Når de ligger til kai, bruker lasteskipene ikke særlig mer kraft enn det som går med til belysning og til å drive et par kaffetraktere. Så hvorfor må de ha forurensende dieselgeneratorer gående til enhver tid? spør forskere. (Foto: Halvard Alvik / NTB scanpix)
Når de ligger til kai, bruker lasteskipene ikke særlig mer kraft enn det som går med til belysning og til å drive et par kaffetraktere. Så hvorfor må de ha forurensende dieselgeneratorer gående til enhver tid? spør forskere. (Foto: Halvard Alvik / NTB scanpix)

Ny batteriteknologi gjør at lasteskip forurenser mindre

Ny batteriteknologi for kransystemer på lastebåter kan gi store kutt i miljøutslipp.

Published

Utvikling av kjøling for batterisystemer

Mål: Utvikle systemer for effektiv kjøling av nye batteripakker for elektriske drivlinjer i skip
Prosjektansvarlig: Grenland Energy AS
Prosjektdeltakere: NTNU, Høgskolen i Sørøst-Norge, Norner AS, Tornrud Engineering AS
Oslofjordfondet har støttet prosjektet med 1 425 000 kroner

Dieselgeneratorer som durer og går når skip ligger til kai, er et miljøproblem for havnebyer verden over.

I Norge står skipsfarten for en tredjedel av utslippene av nitrogenoksider i transportsektoren og en femtedel av CO2-utslippene.

Én av synderne er fartøy som driver med lasting og lossing. Disse har som regel flere dieselgeneratorer gående for å sikre at kranene har kraft nok tilgjengelig for de tyngste løftene.

– Det betyr at generatorene store deler av tiden forbrenner diesel uten mål og mening. Når de ligger til kai, bruker lasteskipene ellers ikke særlig mer kraft enn det som går med til belysning og til å drive et par kaffetraktere, sier Lars Ole Valøen. Han er teknologisjef i Grenland Energy AS og tidenes første nordmann med doktorgrad i batteriteknologi.

– Når en kran senkes etter et løft, skapes dessuten det vi kaller returkraft som går tilbake i systemet. Generatorene må dermed kvitte seg med denne overskuddskraften med det samme. Som regel blir den bare brukt til å pumpe sjøvann fra den ene siden av skipet til den andre. Det er ikke bare energisløsing, det skaper også helt unødig forurensning, mener Valøen.

Ekstrem ytelse

Grenland Energy har nå utviklet komplette batterisystemer med kjøling som kan inngå blant annet i hybridløsninger for krandrift om bord på lasteskip. Det spesielle med disse batteriene, er at de ikke er konstruert med tanke på størst mulig lagringskapasitet, men for å yte svært høy effekt over en kortere tidsperiode.

Høyeffektsbatteriene selskapet har konstruert for maritime formål har en kapasitet på 67 kilowattimer (kWh).

– Det er faktisk mindre enn batteriet som sitter i en Tesla, men ytelsen gruser Tesla-batteriet ganske ettertrykkelig. Batteriene våre har også ekstrem ladeytelse. Det vil si at de tar opp igjen energi svært raskt, sier teknologisjefen.

Den viktigste effekten av batteriene er likevel miljøeffekten. Tester viser at et standard bulkskip som bruker de nye batteriene i en hybrid kranløsning, i løpet av bare ett år sparer miljøet for betydelig forurensning:

  • CO2 tilsvarende utslippene fra mer enn 100 moderne dieselbiler
  • Nitrogenoksider tilsvarende utslippene fra 5000 moderne dieselbiler
  • Partikkelutslipp tilsvarende det som skapes av 7000 moderne dieselbiler

Valøen tror imidlertid at hybridkraft ikke bare er en god løsning for miljøet og for astmatikerne, men at den på sikt også vil gjøre godt for redernes regnskaper.

