Demonstratoren
Ein wichtiges Bindeglied zwischen der Forschung und der erfolgreichen Implementierung neuer Technologien in den Markt ist die Erprobung und Umsetzung ausgearbeiteter Lösungen unter anwendungsnahen Bedingungen. Hierzu werden sowohl Schiffe, als auch reale und digitale Testfelder als Plattformen zum Testen und Demonstrieren neuer, zukunftsorientierter Technologien benötigt. Sie ermöglichen eine schnellere und effizientere Entwicklung, erleichtern die Abstimmung zwischen verschiedenen Akteuren und steigern die Akzeptanz neuer Technologien.
Die nachfolgende Übersicht umfasst die wichtigsten aktuellen Demonstratoren und Testfelder für die Binnenschifffahrt in Deutschland. Sie erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, wird jedoch in unregelmäßigen Abständen aktualisiert.
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WAVELAB
Part of CAPTN
Forschungsschiff „MS Wavelab“ zur Erprobung der vollautomatisierten bzw. autonomen Schifffahrt im Personenverkehr auf der Kieler Förde im Rahmen des Verbundvorhabens „CAPTN Förde Areal I und II“.
Laufzeit 03/2021–12/2024 Koordination Forschungs- und Entwicklungs-Zentrum Fachhochschule Kiel GmbH Themenfelder Automatisierung, Antriebssysteme & Kraftstoffe Partner Christian-Albrechts-Universität zu Kiel; Anschütz GmbH; ADDIX GmbH; Wissenschaftszentrum Kiel GmbH Demonstratortyp Projektbezogener Demonstrator Nutzungskonzept Reiner Forschungsbetrieb (keine gewerbliche Nutzung) Förderprogramm BMV / Förderrichtlinie digitale Testfelder an Bundeswasserstraßen (DTW I [Bau]) und DTW II [Erprobung im Testfeld]) Förderkennzeichen 45DTWV007 Status in Betrieb In Kooperation mit regionalen Unternehmen und den Kieler Hochschulen wurde der Versuchsträger „MS Wavelab“ im Rahmen des Projekts „CAPTN Förde Areal I“ entwickelt und gebaut. Das Forschungsschiff bietet die Möglichkeit, die autonome Navigation und moderne Antriebssysteme zu erproben. Angetrieben wird die MS Wavelab mit einem rein elektrischen Antrieb, der seine Energie aus Akkus bezieht. Erprobt wird die autonome Schifffahrt im Rahmen von „CAPTN Förde Areal II“ auf dem gleichnamigen Testfeld.
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ELEKTRA II
Mit Brennstoffzellen und Akkumulatoren hybridbetriebenes Schubschiff
Realisierung eines emissionsfreien hybrid-elektrisch angetriebenen Versuchsträgers für den Einsatz in der Region Berlin-Brandenburg sowie zwischen Berlin und Hamburg.
Laufzeit 07/2019–12/2024 Koordination TU Berlin Themenfelder Antriebssysteme & Kraftstoffe Partner Technische Universität Berlin, Fachgebiet Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme (Projektleitung); Schiffswerft Hermann Barthel (Bau); BALLARD Power Systems (Brennstoffzellen); Argo-Anleg (Wasserstoffsystem); SER Schiffselektronik Rostock (elektr. Energiesystem); EST-Floattech (Akkusystem); HGK Shipping (nautischer Betrieb) Demonstratortyp Projektbezogener Demonstrator Nutzungskonzept Kombinierte gewerbliche Nutzung und Forschungsbetrieb Förderprogramm BMV: Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) Phase II Förderkennzeichen 03B10607 Status in Betrieb Realisierung eines Versuchsträgers mit einem hybriden Energie- und Antriebskonzept bestehend aus wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen und Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
Projektschwerpunkte:Analyse und Optimierung des Zusammenwirkens und des Langzeitverhaltens der Komponenten.
Bewertung und Verbesserung des Handlings im Schiffsbetrieb sowie der Bunkervorgänge für Strom und Wasserstoff.
Analyse weiterer Binnenschiffstypen und Schiffstypen der küstennahen Schifffahrt mit ähnlichen Fahrprofilen in Bezug auf auf ihre Eignung hinsichtlich der Installation eines innovativen Energie- und Antriebskonzeptes zwecks Erschließung weiterer Anwendungsbereiche.
