Lading og landstraum, to sider av same sak?

Før elektrisk framdrift av skip, der dieseltanken er bytta ut med batteri, har det vert vanlig med landstraum. Når eit skip ligg til kai over lengre tid, kan energien forsynast frå land og dieselmotorar og generatorar på skipet kan stengast ned. Dette er gunstig både for å redusera drivstoffutgifer og redusera støy til omgivnadane. For større skip slik som cruiseskip har, har behovet for effekt ofte vert for stort til at landstraum kan forsynast frå mange hamner. Resultatet er at ein eller fleire dieselgeneratorar har vert i drift for å forsyna skipet med elektrisitet, også når skipet ligg til kai.

Den siste tida har fokuset på miljø og utslepp gjort dette meir aktuelt, ved at det blir bygd ut kraftigare landstraumsanlegg som kan levera store skip. Rutegåande fartøy som Hurtigruta og skipa som går mellom Noreg og utlandet (Danmark og Tyskland) har i stadig støre grad kunne kopla seg til landstraum og stenga ned dieselgeneratorane når dei ligg til kai. For å kunne tilby landstraum også ved kortvarig liggetid, har ulike typar robotløysingar blitt introdusert for å gi raskare tilkopling, samt å unngå tungt manuelt arbeid med å handtera store kablar.

Vil infrastrukturen som er bygd ut for landstraum og internasjonale standardar på området, også kunne fungera for lading batterilager på fartøy med elektrisk framdrift?

Spenning og effektbehov til lading

El-båtar, skip og ferjer kjem i mange ulike storleikar og har naturligvis ulike behov. Den effekten som er nødvendig til lading kjem an på storleiken på batteripakken, kor lang liggetid det er tilgjengelig for lading og kor mykje batteriet må ladast opp. For enkelte fartøy vil det vera tilstrekkelig å lade opp over natt, slik at behovet for effekt blir redusert. I andre tilfelle, vi det vera behov for kortvarig hurtiglading for å halde fartøyet i kontinuerlig drift, slik som ei ferje. Det er derfor ikkje mogeleg å gi noko generell konklusjon om effektbehov.

Spenningsnivået til ladeanlegget må sjåast i samanheng med spenningsnivået til batteripakken. Så langt er det vanleg at spenningsnivået ligg i området 500V til 1 200 V DC, basert på tilgjengelige produkt frå leiande produsentar.

Internasjonale standardar

For å kunna byggja landstraumsanlegg som fleire fartøy kan nytta, har det blitt arbeida internasjonalt med å standardisera desse tilkoplingspunkta. Standardane er delt mellom høgspent, lågspent, samt ein eigen standard om kommunikasjon.

Høgspent landstraum er omtala i NEK IEC/ISO/IEEE 80005-1:2012 [1] og omfattar anlegg på over 1 MVA og spenning på 6,6 kV eller 11 kV AC. Om dette skal nyttast til lading, må må spenninga transformerast ned til lågspent likestraum før batteripakken kan ladast.

Lågspent landstraum er omtala i NEK IEC PAS 8005-3:2014 [3] og omfattar anlegg på opp til 1 MVA. Standarden legg opp til ein plugg på 350 A, som tilsvara 242 kVA ved trefasa 400 V AC tilførsel. Ved større effektbehov, kan det nyttast parallelle kablar opp til grensa på 1 MVA, men ikkje meir enn 350 A pr. plugg. Den spesifiserte pluggen inneheld også pilotpinnar i samsvar med IEC 60309-5.

Standarden omfattar ikkje landstraum som er:

  • under 250 A,
  • opp til 125 A pr. kabel,
  • under 300 V mellom fase og jord.

I dei tilfella, kan vanlige industrikontaktar nyttast.

Kommunikasjon mellom hamn og skip er omtala i NEK IEC/IEEE 8005-2:2016 [2], der MODBUS TCP/IP er nytta som protokoll med optisk fiber om medium. For cruise skip beskriv Annex A seriell kommunikasjon basert på MOSBUS RTU. Denne kommunikasjonen overfører blant anna tilgjengelig effekt frå land, samt kor stor effekt fartøyet ynskjer å trekkja. Dette kan også nyttast med det formål å lade opp ein batteripakke, der hamna kan formidla den maksimale ladeeffekten som er tilgjengelig.

Konklusjon

Landstraumsanlegg basert på internasjonale standardar bør kunne nyttast også til lading av fartøy med elektrisk framdrift, spesielt der fartøyet ikkje har ein fast oppstillingsplass. Spesielt NEK IEC/IEEE 8005-2:2016 er gunstig med tanke på spenningsnivået i forhold til nominell spenning på batteripakken, mens høgspent tilkopling er noko meir utfordrande sidan spenninga må reduserast vesentlig før lading kan gjennomførast. Kommunikasjon etter NEK IEC/IEEE 8005-2:2016 skulle kunne gi tilstrekkelig informasjon gjennom ladeprosessen.

For mindre fartøy som ladar på den same plassen, kan nok standarden gi ei noko dyrare og omfattande løysing, sidan spenning og tilgjengelig effekt i mange tilfelle er kjent. Dei minste fartøya kjem i mange tilfelle også under 250 A og er ikkje omfatta av standarden. Her kan andre løysingar vurderast, der det pr. i dag ikkje er dekka av noko internasjonal standard utover standard industrikontaktar.

For ferjer og andre fartøy som har hyppige stopp og behov for hurtiglading, er det eksempel på at andre løysingar blir valt. Hurtigruta og Color Line har valt andre løsyingar som gir raskare til- og fråkopling, samt redusert behov for mannskap [5]. Det er også ei stor utvikling innan induktiv (trådlaus) ladeteknologi, spesielt retta mot ferjer med elektrisk framdrift, som ikkje er inkludert i dei internasjonale standardane [4].

Landstraum og lading er på ei måte to sider av same sak, men har i mange tilfelle ulike behov. Mens landstraum i utgangspunktet skal forsyna fartøyet sitt behov mens det ligg til kai, skal eit ladeanlegg også ha kapasitet til å levera energi til ein eller fleire batteripakkar ombord. Gjeldande standardar vil kanskje i størst grad vera nyttig for hybrid-fartøy som har større rekkevidd og ikkje fast oppstillingsplass.

Referansar

  1. IEC, “NEK IEC/ISO/IEEE 80005-1 High Voltage Shore Connection (HVSC) Systems,” 2012.
  2. IEC, “NEK IEC/ISO/IEEE 80005-2 High and low voltage shore connection systems – Data communication for monitoring and control,” 2016.
  3. IEC, “NEK IEC/ISO/IEEE 80005-3 Lov voltage Shore Connection (LVSC) Systems,” 2014.
  4. Guidi, J. A. Suul, F. Jenset and I. Sorfonn, “Wireless Charging for Ships: High-Power Inductive Charging for Battery Electric and Plug-In Hybrid Vessels,” in IEEE Electrification Magazine, vol. 5, no. 3, pp. 22-32, Sept. 2017.
  5. T. Stensvold, “Denne strømpluggen vekker sterke reaksjoner – Hurtigruten velger bort internasjonal standard,” Teknisk Ukeblad, 24. januar, 2017. [Accessed 28. september, 2018].

Comments are closed.