HARPOONERS

Die Dekarbonisierung der Schifffahrt ist eine der zentralen Herausforderungen für eine nachhaltige Mobilität in Europa. Insbesondere die Elektrifizierung von Schiffen erfordert innovative Lösungen, um emissionsfreie Antriebe wirtschaftlich, sicher und effizient zu gestalten. Das europäische Forschungsprojekt HARPOONERS (High voltAge, modulaR and low weight electric POwertrains fOr NExt generation waterborne tRanSport) setzt genau hier an und entwickelt eine neue Generation von Hochspannungs-Batteriespeichersystemen für maritime und Binnenwasserstraßenfahrzeuge.

Projektziele und Innovationen

HARPOONERS verfolgt das Ziel, ein modulares und flexibles Wechselstrom-Batteriesystem zu entwickeln, das Batterieeinheiten direkt mit der Leistungselektronik und den Bordnetzen (Hoch- und Mittelspannung) integriert. Diese Architektur eliminiert die Notwendigkeit eines Transformators und ermöglicht eine gemeinsame Kühlung von Batteriemodulen und Leistungselektronik. Dadurch wird das Gesamtsystem leichter und kompakter, was die Energiedichte erhöht.

Ein weiteres zentrales Merkmal ist die Flexibilität in der Wahl der Batteriezellen: Das System kann sowohl mit bereits vorhandenen als auch mit neu entwickelten Zelltechnologien betrieben werden, unabhängig von deren chemischer Zusammensetzung. HARPOONERS konzentriert sich auf praxisnahe Anwendungen mit Speicherleistungen zwischen 5 und 10 MWh in voll-elektrischen oder hybriden Antriebssystemen. Diese werden umfassend simuliert und optimiert, um maximale Effizienz und Sicherheit zu gewährleisten.

Darüber hinaus integriert das Projekt ein Echtzeit-Monitoring mittels eines verteilten Batteriemanagementsystems (BMS) auf Batterieebene sowie eines Energiemanagementsystems (EMS) auf Systemebene. Ein Digitaler Zwilling verknüpft diese Kontrollsysteme mit Edge-Cloud-Schnittstellen zur prädiktiven Analyse. Dabei werden auch neuartige Cybersicherheitsalgorithmen entwickelt, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Die Systemarchitektur soll im Projektverlauf bis auf TRL 5 demonstriert werden.

AIT-Beitrag zu HARPOONERS

Das AIT Austrian Institute of Technology ist ein zentraler Partner im HARPOONERS-Konsortium, das 13 Partner aus vier EU-Ländern (Spanien, Belgien, Österreich, Italien) und drei assoziierten Ländern (Norwegen, Großbritannien, Türkei) umfasst. Im Rahmen des Projekts übernimmt das AIT folgende Aufgaben:

• Führung bei der Auswahl geeigneter Zellchemien und Entwicklung optimierter Zellkombinationen für die Konfigurationen der Batteriespeichersysteme.
• Entwicklung eines Multiphysik-Simulationsframeworks zur elektrochemischen und thermischen Analyse von Batterien, inklusive sicherheitskritischer Aspekte.
• Beitrag zur digitalen Zwillingstechnologie durch Implementierung der entwickelten Modelle in Optimierungswerkzeuge und Definition neuer Algorithmen für das Batteriemanagement.
• Unterstützung des Sicherheitslebenszyklus, inklusive Beiträgen zur Zertifizierung, Lebenszyklusbewertung und TRL-Validierungstests.

Dragan Simic, HARPOONERS-Projektmanager am AIT, unterstreicht die Bedeutung des Projekts: „Die Dekarbonisierung des europäischen Seeverkehrs erfordert Innovationen, die Kosteneffizienz, regulatorische Anforderungen, die Schnittstelle zu wachsenden Landstromnetzen und Skaleneffekte der Elektrifizierung in Einklang bringen. Die größte Herausforderung liegt in der Kompaktheit der Batteriesysteme bei gleichzeitiger Sicherstellung von Zuverlässigkeit und Sicherheit, insbesondere bei Nachrüstungen.“ Dank der umfassenden Expertise des AIT in Multiphysik-Systemmodellierung und fortschrittlichen Batteriesystemen ist HARPOONERS optimal aufgestellt, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Simic betont weiter: „Dieser Markt ist vielversprechend, aber noch wenig erschlossen – Forschungsprojekte wie HARPOONERS können hier langfristige, signifikante Impulse setzen.“