Durchführung von Simulationen und einer Skalierungsstudie für die identifizierten Schiffstypen und Abschätzung des Marktpotentials für entsprechende Energie- und Antriebssysteme.
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Digital SOW
Digitales Testfeld Spree-Oder-Wasserstraße
Errichtung und Betrieb eines digitalen Testfeldes zur Untersuchung, Entwicklung und Erprobung von Konzepten, Algorithmen und Technologien für das automatisierte und vernetzte Fahren auf der Spree-Oder-Wasserstraße (SOW) mit dem Fokus auf die Ver- und Entsorgung der Metropolregion Berlin über die Wasserstraße.
Laufzeit 06/2021–06/2024 Koordination Alberding GmbH Themenfelder Automatisierung, Antriebssysteme & Kraftstoffe, Transportlogistik & Umschlagskonzepte Partner Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Kommunikation und Navigation; Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH; Technische Universität Berlin, Fachgebiet Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme; Universität Rostock, Institut für Automatisierungstechnik; Verein für europäische Binnenschifffahrt und Wasserstraßen e.V Demonstratortyp Reales & digitales Testfeld, projektbezogen Nutzungskonzept Kombinierte öffentliche und gewerbliche Nutzung und Forschungsbetrieb Förderprogramm BMV / Förderrichtlinie digitale Testfelder an Bundeswasserstraßen (DTW I) Förderkennzeichen 45DTWV002 Status in Betrieb Untersuchung und praktische Erprobung der Möglichkeiten der Ver- und Entsorgung von Metropolregionen über die Wasserstraße am Beispiel von Berlin. Betrachtung neuer Transport- und Logistikkonzepte, hoch automatisiert fahrender Transportträger mit ökologischen Antrieben, kleiner Containerboxen und neuer Umschlagformen.
Entwicklung einer neuen Versuchsträgerplattform für die praktische Erprobung des automatisierten und vernetzten Fahrens für Aufgaben der Citylogistik, Ausstattung mit elektrischer Antriebstechnik und moderner Sensorik sowie Aufbau und Betrieb eines digitalen Testfelds an der Spree-Oder-Wasserstraße.
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ELLA
Entwicklungsplattform im Modellmaßstab für Manöver-Automatisierung
ELLA ist ein Kleinfahrzeug im Maßstab 1:6 als Entwicklungsplattform für das automatisierte Manövrieren. Der Versuchsträger dient als Lernumgebung für maschinelles Lernen von Manövern und zur Erprobung verschiedener Propulsionskonfigurationen.
Laufzeit 06/2021–06/2024 Koordination Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V. (DST) Themenfelder Automatisierung, Antriebssysteme & Kraftstoffe Demonstratortyp Projektbezogener Demonstrator Nutzungskonzept Reiner Forschungsbetrieb (keine gewerbliche Nutzung) Förderprogramm BMV / Förderrichtlinie digitale Testfelder an Bundeswasserstraßen (DTW I) Förderkennzeichen 45DTWE002A Status in Betrieb ELLA ist eine Entwicklungsplattform, die gezielt für das automatisierte Manövrieren entwickelt und gebaut wurde. Sie dient als Lernumgebung für eine künstliche Intelligenz, die anhand manuell vorgefahrener Manöver und eigener Fahrversuche im realen Testfeld Schritt für Schritt lernt, die geforderten Manöver zu planen und auszuführen.
Die Projektergebnisse lassen sich unter Berücksichtigung der Ähnlichkeitsgesetze auf reale Binnenschiffe übertragen: Durch die maßstabsgerechte Abbildung der Rumpfform sowie der Antriebs- und Manövrierorgane wird das Fahrverhalten eines typischen Gütermotorschiffes realitätsgetreu abgebildet.
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SPS
Smart Port Shuttle Hildesheim
Aufbau eines Testfelds am Stichkanal Hildesheim für die Erprobung von Komponenten für einen (teil-)autonomen Shuttle-Betrieb auf dem Stichkanal Hildesheim.
