Vil lade turistskip med svinghjul

To NTNU-studenter har vunnet en innovasjonspris for et konsept med lading av elektrisk fartøy med energi lagret på svinghjul.

Konseptet er utarbeidet med utgangspunkt i at de fem verdensarvfjordene fra 2026 skal være utslippsfrie. Da kan ikke store cruiseskip seile inn med fossilt drivstoff.

Blant alternativene for turister er å gå om bord i mindre, elektriske fartøy. Men også de må lades. Inne i fjordene er det lite energi tilgjengelig.

Løsningen til de to skipsdesignstudentene Hans Jørgen Sveen og Lars Vestnes Larsen er å lage mindre og etter hvert autonome skip som blir energibunkringsstasjoner. Studentene så at litium-ionbatterier ikke er så godt egnet. Alternativet er svinghjul. De kan «spennes opp» sakte med strøm over lengre tid, men avgi energien raskt når batterier skal lades inne i verdensarvfjordene.

Bacheloroppgave

Svinghjulsfartøyet til studentene er gjennomarbeidet, designet og verifisert med avansert programvare og modelltestet i basseng. Bacheloroppgaven er på 174 sider, tettpakket med beskrivelser, forklaringer, tabeller og grafer samt bilder og illustrasjoner. Det ga dem førstepris i bachelorkonkurransen «Innovation Competition 2023» ved NTNU.

I oppgaven, som er en del av Grønn kai-prosjektet, skal strømkrisen i Geiranger løses for de elektriske passasjerfartøyene som frakter cruisepassasjer fra Stranda og Hellesylt. Om natta lades svinghjulsfartøyet ved Linge kai, mens det på dagtid raskt kan lade opp de mindre fartøyene inne ved kai i Geiranger. På grunn av verdensarvstatus er bygging av nye kraftlinjer ikke aktuelt.

13,5 MWh

Fartøyet, kalt «Kinetic Carrier One» er 23,9 lang, bygget som katamaran i aluminium. Det vil inneholder 54 svinghjulsenheter som til sammen inneholder 13,5 MWh energi. Framdriftsenergi skal også hentes fra svinghjulene.

Svinghjulsteknologien har studentene hentet fra Spinning Energy AS. De 54 svinghjulene vil være kreve en plass på 1x1 meter og er 1,5 meter høye. Hvert svinghjul i karbonfiber står i et vakuumkammer med aksling støttet på magnetiske lager og dermed så å si ingen luft- eller friksjonsmotstand. På akslingen er det også en enkel likestrømsmotor, hvor man kan føre strøm inn for å spinne svinghjulet opp til over 37.000 RPM (omdreininger i minuttet). Den teoretiske energien lagret i svinghjulet på 600 kg er 250 kW.

Studentene skriver at svinghjulskonseptet vil være dobbelt så dyrt som batteripakker per kilowattime, men legger til at det vil endres når teknologien blir mer moden og utbredt.

Stabilitet og sjøegenskaper

På spørsmål om hvordan svinghjul kan påvirke fartøyets sjøegenskaper, svarer Lars Vestnes Larsen at det ikke er helt avklart.

– Det er foreløpig et ubesvart spørsmål hvordan fartøyet og de roterende svinghjulene påvirker hverandre når fartøyet er i bevegelse. Vi gjorde flere tiltak i designet som vil minske utfordringene, men dette i seg selv er et komplekst tema som krever mer forskning og fysisk testing i fullskala, men har et enormt potensial, skriver Larsen i en e-post.

Forskningsleder Anders Valland ved Sintef Ocean, avdeling Energi og Transport, har sett på studentkonseptet. Han synes det er spennende.

– Jeg vil tro at de har tenkt på svinghjulenes påvirkning på skipets stabilitet. De må jo bremse disse svinghjulene for å hente ut energi, og det kan oppstå svære krefter hvis noe er ute av synk, sier Valland.

Han er ikke overbevist om at batterier er uaktuelt. Samtidig ser han at svinghjul kan har lengre levetid og derfor er en brukbar løsning.

Studentene legger vekt på sikkerhet og mindre brannfare. Valland tror de tar litt lett på det. Feil ved svinghjulene kan også utvikle seg til brann, f eksempel til en rotor i karbonfiber. Da kan man raskt få en brennbar/eksplosjonsfarlig atmosfære av karbonfiber og luft.