– Samtidig som miljøbesparelsene er formidable, vil lavere drivstoffutgifter gjøre at investeringene i hybridsystemer sannsynligvis betaler seg ganske raskt, mener han.

Denne gjengen har utviklet et batterisystem som kan gi store kutt i miljøutslipp i forbindelse med lasting og lossing av skip. Fra venstre: Per Øyvind Dammen, Peder Thysted, Roman Stoiber, Lars Ole Valøen og Lars Brisendal. (Foto: Jørn Roar Bamle, Proventia)
Denne gjengen har utviklet et batterisystem som kan gi store kutt i miljøutslipp i forbindelse med lasting og lossing av skip. Fra venstre: Per Øyvind Dammen, Peder Thysted, Roman Stoiber, Lars Ole Valøen og Lars Brisendal. (Foto: Jørn Roar Bamle, Proventia)

Flere bruksområder

Krandrift er ellers bare et av flere maritime bruksområder for høyeffektsbatteriene. De er også godt egnet i forbindelse med såkalt dynamisk posisjonering, der man bruker propellene til å holde fartøyet på plass under krevende arbeidsoperasjoner til sjøs.

Slik posisjonering kan kreve stor motorkraft i korte perioder for å ta unna for store bølger.

Det samme prinsippet gjelder for det som på offshorespråket heter aktiv bølgekompensasjon, der man trenger kraft for å kompensere for bølgenes bevegelser i forbindelse med tunge kranløft.

– I alle disse tilfellene vil en løsning der strøm fra batterier tar unna toppene i kraftbehovet, være bedre enn at dieselgeneratorene durer i vei for å sikre at man har kraft nok i tilfelle man trenger det, sier Valøen.

Kraftkar må kjøles

Utfordringen med denne typen energibunter som yter høy effekt på kort tid, er at det også skapes en del varme. Derfor er nedkjøling viktig, både for å sikre optimal ytelse og for å gi batteriene lengst mulig levetid.

– Kjølesystemet må gi like god effekt overalt, ikke ta inn vann, ikke øke risikoen for selvutladning eller kortslutning i batteriet, og det må være robust på grunn av forholdene om bord på et lasteskip. Systemet må heller ikke være slik at det oppstår plutselige behov for store mengder kjølevann. De fleste skip har «chilled water» om bord, men skipene har normalt ikke anlegg for dette med nok kapasitet til også å kjøle ned batterier, forklarer Valøen.

Teamet i Grenland Energy har utviklet det Valøen mener er et godt svar på alle disse utfordringene. Og på veien er en lang rekke kjølemetoder vurdert.

– Vi har utredet termoakustisk kjøling, kjemisk kjøling, trykkluftkjøling, kjøling ved hjelp av rørsystem, væskekjøling og en rekke andre metoder. Til slutt falt vi ned på luftkjøling med vifte.

Lukket kretsløp

Siden både fuktighet, olje, salt og forurensninger er en del av luften ombord på et skip, er kjøleviften og batteriene integrert i et lukket kretsløp som kan åpnes etter behov.

– Av hensyn til brann- og eksplosjonsfare er kravene til håndtering av det vi kaller termiske hendelser mye strengere for et batteri som skal brukes til sjøs enn for et som skal brukes i en elbil. Hvis bilen begynner å brenne, kan du i verste fall bare forlate den og la den brenne ut. Det sier seg selv at en slik løsning fungerer dårlig på sjøen.

Høyeffektsbatteriene er dessuten konstruert slik at temperaturvariasjonene mellom de ulike delene av batteripakken er minimale. Ellers vil battericellene aldres i ulikt tempo.

– Vi har også utviklet løsninger for å eliminere utfordringene med kondens. Vi har blant annet isolert kalde overflater i batteriene, maksimert de kjølbare overflatene på selve battericellene og finjustert dimensjoner i batterirekkene slik at luftgjennomstrømningen er like god i hele batterisystemet, forklarer teknologisjefen.