Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Fra kaia til ferga skal den trådløse ladingen virke på en halv meters avstand. (Illustrasjonsfoto) (Bilde: Kristin S. Grønli)

WIRELESS HIGH POWER BATTERY CHARGING FOR SHIPS

Vestlands-ferge kan bli verdens første som kan lade uten ledning

Induktiv lading med effekt på 1 megawatt.

  • Forskning

Fakta om prosjektet

Om alt går etter planen, kan det skje en eller annen gang i 2016.

Den trådløse, induktive overføringen av energi skal ha en effekt på 1 megawatt, altså i størrelsesorden 300 ganger effekten til dagens vanligste ladere for elbiler.

– Stort potensial

Den trådløse ladingen virker ved at et magnetisk felt går mellom to spoler, der den ene sender fra seg effekt som blir tatt imot av den andre.

Prinsippet er det samme som for moderne induksjonsplater, bare i større skala. Forskjellen er at effekten blir tatt imot med en spole, mens induksjonsovnen lar strømmen lage varme direkte i bunnen på kasserollen.

Teknologien er under utvikling i et forskningsprosjekt som ledes av Ingve Sørfonn. Han er teknisk direktør i Wärtsilä Norway, som blant annet leverer energiløsninger til maritim sektor.

– Batteridrift og hybridløsninger har et stort potensial for stort sett alle skip som går i kysttrafikk med variabel operasjon. Ferger er kanskje det mest logiske stedet å begynne, sier Sørfonn.

Les også: Denne fergen skal gå på vindkraft

Høy effekt og bevegelse

Så langt er det ingen andre som har laget et system for trådløs lading med så høy effekt. Dessuten er det helt spesielle utfordringer knyttet til at fartøyene beveger litt på seg hele tiden.

Fra prosjektet «Wireless high power battery charging for ships» har det allerede kommet en liten prototyp, bygd ved Sintef Energi. Her har Jon Are Wold Suul ledet Sintefs del av prosjektet.

– Guiseppe Guidi, som er en av våre forskere, har utviklet en metode for å regulere systemet når skipet beveger seg under lading. Ved å tilpasse designet til en litt spesiell måte å regulere effektoverføringen på, er det også mulig å redusere størrelsen på kraftelektronikk-omformerne i systemet, forklarer Suul.

– Det er snakk om en ny måte å designe systemer for trådløs overføring av strøm med store variasjoner i avstand og posisjon. Vi har testet en liten prototyp i laboratoriet. Den virker akkurat som forventet, og patentsøknad er sendt, sier Suul.

– Prosjektet er banebrytende, sier Sørfonn.

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

Ingve Sørfonn er teknisk direktør i Wärtsilä Norway. Kjell Røang

Bygger stor prototyp

En prototyp i full størrelse er under utvikling. Neste skritt er å teste denne med full effekt, i Wärtsiläs testsenter på Stord, som en videreføring av forskningsprosjektet og med Transnova som finansieringspartner.

Wärtsilä produserer allerede løsninger for kraftomforming til skip, og har ferdige kraftelektronikkmoduler som kan benyttes som del av prototypen.

– Prototypen skal bli klar i løpet av året, og kan implementeres som pilot en eller annen gang i 2016, sier Sørfonn.

– Om det virker på laboratoriet er det først og fremst et praktisk problem å tilpasse det til ei ferge, sier Suul.

Et trådløst ladepunkt av denne typen kan også brukes som helt vanlig landstrøm for skipene, når deres egne hjelpemotorer er slått av.

Les også: Kan kutte ut to av tre motorer med nytt system

Fra tannbørste til trikk

Suul forteller at trådløs overføring er et aktivt forskningsfelt for øyeblikket, og at det har skjedd mye de siste 2-3 årene når det gjelder slik overføring av strøm til større systemer.

Det startet riktignok lenger tilbake, med elektriske tannbørster og håndholdt elektronisk utstyr som mobiltelefoner, men de siste årene har det vært mer oppmerksomhet rettet mot systemer som elektriske biler, busser og trikker.

