Mens pionérnasjonen Norge både når det gjelde LNG-skip og batteridrift tildeler ferjekontrakt på Moss-Horten-sambandet basert på vanlige dieselmotorer i nye skip fra 2017, går canadierne inn på det sporet Norge har streket opp.
Seaspan bygger nå to ferjer på 148,9 meter med plass til 59 trailere med gass-elektrisk og batterihybrid framdrift. Skipene skal settes i drift i 2016.
Norske eksperter sier at dette viser hvilken rivende utvikling det er for hybride løsninger og batterier i maritim bruk, med intensiv norsk innsats.
– Det finnes fullgode batteri- og hybridløsninger for maritim sektor allerede. Likevel har vi bare sett begynnelsen på en batterirevolusjon til maritimt bruk, sier teknologiansvarlig i Zero, Marius Gjerset til Teknisk Ukeblad.
ABB og NTNU samarbeider om forskning på maritim batterihybrid teknologi i Trondheim og Wärtsilä har egen lab på Stord.
Les også: Raser over anbud til dieselferger
Ingen blindvei
Gjerset og flere TU-lesere reagerte på en artikkel i TU i forrige uke der det blant annet ble uttalt at batterier i skip er en blindvei og at levetiden neppe vil være mer enn halvparten av hva produsentene lover.
Egil Mollestad, teknisk direktør i Zero Emission Energy (ZEM), tidligere teknologidirektør i Think, er en av dem som reagerte.
– Det er absolutt ingen blindvei å bruke litiumbatterier i skip. Tvert imot. Man kan ikke sammenligne bly- eller bilbatterier med moderne litium-batterier for marint bruk. Her har det skjedd mye på utviklingen og det vil det gjøre også framover, sier Mollestad til Teknisk Ukeblad.
Les også: Kan kutte ut to av tre motorer med nytt system
Pris pr. kilowattime
Han påpeker at man er ute etter ulike egenskaper i bilbatterier og skipsbatterier. Tesla har basert seg på å sette sammen mange små NCA-celler (litium, nikkel, kobolt, aluminiumoksid) med god energitetthet. De er relativt sett rimelige målt som pris per kW/h. I skip er levetiden og sikkerheten viktigere og er derfor i stor grad basert på NMC-celler (litium, nikkel, mangan, koboltoksid).
– Man kan si mye bra om Tesla-batteriene, men det er ikke denne typen litium-batterier som brukes i maritime installasjoner, sier Mollestad.
Han påpeker at Tesla-batteriene er optimalisert for energitetthet og pris mens maritime batterier i mye større grad er optimalisert for levetid. Tesla-batteriet forventes å tåle 500 fulle ladesykler. Med en rekkevidde på ca. 400 kilometer vil det gi ca. 200.000 kilometers kjørelengde, som ikke er så galt for en bil.
Les også: Nytt spesialskip får norsk kraft
20 ganger mer
Et skip må tåle langt mer enn det. Derfor er det også andre og dyrere batterier som brukes.
– Det forventes 5000–10.000 fulle ladesykler i den typen celler som brukes på skip. Skip går hver dag–mange timer i døgnet. De må ha lang levetid i tillegg til stor energitetthet, sier Mollestad.
Celletemperatur og antall og type ladecykler er blant de kritiske elementene som avgjør et batteris levetid. En full cykel betyr full ut- og opplading av batteriet.
For skip er det ikke aktuelt, der er det mer snakk om klattlading. Den bør skje uten at temperaturen inni batteriet stiger. Dette sikrer man ved enten å overdimensjonere batteripakken eller bygge inn et effektivt kjølesystem i batteriet.
Skipsbatterier kan også hurtiglades, men det vil kreve et effektivt kjølesystem. Riktig valg av celler og dimensjonering av batteripakken sammen med kjøling og elektronikkstyring vil sørge for at levetiden blir lang, og som garantert av batterileverandørene.
Les også: Skangass skal fylle LNG fra skip til skip
Komfortsone
– Batterier er som mennesker, vi trives best rundt 20- 30 grader. Det er batterienes komfortsone. Stiger temperaturen over dette, forkortes levetiden. For batteriferjer slik som Ampere, er det lagt opp til å ha stor installert effekt, men bare ta ut 15 prosent før ny lading. Da blir levetiden lang, sier Mollestad.
Grenland Energy er den eneste norske leverandøren av store Li-ion-baserte batterisystemer for maritime applikasjoner som har egenutviklete og egenproduserte batterisystemer.
Teknologidirektør Lars Ole Valøen i Grenland Energy påpeker at batterisystemer i skip er designet slik at de ikke bruker hele, men bare en liten del av kapasiteten på hver en overfart.
