TRANSNOVA P1: Erstatte fossilt drivstoff med alternative drivstoff i transportsektoren Prosjekttittel:



Like dokumenter
Fremtidens energiteknologi

Vårt skip er lastet med

Bakgrunnsmateriale. Data og eksempler

Drivstofføkonomiske fremdriftssystem

Drift og installasjons veiledning MT10 Styring for 4" pumper

Om batteridrift av ferger Olav A. Opdal Zero Emission Resource Organisation

NHO Status for drift av EL-Busser. Kjetil Førsvoll Boreal Transport Norge

Endring av ny energimelding

HYDROGEN EN BÆREKRAFTIG FREMTID

NULLUTSLIPPSLØSNINGER I MARITIM TRANSPORT

Bergen, 12.mai 2015 Fremtidens elektriske samferdselsløsninger Kan tas i bruk nå! ABB

TEKMAR ESS Energy Saving System. Hva med Havbruksnæringen? Fiskerstrand Verft AS Olav Fiskerstrand Teknisk Sjef

Riksveg- og fylkeskommunale fergesamband Kravstilling for lav- og nullutslippsløsninger

Reduksjon av drivstoff - mer enn bare ny teknologi

Verdens enkleste batterilader. nå kan alle lade batteriet selv

Verdens enkleste batterilader nå kan alle lade batteriet selv

Hvordan påvirker struktureringen miljøavtrykket vårt?

HEMNES FLISFYRINGSANLEGG UNDERLAG FOR DIMENSJONERING

Bruk av brenselceller til fremdrifts- og kraftforsyning i skip

Drift og installasjons veiledning DB3 Pumpdrive

Hydrogen Den neste norske suksesshistorien? Martin Kirkengen IFE

Presentasjon av HPC og HET teknologien. Av Sjur A Velsvik Eldar Eilertsen

Hyundai ix35 FCEV. Spørsmål og svar om brenselcelle-elektrisk bil

LiFePO4 Battery Spesifikasjoner

3 1 Strømmålinger dag 1

Telefunken trener manual

Ørland Maritime Senter (ØMS)

Om hydrogenbussprosjektet i Ruters vesteregion

Fiskerstrand Verft AS - Framtid med Hydrogen

HVILKE LØSNINGER HAR POTENSIAL TIL Å MØTE SKIPSFARTENS KLIMAUTFORDRINGER?

Utleiekonferansen 8-9 Februar 2017 Grønn Konkurransekraft

Bruks- og installasjonsveiledning

Utslipp fra kjøretøy med Euro 6/VI teknologi

Brukerveiledning Elektrisk mini-atv GB /800 W

Biogasshybrid busser i Bergen

Vedlikehold: Batteriene bør skiftes hvert tredje år. Skapet må rengjøres en gang i året for å få luftgjennomstrømning til Power delen.

Transnova Konferansen 2014

Hybridbuss på el og biogass

MF Ampere, erfaringer og ideer etter et paradigmeskifte

Hydrogen & Brenselcelle biler Viktig for en miljøvennlig fremtid!

Framtidens byer - Energiperspektiver. Jan Pedersen, Agder Energi AS

SmartCharge Verdens enkleste batterilader

Bruk av gass som energibærer i kollektivtrafikken i Oslo og Akershus. Pernille Aga, Prosjektleder, Ruter

HAV LINE METODEN Et nytt konsept innen havbruk

Servi Hybrid Drive. Produktbrosjyre

Arcona 380Z (Zero Emission) Morgendagens seilbåt idag

Marine Propulsion Control Systems 9000 Series Processor Feilsøking

Bruksanvisning for Telefunken treningssimulator

Miljøløsninger for Romerike

Carl-Erik Arnesen, CEO Hav Line Gruppen AS HAV LINE METODEN. Et nytt konsept innen havbruk

Uavhengig måling av strømforbruk med måleinstrumentet «Power and Energy Logger PEL 103» fra leverandøren «Chauvin Arnoux»

CIMAC høstmøte 24. okt NOx tiltak - brukererfaringer (fartøy)

Nytt anbud Romerike. Miljøløsninger: Raskere innfasing av utslippsfrie busser. Jon Stenslet, Strategi Iver Wien, Trafikkplan

Fremtiden er elektrisk?

STRØMSTYRING FOR ELEKTRISKE APPLIKASJONER OVER LANGE KABLER

Eurovent klassifiserer vannkjølte aggregat etter 2 kriterier, her har du en forklaring på forskjellen

Vedlikehold: Batteriene bør skiftes hvert tredje år. Skapet må rengjøres en gang i året for å få luftgjennomstrømning til Power delen.

