Geschwindigkeit

Um zu ermitteln, welche Geschwindigkeiten das Schiff mit dem oben dargestellten Energieangebot erreichen kann, ist zunächst einmal die Rumpfgeschwindigkeit zu berücksichtigen. Das ist eine im Wesentlichen durch die Rumpflänge bestimmte Grenze, jenseits derer eine weitere Steigerung der Geschwindigkeit nur noch mit deutlich höherem Kraftstoffaufwand zu erzielen ist; die Überschreitung dieser Grenze ist praktisch nur möglich, wenn das Schiff sich aus dem Wasser erhebt, also ins Gleiten gerät. Das ist bei dem Öko-Trimaran zunächst nicht vorgesehen, er ist also als sog. "Verdrängerschiff" konzipiert. Wenn er für energiereiche Operationsgebiete gebaut werden sollte, wäre auch eine Ausführung als Gleiter denkbar.

Für den Öko-Trimaran (Konstruktionswasserlinie 12,6 m pro Schwimmer) berechnet sich die Rumpfgeschwindigkeit mit 8,5 kn, das sind rund 16 km/h. Für die Praxis nehmen wir die Höchstgeschwindigkeit mit 8 kn (15 km/h) an, die Reisegeschwindigkeit mit 6,3 kn (12 km/h).

Um den dafür nötigen Kraftstoffaufwand zu ermitteln, muss der Strömungswiderstand des Schiffes im Wasser bekannt sein (streng genommen auch der Luftwiderstand, den wir aber wegen der relativ geringen Geschwindigkeiten vorerst vernachlässigen).
Die folgenden Berechnungen stehen unter den folgenden Vorbehalten:

1. Fachleute des Schiffbaus weisen immer wieder darauf hin, dass (auch professionell ausgeführte) Widerstandsberechnungen nur 
ungefähre Werte liefern - insbesondere dann, wenn es sich (wie beim Öko-Trimaran) um ungewöhnliche Rumpfformen handelt.

2. Mehrere Rümpfe eines Schiffes oder eigenständige Bauteile unter Wasser (z.B. Ruder, Pods) können sich wechselweise hinsichtlich des Widerstands beeinflussen. Dieser sog. "Interferenzwiderstand" kann positiv oder negativ sein, d.h. der Gesamtwiderstand kann kleiner oder größer sein als die Summe der Widerstände der einzelnen Bauteile. Eine Bestimmung ist in einer Schiffbau-Versuchsanstalt geplant (siehe Seite "Alternativen" und "Aktuelles").

Ohne Berücksichtigung des Interferenzwiderstandes haben sich die folgenden Widerstandswerte ergeben (Stand: Januar 2011):

Widersdtand

3. Aber selbst dann, wenn wir mit den bisherigen  Berechnungen  um 100% daneben liegen sollten, sieht das Energieangebot immer noch ganz günstig aus - insbesondere dann, wenn wir die während der Liegezeiten gesammelte Energie mit ins Kalkül ziehen. Um die erzielbaren Geschwindigkeiten zu ermitteln, müssen wir die Leistungsabgabe der Motoren (siehe Seite "Motorleistung") noch mit dem Wirkungsgrad des Propellers multiplizieren, den wir mit
0,8 ansetzen. Damit ergeben sich dann die folgenden Werte:
Propeller-Leistung

Multipliziert man den Gesamtwiderstand in kN (kilo-Newton) für eine bestimmte Geschwindigkeit des Schiffes mit eben dieser Geschwindigkeit in m/s (Meter pro Sekunde), ergibt sich die Leistung in kW, welche von den Motoren über die Propeller an

 Geschwindigkeit

das Wasser abgegeben werden muss, um den genannten Widerstand zu überwinden. Dies ist in der Grafik oben dargestellt.
Gehen wir mit den Werten der Tabelle in die Grafik, ergibt sich folgendes:

Im südlichen Szenario erreicht das Schiff mit der direkt umgesetzten Energie durchschnittlich etwa 6,5 kn. Unter Zuhilfenahme der gespeicherten Energie erreicht es die Höchstgeschwindigkeit von 8 kn.

