Batteri og Hybridløsninger

Transkript

1 Innovasjon og teknologiutvikling Batteri og Hybridløsninger Nils Aadland

2 INNOVASJON

3 3

4 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 CO 2 & No x Blybatteri: Energitetthet 24 Wh/Kg Lithium-ion batteri : Energitetthet over 100 Wh/Kg.

5 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

6 Ren elektrisk ferge 0- utslipp Kommersiell kontrakt for levering i operasjon fra

7 Nøkkeltall - installasjon 75 bilers aluminiumsferge - eksempelstrekning 1 dags rutedrift: 6300 kwh 1 års rutedrift: 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 kwh Plass for batteripakke m 3 Vekt av batteripakke Ladestasjon : tonn 1000 kw 7

8 Miljøgevinst Fjernet NOx utslipp : 15 tonn per år Fjernet CO 2 utslipp: 570 tonn per år Fjernet SOx og partikler Lithium-polymer batterier 8

9 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

10 Energibehov 75 bilers aluminiumsferge - eksempelstrekning En fjordkryssing : 11 knop kwh 13 knop kwh 1 dags rutedrift: 6300 kwh 10

11 Energibehov 75 bilers aluminiumsferge, lade-effekt 450 til 900 kw ved hver lasting / lossing (10 40 min) 100 % Lading av batteri 90 % 80 % før lading etter lading 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 11

12 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.

13 Redusere kystnær forurensing fra skipsfarten Implementering av storskala energilagring kan eliminere eller redusere utslippene i sårbare områder.

14 INTERNASJONALE/LOKALE MILJØREGULERINGAR SET KRAV TIL FRAMTIDA Established Emissions Controlled Areas Emissions Controlled Areas under consideration

15 Det totale bilde Mer effektiv og bærekraftig energiproduksjon og bruk av energi.

16 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

17 Avanserte fartøy med elektrisk fremdriftssystem Avanserte skip vil trenge hybrid systemer for å redusere drivstoff og luftforurensning.

18 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.

19 Operasjons profil OSV Offshore constr vessel % time High steamin g 15 % Bollard 5 % Low steamin g 40 % Standby 15 % DP 25 % Standby DP Low steaming Time Power High steaming Bollard

20 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.

21 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.

22 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.

23 Hybrid konsept med varierende last profil >20 % Estimert drivstoff besparelse 20% «Payback» 2-4 år avhengig av fartøys type

24 Fremdriftseksempel Generator Diesel LNG Hydrogen FUEL CELL Diesel LNG Hydrogen ++ LANDSTRØM 1000 kw Energi produsenter Energi forbrukere MSB Power Management System Batteri 2000 kwh Skips system Eks. 50 kw Gjennomsnitt forbruk El motor 750 kw 24

25 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

26 Overføring av kraft fra land Stor kraftoverføring Kort ladetid Svakt nett krever aktiv kraft kompensasjon. Påvirkning av effektivitet Nye standere Nye metoder.

27 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

28 .

29

30 Batteridrift for hurtigbåter Design og vekt er avgjørende for hurtigbåter

31 FOLGEFONN PROSJEKTET FRAMDRIFTSMASKINERI MED NULL LOKALE UTSLIPP Fornybar energi Overføring og lagring ombord Energi til fremdrift Demo ferge Folgefonn Design og testing 2012/13 Demonstrasjon ombord 2014 Tildelt kr 18,5 mill frå Innovasjon Norge si miljøteknologiordning i desember 2011

32 FELLOWSHIP PROGRAMMET 1 DESIGN 2 QUALIFICATION, TESTING & DEMO E n g i n e s G Fellowship I+II Fuel cells Fellowship III Batteries Qualification and testing of Hybrid technologies = = DC grid = = M AC grid NAATBatt 2013

33 FellowSHIP III - Deliverables A low emission total hybrid energy system with energy storage. FUEL CELL BATTERY ENGINES AUXILIARIES

34 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 % and significant increase in emission products depending on engine type and the load variation

35 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 Batteripakke fra Corvus på 500 kwh under uttesting hos Wärtsilä. Tas ombord våren Måling av: Gass, diesel, power, NOx, CO2, CO, O2, HC, PM, temp.. På 4 motorer.

36 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

37 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

38 Takk for meg! Nils Aadland Mer info: