Prosjektnummer
901194
Alternative miljøvennlige energikilder for hybrid kystfiskefartøy
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport
Konklusjoner
Masse-fjær-generator ser ikke ut til å være en fruktbar vei å undersøke videre, i hvert fall ikke i den formen som er analysert her.
Vindmølle er en aktuell kandidat. Eksisterende teknologi med tilstrekkelig energipotensiale. Det må undersøkes hvorvidt den økte vindmotstanden utveier ekstraeffekten.
Solceller vil ikke kunne gi nok til å drive krafthydraulikk eller hovedframdrift, men kan muligens drive elektronikk og juksamaskiner på godværsdager om sommeren slik at man kan la motoren være av under fiske.
Mer et HMS-tiltak enn et energiutvinningskonsept. Kan være verdt å ta med siden de stort sett kan installers uten å være i veien for andre hensyn.
Foilgenerator vinner effektkonkurransen og er sånn sett verdt å undersøke nærmere. Krever at man løser noen designutfordringer.
Konklusjoner
Masse-fjær-generator ser ikke ut til å være en fruktbar vei å undersøke videre, i hvert fall ikke i den formen som er analysert her.
Vindmølle er en aktuell kandidat. Eksisterende teknologi med tilstrekkelig energipotensiale. Det må undersøkes hvorvidt den økte vindmotstanden utveier ekstraeffekten.
Solceller vil ikke kunne gi nok til å drive krafthydraulikk eller hovedframdrift, men kan muligens drive elektronikk og juksamaskiner på godværsdager om sommeren slik at man kan la motoren være av under fiske.
Mer et HMS-tiltak enn et energiutvinningskonsept. Kan være verdt å ta med siden de stort sett kan installers uten å være i veien for andre hensyn.
Foilgenerator vinner effektkonkurransen og er sånn sett verdt å undersøke nærmere. Krever at man løser noen designutfordringer.
Kvantitativ sammenlikning
Masse-fjær-system
Fordelen med et masse-fjær-system er at det kan plasseres unna veien for andre hensyn, integrert i skroget, og at det kan brukes både under transport og når man ligger i ro.
Den største ulempen er likevel at energimengden ikke ser ut til å være veldig stor. 200 W for et system på 200 kg (ikke medregnet vekten av rammeoppheng) med 2 meters utstrekning vil raskt bli for omfattende i forhold til hva man får igjen.
Det er beregnet at systemet kan gi 0,2 kW med følgende fysiske forutsetninger:
• 200 kg svingvekt
• 2 m svingebane
• 1 m bølgehøyde med hovedperiode 2,5 s
• 200 kg svingvekt
• 2 m svingebane
• 1 m bølgehøyde med hovedperiode 2,5 s
Foilgenerator
Dette konseptet ser ut til å ha det største energipotensialet. Bølger bærer på store krefter, og en nedsenket plate gir et godt ankerpunkt for å utveksle kreftene i energi.
Ulempen er at det krever potensielt mye mekanikk, særlig hvis man skal bruke løsningen med utfelt arm. Det krever også en god løsning for å sette ut/ta inn riggen, spesielt dersom man har et system som ikke kan brukes under transit. Man kan i prinsippet tenke seg en foil-løsning som fungerer under transport også, men det er ikke evaluert i dette prosjektet.
Denne løsningen har også potensiale til å forbedre arbeidssituasjonen om bord ved å redusere bølgebevegelsene.
Ulempen er at det krever potensielt mye mekanikk, særlig hvis man skal bruke løsningen med utfelt arm. Det krever også en god løsning for å sette ut/ta inn riggen, spesielt dersom man har et system som ikke kan brukes under transit. Man kan i prinsippet tenke seg en foil-løsning som fungerer under transport også, men det er ikke evaluert i dette prosjektet.
Denne løsningen har også potensiale til å forbedre arbeidssituasjonen om bord ved å redusere bølgebevegelsene.
Det er beregnet at systemet kan gi 1,0 kW med følgende fysiske
forutsetninger:
• 2 kvm. plateareal
• 5 m sidearm
• 1 m bølgehøyde med hovedperiode 2,5 s
Solceller
• 2 kvm. plateareal
• 5 m sidearm
• 1 m bølgehøyde med hovedperiode 2,5 s
Solceller
Hovedfordelen til solceller er at den optimale driftssonen er nesten ortogonal til alle de andre konseptene, som alle fungerer best i dårlig vær. Så lenge de er montert utenom arbeidssoner og støtsoner er de også veldig lite framtredende. En totalløsning for et energisystem burde derfor sannsynligvis inkludere solceller.
En stor ulempe er at det er en lang vintersesong nesten uten sol der utbyttet er lavt, men siden været ofte er dårligere på den tiden, så vil de andre systemene ta over.
