Denne artikkelen er produsert og finansiert av Sintef - les mer.
En ny «plug and play-løsning» gjør at elektriske skip kan lade i åpen sjø // Slik kan elektriske skip lade i åpen sjø
Det er litt plunder og heft når skip skal kobles til ladestasjoner til havs. Men med en ny magnetisk ladeplugg for båter blir det omtrent som å sette en kopp i en koppholder. // Med en ny magnetisk ladeplugg for båter blir det omtrent som å sette en kopp i en koppholder.
Her lader servicebåten med den nye løsningen – langt til havs og med strøm fra en vindturbin.(Foto: Vard)
Det er utfordrende å sette opp ladestasjoner til sjøs. Men noen har allerede begynt med dette. Deriblant skipsbyggerkonsernet 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. Det øker både risiko og kostnader.
Det sier Håvard Vollset Lien i Vard. Han leder det store prosjektet Ocean Charger.
Vi snakker i første omgang om elektriske vedlikeholdsfartøy. De passer på vindparkene til havs, såkalte SOV (Service Operation Vessels), forteller han.
Men man kan også tenke seg bruk for andre typer skip. Det kan for eksempel være forsyningsskip i oljebransjen, såkalte Plattform Supply Vessels (PSV).
Giuseppe Guidi, forsker i Sintef, i arbeid med prototypen for den nye typen ladepluggen.(Foto: Daniel Albert / Sintef)
Håvard Vollset Lien, direktør for forskning og innovasjon i skipsbyggerkonsernet Vard.(Foto: Vard)
Magnetisk magi erstatter den sårbare pluggen
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, sier Giuseppe Guidi, forsker i Sintef.
– Og vi har testet en mulig løsning. Den fungerer nesten som en vanlig elektrisk kontakt, men der vi slipper alle problemene. Det er fordi vi overfører effekten induktivt slik at vi kan kapsle inn selve pluggen i materialer som tåler omtrent hva som helst, forklarer han.
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 å sette en kopp i en koppholder
På kabelen som kommer fra ladestasjonen, monteres en spole. Ladestasjonen kan for eksempel være en vindturbin.
Den er 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.
Tilkoblingen blir stabil hver gang
Annonse
– 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.
Forsker Giuseppe Guidi med prototypen som er utviklet og testet av Sintef. Den er liten nok til å løftes med én hånd, men fullskala‑versjonen som skal levere 5 MW blir et helt annet format: rundt tre ganger større i fysisk størrelse og over femti ganger tyngre.(Foto: Hege Tunstad)
Puslespill med mange 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. De må spille på lag, være kostnadseffektive, sikre og praktiske.
Strømmen må først gjøres om fra vekselstrøm til likestrøm og sendes med høy spenning gjennom en fleksibel kabel.
Deretter må den konverteres til høyfrekvent strøm som kan overføres via magnetfelt. Om bord må strømmen fanges opp, gjøres om 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.
Særlig to områder har vært utfordrende
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.
Annonse
Det andre er styringssystemet. Det trengs et intelligent reguleringssystem for å sikre at energitapet blir minimalt.
Eksempel på induktiv kobling for overføring av strøm til båt. Slik kan skipet holde trygg avstand fra selve laderen, men samtidig blir det enklere, sikrere og raskere å koble til.(Figur: Sintef Energi)
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 av 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. Det sikrer at veldig lite energi går til spille, forteller Lien.
Til og med når vinden ikke blåser, kan ladingen sikres gjennom mellomlagring av strøm i en såkalt «OSS-hub».
Fungerer som et elektrisk knutepunkt
– 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, sier Lien.
På sikt ser prosjektleder Håvard Vollset Lien i Vard for seg at denne typen ladeløsninger kan brukes til å etablere en infrastruktur for lading 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, sier han.
Om prosjektet og teknologien:
Ocean Charger-prosjektet ledes av Vard. Det handler om å få på plass den komplette maritime verdikjeden for havvind og muliggjøre nullutslippsfartøy offshore.
Prosjektet har som mål å utvikle, simulere og teste fullskala ladeløsning som gjør det mulig for skip å lade ved vindparker offshore. Offshore lading er gunstig økonomisk og teknologien er klar for bruk. Teknologien muliggjør nullutslipps drift av vindparker til havs.
Partnere er Vard Design AS, Vard Electro AS, Seaonics AS, REM Offshore AS, Solstad Offshore ASA, SINTEF Energi AS, SINTEF Ocean AS, DigiCat, Sustainable Energy, Equinor ASA, Source Energi AS, Corvus Energy AS, Plug AS, Shoreline AS, Maritime CleanTech, Marin Energi Testsenter AS, Universitetet i Bergen og NORCE.
En utvidet gruppe som representerer hele verdikjeden har nå utarbeidet et notat som er overlevert til britiske myndigheter.
Her slår de fast at offshore lading av servicefartøy for vindparker til havs er teknologisk modent og kommersielt klart. Det mangler imidlertid prosjektering og kommersielle avtaler om energitilgang for at løsningene kan tas i bruk.
