1. No category

Innovasjon og teknologiutvikling
Batteri og Hybridløsninger
Nils Aadland
INNOVASJON
3
“Fremtiden blir elektrisk”
 Kjent teknologi fra U-båter & El. Biler
 Hybrid: Batteri + Motor til nødlading
eller direkte drift
 Batteriteknologi Lithium-polymer
 Ladestasjon, mulighet for å lade via
land-strøm.
 Nullutslipp ved ren el.drift,
både CO2 & Nox
Blybatteri:
Energitetthet – 24 Wh/Kg
Lithium-ion batteri :
Energitetthet over 100 Wh/Kg.
Hva må til?
 Skrog med lav vekt og motstand
 Batteri
 Kontrollsystem for lading ( batterileverandør)
 Elektrisk fremdriftsanlegg med frekvenskontroll og el motorer
 Kontrollsystem for forbruk (batterileverandør + leverandør av frekvenskontroll)
 Ladestasjoner til kaianlegg ( i kombinasjon med lading for el biler på kaien)
 Sikkerhets systemer om bord for batteri og ladesystemer (ventilasjon / kjøling etc)
 Samkjøring med nødkraft og land kobling og hybrid drift når problem oppstår
5
Ren elektrisk ferge
0- utslipp
Kommersiell kontrakt – for levering i operasjon fra 1.1.2015
Nøkkeltall - installasjon
75 bilers aluminiumsferge - eksempelstrekning
1 dags rutedrift:
1 års rutedrift:
6300 kWh
ca 2300 MWh
Samme ferge med diesel drift:
1 dags rutedrift: 1450 liter diesel
1 års rutedrift: ca 450 tonn diesel
Nøkkeltall kort rute 75 bilers ferge:
• Kapasitet batteripakke
1000 -2000 kWh
• Plass for batteripakke
10 – 20 m3
• Vekt av batteripakke
10 -20 tonn
• Ladestasjon :
1000 kW
7
Miljøgevinst
 Fjernet NOx utslipp : 15 tonn per år
 Fjernet CO2 utslipp: 570 tonn per år
Fjernet SOx og partikler
 Lithium-polymer batterier
8
Ideelle samband
De mest egnede samband har:
Mindre enn 30 minutter overfart
Ladetid minimum 30 % av overfartstid
Moderat hastighet (11-13 knop)
Moderat størrelse, (under 120 biler)
Moderat effekt, (under 1500 kW)
9
Energibehov
75 bilers aluminiumsferge - eksempelstrekning
En fjordkryssing :
•11 knop - 155 kWh
•13 knop - 201 kWh
1 dags rutedrift:
• 6300 kWh
10
Energibehov
75 bilers aluminiumsferge, lade-effekt 450 til 900 kW ved hver lasting / lossing (10 – 40 min)
Lading av batteri
100 %
90 %
før lading
etter lading
80 %
70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
0%
11
Markeds-trender og drivere
 Myndighetskrav og internasjonale
avtaler, miljøkrav er og vil bli stadig
strengere og vil være en sterk strategisk
pådriver.
 Forventet høy fremtidig energipris vil
etterspørre en mer effektiv for å sikre en
bærekraftig næring
 Levetids evaluering vil bli en sterkere
strategisk pådriver basert på en mer
bærekraftig utvikling av den maritime
næring.
Redusere kystnær forurensing fra skipsfarten
Implementering av storskala energilagring kan eliminere
eller redusere utslippene i sårbare områder.
INTERNASJONALE/LOKALE MILJØREGULERINGAR
SET KRAV TIL FRAMTIDA
Established Emissions Controlled Areas
Emissions Controlled Areas under consideration
Det totale bilde
Mer effektiv og bærekraftig
energiproduksjon og bruk av
energi.
Noen viktige markedsområder
 Olje og gass, service markedet
Avanserte fartøyer med variabel operasjons profil
Høy etterspørsel etter redundans i operasjonene.
 Kyst transport
Sterke politiske drivere i Europa og andre områder
ECA forskrifter og lokale forskrifter
Forurensing i urbane områder
Livssyklus kostnader
Avanserte fartøy med elektrisk fremdriftssystem
Avanserte skip vil trenge hybrid systemer for å redusere drivstoff og
luftforurensning.
Design evaluering
Design
input
Simulering
Beslutnings
verktøy
 Identifisere kunden behov.
Velg optimalt skrog, og fremdrift
dimensjoner, basert på hydrodynamiske
simuleringer.
 Definer driftsprofil.
Simuler drift med ulike fremdriftssystemer
konsepter etter forhånddefinerte klimatiske
forhold.
 Vurder resultat og beslutte.
Operasjons profil OSV
Offshore constr vessel %
time
High
steamin
g
15 %
Bollard
5%
Standby
15 %
DP
25 %
Low
steamin
g
40 %
100
80
100
80
40
60
40
20
15
5
25
20
40
15
5
0
Standby
DP
Low
High
steaming
steaming
Time Power
Bollard
Energilagring gjør motorene
mer effektive
 Energilagring kan supportere driften
av motorer ved optimal spesifikt
drivstoff forbruk
 Energilagring vil bli brukt til å
redusere forbigående belastninger i
motor. Slike operasjoner fører til økt
drivstoff forbruk og økt utslipp til
luft.