En stor ulempe er at det er en lang vintersesong nesten uten sol der utbyttet er lavt, men siden været ofte er dårligere på den tiden, så vil de andre systemene ta over.
Det er beregnet at systemet kan gi 0,1–0,5 kW med følgende fysiske forutsetninger:
• 6 kvm. vertikalt panel og 4 kvm. horisontalt panel
Vindmøller
• 6 kvm. vertikalt panel og 4 kvm. horisontalt panel
Vindmøller
Hovedfordelen til vindmøller er at dette er allerede et ferdig utviklet produkt som selges til vanlige forbrukere. Riktignok er markedssegmentet i stor grad seilbåter som har helt andre effektbehov enn det er snakk om på en arbeidsbåt, men en opp-skalering av teknologien burde være uproblematisk.
Ulempen er at det vil være visuelt forstyrrende med en stor roterende masse over hodet. Det må settes av stor plass for montering, og kasting av is-fragmenter utgjør en potensiell sikkerhetsrisiko. En annen potensiell ulempe er at den muligens kun virkelig er nyttig når man ligger på tvers av vinden, seiler i medvind, eller krysser. Dersom man skal ligge i ro mot vinden eller kjøre rett mot vinden, noe man ofte vil gjøre, kan en vindmølle kunne ende opp som netto tap. Dette må eventuelt undersøkes nærmere.
Det er beregnet at systemet kan gi 0,5 kW med følgende fysiske forutsetninger:
• 2 m diameter
• frisk bris 9,4 m/s
• frisk bris 9,4 m/s
Prosjektet har belyst potensialet for energiproduksjon om bord, og på en sjark på 11 m totallengde kan samlet bidrag fra foilgenerator (foil som står på tvers under baugen), vindmølle, masse-fjær-generator (en masse som beveger seg frem og tilbake på grunn av fartøybevegelsene) og solcelle utgjøre ca. 24 kWh på et sjøvær som varer i 12 timer. Dette utgjør ca. 15 % av tilgjengelig kraft fra batteriene på hybridsjarken Caroline. Batteriene står for 25-40% av nødvendig effekt. Resten blir produsert av en dieselgenerator.
Tallene er litt usikre og for å dokumentere endelig nytteverdi bør lett tilgjengelig teknologi som solceller og vindmølle prøves ut i praksis. Sjarkprodusenten Selfa Arctic er positiv til utprøving, men det er ikke lagt noen tidsplan for dette enda.
Tallene er litt usikre og for å dokumentere endelig nytteverdi bør lett tilgjengelig teknologi som solceller og vindmølle prøves ut i praksis. Sjarkprodusenten Selfa Arctic er positiv til utprøving, men det er ikke lagt noen tidsplan for dette enda.
-
Faktaark: Alternative miljøvennlige energikilder for hybrid kystfiskefartøy
SINTEF Fiskeri og havbruk AS. Oktober 2016. Av Jørgen Haavind Jensen
-
Sluttrapport: Alternative energikilder for el-sjark
SINTEF Fiskeri og havbruk AS. Rapportnr. A27817. 19. september 2016. Av Jørgen Haavind Jensen.
Selfa Arctic har nylig bygd og sjøsatt en prototyp for Selfa El-Max, en 11-meters sjark med hybrid fremdriftssystem – verdens første av sitt slag. Denne er utstyrt med et batteri og et dieselaggregat, som begge kan levere strøm til en el-motor som driver propellen.
I hovedsak er det tenkt at batteriet skal lades ved hjelp av landstrøm når båten ligger til kai, og at en lading skal holde til et normalt sjøvær under gode forhold. Under lenger sjøvær, dårlige værforhold eller andre forhold som medfører økt energibruk kan batteriet bli utladet. Da kan dieselaggregatet benyttes til energiproduksjon og lading.
Det er meget ønskelig å finne alternative og mer miljøvennlige metoder for strømproduksjon og batterilading til sjøs, slik at bruken av dieselaggregatet kan minimeres. I fremtiden kan man se for seg at slike båter ikke utstyres med forbrenningsmotor i det hele tatt, og utelukkende drives av fornybare energikilder.
Dette prosjektet har som formål å vurdere ulike slike energikilder med tanke på både teoretisk og praktisk maksimaleffekt samt praktisk og økonomisk egnethet.
Prosjektet er godt forankret i FHFs handlingsplan, som for 2015 prioriterer “utvikling [...] av hybrid kystfiskefartøy”. Det er en naturlig oppfølging av forprosjektet “Utvikling av hybrid fremdriftssystem for fiskefartøyer: Forprosjekt” (FHF-900922).
