Seksjonen Fra forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Sintef, NTNU, Universitetet i Oslo, Oslo Met, Universitetet i Agder, UiT Norges arktiske universitet, Universitetet i Sørøst-Norge og NMBU.
Skipsfarten må kutte klimautslipp. Hurtigbåter forurenser mest når man måler passasjertransport per kilometer.
Regjeringen har i flere år varslet krav om nullutslipp ved nye hurtigbåtanbud. Kravene er utsatt fordi det ikke finnes moden teknologi, ifølge regjeringen.
Men ved å kombinere batterier og brenselceller er det fullt mulig å redusere utslippene.
Med en ny metode fra NTNU kan man beregne hvilke fartøy og hurtigbåtsamband som kan trafikkeres med utslippsfrie hurtigbåter.
Skal halveres innen fem år
Hurtigbåter er fartøyer som går over 20 knop. De spiller en viktig rolle for passasjertransport. Rundt 200 hurtiggående passasjerbåter er i drift langs Norges rundt 20.000 kilometer lange kystlinje.
På grunn av store avstander og krevende seilingsforhold på flere av de 100 rutene er det krevende å gjøre transporten utslippsfri med dagens batteriteknologi. Bare ti ruter kan trafikkeres med hurtigbåter som kan lades eller bytte batterier underveis. Øvrige ruter må benytte annen teknologi, eller en kombinasjon av teknologier.
Hvilke det er, kan vi finne ut ved å bruke den nye metoden. Den utviklet Samieh Najjaran under arbeidet med doktorgradsavhandlingen ved Institutt for marin teknikk (IMT) på NTNU. Studien er nå publisert i Science Direct.
Tok den tøffeste strekningen
– Hurtigbåter er krevende å elektrifisere. Batterier og hydrogenløsninger er dessuten betydelig tyngre enn tradisjonelle dieselmotorer. Mer vekt gir økt motstand, som igjen krever mer energi – en klassisk ond sirkel, sier Najjaran.
Under arbeidet med modellen brukte hun hurtigbåtsambandet Bodø-Sandnessjøen på Helgelandskysten som eksempel. Ruten er rundt 220 kilometer lang og regnes som en av de mest krevende i Norge.
– Kan denne strekningen gjøres utslippsfri, betyr det at så å si alle andre ruter har samme potensial. Dette er en av de mest utfordrende strekningene, med mange stopp og lite tid for lading, sier Najjaran.
Nordlandsekspressen
Studien gjennom fire årstider har gitt oversikt over de fleste mulige værsituasjoner, forteller Samieh Najjaran. Foto: Privat Ruten, kalt Nordlandsekspressen, trafikkeres av to så å si identiske hurtigbåter. En av dem er katamaranen MS «Elsa Laula Renberg». Hurtigbåten er bygget i karbonfiber med plass til 220 passasjerer. Fire dieselmotorer sørger for en marsjfart på 33 knop.
– Vi har beregnet fartøyets operative profil basert på detaljert informasjon fra det automatiske identifikasjonssystemet (AIS) over et helt år. Dermed dekker vi de fleste mulige værsituasjoner og variasjoner av vind, strøm og bølgeforhold gjennom fire årstider, sier Najjaran.
Dette har videre blitt tatt inn i en modell for beregning av motstand og energibruk for en typisk katamaran-hurtigbåt på samme størrelse. Denne ble utviklet under doktorgradsarbeidet til John Martin Kleven Godø ved samme institutt.
Resultatene er satt inn i en optimeringsmodell for energistyring i det elektriske kraftsystemet om bord. Der deler for eksempel batterier og brenselceller på belastningen.
Skalerbart
Modellen er generell og utviklet slik at ulike parametre kan skaleres og justeres.
– Dermed kan den brukes på alle lignende fartøy og samband, sier Najjaran.
De studerte tre mulige alternativer:
- Kun batteridrift – med lading eller batteribytte i utvalgte havner.
- Hybridløsning med brenselcelle og batteri – uten lading i havn, kun fra brenselcelle.
- Plug-in hybrid øsning med brenselcelle og batteri – med lading av batteri i ulike forhåndsbestemte havner.
I denne studien så de bare på mulighetene i et eksisterende fartøy, ikke hva som skjer om du endrer dette fartøyet, for eksempel ved å forlenge det.
– Den største utfordringen er økt vekt og dermed økt motstand og energibehov. Batterier alene på det eksisterende fartøyet for Nordlandsekspressen er ikke mulig, sier Najjaran.
Kombinasjoner må til
Najjaran mener vi må kombinere teknologier for å nå målet.
– Brenselceller drevet for eksempel med hydrogen, kombinert med ladbare eller utbyttbare batterier, er en god måte å gjøre hurtigbåter utslippsfrie på. Men fartøyene må optimaliseres i design, både med tanke på skroglengde og hydrodynamisk motstand, sier Najjaran.
Der kommer modellen til nytte. Den kombinerer tre elementer:
- Reelle seilingsdata basert på AIS-informasjon (posisjon og fart) statistisk sammensatt over et års operasjon.
- Detaljert hydrodynamisk modell som beregner motstand og energibehov.
- Optimal energistyring, der bruken av batteri og hydrogen styres smart underveis, også med tanke på fremtidige lademuligheter.
Najjaran sier at smart energistyring er helt sentralt. Hydrogen er et dyrt drivstoff, mens batterier er tunge.
Det er nødvendig å finne best mulig balanse mellom hydrogenforbruk og bruk av batteriene – både for å dimensjonere kraftsystemet og deretter operere fartøyet.
I tillegg må det bygges ut lagerkapasitet for hydrogen i flere havner.
– Energien må fordeles mellom batteri og brenselcelle. Brenselceller fungerer mest effektivt når de kjøres jevnt, nær sitt best mulige operasjonspunkt, mens batteriene håndterer raske svingninger i effektbehov bedre, sier Najjaran.
Batterier og brenselceller har altså utfyllende egenskaper som gjør at de fungerer godt sammen.
Bruker reelle data
Når noen skal beregne nye ruter eller oppgradere eksisterende fartøy, kan de bruke reelle data fra fartøy som allerede trafikkerer strekningen.
Med modellen kan de regne ut den gunstigste energifordelingen mellom for eksempel brenselceller og batterier og bruke dette til å finne de nødvendige spesifikasjonene for kraftsystemet om bord.
Deretter kan de variere størrelse og tilpasse fartøyet og gjenta beregningene inntil de finner best mulig totalløsning.
Najjaran har ikke sett på økonomien for de ulike valgene. Det var ikke en del av doktorgradsarbeidet.
– Det må fylker og rederier se på for de aktuelle rutene, sier Najjaran.
Artikkelen ble føst publisert på Gemini.no
.png){kind=logo}