Design aspekt ved skrog og fremdrifts - arrangement på FJORD1 sin nye LNG pendelferge til E39 mellom Bergen og Stavanger (del 2)

Elektrifisering av kystfiskeflåten Slik kan 3000 båter halvere sine utslsipp

Styringsautomatikk for varmekabler på tak, i nedløp og i takrenner Brukermanual, revisjon 04 (Produsent NOR-IDE AS,

Optimalt innemiljø med Ensy aggregater for balansert ventilasjon

Intelligent hurtiglading for elektriske busser

Veiledning om NOx-avgiften

GETEK AS G E T E K e n e r g i f o r m i l j ø e t

Tappevannsoppvarming. System

Lad over 100 elbiler på én 63A sikring

STRØMFORSYNINGSSYSTEMER...

Energibesparende takket være turtallsregulerte motorer med frekvensomformere. Energibesparelse på grunn av frekvensomformer/ turtallsregulering

Batteri og Hybridløsninger

Hvilken BitBot går raskest gjennom labyrinten?

Framtidens byer. Forbrukerfleksibilitet i Den smarte morgendagen. Rolf Erlend Grundt, Agder Energi Nett 7. februar 2012

FISH AND SHIPS ET NYTT KONSEPT INNEN HAVBRUK TEKMAR INNOVASJON I HAVBRUK TRONDHEIM 5. DESEMBER 2017

Presentasjon av Masteroppgave

Framtidens energimiks på norske bilferjer

BRUKERMANUAL. App for Beha smartovn

«Smart møller» eller Interaktive møller Disse har innebygget elektronikk for trådløs kommunikasjon med PC/ nettbrett

Ruters miljøsatsing Fossilfri Frode Hvattum Strategisjef, Ruter AS

Brynsalléen 4, 0667 Oslo TEL: Fax:

Salten Brann IKS vil fortløpende besvare spørsmål i dette dokument og spørsmålene er besvart i den rekkefølgen de ble mottatt.

Fornybar energi. Komme i gang med LEGO Energimåler

SILENCIO EL TERMOSTAT

Ref.id.: KS&SMS Standard Side 1 av 5 SEEMP. Ship Energy Efficiency Management Plan. For. Hans Brattström

KERN MCC Stolvekt. Brukermanual for MCC Stolvekt GRINIVEIEN 159, 1359 EIKSMARKA. TLF

Korrekt installasjon. Reception with active filter

FAQ ewave. Om installering

Utgitt/publisert

Varmepumpe og kjøleaggregat i ett

Fremtidens elektriske transportløsninger

Produkt-/FDV-dokumentasjon

Ventilasjonsaggregater. DVCompact. Vår bestselger

AVDELING FOR TEKNOLOGI

Havforskningsinstituttet. Godkjent av: PWN SEEMP. Ship Energy Efficiency Management Plan. For Kronprins Haakon. IMO nr:

På vei mot Utslippsfrie byggeplasser. on Søland Juridisk direktør Omsorgsbygg Oslo KF

Landstrømforum Elektrifisering av skipsflåten - et innblikk fra leverandørindustrien Westcon Power & Automation AS. westcon.

The new electricity age

SI Energi og Miljø

Miljøløsninger i praksis

Kompetansevurdering for praktisk utsjekk av fritidsbåtførere (D5L)

Fremtidens ladeløsning for borettslag og sameier

lindab vi forenkler byggingen Lindab Pascal

Transkript:

