Dette hybridlaboratoriet skal sikre Kongsbergs framtid

Kongsberg: En maskinsjef vil kanskje rynke på nesa og forgjeves snuse etter diesel og smøreolje.

– Nei, dieselmotor finner du ikke her. Men vi kan simulere og etterlikne både diesel- og gassmotorer, sier Eirik Mathiesen, direktør for integrering av energisystemer, og ildsjelen bak laboratoriet.

Alle spørsmål besvares raskt og uten nøling. Bortsett fra ett:

– Hvor mye har Kongsberg investert i laboratoriet?

En lengre utlegning om alle de smarte løsningene de allerede har i løypa og alt de har planer om følger. Noe konkret tall får vi ikke.

Selskapet synes imidlertid ikke det er avskrekkende mye sett i lys av alt laboratoriet betyr for å holde fart i teknologiutviklingen og sørge for at Kongsberg fortsatt skal være ledende på maritim og grønn teknologi.

– Her får vi simulert og testet alt det vi møter i den virkelige verden, både den som er og den som kommer, sier Mathiesen.

• Utvidet hybridlaben i Trondheim: Nå kan skipsfarten teste brenselceller og hydrogen (TU Ekstra)

Tid er penger

Tidligere ble nye idéer og produkter testet ut i fullskala om bord på skip.

– For 10-15 år siden hadde vi rederier som var villige til å prøve ut ny teknologi om bord. Og vi hadde tid på oss til å ta nye produkter med ut og om bord i skip langt unna og sjekke om ting fungerte som vi hadde tenkt. Vi kunne bruke uker og måneder om bord. Nå har ingen tid til det. Nå må vi raskere sjekke ut og teste ny teknologi i laboratoriet, sier Mathiesen.

Tiden fra idé til ferdig produkt er kortere. Og produktene er klare til bruk etter noen runder i det nye laboratoriet, mener Kongsberg-forskerne.

Laboratoriet er ikke så dyrt i drift heller. All energi går i en sløyfe. Energi inn – litt tap i ledninger og utstyr, noe motstand og varme, men alt annet går tilbake på nettet.

Inne i kontrollrommet er det en rekke skjermer som viser alt som foregår. Kongsberg Maritime kjører en demo der brenselscellen produserer strøm til «skipsnettet» som blant annet forsyner en thustermotor. I stedet for en propell, er det montert en annen motor i den andre enden av akslingen. Denne bremser tilsvarende sjølastene og fører energien tilbake til husnettet.

Slik sett er brenselscellen og hydrogen et ekstra tilskudd. Skjønt - prisen på komprimert H2 kommer til fratrekk.

Hydrogenregnskapet ser ikke så positivt ut, fordi man bruker energi på framstilling av hydrogen og brenselscellen har begrenset effektivitet.

Poenget er at H2 må produseres fra fornybar overskuddsenergi, som vannkraft, sol eller vind.

• Utvikler hydrogenferge: I hybridlaben skal verftet få en viktig brikke på plass (TU Ekstra)

Trygg avstand

På baksiden av bygget til Kongsberg Maritimes hovedkvarter på Kongsberg står det to containere, en hvit og en svart. Malingen er ny. Inni den svarte containeren står det en 30 kW Ballard brenselcelle. I den hvite er det 196 kilo stålbeholdere med tilsammen 18 kilo komprimert hydrogen.

– Dette var i drift i februar. Nå kan vi teste alle aktuelle konfigurasjoner av framdriftssystemer, sier Ketil Olaf Paulsen, direktør for teknologi og utvikling i Kongsberg Maritime.

Et par måneder etter åpnet Sintef og ABB hydrogenkranene i Trondheim. ABB og Sintef bygget i 2014 en hybridlab for å teste ut systemer og optimalisere diesel- og batterihybride systemer. Også de så behovet for å integrere brenselcelle og hydrogen.

Forskningssjef Anders Valland i Sintef Ocean mener de to labene kan utfylle hverandre og ser på virtuelt samarbeid.

Eirik Mathiesen sier at et slikt samarbeid er interessant.

– Vi har allerede innovative prosjekter hvor vi jobber sammen om modeller og annet som igjen skal testes inn mot vår Energy Lab for simulering på feltside på roterende utstyr i labben, sier Mathiesen.

Verken Valland eller Mathisen kjenner til at det finnes tilsvarende laber andre steder i verden.

– Dette er unikt. Norge er kommet veldig langt innenfor dette feltet, sier Mathiesen.