 Hvis energilagrings kilde
aksepteres som redundant
strømforsyning vil motorene
operere mer effektivt.
Viktige problemstillinger hybrid
 Fartøyet operative profil og den kraften
som trengs er avgjørende for
dimensjonering av energilagringssystem
 Hybrid kontroll er avgjørende for
effektiviteten av
drivstoff forbruk og utslipp fra fartøy
 Effektiviteten av energi lagringssystemet
må være høyt.
Viktige problemstillinger ved plug-in el-drift
 Den operative profil er avgjørende for dimensjonering
av energi lager system.
 Fartøyets design og vekt er viktig for å optimalisere det
elektriske lagringssystem
 Skalerings strategier
 Utforming av et effektiv energioverførings system
 Smarte lade filosofier
 Kostnader for energi.
Hybrid konsept med varierende last profil
>20 %
Estimert drivstoff besparelse
«Payback» 2-4 år avhengig av fartøys type
20%
Fremdriftseksempel
Generator
FUEL CELL
Diesel
LNG
Hydrogen
Diesel
LNG
Hydrogen ++
Energi produsenter
Energi forbrukere
MSB
Power
Management
System
LANDSTRØM
1000 kW
Batteri 2000 kWh
Skips system
Eks. 50 kW
Gjennomsnitt forbruk
El motor
750 kW
24
Kvalifisering for bruk i skip
 Livssyklus evaluering
 Lade strategier
 Kraftoverføring arrangement
 Kontroll system
 Kraftelektronikk
 Energieffektivisering
 Regelverk
 Kostnadsevalueringer
 Typiske data for 1MWh Li-ion
- Vekt 10 tonn
- Pris $800 / kwt over tid
- Volum 30 m³ / MWh
Overføring av kraft fra land
 Stor kraftoverføring
 Kort ladetid
 Svakt nett krever aktiv kraft
kompensasjon.
 Påvirkning av effektivitet
 Nye standere
 Nye metoder.
Sentrale problemstillinger – kjemiske lagringssystemer
 Forstå hvordan man designer et lagringssystem
- Operasjonell profil og skipsdesign
- Dimensjonering av lagringsenhet versus kostnad
- Ladestrategi
- Aldring av enhet
- Valg av kjemisk løsning
 Sikkerhetsaspekter
- Alle mulige brannsituasjoner
- Implementere nødvendige barrierer
 Utvikle regler og forskrifter
- For hybrid systemer og plug-in elektriske systemer
.
Batteridrift for hurtigbåter
Design og vekt er avgjørende for hurtigbåter
FOLGEFONN PROSJEKTET
FRAMDRIFTSMASKINERI MED NULL LOKALE UTSLIPP
Fornybar energi
Design og
testing 2012/13
Overføring og lagring ombord
Energi til fremdrift Demo ferge Folgefonn
Demonstrasjon
ombord 2014
Tildelt kr 18,5 mill frå Innovasjon Norge si miljøteknologiordning i desember 2011
FELLOWSHIP PROGRAMMET
2 QUALIFICATION, TESTING & DEMO
1 DESIGN
2004
E
n
g
i
n
e
s
2005
2006
2007
Fellowship I+II
Fellowship III
Fuel
cells
Batteries
G
=
=
DC grid
=
=
AC grid
M
NAATBatt 2013
2008
2009
2010
• Qualification and testing of Hybrid
technologies
2013
FellowSHIP III - Deliverables
A low emission total hybrid energy system with
energy storage.
FUEL CELL
BATTERY
ENGINES
AUXILIARIES
Why? - Avoid transients in
engines
•
The battery can be used to reduce transient loads in engines.
Transients can lead to an increase in fuel consumption by 20-100%
and significant increase in emission products depending on engine
type and the load variation
Måleprogram, FellowSHIP III,
første runde på Viking Lady i mai 2012
Variasjon i endringsrate og
amplitude rundt 50 % last.
Fundamenter, kabelgater,
instrumentering installert i
mai 2012.
Batteripakke fra Corvus på 500
kWh under uttesting hos
Wärtsilä. Tas ombord våren
2013.
Måling av: Gass, diesel,
power, NOx, CO2, CO, O2, HC,
PM, temp.. På 4 motorer.
Østensjø C444 – a true offshore Hybrid
Energy Storage modules:
- Enhanced DP Capability
- Less running hours
- Transient stability
Shore connection:
- Frequency independendt
- Increased voltage window
- Heavy concumer start by combination with batteries
 Basisteknologien er her !
 Stort internasjonalt fokus på dette
området.
 Norge som en stor maritim nasjon må
gripe mulighetene å sette ambisiøse
mål i å utnytte denne teknologi, og bli
ledende.
 Anvendelse av miljøvennlig teknologi
kommer ikke automatisk.
 Miljøvennlig teknologi må skapes.
37
Takk for meg !
Nils Aadland
+47 98222739
Mer info: [email protected]