MARITIM

Brenselcelleteknologien er moden for skip

Kanadiske Ballard har jobbet med brenselceller for tungtransport og busser i over 40 år. Nå begynner teknologien å bli moden for skip med kraftbehov i megawattstørrelsen.

– Dette er et EU-finansiert prosjekt. Da plikter vi å dele kunnskap med hele næringen. Og det gjør vi gjerne, sier Kristina Fløche Juelgaard, direktør for forretningsutvikling i Ballard Power Systems Europe.
– Dette er et EU-finansiert prosjekt. Da plikter vi å dele kunnskap med hele næringen. Og det gjør vi gjerne, sier Kristina Fløche Juelgaard, direktør for forretningsutvikling i Ballard Power Systems Europe. Foto: Tore Stensvold
Dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg. Abonnere for å få full tilgang til alt innhold.

Ågotnes: Næringsminister Jan Christian Vestre trykket på en stor grønn knapp og markerte den offisielle åpningen av Kongsberg maritimes fullskala testfasilitet for hybride framdriftssystemer for skip med brenselceller og batterier.

En liten dampsky over en container med tre brenselcellemoduler var det mest synlige resultatet, sammen med et skjermbilde som viste hele energisystemet for en ferge på Orknøyene. Når hydrogen omdannes til energi i en brenselcelle, er vann eneste biprodukt.

I testanlegget er det bygget opp et helt framdriftssystem for en ferge som skal trafikkere mellom to byer på Orknøyene utenfor Skottland. EU støtter prosjektet, Hyseas III, som skal basere seg på kun hydrogen som energibærer. Hydrogen lages lokalt ved hjelp av vindkraft.

Nyttig for alle

Testanlegget er gradvis tatt i bruk i løpet av høsten, til dels forsinket og forstyrret av korona-relaterte problemstillinger. Men nå går anlegget for fullt. Brenselcelleprodusenten Ballard har allerede rukket å gjøre seg nyttige erfaringer som kommer alle andre brenselcelleleverandører til gode.

– Dette er et EU-finansiert prosjekt. Da plikter vi å dele kunnskap med hele næringen. Og det gjør vi gjerne, sier Kristina Fløche Juelgaard, som er direktør for forretningsutvikling i Ballard Power Systems Europe.

Tilpassing

Det var ikke rett fram å overføre brenselcelleteknologi for busser og tungtransport til skip. Juelgaard sier de har møtt utfordringer som måtte løses. 

– Nå får vi en spesialtilpasset brenselcelle som tåler det maritime miljøet, maritime krav og ikke minst driftsprofil til ferger og skip.

Blant de mer utfordrende oppgavene som både Ballard og Kongsbergs representanter trekker fram, er det kompliserte samspillet og styring av brenselcelle, batterier og bruksprofil.

– Største læring var hvordan man kobler brenselceller inn i et el-system og å se til at styring, sikkerhet og kontroll fungerte. Det gjelder å forstå dynamikken, sier Juelgaard.

Les også

Fra 30 kilowatt

Det meste av lærdommen gjorde de i hybridlaboratoriet på Kongsberg. I 2019 fikk de installert en 30 kilowatt (kW) brenselcelle som ble satt inn i laboratorier der det allerede var batterier, dieselgenerator, tavler, likestrøm og vekselstrøm.

Prosjektleder Hans Westad sier at laboratorietestene var svært nyttige før de skalerte opp til fullskalatesting i år.

Lars-Petter Nygaard har vært med på igangkjøring av testanlegget. Inne i kontrollrommet følger han med på systemet. Han forteller at brenselcellene trives best på 58-60 prosent jevn last. På fergen vil brenselcellene ta normal-lasten, mens batteripakkene på 720 kWh fra Leclanché tar toppene.

Til 600 kilowatt

På Ågotnes har de seks brencelcellemoduler på 100 kW hver. Basert på erfaringen så langt kommer Ballard med ny serie moduler med nytt design på 200 kW for skip. De kan settes sammen til flere megawatt. Til fergen på Orknøyene blir det  tre eller fire 200 kW brenselceller. Systemet er i ferd med å få de nødvendige godkjenninger fra DNV og skotske myndigheter.

Brenselceller har en begrenset levetid, men Juelgaard mener de godt vil kunne gå i 30.000-35.000 timer før deler (membran) må byttes ut, det vil si etter fem til sju års drift, avhengig av hvor mange timer fartøyet seiler i løpet av et år. Ved kai kobles skip på landstrøm for hotellast og lading av batterier. På vedlikeholdssiden må luft og hydrogenfiltre byttes ut og hydrogenpumpe kontrolleres. Brenselcellene krever at hydrogen og luft er helt rent.

Grønt skritt

Administrerende direktør Egil Haugsdal sier at det har vært lærerikt for Kongsberg maritime.

– Det vi vanligvis gjør, er å forbedre teknologi vi allerede har og kjenner. Dette innebærer noe helt nytt. Dette er et viktig skritt for grønn skipsfart, sier Haugsdal til TU.

Fullskala testanlegg for brenselcellehybrid framdriftssystem for nullutslippsskip. Video: Kongsberg

Ballard begynte med forskning på batteriteknologi i 1979 og startet utvikling av PEM brenselceller i 1983. Først ti år etter ble den første bussen med brenselcelle satt i drift i Vancouver. Første større maritime installasjon er like rundt hjørnet, tror Svein Kleven i Kongsberg maritime.