• Markedet domineres av to aktører: Batterier til skip er i voldsom vekst (TU Ekstra)

Ferger som drivkraft

Hydrogen og brenselcelle er kommet inn som resultat av at Kongsberg er med på et EU-prosjekt, HySeas III, der en ferge mellom to Orknøyer skal gå på hydrogen fra 2021.

Det er samme år Statens vegvesen og Norled skal være i mål med sitt hydrogenfergeprosjekt og Fiskerstrand og partnere i Pilot E-prosjektet HYBRIDskip skal være i mål.

For to år siden var Kongsberg med i en gruppe som søkte om midler fra EUs Horizon 2020-program. Sammen med en del partnere skulle prosjektet munne ut i en hydrogendrevet ferge i Skottland. Fra Kongsberg Maritime er Hans Westad prosjektleder.

Kongsberg Maritime har fått en svært sentral rolle i prosjektet, i og med at de har ansvar for å få hele framdriftssystemet på ferga til å fungere.

• Norsk hydrogen: Kan bli konkurransedyktig på verdensmarkedet (TU Ekstra)

Tøffe forhold

Den 40 meter lange og 10 meter brede ferga skal ha plass til 120 personer og 16 biler, eventuelt to lastebiler. Ferga skal brukes på sambandet Kirkwall-Shapinsag der værforholdene kan være tøffe med 2,5 meter signifikant bølgehøyde på de verste dagene. Overfartstiden er nå 25 minutter.

Ferga skal gå i 9,5 - 11 knop på hydrogen framstilt av overskuddskraft fra et vindkraftverk på øya. Produksjonen er allerede i gang.

De venter bare på ferga, men bruker også hydrogen til busser og biler. og til å varme opp en skole via kjel og varmtvann.

• Havila Kystruten: Gjør klar for hydrogen selv om teknologien ikke er moden

Fullskala drivlinje til høsten

Kongsberg Maritime hadde allerede begynt å bygge opp et hybridlaboratorium, men fikk brått behov for å utvide til også å omfatte hydrogen og brenselcelle.

– Vi skal ta fram og teste drivlinja på land før den installeres om bord på ferga, forklarer Westad.

Når han sier på land, mener han i et fullskalaanlegg i Skottland, ikke bare i laben på Kongsberg. Det betyr at Kongsberg skal levere en fungerende drivlinje med brenselscelle allerede til høsten.

– Det skal skje før 1. januar 2020. Siden vi har lyst på juleferie hjemme, har vi satt «før jul» på vår milepælsplan, sier Westad med et smil.

De andre på laben nikker. Det skal de få til.

– Det er dette vi liker. Ikke bare simulere i laben, men bygge en virkelig pilot. Vi drives av å være i forkant med innovative og miljøvennlige maritime produkter, sier Ketil Olaf Paulsen.

Han er også sentral i utviklingen av Yara Birkeland, et annet pionerprosjekt. Yara Birkeland-prosjektet bidro til at det ble fart på å utvide Energy Lab, som først bare hadde AC-distribusjon, til også å omfatte DC-systemer.

• Svalbard: Kan bli utstillingsvindu for hydrogen (TU Ekstra)

Fleksibelt

Laboratoriet på Kongsberg er satt opp med en vekselstrømslinje (AC –alternating current) som skal etterlikne et normalt diesel-elektrisk framdriftssystem, samt en likestrømslinje (DC - direct current).

I tillegg er det et par batteripakker - som skal ha tilført og gir fra seg likestrøm, og nå også en 30 kW brenselcelle. El-motorer brukes både for å gi effekt og for å yte motstand. De kan illudere både dieselmotorer og propellmotstand, som kan variere.

Energy Lab har fire generatorer som leverer strøm rett ned til en skinne og inn i tavla. Der har de blant annet testet, utviklet og skalert batterihybridsystemet de leverte til offshorefartøyet Seacor Maya. Seacor var så fornøyd, at selskapet har bestilt batteriløsning til ytterligere tre fartøy.

Den samme laben skal brukes til å dra frem hele drivlinjen for Grimaldis tolv nye hybridferger. Disse skipene skal ha akselgenerator, dieselgeneratorer, batterier, og både AC- og DC-distribusjon.

– Denne kompleksiteten krever testing under virkelighetsnære, men kontrollerbare forhold, sier Mathiesen.

Kongsberg sitter på mengder med data om drift fra ulike motorleverandører. Mange tusen skip seiler rundt med kontrollsystemer fra Kongsberg. Flere fjernovervåkes fra kontollsentre i både Norge, Singapore og USA.