Laufzeit 06/2021–06/2023 Koordination BANLabs GmbH Themenfelder Automatisierung, Antriebssysteme & Kraftstoffe, Transportlogistik & Umschlagskonzepte Partner Deutsche Binnenreederei AG; Fraunhofer IIS; Hafenbetriebsgesellschaft mbH Hildesheim; Maritime A-Services GmbH Demonstratortyp Reales Testfeld, offen (auch für Externe zugänglich) Nutzungskonzept Reiner Forschungsbetrieb (keine gewerbliche Nutzung) Förderprogramm BMV / Förderrichtlinie digitale Testfelder an Bundeswasserstraßen (DTW I) Förderkennzeichen 45DTWV009C Um die Standortbedingungen für den Hafen Hildesheim nachhaltig zu verbessern, wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens Smart Port Shuttle ein automatisierter Shuttledienst mit Schubleichtern eingerichtet. Das Projekt bestand aus drei Forschungsfeldern:
Automatisierung der Binnenschiffstransporte,
Angepasstes Schiffskonzept mit Elektroantrieb und
Logistikkonzept für den Shuttlebetrieb auf Stichkanälen.
Um die Fahrten der Schubleichter teilweise und später voll zu automatisieren, wurden Messfahrten mit verschiedenen Sensoren und satellitenbasierten Empfängertechnologien zur Positionsbestimmung durchgeführt. Die Technologien zur Positionsbestimmung wurden vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS bereitgestellt und an Bord eines Schiffs der Deutschen Binnenreederei erprobt. Die Erkenntnisse mündeten in ein neues Schiffskonzept mit Elektroantrieb, das zusammen mit dem Schiffskonstrukteur Maritime A-Services entwickelt wurde, um energieeffiziente und lokal emissionsfreie Transporte zu ermöglichen. Ein angepasstes Logistikkonzept sorgt für die reibungslose Abwicklung der Transporte und bildet die Grundlage für die Automatisierung des Shuttlebetriebs auf dem Stichkanal Hildesheim.
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AKOON
Automatisierte und koordinierte Navigation von Binnenfähren
Entwicklung eines Systems für den vollautomatisierten bzw. teilautonomen Fährbetrieb einer Binnenfähre. Dies umfasste neben der sicheren und energieeffizienten Überfahrt auch das An- und Ablegen an den Fähranlegern.
Laufzeit 07/2019–12/2022 Koordination J.M. Voith SE & Co. KG | VTA Themenfelder Automatisierung, Antriebssysteme & Kraftstoffe Partner Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Institut für Regelungstechnik (IRT); Rheinfähre Maul GmbH; Argonav GmbH Demonstratortyp Projektbezogener Demonstrator Nutzungskonzept Kombinierte gewerbliche Nutzung und Forschungsbetrieb Förderprogramm BMWE / Maritimes Forschungsprogramm Förderkennzeichen 03SX479A Status in Betrieb Im Rahmen des Vorhabens AKOON wurde die Fähre "Horst" des Unternehmens Rheinfähre Maul GmbH für den voll-automatisierten bzw. teil-autonomen Fährbetrieb um- bzw. ausgerüstet.
Aufgrund einer engen Passage, Sandbänke, starker Strömung und eines hohen Verkehrsaufkommens auf dem Rhein gilt das Fährgebiet als besonders anspruchsvoll, insbesondere bei niedrigen Pegelständen oder Nebel. Der automatisierte Betrieb entlastet das Fährpersonal v.a. in kritischen Situationen und ermöglicht eine sichere Überfahrt. Durch eine intelligente Streckenführung und optimierte Ansteuerung der vier Voith-Schneider-Propeller wurden der Treibstoffverbrauch reduziert und die Sicherheit erhöht. Dabei benötigt die Streckenplanung umfassende Informationen über die Verkehrssituation auf dem Rhein, die durch Kombination verschiedener Nah- und Fernbereichssensoren zuverlässig bereitgestellt und prädiziert wird.
Innerhalb des Vorhabens wurde zudem das gesamte Fährgebiet in einen Simulator implementiert und ein digitaler Zwilling der Fähre "Horst" geschaffen, an dem das AKOON-System entwickelt und intensiv erprobt wurde, bevor erste Versuche auf dem realen Schiff stattfanden.