Side: 1 av 8 Prosjektnummer: 602691 Arkivnummer: 2010/003647-022 Program: TRANSNOVA P1: Erstatte fossilt drivstoff med alternative drivstoff i transportsektoren Prosjekttittel: Videreutvikling av fremdriftssystemer for skip basert på hydrogen og brenselceller Prosjektansvarlig: Prototech AS Administrativt ansvarlig: Marian Melle marian.melle@prototech.no Prosjektleder: Tomas Ryberg tomas.ryberg@prototech.no Kontaktperson Transnova: Tom E. Nørbech Rapporteringsperiode: 01.01.2010 20.12.2010 Samarbeidspartnere: Vågen Færgeselskap 1 ARBEID UTFØRT I PROSJEKTET 1.1 Komplette systemtester av brenselcellesystem Avsluttende systemtester av det komplette fremdriftsystemet ble gjennomført på laboratoriet i Prototechs lokaler. Full integrasjonstest av hydrogentanker, brenselceller, batterier og fremdriftssystem ble utført under realistiske forhold. Kontrollsystemet, som er en vesentlig del av teknologien, ble uttestet med automatiske sekvenser og regulering. Det er lagt vekt på et brukervennlig grensesnitt for operatørene under drift. 1.2 Installasjon på MF Vågen Systemet ble så flyttet for installasjon i fartøy ved Djupevåg båtbyggeri i Norheimsund. Mye av tilpasningene for installasjonen måtte gjøres på stedet. Det elektriske systemet ble installert av sertifisert elektroinstallatør, og hydrogensystemet ble installert av mekanisk personell fra Prototech. Båten ble fraktet tilbake til Florvåg i Bergen for siste del av installasjon, uttesting og godkjenningsarbeid. 1.3 Uttesting i fartøy Uttestingen av fremdriftsystemet i båten avdekket at bruk av kun en motorkontroller, som anbefalt av leverandør, ikke fungerte tilfredsstillende med hensyn til manøvrerbarhet og virkningsgrad. Systemet ble endret til dagens løsning med to motorkontrollere og det har fungert meget godt. Sjøfartsdirektoratet ville ikke tillate bruk av hydrogen på MF Vågen under driftsperioden sesongen 2010, bla. på grunn av usikkerhet i forhold til ytre faktorer i høyt trafikkerte Vågen. Det medførte av båten måtte klasses som en elektrisk passasjerferge for denne driftssesongen. Det var i designet av systemet tatt høyde for å kunne drive båten med det elektriske systemet en dag uten opplading av batteri. Fartøyet måtte også gjennom ny krengeprøve og sertifikatene ble utstedt til planlagt driftsstart i slutten av mai. Det ble implementert et forenklet brukergrensesnitt for kun elektrisk fremdrift og det ble gjennomført opplæring av skippere i det nye fremdriftsystemet. Nye prosedyrer for oppstart og nedstengning ble utarbeidet, også for tilkobling til landstrøm og opplading av batterier. Det ble fokusert på å holde systemet operasjonelt likt dieselsystemet. 1.4 Fulldrift av elektrisk ferge sommer 2010

Side: 2 av 8 Fulldrift av fergen ble startet torsdag 27.05.2010, og fergen har siden gått i trafikk mellom kl. 10:00 og 18:00 sju dager i uken. Systemet har vært meget stabilt og det har ikke vært driftstans. En av de første kveldene ble ikke prosedyren for tilkobling av oppladning utført korrekt, og batteriet var ikke fulladet dagen etter. Dette medførte 2 timers utsatt start. Prosedyren ble oppdatert og skippere ble instruert om å verifisere at opplading av batteriene er i gang før de forlater båten for kvelden. Det har blitt utført mindre modifikasjoner og tilpasninger under driftsperioden for å sikre optimal drift av systemet. Vesentlige systemparametre logges kontinuerlig under drift og dette gir viktig kunnskap om funksjonen til systemet. 1.5 Komplett testing med brenselcellesystemet Etter driftsesongen fikk vi testet det komplette systemet med hydrogen og brenselcelledrift. Testingen foregikk i Florvåg på Askøy, og en driftsdag ble simulert ved å kjøre frem og tilbake med pauser. Systemet fungerte meget bra og energi integrasjonen av brenselceller med metallhydrid hydrogenlagringstanker, batterier og elektrisk fremdrift fungerte som tiltenkt. Testingen var således meget vellykket. 2 FREMDRIFT Hovedmålsetningen om å gjennomføre en full driftssesong i 2010 for MF Vågen med et utslippsfritt fremdriftssystem ble fullført 29.08.2010. Videre ble komplett testing av hydrogenbasert brenselcelle fremdrift fullført i løpet av september 2010. Prosjektet er dermed vellykket gjennomført og formelt avsluttet. 3 RESULTATER 3.1 Full systemtest laboratoriet Full systemtest på laboratoriet bekreftet at systemet fungerte som tiltenkt. Effektflyten mellom brenselceller, batteripakke og motorsystem fungerte sømløst. Varmeoverføringen mellom brenselcellene og hydrogenlagertankene var også god nok til å sikre en tilstrekkelig hydrogenforsyning. Det ble videre konkludert med at operasjonspunktet til brenselcellene måtte justeres slik at de leverte noe mindre effekt, det ble dermed supplert med en ekstra batteripakke for å øke driftsspenningen. Dette har også en gunstig effekt på motorkontroller og elektromotorer da høyere turtall kan oppnås. Figur 1 viser lastflyt mellom brenselceller, batteripakke og elektromotor under testing på laboratoriet. Systemet taklet endringer i lastbildet meget godt og effekten tilført fra brenselcellene fordelte seg mellom batteripakken og elektromotorene. Brenselcellene ble også koblet fra mens elektromotorene var under belastning for å simulere en uønsket nedstengning under drift. Som forventet fortsatte elektromotorene å gå selv etter nedstengning av brenselcellene med strøm fra batteriene. Systemtestene på laboratoriet viste at systemfunksjonaliteten var som forventet og kvalifisert til å kunne benyttes som fremdriftssystem på en passasjerferge.