• Hydrogen fra innestengt vannkraft: Kan lønne seg i oppdrett under én forutsetning

Emulerer dieselmotorer

– Vi kan emulere dieselmotorer fra Rolls-Royce, MAN, Cummings eller hvem det skal være, sier Geir Christensen.

Med emulering menes at elektromotorene oppfører seg tilsynelatende likt forbrenningsmotorene de illuderer. I motsetning til simulering, ligger ikke fokus på presis gjengivelse av det som skjer inni motoren, men kun på det som påvirker de tilkoblede systemene.

Fra 1. april er også Kongsberg-konsernet eiere av propell- og thruster-virksomheten som hittil har hatt Rolls-Royce-logo. Det gir Kongsberg-miljøet tilgang til enda mer data og innsikt som kan utnyttes i laben.

– Vi kan sette opp og koble sammen komponenter slik at vi kan emulere ren dieseldrift med variabelt turtall og med forskjellige kombinasjoner av batterihybrid drift. Vi kan også bruke forskjellige varianter av AC/DC. Med andre ord – alle tenkelige varianter vi kan møte i den virkelige verden, sier labsjef Magne Kleven.

Inne i laben er det motorer og utstyr med kjente navn som Siemens og andre leverandører, deriblant AC/DC-omformere. Med andre ord: Utstyr Kongsberg Maritime ikke selv produserer.

Kongsberg har ikke som mål å produsere alle komponenter selv. Selskapet hevder å være i en særstilling når det kommer til integrasjon av utstyret.

– Maritim domenekunnskap og et automasjonssystem som kan kobles til det meste, sørger for optimalt samspill mellom de mange komponentene om bord, sier Mathiesen.

Kongsberg-ekspertene insisterer på at alt som krever «intelligens» har den snirklete K-logoen innprentet helt inn i programvaren.

– Vi eier software og systemer selv, men tester komponenter fra ulike leverandører mot våre kontroll- og styringssystemer for å se at vi kan takle alle typer utstyr, sier Mathiesen.

Vegg i vegg ligger laben der fjernkontrollenheten (shore control center) for blant annet Yara Birkeland utvikles. Samspill fra propell og helt opp til baneplanlegging blir viktig når fartøy skal bli autonome.

• Equinor: Vil bygge hydrogenkraftverk

Analogt og digitalt

For de som er tilknyttet laboratoriet, er det i og for seg ikke avgjørende om energien kommer fra den ene eller andre kilden, men hvordan den skal behandles og påvirker energistyringssystemene.

Det er skjult bak grå tynne stålplater i tavler og skap. Det er der de virkelige hemmelighetene gjemmer seg.

Det er snakk om kobber, viklinger, kretskort og digitalisering. Inne i laboratoriet der strøm styres og distribueres, er det fortsatt noen gammeldagse visere bak små plastglass.

– Det er klasseselskapene som fortsatt krever den gamle måten å lese av og få informasjon på, sier produktrådgiver, Morten Sørensen Grøndahl.

En smule frustrasjon kan merkes, men han sier han forstår dem. Dessuten er det en og annen maskinsjef som er glad i analoge visere.

• Köln: Får verdens største elektrolyseanlegg

Unge og erfarne

Andreas Reason Dahl blir i fyr og flamme når han skal fortelle om sitt spesialfelt – styring av flere ulike motorer, generatorer og alt annet som inngår i begrepet «drives» – for ikke å si «multi drives». Han er stipendiat, jobber med fullføring av en doktorgrad i marin kybernetikk ved Institutt for marin teknikk ved NTNU, og ansatt i Kongsberg Maritime. Han driver med kybernetikk - eller reguleringsteknikk - på et høyt nivå.

– Vi er heldige som klarer å tiltrekke oss unge, entusiastiske talenter som Andreas, sier Mathiesen.

Inne i laboratoriets kontrollrom er han omgitt av flere «produktrådgivere» med mange fagår på CV-en. De virker like entusiastiske som Andreas. De brenner for sine fag og gruer seg ikke for å gå på jobb. «Digitalisering» var neppe et ord de tok mye i sin munn da de studerte, men det er like fullt det som gjør labdagene meningsfulle.

– Det er liv i laben, sier Grøndahl.

– Ja, det er mye energi, her sier Christensen.

• Hydrogenteknologi: Kan bli den neste store eksportvaren for norsk industri