En ny “plug and play-løsning” gjør at elektriske skip kan lade i åpen sjø

Elektriske koblinger hater ramsalt sjø, men en ny magnetisk plugg gjør lading i åpent hav til en mulighet. Det å lade et skip til havs kan altså bli omtrent like enkelt og vanlig som det å lade bil langs E6.

Da kan vi la batteridrevne offshorefartøy jobbe på, uten å måtte dra den lange veien til en havn for å lade; én tur til lands ville jo tømme batteriet bare på transporten.

Her lader servicebåten med den nye induktive løsningen – langt til havs og med strøm fra en vindturbin. Foto: Vard VIS MER

Vi snakker i første omgang om elektriske vedlikeholdsfartøy som passer på vindparkene til havs, såkalte SOV (Service Operation Vessels). Men man kan også tenke seg bruk for andre typer skip, eksempelvis forsyningsskip i oljebransjen, såkalte Plattform Supply Vessels (PSV).

Nådeløs natur og nitid nøyaktighet

Det er utfordrende å sette opp ladestasjoner til sjøs. Men noen har allerede begynt med dette. Deriblant Vard.

– Bevegelse og slitasje gjør at lading til sjøs er sårbart for en klassisk pluggbasert kobling. Det er mekanisk slitasje, korrosjon og et krevende vedlikehold som øker risiko og kostnader, forteller Håvard Vollset Lien i Vard, som leder det store prosjektet Ocean Charger.

Magnetisk magi erstatter den sårbare pluggen

Været og bølger kan vi gjøre lite med, men hva med selve koblingspluggen? Kan vi finne en smartere løsning der?

Det er nettopp dette forskere og ingeniører i Ocean Charger-prosjektet har jobbet med.

– Bevegelse og slitasje gjør at lading til sjøs er sårbart for en klassisk pluggbasert kobling. Det er mekanisk slitasje, korrosjon og et krevende vedlikehold.

Håvard Vollset Lien, direktør for forskning og innovasjon i Vard. Foto: Vard VIS MER

– Vi har sett på mange løsninger her, forteller Giuseppe Guidi, seniorforsker i SINTEF. 

– Og vi har testet en mulig løsning som fungerer nesten som en vanlig elektrisk kontakt, men der vi slipper alle problemene fordi vi overfører effekten induktivt slik at vi kan kapsle inn selve pluggen i materialer som tåler omtrent hva som helst.

Konseptet er i prinsippet magisk enkelt: I stedet for å bruke klassiske kontakter som korroderer, bruker de magnetfelter.

Lading uten fysisk kobling av kontakter med nakent metall gir god beskyttelse mot ruskete omgivelser.

Som å sette en kopp i en koppholder

På kabelen som kommer fra ladestasjonen (for eksempel en vindturbin) monteres en spole, trygt innkapslet i et vanntett materiale som ikke påvirkes av salt eller alger. På skipet monteres en tilsvarende spole. Også den godt beskyttet.

Forskerne i SINTEF har designet og testet det som er selve hjertet i ladesystemet: Den induktive lade-spolen. Her blir strømmen overført uten fysisk kontakt via et magnetisk felt når spolene er nær hverandre.

Slik ser den ut: Forsker Giuseppe Guidi med prototypen som er utviklet og testet av SINTEF.  Den er liten nok til å løftes med én hånd, men fullskala‑versjonen som skal levere 5 MW blir et helt annet format: rundt tre ganger større i fysisk størrelse og over femti ganger tyngre. Foto: Hege Tunstad VIS MER

– Det vil ikke bli nødvendig å treffe nøyaktig når denne pluggen senkes ned i hullet som er mottakeren, forteller Guidi.

– Det er nesten som å sette en kopp i en koppholder. Den vil passe uansett hvilken vei den er snudd. Veldig «plug and play», forteller han.

Med en slik ny plugg blir det en raskere, sikrere og mer stabil tilkobling – hver gang.

Eksempel på induktiv kobling for overføring av strøm til båt. Slik kan skipet holde trygg avstand fra selve laderen, men samtidig blir det enklere, sikrere og raskere å koble til. Figur: SINTEF Energi VIS MER

Puslespill med komponenter

Å få strømmen trådløst over til batteriet på et skip høres kanskje ganske enkelt ut. I praksis krever det en hel kjede av tekniske løsninger som må spille på lag, være kostnadseffektive, sikre og praktiske.

Strømmen må først gjøres om fra vekselstrøm til likestrøm, sendes med høy spenning gjennom en fleksibel kabel, og deretter konverteres til høyfrekvent strøm som kan overføres via magnetfelt. Om bord må strømmen fanges opp, gjøres om igjen, og sendes trygt inn i batteriet.

– Det er nesten som å sette en kopp i en koppholder. Den vil passe uansett hvilken vei den er snudd. Veldig «plug and play».

For at dette skal fungere effektivt må man bruke spesialkabler, smart styring og komponenter som tåler både høy effekt og røffe forhold. Det er først når alle disse brikkene faller på plass at magnetisk koblet hurtiglading til sjøs blir mulig.

Guidi forteller at det er særlig to områder de har jobbet med. Det ene er det elektromagnetiske designet. Det handler om hvordan spolen er viklet og hvilke materialer som brukes, slik at systemet kan gi høy effekt på en liten flate.

Det andre er styringssystemet. Det trengs et intelligent reguleringssystem for å sikre at energitapet blir minimalt.

Sikker lading uansett vær

Målet har vært å oppnå en virkningsgrad som er på samme nivå som lading med elektrisk kontakt, men da med den enorme fordelen av at den er vedlikeholdsfri og robust. Og dette har de lykkes med.

– Det som er det geniale med lading til sjøs på denne måten er at elektrisk energi produsert lokalt utnyttes direkte til lading av skipene, noe som sikrer at veldig lite energi går til spille, forteller Vollset Lien.

Til og med når vinden ikke blåser, kan ladingen sikres gjennom mellomlagring av strøm i en såkalt “OSS-hub”:

– OSS-huben fungerer som et elektrisk knutepunkt ute i havet, den samler strøm fra vindturbinene og gjør det mulig å lade fartøy direkte offshore, uten å gå til land.

– Det som er det geniale med lading til sjøs på denne måten er at elektrisk energi produsert lokalt utnyttes direkte til lading av skipene.

På sikt ser prosjektleder Håvard Vollset Lien i Vard for seg at denne typen ladeløsninger kan brukes til å etablere en ladeinfrastruktur langs hele norskekysten.

– Kanskje blir det en dag et helt vanlig syn at elektriske servicefartøy og kystfartøy lader batteriene sine til havs og ute ved skipsleia, avslutter han.