Side: 3 av 8 Samspill mellom brenselceller, batteri og motor Labtest 03.03.2010 200 HTPEM total current Battery current Motor Current 150 100 Strøm [A] 50 0-50 -100 13:00 13:28 13:57 14:26 14:55 TIDSPUNKT Figur 1: Resultater fra labtest 3.2 Testfase - elektrisk fremdriftsystem Testfasen avdekket at løsningen med kun en motorkontroller og to motorer i drift var ugunstig både med hensyn til manøvrerbarhet og virkningsgrad. Det ble i stedet installert en motorkontroller for hver motor. Dette systemet fungerte mye bedre. Videre ble utvekslingen fra elektromotorer til aksling optimalisert for driftspunkt ved ønsket hastighet. Det var meget interessant å teste ut fergen og se virkelig effektforbruk ved elektriske driften sammenlignet med de teoretiske beregninger av slepemotstand som ble gjort i startfasen av prosjektet. De installerte elektromotorene kan hver for seg levere omtrent halvparten av effekten til den dieselmotoren de erstatter, men testene viste at de kunne vært enda mindre. Ved akselerasjon trengs ca 7.5 kw, mens det under overfart ved konstant fart er tilstrekkelig med ca 4.5 kw. Fartstestene viste at et strømtrekk på ca. 100 A gir 5 knop, mens 150 A gir 5,5 knop. En økning av effektforbruket på 50 % gir dermed bare 0.5 knop ekstra. Dette skyldes at man nærmer seg kritisk hastighet på skroget og ekstra tilført effekt bidrar så å si bare til bølgegenerering. Det ble konkludert med at båten bør kjøres med strømtrekk på under 100 A. Det er montert et display ved hvert gasshåndtak og det gir skipper mulighet for kontinuerlig å overvåke effektforbruk. Systemet kunne kjøres som rent elektrisk fremdriftsystem med batterier og batterikapasiteten var tilstrekkelig for en hel dags drift uten opplading. 3.3 Driftsfase elektrisk fremdrift

Side: 4 av 8 Parametere ble kontinuerlig logget mens fergen var i drift. Det er normalt mellom 25 og 35 prosent igjen av batterikapasiteten ved slutten av dagen. Dette avhenger av vind- og værforhold i Vågen. Det at skipperne nå har mulighet til å se direkte hvor mye effekt de bruker under overfarten, virker begrensende på energiforbruket. Det går sport i å kjøre mest mulig energieffektivt og dermed kunne klare seg med minst mulig energiforbruk på en dag. De bruker nå jevnt over ca. 80 A under overfarten, noe som er lavere enn det systemet er dimensjonert for. Figur 2 viser loggede data for en typisk driftsdag. Den viser driftstart med 100% batterikapasitet (grønn kurve) og hvordan batteriet blir tappet i løpet av dagen og ender på ca 26%. Den røde kurven viser strømtrekket under overfarten, og det trekkes også noe strøm i pausene pga kraftforbruk til kontrollsystem om bord. Driftsprofil MF Vågen 29.05.2010 Bat Current [A] Bat SOC [%] 100.00 75.00 50.00 25.00 0.00-25.00-50.00-75.00-100.00-125.00-150.00 09:57 11:57 13:57 15:57 17:57 Klokkeslett Figur 2: Driftsprofil MF Vågen elektrisk Figur 3 viser data for et helt døgn med elektrisk drift samt variasjonen av batterispening i løpet av dagen. Batteriet fullades på mellom 6-8 timer og etter det starter utbalansering av battericellene.

