Likestrøm: Myklebusthaug Offshores Dina Star har fått ned drivstofforbruket med likestrømsbasert diesel-elektrisk anlegg om bord (Onboard DC Grid). (Foto: ABB)

HYBRIDSKIP

Så mye drivstoff kan skip spare på å sette inn batterier

Oppløftende resultater fra hybridlaboratorium.

Hybridlab i Trondheim

  • Samarbeid mellom Marintek, ABB, NTNU, Sintef og økonomisk støttet av Enova.
  • Består av to generatorsett, en frekvensomformer og to elektromotorer, utstyrt med bremser for å simulere last.
  • I tillegg kommer batteri (40-50 kWh) og kondensatorbank, som begge gir raskt tilgjengelig kraft for kraftsystemet, og vern og effektbrytere for sikkerheten til anlegget.
  • Til testingen er det utvikle et eget kontrollsystem basert på ABBs 800xA-produkter, som inngår i ABBs Power and Energy Management System (PEMS).

TRONDHEIM: Marintek og ABB får oppløftende resultater fra hybridlaboratoriet de bygget opp og åpnet i fellesskap for ett år siden.

– Vi skulle ønske det gikk enda litt fortere, men vi er veldig fornøyd med de resultatene vi har fått, sier forskningssjef for marine og havner i ABB, Børre Gundersen.

Han er utålmodig og ville gjerne ha kommet enda flere skritt framover i utviklingen av hybridteknologien.

Laboratoriet er bygget opp i lokalene til Marintek og med støtte fra Transnova (nå Enova). Sintef og NTNU er også med på samarbeidet.

Kopi av PSV

I laboratoriet er det et oppsett som om det var motorrommet i et typisk forsyningsskip. Det består av to dieselmotorer, to generatorer, elektrotavler og styringssystem og to bremser, som skal spille rollen som propeller.

I tillegg er det et stort skap med kondensatorer og en batteribank i container i kjelleren, hver av dem på 500 kWh.

– Vi simulerer ulike driftsprofiler og kobler inn batterier og kondensatorer på forskjellige måter og ser hvor vi kan hente inn de største besparelsene, sier Gundersen.

Les også: Flere nye fjorder kan få batteriferger

Forskningsingeniør Mikael Ånestad i ABB styrer generatorsett og hybridteknologien fra kontrollrommet med vindu ut mot laboratoriet.
Forskningsingeniør Mikael Ånestad i ABB styrer generatorsett og hybridteknologien fra kontrollrommet med vindu ut mot laboratoriet. Tore Stensvold

Resultater

Tester og analysene viser at en PSV med likestrømsnett (AC Grid) om bord og optimal bruk av batterier, har et sparepotensial på 10–15 prosent drivstoff.

Sjef for marinedivisjonen i ABB, Sindre Sætre, sier seg fornøyd med hybdridlaben og de besparelser de kan dokumentere.

– Testene viser at batteridrift i all hovedsak har gitt de besparelsene vi trodde for de fleste anvendelsene og driftsprofiler, men vi har også sett at det har gitt mindre besparelser for enkelte funksjoner, sier Sætre.

ABB har foreløpig ikke solgt en batterihybridløsning.

– Vi jobber med flere aktuelle prosjekter. Nå er det fokus på besparelser i offshoreindustrien, vi tror det kan slå positivt ut, sier Sætre.

Les også: Kvitbjørn fylte drivstoff bare to ganger fra Kina til Norge

Simulerer driftsformer

I laboratoriets kontrollrom står forskningsingeniør Mikael Ånestad med PC-mus og styrer forsøkene som gjøres på andre siden av vinduet.

Han demonstrerer hva som skjer med et forsyningsskip med diesel-elektrisk framdrift med ABBs Onboard DC Grid, det vil si som har likestrømsnett som varierer frekvens ut av generator og kjører variabelt turtall på motor.

– Bare et Onboard DC Grid i seg selv vil spare mye drivstoff sammenlignet med et fartøy som ikke kan gå med variabelt turtall. Vi har oppnådd besparelser på 27 prosent drivstoff på vår pilotinstallasjon, Myklebusthaug Offshores PSV Dina Star, sier Sætre.

Med batterier kan besparelsene bli enda større.

Les også: Målet: Norge skal være verdensledende på miljøvennlige skip

Likestrøm: Myklebusthaug Offshores Dina Star har fått ned drivstofforbruket med likestrømsbasert diesel-elektrisk anlegg om bord (Onboard DC Grid).
Likestrøm: Myklebusthaug Offshores Dina Star har fått ned drivstofforbruket med likestrømsbasert diesel-elektrisk anlegg om bord (Onboard DC Grid). ABB

 Jobber tungt

– Nå simulerer vi først en PSV som går i kraftige bølger, uten batterier, forteller Ånestad.

Gjennom glassvinduet hører vi motorturtallet går opp og ned. På PC-skjermen ser vi kurver som viser belastning og effektuttak. Ånestad skifter modus, og kobler inn batterier som tar effekttoppene. Motorene går jevnere, men turtallet varierer fortsatt.

