Offshorefartøyer kan spare 10-15 prosent i året på hybriddrift

Analyser av tester gjort i hybridlaboratoriet til ABB på MARINTEK i Trondheim viser besparelser på 10-15 prosent drivstoff og utslipp under gitte forutsetninger for et typisk fartøy i offshoreflåten.

ABBs hybridlab for testing av energilager i fremdriftssystemer for offshorefartøyer er et samarbeid med MARINTEK, NTNU og SINTEF, støttet av Transnova (nå Enova).

- Vi er fornøyde med det vi så langt har fått ut av hybridlaboratoriet. Testene viser at batteridrift i all hovedsak har gitt de besparelsene vi trodde for de fleste anvendelsene og driftsprofiler, men vi har også sett at det har gitt mindre besparelser for enkelte funksjoner, sier leder for marinevirksomheten til ABB i Norge, Sindre Sætre.

Dersom hele flåten av offshorefartøyer og ankerhåndteringsfartøyer på norsk sokkel hadde kraftsystem med den nyeste hybridteknologien vil man kunne redusere CO2-utslippene med opp mot 450 000 tonn CO2 i året. Det er det samme man sparer ved å elektrifisere hele Valhallfeltet, eller tilsvarende utslippene til 163 000 gjennomsnittlige norske biler.

Ved å bruke et batteri øker man i praksis virkningsgraden på forbrenningsmotoren i et dieselelektrisk fremdriftssystem. Et hybrid kraftsystem egner seg spesielt godt for fartøyer med lavt og varierende kraftforbruk (lastprofil) og kan installeres i både eksisterende fartøyer (retrofit) eller nybygg, enten kraftsystemet er basert på vekselstrøm eller likestrøm.

- Fartøyet får det mest optimale kraftsystemet dersom man tar hensyn til energilageret fra dag én. Et batteri leverer likestrøm og vil gi de største gevinstene dersom det installeres i et fartøy med et likestrømsbasert kraftsystem, som i seg selv gir en del besparelser i forhold til et kraftsystem basert på vekselstrøm, sier Sætre. 

Laboratoriet i Trondheim er i praksis et testsystem for alle komponenter som er nødvendige i et hybrid fremdriftssystem. Forbruksmønster ved ulike konfigurasjoner av det elektriske fremdriftssystemet blir analysert opp mot reelle lastprofiler. Hybridløsninger kan være hensiktsmessige også for andre fartøystyper enn offshorefartøyer, som drillskip, halvt nedsenkbare rigger og ferger.

- Potensialet er stort. For rederiene betyr kostnadsbesparelsene økt konkurransekraft og at de kan bidra til en mer miljøvennlig skipsfart. Rederienes og samfunnets interesser er sammenfallende når det gjelder introduksjon av batteridrift, sier Sætre.

Basert på dieselelektrisk fremdrift

Kraft- og fremdriftssystemer i offshorefartøy i dag er som regel diesel-elektriske, det vil si at en forbrenningsmotor og en generator brukes til å produsere elektrisk kraft. Kraften går til å drive skipets systemer og til elektriske motorer, som igjen driver propeller for fremdrift og/eller posisjonering. 

De fleste fartøyer i dag har vekselstrømsanlegg, som gir en fast frekvens ut av dieselgeneratoren. Det betyr at den går på et fast turtall og ikke får utnyttet hele potensialet i den tilgjengelige kraftproduksjonen. En dieselmotor har optimalt drivstoff-forbruk når den går på rundt 70 til 80 prosent last, som er andelen av den maksimale effekten, eller kreftene, man kan hente ut av motoren. Men når et fartøy ligger på dynamisk posisjonering, ligger lasten sjelden på det nivået, men i snitt rundt 30 prosent.

ABB har løst utfordringen ved å introdusere Onboard DC Grid, et system som bruker likestrøm i kraftforsyningen om bord. Foruten en enklere og mer plassbesparende installasjon gir likestrømssystemet mulighet til å variere frekvensen ut av generatoren, slik at turtallet til motoren til enhver tid kan tilpasses kraftbehovet til fartøyet. Pilotinstallasjonen oppnådde 27 prosent drivstoffreduksjon ved bruk av Onboard DC Grid (uten batteri).

Batteri optimaliserer fremdriftssystemet

Inkluderer man et batteri kan gevinsten økes ytterligere for en rekke funksjoner, fordi batteriet kan tilføre energi raskt. For at fartøyet ikke skal risikere å ikke ha nok kraft tilgjengelig, vil et batterisystem for eksempel kunne ta unna toppene i forbruket. Batteriet vil også kunne fungere som reservekraft for systemene om bord, det vil si at det kan erstatte en generator, dersom marineregelverket i fremtiden tillater det.

Kraftsystemet som er bygget i Trondheim består av to generatorsett, én frekvensomformer og to elektromotorer utstyrt med bremser for å simulere last. I tillegg kommer batteri og kondensatorbank, som begge gir raskt tilgjengelig kraft for kraftsystemet, og vern og effektbrytere for sikkerheten til anlegget. Til testingen utvikles et eget kontrollsystem basert på ABBs 800xA-produkter, som vil inngå i ABBs Power and Energy Management System (PEMS).

Energilagring i et fartøy kan brukes i følgende funksjoner:

- Roterende reserve – erstatte dieselmotorer som energireserve i gitte operasjoner

- Lastutjevning – glatter ut lastprofilen til dieselmotoren (redusert forbruk)

- Nullutslippsoperasjon – kan drive utslippsfritt i perioder, for eksempel i havn

- Strategisk lastfordeling – optimaliserer lasten til dieselmotoren

- Forbedret dynamisk støtte – optimaliserer lasten ved lastpåslag

- Enhanced Ride-Through – generell energilagring, nødstrøm (UPS)