Med en ny «plug and play»-løsning kan elektriske skip lade i åpen sjø

Elektriske koblinger hater ramsalt sjø, men en ny, magnetisk plugg gjør lading i åpent hav mulig. Det å lade et skip til havs kan altså bli omtrent like enkelt og vanlig som det å lade bil langs E6.

Da kan vi la batteridrevne offshorefartøy jobbe på, uten å måtte dra den lange veien til en havn for å lade; én tur til lands ville jo tømme batteriet bare på transporten.

Vi snakker i første omgang om elektriske vedlikeholdsfartøy som passer på vindparkene til havs, såkalte SOV (Service Operation Vessels). Men man kan også tenke seg bruk for andre typer skip, eksempelvis forsyningsskip i oljebransjen, såkalte Plattform Supply Vessels (PSV).

Nådeløs natur

Det er utfordrende å sette opp ladestasjoner til sjøs. Men noen har allerede begynt med dette. Deriblant Vard.

– Bevegelse og slitasje gjør at lading til sjøs er sårbart for en klassisk pluggbasert kobling. Det er mekanisk slitasje, korrosjon og et krevende vedlikehold som øker risiko og kostnader, forteller Håvard Vollset Lien i Vard, som leder det store prosjektet Ocean Charger.

Været og bølger kan vi gjøre lite med, men hva med selve koblingspluggen? Kan vi finne en smartere løsning der?

Det er nettopp dette forskere og ingeniører i Ocean Charger-prosjektet har jobbet med.

– Vi har sett på mange løsninger her, forteller Giuseppe Guidi, som er seniorforsker i Sintef.

– Og vi har testet en mulig løsning som fungerer nesten som en vanlig elektrisk kontakt, men der vi slipper alle problemene fordi vi overfører effekten induktivt, slik at vi kan kapsle inn selve pluggen i materialer som tåler omtrent hva som helst.

Konseptet er i prinsippet magisk enkelt: I stedet for å bruke klassiske kontakter som korroderer, bruker de magnetfelter.

Lading uten fysisk kobling av kontakter med nakent metall gir god beskyttelse mot ruskete omgivelser.

Som en kopp i en holder

På kabelen som kommer fra ladestasjonen, som for eksempel kan være en vindturbin, monteres en spole, trygt innkapslet i et vanntett materiale som ikke påvirkes av salt eller alger. På skipet monteres en tilsvarende spole. Også den godt beskyttet.

Forskerne i Sintef har designet og testet det som er selve hjertet i ladesystemet: den induktive lade-spolen. Her blir strømmen overført uten fysisk kontakt via et magnetisk felt når spolene er nær hverandre.

– Det vil ikke bli nødvendig å treffe nøyaktig når denne pluggen senkes ned i hullet som er mottakeren, forteller Guidi.

– Det er nesten som å sette en kopp i en koppholder. Den vil passe uansett hvilken vei den er snudd. Veldig «plug and play», forteller han.

Med en slik ny plugg blir det en raskere, sikrere og mer stabil tilkobling – hver gang.

Puslespill med komponenter

Å få strømmen trådløst over til batteriet på et skip, høres kanskje ganske enkelt ut. I praksis krever det en hel kjede av tekniske løsninger som må spille på lag og være kostnadseffektive, sikre og praktiske.

Strømmen må først gjøres om fra vekselstrøm til likestrøm, sendes med høy spenning gjennom en fleksibel kabel og deretter konverteres til høyfrekvent strøm som kan overføres via magnetfelt. Om bord må strømmen fanges opp, omgjøres igjen og sendes trygt inn i batteriet.

For at dette skal fungere effektivt, må man bruke spesialkabler, smart styring og komponenter som tåler både høy effekt og røffe forhold. Det er først når alle disse brikkene faller på plass, at magnetisk koblet hurtiglading til sjøs blir mulig.

Guidi forteller at det er særlig to områder de har jobbet med. Det ene er det elektromagnetiske designet. Det handler om hvordan spolen er viklet og hvilke materialer som brukes, slik at systemet kan gi høy effekt på en liten flate.

Det andre er styringssystemet. Det trengs et intelligent reguleringssystem for å sikre at energitapet blir minimalt.

Sikker lading uansett vær

Målet har vært å oppnå en virkningsgrad som er på samme nivå som lading med elektrisk kontakt, men da med den enorme fordelen at den er vedlikeholdsfri og robust. Og dette har de lykkes med.

– Det som er det geniale med lading til sjøs på denne måten, er at elektrisk energi produsert lokalt, utnyttes direkte til lading av skipene, noe som sikrer at veldig lite energi går til spille, forteller Lien.

Også når det ikke blåser kan ladingen sikres gjennom mellomlagring av strøm i en såkalt «OSS-hub»:

– OSS-huben fungerer som et elektrisk knutepunkt ute i havet, den samler strøm fra vindturbinene og gjør det mulig å lade fartøy direkte offshore, uten å gå til land.

På sikt ser prosjektleder Håvard Vollset Lien i Vard for seg at denne typen ladeløsninger kan brukes til å etablere en ladeinfrastruktur langs hele norskekysten.

– Kanskje blir det en dag et helt vanlig syn at elektriske servicefartøy og kystfartøy lader batteriene sine til havs og ute ved skipsleia.

Artikkelen ble først publisert på Gemini.no