– Vi flater ut kurvene og vi sparer drivstoff, sier Ånestad.

Han bytter til den mest optimale kjøringen, der batteribanken kobles inn og ut etter behov. De sørger for at dieselmotoren kan gå på jevnt turtall. Drivstofføkonomisk er dieselmotoren mest effektive på 70–80 prosent last.

Besparelser

Når et offshorefartøy skal ligge på DP (dynamisk posisjonering) trenger den minimalt med kraft, ca. 30 prosent. Da er det innlysende at det er sløsing med energi å la motorene gå på 70–80 prosent last.

– På vei inn og ut til havn ved kailigge og transitt, kan hybridteknologien bidra med mye, sier Sætre,

Ifølge ABB og Marintek vil Norge kunne redusere CO2-utslippene med opp mot 450.000 tonn CO2 i året dersom hele flåten av offshorefartøyer og ankerhåndteringsfartøyer på norsk sokkel hadde kraftsystem med den nyeste hybridteknologien

– Det er det samme man sparer ved å elektrifisere hele Valhallfeltet, eller tilsvarende utslippene til 163.000 gjennomsnittlige norske biler, sier Sætre.

Les også: Kvitbjørn og Kvitnos blir verdens mest miljøvennlige godsskip

Batteribanken til hybridlaboratoriet er på 50 kWh og står i en container i kjelleren på Marintek.
Boring og bølgerBatteribanken til hybridlaboratoriet er på 50 kWh og står i en container i kjelleren på Marintek. Tore Stensvold

Boring og bølger

Forskningsleder Børre Gundersen ser lengre fram enn til kun offshoreskip.

– Med kondensatorbank har du tilgang på veldig store krefter på veldig kort tid. Du kan gå fra 0 til 8 MW på under ett sekund. Ingen dieselmotorer klarer det, sier Gundersen.

Han ser derfor hybridteknologien med batterier og kondensatorer som godt egnet for  blant annet skip som skal løfte tungt i bølger, til hivkompensering, og ikke minst til borerigger.

– Under boring er det store og til dels enorme svingninger i kraftbehov. Det er bare kondensatorer som kan klare å dekke de store, kjappe behovene, sier han.

Brenner for motorer

Marinteks forskningsleder for maritime energisystemer, Anders Valland, tror ikke forbrenningsmotorer vil forsvinne i vår levetid. Han er svært fornøyd med laboratoriet og det tette samarbeidet med næringslivet.

– Det er i dette skjæringsfeltet utviklingen skjer, sier han. Samtidig vil han ikke si at batterier er svaret på alt.

– Det skjer forbedringer på motorer kontinuerlig. De blir mer og mer effektive. I kombinasjon med batterier og annen hybridteknologi har vi stort potensial for energibesparelser, sier Valland.

Han sier at samarbeidet med ABB ikke betyr at Marintek ikke kan forske med andre leverandører av hybridteknologi.

– Vi er vant til å ha mange kunder som konkurrerer. Det kan vi håndtere, sier han.

Norge er ledende på maritime hybridsystemer og batteriteknologi. De to andre leverandørene av hybridsystemer, Siemens og Wärtsilä, har egne laboratorier i henholdsvis Trondheim og på Stord.

 

Les også: Norske batterier kan levere 54 kWh på seks minutter

Førsteamanuensis Eilif Pedersen, NTNU, fakultet for marin teknikk.
«Game changer»Førsteamanuensis Eilif Pedersen, NTNU, fakultet for marin teknikk. Tore Stensvold

«Game changer»

Førsteamanuensis Eilif Pedersen ved fakultet for marin teknikk på NTNU er svært glad for å ha hybridlaboratoriet så nær.

– Det er fantastisk for studentene å kunne se og bruke teknologien i praksis, sier han.

Pedersen ser på batteri som en «game changer». Men kanskje ikke den eneste.

– Batteriteknologi vil få betydning for et vidt spekter av fartøy, ikke bare innen offshore. I framtida vil vi få også andre kombinasjoner av framdrift der vi høster energi fra bølger og vind, sier Pedersen.

Både Valland og Pedersen påpeker at skip ikke må sees på isolert.

– De inngår i større transportsystem. Vi må se på alt fra havner, logistikk, landstrøm, lading og hybride skip og andre framdriftssystemer. Vi må være åpne for alternative løsninger framover også, sier Pedersen.

Pisk og gulrot

Valland er opptatt av at myndighetene bidrar med både lokkemidler og reguleringer. Han sier at når ny nasjonal transportplan utarbeides, må det legges til rette for å bruke motorveien langs kysten. Det var den som i sin tid bygget landet. Nå må den benyttes igjen. Transportveksten kan ikke tas på veiene.

Når nye ferger skal på anbud, må det være klare krav til energieffektivitet og utslipp. Det er med å drive teknologien framover.

– Myndighetene kan bidra til at vi teknologisk holder oss foran. Samtidig ser vi at teknologien utvikler seg fortere enn klassene og myndighetenes regelverk. De må henge med og ikke bli bremseklosser, sier han.

Les også: Batteriekspert om batterier på skip: – En blindvei