wellengang und Drift erschwerten das Andocken.
Wie das induktive System funktioniert
Der Ansatz des SINTEF-Instituts geht daher einen anderen Weg:
- Ein Ladekabel wird von der Windkraftanlage zum Schiff geführt. An dessen Ende sitzt eine Spule, die von einer Kapsel aus salz- und algenresistentem Material geschützt wird.
- Eine zweite Spule mit ähnlicher Schutzkapsel befindet sich am Schiffsrumpf.
- Sind beide Spulen nah genug beieinander, fließt der Strom über ein Magnetfeld. So müssen keine nackten Metallkontakte miteinander in Berührung kommen.
Der größte Vorteil soll das einfachere Andocken sein. „Es wird nicht nötig sein, präzise zu treffen“, erläutert Giuseppe Guidi, Senior Researcher bei SINTEF. „Es ist fast wie ein Becher in einem Becherhalter. Er passt, egal wie man ihn dreht.“ Wind und Wellengang, die das Andocken bei klassischen Steckern erschweren, fallen damit weniger ins Gewicht.
Zwei Aspekte waren nach Guidis Worten zentral für die Entwicklung:
- Das elektromagnetische Design: Wicklung und Materialwahl bestimmen, wie viel Leistung sich auf welcher Fläche übertragen lässt
- Das Regelungssystem: Die Energieverluste müssen minimal ausfallen.
Wie ausgereift ist das System?
Bislang lädt das Magnetfeld nur im Labormaßstab. Der Prototyp leistet 50 kW und lässt sich mit einer Hand heben. Die für den späteren Einsatz vorgesehene Vollversion soll 5 MW übertragen und etwa dreimal größer sowie über fünfzigmal schwerer ausfallen. Eine Live-Erprobung auf See hat das induktive System bislang nicht durchlaufen.
Allerdings erfordert das induktive Laden im Meer eine technisch anspruchsvolle Peripherie auf der Windanlage: Der Wechselstrom muss zunächst gleichgerichtet, dann unter Hochspannung durch ein flexibles Kabel geführt und schließlich in hochfrequenten Strom für die Übertragung gewandelt werden.
An Bord läuft der Prozess umgekehrt ab: Spezialkabel, eine intelligente Regelung und Komponenten für hohe Leistungen unter rauen Bedingungen sind nötig.
Wenn der Wind nicht weht
Geladen wird der Strom direkt aus dem Windpark, ohne Umweg über das Festland. Bei Flaute kommt eine sogenannte Offshore Substation ins Spiel: Ein Sammelpunkt auf See puffert Strom und gibt ihn an die Schiffe weiter. Vollset Lien spricht von einem „elektrischen Hub auf See“.
Der Schiffsbauer Vard würde das Konzept gerne hochskalieren: In der Pressemitteilung spricht er von einer Ladeinfrastruktur entlang der gesamten norwegischen Küste, an der elektrische Service- und Küstenschiffe regelmäßig laden könnten. Eine Industrieallianz aus dem Ocean-Charger-Umfeld hat zudem ein Memorandum an die britischen Behörden geschickt, in dem das Offshore-Laden als technologisch ausgereift und kommerziell einsatzbereit beschrieben wird. Noch warte man aber auf Designstandards und Vereinbarungen über den Energiezugang.
Die Ladestation auf hoher See bleibt also vorerst nur ein Umriss am Horizont, aber sie kommt näher. Für die boomende Offshore-Windbranche und Betreiber von Windparks wie He Dreiht sind das keine schlechten Aussichten.
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