Les også: Her filmes Kerry av norsk drone
Optimalisert design
– Vi har levetidsmodeller som tilsier at for noen batterisystemer kan levetiden øke med en faktor på 100 i forhold til levetiden ved en fullstendig utladning for hver ladecykel dersom bare deler av kapasiteten utnyttes for hver utlading, sier Valøen.
Dette forutsetter at batterisystemet er designet og satt sammen på en god måte samt at elektronikken som styrer batterisystemet er designet og kalibrert for å sikre best mulig levetid på batteriene.
– Dersom alt dette er på plass er ti års levetid er realistisk, sier Valøen.
Han viser til batteriferjen Ampere som langt fra skal hurtiglades, selv om den lades i ti minutter hver gang den legger til kai i Larvik og Oppedal på E39-sambandet fra nyttår. Klattlading kaller han det.
– Ladestrømmen relativt til batteriets størrelse blir ganske lav og varmeutviklingen i batteriet tilsvarende lav. Dette vil derfor ikke påvirke levetiden på batteriet i nevneverdig grad selv om battericellene som brukes er designet med tanke på å maksimere energilagringen i cellene, sier Valøen.
Les også: Batteriekspert om batterier på skip: – En blindvei
Kraner og DP
Mollestad mener at mange eksisterende skip kan erstatte dieselgeneratorer med batteripakker.
Danske Scandlines har kastet ut en motor i hver av fire ferjer som går mellom Danmark og Tyskland, og satt inn batteripakke i steder. Siemens i Trondheim har sammen med den canadiske batteriprodusenten Corvus levert systemet, slik de også har gjort på Ampere.
Mollestad nevner eksempler ZEM har sett på.
– Et skip med fire kraner må kjøre tre generatorer, hver på 1 MW, for å ha effekt nok til at alle kranene kan ta maks løft samtidig. I realiteten skjer det sjeldent og én generator er mer enn nok. Med batteripakke til å ta effekttoppene, kan altså to motorer stanses. Bremseenergi fra kranene, som er like stor som løfteenergien, kan kjøres tilbake på batteriet, sier Mollestad.
Han mener at installasjoner eller skip med hivkompenserende (bølgekompenserenede) kraner også kan benytte batteri i stedet for dieselgenerator. Skip som ligger mye på DP (dynamisk posisjonering), som for eksempel forsyningsskip, er en annen kategori skip som kan spare mye. Tester med Viking Lady er svært positive. Et par batterihybride forsyningsskip er allerede levert, deriblant Edda Ferd for Østensjø.
Les også: Denne fergen har verken drivstofftanker eller påkjøringsrampe
Kort nedbetalingstid
– Selv om investeringene i batteripakker er høyere enn en generator, vil lavere driftskostnader bety at investeringen er nedbetalt på 3–5 år, sier han.
Valøen mener nedbetalingen er enda kortere. Han opplyser at Grenland Energy i 2013 leverte verdens første høyeffekts maritime Li-ion-batteri. Batteriet har nå vært i drift en stund og ytelsen svarer til forventningene, ifølge Valøen.
Han sier at deres neste generasjon høyeffektsbatterier vil ha betydelig økt effekt sammenlignet med førstegenerasjon, og at kostnaden per kW for selve batteripakken kan være betydelig lavere enn kostnaden per kW for dieselmotorer.
I tillegg til selve batteriet kommer det kostnader til elektrisk og elektronisk utstyr som sørger for at energien i batteriene sømløst kan integreres i strømforsyningen om bord, opplyser Valøen.
Men kostnaden for hele systemet kan være sammenlignbar med kostnaden for en dieselgenerator med tilsvarende effekt.
– Det har vært viktig for oss å utvikle løsninger som gir kundene lavere investeringskostnader. Akseptable kostnader på batterisystemene er særdeles viktig for å sikre at denne nye miljøvennlige teknologien blir tatt i bruk så raskt som mulig, sier Valøen.
Les også: Her er Norges nye bombekastervogn
Batterikurs
ZEM har de siste årene gjennomført omfattende forskningsprogrammer sammen med ledende norske og internasjonale forskningsinstitusjoner, IFE, FFI, CEA i Frankrike og Universitetet i Aachen i Tyskland, og har en samarbeidsavtale med DNV-GL.
I desember arrangerer de sammen et kurs om maritime batterier.
– Det er nyttig for alle som er interessert i temaet. Kurset gir et innblikk i muligheter og utfordringer for hybrid eller helelektrisk framdrift, sier Mollestad.
Les også:
Norsk verft bygger luksusyacht som kan navigere i drivis