Im nördlichen Szenario erreicht das Schiff mit der direkt gewandelten Energie bereits die Höchstgeschgwindigkeit. Die gespeicherte Energie wird eigentlich erst dann benötigt, wenn die Wetter- und Seeverhältnisse wenig Energie liefern (Flaute, bedeckter Himmel, glatte See). Aber
auch dann haben wir eine solide Energiereserve im Speicher.
 

Reichweite und Reisedauer

Wie auf der Seite "Energiespeicher" dargelegt, beträgt die maximale Speicherkapazität 79,63 MWh. Im nördlichen Szenario und im "best case" wird diese Kapazität ausgeschöpft, im südlichen Szenario werden nur 67,25 MWh gesammelt.

Damit legt der Öko-Trimaran während der gesamten Reise eine Strecke von 3024 km zurück. Danach sind die Langzeitspeicher leer.  Soll die Reise dennoch fortgesetzt werden, sind wir auf die Kurzzeitspeicher + der direkt produzierte Nutzenergie angewiesen. Im Standard-Szenario Süd sind das stündlich 17 kW (obige Tabelle), was eine
Geschwindigkeit von 6,5 kn ermöglicht. Damit kann der Öko-Trimaran unbegrenzt weit fahren. Im Standard-Szenario Nord
 erreichen wir zur unbegrenzeten Weiterfahrt mit 74 kW 7,3 kn.

zum Beispiel: Atlantik-Überquerung

Geht es z. B. um eine Atlantik-Überquerung auf nördlicher Route, etwa Glasgow - New York mit 5184 km, bewegen wir uns in einem Gebiet mit noch besseren Wind- und Wellenverhältnissen als in der Nord- und Ostsee, das dem nördlichen Szenario zugrunde liegt. Dem entsprechen eher die "best case"-Werte (grüne Felder in der obigen Tabelle). Das ermöglicht ein dauerndes Fahren mit der Höchstgeschwindigkeit von 8 kn. Bleibt man bei einer täglichen Betriebsdauer der Motoren von 6 Stunden, legen wir am Tag 90 km zurück. Für die Atlantik-Überquerung benötigt man auf dieser Route somit  58 Tage. Fährt man Tag und Nacht mit Reisegeschwindigkeit, würde die Überfahrt  18 Tage dauern.
Auf einer südlichen Route, z.B. Dakar (Senegal) nach Caracas (Venezuela) mit 5383 km dürften mindestens die Leistungsdaten des "südlichen Szenarios" erreicht werden. Wir könnten dann 42 Tage lang unter zusätzlicher Verwendung der gespeicherten Energie mit 8 kn fahren und damit - bei 6-stündiger Betriebsdauer der Motoren - 3640 km schaffen. Dann wären die Langzeitspeicher leer und man könnte nur die direkt umgesetzte Energie plus der während der Nacht gespeicherte Energie (Kurzzeitspeicher) verwenden. Auf der Reststrecke von 1743 km erreichen wir damit eine Geschwindigkeit von 6,5 kn (12 km/h) oder 72 km/Tag, benötigen also nochmals 24 Tage. Die gesamte Reisezeit dauerte also 72 Tage.

Fahren wir auch hier Tag und Nacht,  leert sich der Langzeitspeicher 4-mal so schnell und ist deshalb bereits nach 10,5 Tagen leer (diese Überlegung gilt für die nördliche Route nicht, weil hier ein erhebliches
Überangebot an Energie vorhanden ist). Wir würden also 10,5 Tage lang mit Reisegeschwindigkeit fahren und dabei 3024 km schaffen. Für die Reststrecke von 2359 km steht nur noch die direkt umgesetzte Energie zur Verfügung (9,61 kW laut  obiger Tabelle), mit der das Schiff ca. 6 kn =11,11 km/h erreicht. Das sind bei 24 h/Tag 267 km, womit man auf 9 Tage für die Reststrecke kommt, also auf 19,5 Tage insgesamt.

Dabei ist allerdings die günstige Wirkung des Passatwindes und des Nordäquatorialstroms nicht berücksichtigt, so
dass die Reisezeit tatsächlich wesentlich kürzer sein dürfte. In umgekehrter Richtung dauert die Reise dann natürlich entsprechend länger.


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