Folgefonn nærmer seg kaia. Vakuumfortøying og lader mottar signaler fra skipet og settes i "stand by".
Folgefonn nærmer seg kaia. Vakuumfortøying og lader mottar signaler fra skipet og settes i "stand by". (Bilde: Wärtsilä)

Norwegian Tech Awards 2017 - Wärtsilä

De lader ferge med 1,2 megawatt effekt - uten fysisk kontakt med fartøyet

Wärtsilä er kandidat 1 til Norwegian Tech Award.

Norwegian Tech Awards - Kandidat 1

HVA: Induksjonslading av ferger og andre fartøy
HVEM: Wärtsilä med prosjektpartnere 

Det mange trodde ikke var mulig, har vist seg å fungere godt i praksis. Wärtsilä og fem partnere har utviklet systemet for induksjonslading.

Den nesten 20 år gamle fergen Folgefonn ble bygget om til hybridferge i oktober 2014. En batteripakke på 1000 kilowattimer ble installert. I stedet for å lade batteriene ved hjelp av dieselgeneratorer, skjer det nå med induksjonslading ved kai i Jektevik.  

Omtrent samtidig med at Folgefonn er i posisjon ved kai og fergelemmen går ned, begynner ladingen. Om lag 1,2 megawatt, nok strøm til å forsyne minst 200 boliger, sendes gjennom lufta, 40 til 50 centimeter fra ladeplaten på land og til ladeplaten i fergen.

Vakuumfortøyingen med en kraft på 200 kilonewton, eller cirka 20 tonn, holder fergen til kai. Vakuumfortøyingen fra Cavotec erstatter propell- og motordrift for å holde fergen til kai under lasting og lossing.

Optimalisering

Offisielt startet demoprosjektet i midten av september. I løpet av ukene som har gått siden, har det ikke vært noen problemer av betydning. 

INDUKSJONSLADING

  • Består av ladeplater og trossefri fortøying med vakuum
  • Spenning fra nett går inn i en primærspole og induserer et elektromagnetisk felt i ladeplaten på land og induserer strøm i sekundærspolen om bord på skipet.
  • Kommunikasjon mellom land-ferge skjer både via Wi-fi og radiolink
  • Lading skjer trådløst, med en avstand på 40-50 cm mellom ladeplater på land/ferge
  • Teoretisk effekt: 1,5 MW – i praksis ca. 1 – 1,2 MW
  • Vakuumfortøying har holdekraft på 20 tonn og kan beveges 70 cm i vertikalplanet og 60 cm horisontalt.
  • Prosjekt i regi av NCE Maritime Clean Tech med partnerne Wärtsilä, Cavotec, Fjellstrand, Norled, Apply og Haugaland Nett.
  • Støttet av Innovasjon Norge

Hva er induksjon? Les mer her

– Ladingen har foregått veldig stabilt siden september, sier Ingve Sørfonn, Senior Technical Officer i Wärtsilä Norway.

Nå foregår optimalisering for å øke ladetiden enda mer og bygge inn enda mer sikkerhet og gjøre noen justeringer ut fra mannskapets innspill.

Sørfonn sier at induksjonslading nå er et kommersielt produkt.

– Interessen fra både inn- og utland er overveldende, sier Sørfonn.

Kampen mot klokka

Liggetiden i Jektevik er i nede i fem minutter ved flere av døgnets avganger. Da er hvert sekund til lading verdifullt.

– Berøringsfri lading har en rekke fordeler, sier Sørfonn.

  • Det går raskt - ladingen kan begynne før fergen ligger helt i ro og avsluttes etter avgangsprosedyre
  • Den er mer sikker - ingen fare for overslag eller kortslutning, galvanisk skille ved skuteside 
  • Det er mer driftssikkert - ingen fysiske kontakter
  • Ladeløsningen er styrt av kraftelektronikk som vil korrigere nettforhold under lading

Folgefonn er langt fra ideelle til å teste ut induksjonslading. Batteripakken er av førstegenerasjon og tåler ikke like mye som andregenerasjonsbatterier med tanke på temperaturforskjeller med så mange sykler og høye effekter.

Folgefonn legger til kai og lading kommer raskt i gang.

Slik virker det

Når fergen nærmer seg kai, går det kommunikasjonssignaler enten via wifi, radiolink eller mobilnett – mellom ferge og ladesystem. Begge går i standby. Når fergen er nærme nok, starter kraftoverføringen via magnetisme og induksjon. Induksjonsplatene er laget av et ikke-ledene materiale, en plastkompositt.  

– Det er kjente prinsipper med elektromagnetiske felt. Kjernen i teknologien er å styre kraftoverføringen og få maksimal utnyttelse av effektene. Det er uhyre komplisert når det er to  enheter som beveger seg i forhold til hverandre, både horisontalt, vertikalt, og rull, sier Sørfonn.

Artikkelen fortsetter under vurderingen:

UAVHENGIG VURDERING:

Professor Johannes Skaar ved Universitetet i Oslo mener at teknologien representerer meget god ingeniørkunst.

«Dette baserer seg på et kjent prinsipp innen elektromagnetisme, nemlig induksjon. Prinsippet er det samme som brukes i transformatorer, og trådløs lading av tannbørster eller mobiltelefoner. Derimot er teknologien rundt den spesifikke anvendelsen ny, der det bl.a. er krav til høy effekt, stort luftgap og varierende posisjon på mottakeren. Teknologien som er utviklet er veldig spennende, og det er jo spesielt artig at den kommer fra et land med mange ferger og god tilgang på fornybar energi.»