– Det meste som er gjort av offentlig tilgjengelig forskning har vært retta mot bilindustri og kollektivtransport, sier Suul.

For elektriske biler har det blitt utviklet prototyper med en effekt på mellom 3-6 kilowatt. I Tyskland testes også systemer for busser og trikker med en overføringseffekt på 50-200 kilowatt av selskapet Bombardier Transportation, i underavdelingen PRIMOVE.

– Nesten alle de store bilprodusentene jobber med systemer for trådløs lading, og i Sverige har det allerede blitt gjennomført demonstrasjonsforsøk støttet av det svenske energiselskapet Vattenfall planlegger, sier Suul.

Det foregår også et forskningsprosjekt i Korea hvor det planlegges trådløs lading på 1 megawatt for tog og trikk, men det er usikkert når dette blir testet med full ytelse.

– Vi har ikke offentliggjort noe om vårt prosjekt før nå, så det kan selvfølgelig hende at det finnes andre industrielle interesser der ute som utvikler noe vi ikke vet om. Tatt i betraktning anvendelsen mot skip, tror jeg uansett at vi har et ganske unikt prosjekt, sier Suul.

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

– Store muligheterJon Are Wold Suul er forsker ved Sintef Energi. Sintef Energi

– Store muligheter

Han forteller at teknologien er såpass klar at en del av forskningen på feltet har gått over til å se på brukermønstre og hva som egentlig vil være fordelene, for eksempel for en privatbileier eller i kollektivtransport.

– Teknologien har store muligheter. For kollektivtransport som går langs faste ruter med lang brukstid, og er i drift hele tida, er det om å gjøre å kunne lade batteriet litt fortløpende på holdeplasser. Det er også mulig å integrere induktiv lading i veibanen, slik at biler kan lade batteriene mens de kjører, eller for eksempel ved lyskryss. Det har stor betydning for hva slags batterikapasitet som trengs, sier Suul.

Ulike aktører jobber med forskjellige måter å håndtere avstand på. Mens noen designer bedre systemer der avstanden kan økes uten at det går mye ut over virkningsgraden, jobber andre med konsepter hvor de prøver å minimere avstanden.

Volkswagen jobber for eksempel med et system de kaller «powerlift», hvor ladeelementet løftes opp mot bilen fra bakken, etter at den er parkert.

– Utviklingen går raskt, men i flere retninger samtidig.

Les også: Denne fergen har verken drivstofftanker eller påkjøringsrampe

Halvmeter

Systemet som utvikles av Wärtsilä og partnerne, kan håndtere en avstand på rundt en halv meter uten for mye tap.

– Det er en god del lenger en det vi kjenner til at andre jobber med for høye effekter. Vanligvis jobber man med opptil 20 centimeter for tog og busser.

– Virkningsgraden for vårt system er samtidig ganske bra – i alle fall omkring 95 prosent, sier Suul.

Forskerne har ellers blitt litt overrasket over at de ikke finner noe særlig med teoretiske eller fysiske begrensninger på å lage et slikt system.

– Begrensingene er praktiske med tanke på tilgjengelige komponenter. Overslag fra våre forskere viser at det ikke er noe problem å gå opp mot 10 megawatt om nødvendig, sier Suul.

Størrelsen på systemet som Wärtsilä nå utvikler, vil være på rundt to kvadratmeter.

Sørfonn opplyser at magnetfelt fra ladestasjonen ikke kommer til å utgjøre noen risiko for folk, fordi konstruksjonen skjermer systemet.

– Det blir tryggere enn en mobiltelefon, sier han.

– Passasjerer om bord vil være helt skjermet fra magnetfeltet, sier Suul.

Les også:

Oslo Havn gjorde klar høyspentkabler for skip i 2012. I dag ligger de ubrukt

Cruiseskip? Nei, det er PGS' nye seismikkskip

Karbonbåter kutter 40 prosent av utslippene