Side: 5 av 8 100.00 75.00 50.00 25.00 0.00-25.00-50.00-75.00-100.00-125.00 Driftssyklus MF Vågen 29.05.2010 BAT vltg [V] BAT cur [A] BAT SOC [%] -150.00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 Klokkeslett Figur 3: Døgnsyklus elektrisk fremdrift Tilbakemeldingene fra skipperne har vært meget gode. Den største forbedringen med det nye fremdriftssystemet er lydnivået. Det er nå tilnærmet lydløs overfart. Dette har skipperne merket ved at de er mer opplagt etter endt arbeidsdag. Det er nå også mulig å gi instruksjoner til passasjerer under overfart og eventuelt fortelle litt om det man ser fra sjøen. Interessen fra passasjerene har vært stor med hensyn til teknologien, og det er stadig spørsmål relatert til det nye fremdriftsystemet. Det er trykket opp brosjyrer om systemet på engelsk, tysk, norsk og fransk som er tilgjengelig for passasjerene. 3.4 Testfase hydrogenfremdrift Etter endt passasjerdrift startet klargjøringen for testing av komplett brenselcellesystem med hydrogendrift. Full driftsdag med hydrogensystemet ble testet i Florvåg. Fylling av metallhydridtanker på båten ble utført med indirekte avkjøling med sjøvann og påfylling fra standard 50L @ 200bar hydrogenflasker. Oppvarming og oppstart av brenselceller fungerte som forventet. MF Vågen ble så kjørt frem og tilbake i Florvågen med driftsyklus som for en intens driftsdag for fergen. Hydrogenet ble utelukkende levert fra metallhydridtankene, som ble varmet opp via varmeoverføringskretsen fra eksosen på brenselcellene. Den elektriske energien ble så overført til batteripakken og eller elektromotorene. Det ble testet med forskjellige naturlige lastvariasjoner ved manøvrering og oppbremsing. Testen ble startet med ca 60% batterikapasitet og batteriene ble i løpet av testdagen ladet opp til en høyere kapasitet. Dette beviser at hybridsystemet fungerte som tiltenkt da all energi tilført for en dags drift kom fra hydrogenet og batteriene fungerte kun som en buffer for å balansere ut lastvariasjonene. All energi som gikk med til kraft og fremdrift på fergen kom dermed fra hydrogenet.

Side: 6 av 8 Ren Marin Kraft og Fremdrift! Bat vltg Bat SOC Bat cur PEM Current Fuel cell test MF Vågen 125 100 75 Current 50 25 0-25 -50 09:13:00 09:20:12 09:27:24 09:34:36 09:41:48 09:49:00 09:56:12 Time Figur 4: Testdata fra FC testing MF vågen Figur 4 viser testdata fra 5 turer med pauser under testingen med hydrogen. Det viser at strømmen fra brenselcellene varierer betydelig fra 100A til 120A ved de små spenningsvariasjonene som kommer av at det veksles mellom tapping av batteriene i driftsfasen til ladning av batteriene i pausene. Lastvariasjonen for brenselcellene er likevel betydelig lavere enn for batteriet, som balanserer ut det varierende pådraget og effektbehovet til motorene. Den samme effektflyten som ble observert på laboratoriet ble demonstrert. På MF Vågen var det installert en ekstra batteripakke og spenningen var dermed bedre tilpasset brenselcellen samt at det var mulig å trekke mer effekt ut av motoren, dette var begrenset av lasten vi hadde tilgjengelig for testing på lab.

Side: 7 av 8 H2 flow and FC Current 300.00 250.00 Bat voltage [V] PEM current [A] Mass flow rate [kg/h] 600.00 500.00 200.00 400.00 300.00 H2 flow [kg/h] 150.00 200.00 100.00 100.00 50.00 0.00 09:07:12 09:14:24 09:21:36 09:28:48 09:36:00 Time Figur 5: H2 forbruk og FC strøm Figuren over viser variasjonen i hydrogenforbruk under testingen. Grunnen til at denne fluktuerer så mye er at det må åpnes for gjennomspyling av hydrogen under drift. Dette skylleintervallet var justert konservativt under testingen og ville blitt nedjustert etter en innkjøringsfase. Varmeoverføringssystemet fra brenselcelleeksosen til metallhydrid tankene ga tilstrekkelig oppvarming av tankene for å kunne dekke hydrogenforbruket. 3.5 Publikasjoner / media Det har vært flere oppslag i massemedia under hele prosjektet. Et søk på google etter MF Vågen brenselcelle gir 731 treff. Tabellen under oppsummerer hovedoppslagene etter den testingen av brenselcellesystemet. Prosjektet ble også presentert på HyNor konferansen i høst. Dato Tittel Kilde URL 12.10.2010 Bergensferge først med brenselcelle www.forskning.no http://www.forskning.no/artikler/201 0/oktober/267402 13.10.2010 Ferge går på brenselcelle Teknisk ukeblad http://www.tu.no/energi/article2629 13.ece 01.11.2010 Vil prøve brenselcelle på større ferge 22.10.10 Testet framtidens drivstoff i Florvåg Teknisk Ukeblad Askøyværingen http://www.tu.no/industri/article263 210.ece http://www.askoyv.no/nyheter/teste t-framtidens-drivstoff-i-florvag/