Effektivitet

Ifølge Wärtsilä er dette et ladesystem og ikke bare et overføringssystem. For å vurdere effektiviteten, må man se på totalvirkningsgraden for hele den daglige syklusen. Viktige forhold her er ladetid versus effekt/strøm som må overføres, tap som skyldes spenningsfall og batteritap og motortap ombord.

– Vi har studert totalvirkningsgrader med ulike system for en elektriske ferjer og den varierer mye avhengig av batteristørrelser, ladeeffekter og utladesykluser.

Induktiv lading DC til DC har en teoretisk virkningsgrad opp mot 96-97 prosent.

Verdifull regularitet

Norwegian Tech Award

Årlig pristildeling i regi av Teknisk Ukeblad

Kriterier: Skal representere en god ingeniørmessig løsning eller gjennombrudd på et teknologisk eller samfunnsmessig problem.

Vinner kåres i en kombinasjon av leseravstemning på tu.no og en fagjury.

Vinneren offentliggjøres og prisen deles ut på Industri Futurum på Gardermoen 20. november.

Juryen består av:
Lise Lyngsnes Randeberg (juryleder) TEKNA
Trond Markussen, NITO
Walter Qvam, Digital Norway
Daniel Ras Vidal, Abelia
Anne Kjersti Fahlvik, Forskningsrådet
Knut E. Sunde, Norsk Industri
Liv Kari Hansteen, RIF
Jan Moberg, TU

– Den klarer vi nok under ideelle forhold. I praksis vil koblingsfaktor variere så vi har nok en varierende virkningsgrad , men høyt opp på 90 tallet. Dette skal vi teste ut over tid, sier Sørfonn.

Han sier at elektrisk energi  er så billig at eventuelle tap blir en marginal kostnad.

– For å illustrere dette så vil 5 prosent ekstra tap (som er toleransene til Fylkeskommunen) utgjøre 3 kroner per tur. Det vil si cirka 150 kroner per dag og cirka  55.000 kroner per år for vår aktuelle strekning med full elektrisk drift.

– En hendelse eller manglende lading kan fort komme opp i beløp tilsvarende dette årlige beløpet per hendelse. Fokus må derfor være på regularitet og energi-overføringsevne, sier Sørfonn.

Bryr seg ikke

Ladingen begynner før fortøyingen er sikret.
Ladingen begynner før fortøyingen er sikret. Foto: Wärtsilä

Kaptein og annet mannskap trenger ikke tenke på ladingen. Alt skjer automatisk. Når fergelemmen går opp avbrytes ladingen, og ladearm og fortøying trekkes tilbake.

Norled eier Folgefonn, som går i et trekantsamband, Jektevik-Nordhuglo-Hodnanes i Hordaland. Ladingen skjer kun ved kai i Jektevik.

Oppe på brua sitter kaptein Espen Haukanes.

– Vi merker overhodet ingenting til ladingen. Det er fordelen for oss. Vi behøver ikke å tenke på det. Oppkobling, lading og frakobling går av seg selv. Når lemmen går opp, stanser ladingen, sier Haukanes.

– Dette er verdens første induksjonslading av skip og største induksjonslading med så store effekter, sier Sørfonn.

Begrensinger og standarder

Batteripakken på 1 megawattimer fra Corvus er allerede «gammel» teknologi. Det er den som setter begrensning for ladingen.

Norled-fergen Folgefonn ble bygget i 1998 og ble i 2014 ombygget til batterihybrid. Nå er den også plattform for demo av induksjonslading.
Norled-fergen Folgefonn ble bygget i 1998 og ble i 2014 ombygget til batterihybrid. Nå er den også plattform for demo av induksjonslading. Foto: Tore Stensvold
Induksjonsladesystem med fortøyingssystem på kaia ved Jektevik. Utstyret kan relativt enkelt flyttes.
Induksjonsladesystem med fortøyingssystem på kaia ved Jektevik. Utstyret kan relativt enkelt flyttes. Foto: Tore Stensvold

På kaia er 1,8 megawattimer teknisk begrensning. Det er bare snakk om å dimensjonere utstyr for å endre ladekapasiteter.

– Vi vil standardisere på 1,5 og 2 megawattimer. Vi tror det dekker behovet for aktuelle fergestrekninger foreløpig, sier Sørfonn.

Standardisering er et problem når man innoverer. Alle komponenter er standardisert, men det finnes ikke en standard for induksjonslading.

– Vi har hatt veldig tett og godt samarbeid med alle offentlige instanser, fra Statens strålevern til Direktoratet for sikkerhet og beredskap (DSB) og Sjøfartsdirektoratet, sier Sørfonn.

Wärtsilä har sikret teknologien med flere patenter.

I tillegg til Wärtsilä og Cavotec, er Fjellstrand, Apply, Norled og Haugaland Nett med i prosjektet.

KANDIDATER:

  1. Wärtsilä induksjonslading (denne artikkelen)
  2. Stingray Marine Solutions
  3. Yara/Kongsberg Maritime
  4. Hawle Water Technology, Techni og Båsum Boring
  5. Fischer Scientific/Life Technologies AS

Kommentarer (12)

Kommentarer (12)