– Brenselcelleteknologi ble oppfunnet i 1838. Det har tatt tid, sier Kleven med et smil. Han vedgår at ny kunnskap om både kjemi, materialer, batterier og elektriske systemer ligger til rette for utstrakt bruk først nå.

– Hybrid med batterier er kjent teknologi for oss, men brenselcelle i parallell inn på tavle og det å styre dette, har vært en utfordring. Men nå er vi klare til å gå ut i markedet, sier Kleven.

Testoppsett

Testene fortsetter i vinter og utover våren.

Oppsettet på Ågotnes i Hyseas III tilsvarer fergen som skal gå på sambandet Kirkwall-Shapinsay. Systemet er redundant, det vil si  med to like, atskilte systemer, slik at fergen kan komme seg til kai om det skulle oppstå en feil på ett system. 

Systemet består av:

  • 2x3x100 kW FC
  • 2x2x180 kWh batteristrenger

Totalt oppsett:

  • 6 x 100 kW FC = 0,6 MW
  • 4 x 180 kWh batteri = 720 kWh

Det er to like systemer som til sammen er på 600 kW brenselscelle og 720 kWh batterier. Hver for seg er de to energisystemene store nok til å drifte skipet med noe redusert hastighet. Men normalt vil begge systemene brukes med lik fordeling.

Kongsberg maritime har i regi av Hyseas III også utviklet en mulighet for å koble på en dieselgeneratorer.

– Men hele ideen med Hyseas III er at den kun skal driftes av hydrogen, sier Ketil Olaf Paulsen til TU. 

Hydrogenferge for Orknøyene. Plass til 16 biler eller to vogntog. Utviklet i EU-prosjektet Hyseas III med Kongsberg Maritime som leder for framdriftssystemet med 600 kW brenselcelle og 400 kWh batterier. Skal være ferdig mars 2022.
Hydrogenfergen for Orknøyene har plass til 16 biler eller to vogntog. Illustrasjon: CMAL

40 meter – 16 biler

Orknøy-fergen skal i løpet av våren designes av transportselskapet Caledonian Maritime Assets Limited (CMAL). De skal ha en serie ferger – og har utviklet sitt eget design. CMAL designer fergen ut fra læring gjort under fullskalatestene på Ågotnes, blant annet med dobbelt så store brenselceller.

Fergen skal være 40 meter lang, 10 meter bred og ha plass til 120 personer og 16 biler, eventuelt to lastebiler.

På sambandet Kirkwall-Shapinsay kan værforholdene være tøffe med 2,5 meter signifikant bølgehøyde på de verste dagene. Overfartstiden er nå 25 minutter. Fullskalatestene har brukt data fra dagens ferge og kjørt testene med fulle belastninger og fått bekreftet kraftbehov og drivstoffkapasitet. Fergen skal gå i 9,5 - 11 knop på hydrogen framstilt av overskuddskraft fra et vindkraftverk på øya. Produksjonen er allerede i gang.

Norske Hydra-fergen

Design og bygging av selve fergen i Hyseas III-prosjektet ligger tidsmessig bak Norled-fergen MF Hydra. Den skal i løpet av våren 2022 få installert to Ballard brenselceller på 200 kW hver og hydrogentanker, slik at fergen kan gå minst 50 prosent av tida på hydrogen og resten på batterier.

Hydrogenanlegget med hydrogentank, cryogensystem og brenselceller skal plasseres på høyre side ved siden av brua på MF Hydra.
Hydrogenanlegget med hydrogentank, cryogensystem og brenselceller skal plasseres på høyre side ved siden av brua på MF Hydra. Foto: Samferdselsfoto/Norled

Hydrogen-systemet plasseres i containere som løftes om bord og kobles til skipets elektriske system fra Seam (tidligere Westcon P&A). Hydra er resultatet av en utviklingskontrakt med Statens vegvesen. Til forskjell fra Hyseas III skal Hydra bruke flytende hydrogen, det vil si nedkjølt til minus 263 grader.

På Ågotnes benyttes hydrogen komprimert til 200 bar på stålsylindre. Når det skal plasseres om bord, blir det i større trykkbeholdere. Hyseas III skal utelukkende gå på kombinasjonen brenselceller og batterier, mens MF Hydra har nok batterikapasitet til kun å seile på batterier – men skal i tillegg ha hybridsystem med brenselceller. Hydra har også dieselgenerator for biodiesel som backup. Hovedleverandør til Hydra er LMG som designer, Seam som systemintegrator, Ballard på brenselceller, Linde på hydrogen og Corvus på batterier. Hydrogen må fraktes med tankvogn fra Tyskland inntil det blir produksjon av flytende H2 i nærheten av strekningen fergen skal trafikkere, riksvei 13 Hjelmeland-Nesvik-Skipavik.

Hydras system:

  • 2 x 440 kW Scania dieselgeneratorer (biodiesel)
  • 2 x 200 kW Ballard FC
  • 1,36 MWh Corvus batterier
Kommentarer:

Vi har byttet system for artikkelkommentarer. For å opprette brukerkonto, registrerer du deg med BankID.