Å vurdere ulike metoder for miljøvennlig produksjon av elektrisk energi om bord i små kystfiskefartøy, med hensyn til følgende faktorer:
• praktiske utfordringer (plassering av utstyr på tilgjengelig areal om bord, robusthet av teknologi, muligheter for vedlikehold, m.m.
• økonomi (innkjøps-, drifts- og vedlikeholdskostnader)
• levert elektrisk effekt (maksimal og gjennomsnittlig ved forventet driftsmønster)
• praktiske utfordringer (plassering av utstyr på tilgjengelig areal om bord, robusthet av teknologi, muligheter for vedlikehold, m.m.
• økonomi (innkjøps-, drifts- og vedlikeholdskostnader)
• levert elektrisk effekt (maksimal og gjennomsnittlig ved forventet driftsmønster)
På kort sikt vil prosjektet gi en forenklet oversikt over egnetheten til ulike metoder for utvinning av energi om bord i hybride fiskefartøy. Dette kan danne grunnlag for et større hovedprosjekt der man tar for seg én eller flere av disse og videreutvikler konseptet til en praktisk løsning.
På lang sikt vil dette igjen kunne medføre at man minimerer, eller kanskje eliminerer, bruken av forbrenningsmotorer på slike båter, med alt det medfører av miljømessige, økonomiske og praktiske fordeler. Her kan bl.a. nevnes:
• mindre utslipp av miljøskadelige gasser
• lave/ingen drivstoffkostnader
• lavere vedlikeholdskostnader
• bedre arbeidsmiljø (mindre bevegelser, eksos, motordur og vibrasjoner)
• lave/ingen drivstoffkostnader
• lavere vedlikeholdskostnader
• bedre arbeidsmiljø (mindre bevegelser, eksos, motordur og vibrasjoner)
Følgende teknologier skal vurderes:
• utvinning av energi fra båtens bevegelser
• utvinning av solenergi ved hjelp av solceller
• utvinning av vindenergi ved hjelp av vindmøller
Vurderingene som gjøres i prosjektet vil baseres på enkle fysiske betraktninger, beregninger og approksimasjoner. Mer nøyaktige beregninger, f.eks. ved hjelp av simulering, utføres dersom det lar seg gjøre innenfor de gitte budsjettrammene.
• utvinning av energi fra båtens bevegelser
• utvinning av solenergi ved hjelp av solceller
• utvinning av vindenergi ved hjelp av vindmøller
Vurderingene som gjøres i prosjektet vil baseres på enkle fysiske betraktninger, beregninger og approksimasjoner. Mer nøyaktige beregninger, f.eks. ved hjelp av simulering, utføres dersom det lar seg gjøre innenfor de gitte budsjettrammene.
Båtens bevegelser
• Vurdering av potensiale for energiproduksjon baseres på antagelser om et mindre antall representative værtilstander og båtens bevegelseskarakteristikk.
• Konkret metode og komponenter for energiproduksjon vil ikke bli behandlet. I stedet vil en generalisert metode for energiutvinning bli implementert i en simulator.
• Det vil søkes å finne et dempenivå som tar ut mest mulig energi og samtidig demper båtbevegelsene mest mulig.
• Økonomiske betraktninger baseres på estimerte innkjøps- og vedlikeholdskostnader for mulige komponenter som er i stand til å ta ut ønsket energi fra bevegelsene.
• Vurdering av potensiale for energiproduksjon baseres på antagelser om et mindre antall representative værtilstander og båtens bevegelseskarakteristikk.
• Konkret metode og komponenter for energiproduksjon vil ikke bli behandlet. I stedet vil en generalisert metode for energiutvinning bli implementert i en simulator.
• Det vil søkes å finne et dempenivå som tar ut mest mulig energi og samtidig demper båtbevegelsene mest mulig.
• Økonomiske betraktninger baseres på estimerte innkjøps- og vedlikeholdskostnader for mulige komponenter som er i stand til å ta ut ønsket energi fra bevegelsene.
Solceller
• Vurdering av potensiale for energiproduksjon baseres på tilgjengelig areal på båten for montering av solceller, eksponering for sollys på ulike steder og tider av året samt forventet virkningsgrad av dagens og fremtidens solceller.
• Økonomiske betraktninger baseres på innkjøpskostnader og forventet levetid for solceller.
• Personell fra SINTEF Materialer og kjemi og SINTEF Energi AS kan muligens bli involvert på timebasis i rådgivende roller.
• Vurdering av potensiale for energiproduksjon baseres på tilgjengelig areal på båten for montering av solceller, eksponering for sollys på ulike steder og tider av året samt forventet virkningsgrad av dagens og fremtidens solceller.
• Økonomiske betraktninger baseres på innkjøpskostnader og forventet levetid for solceller.
• Personell fra SINTEF Materialer og kjemi og SINTEF Energi AS kan muligens bli involvert på timebasis i rådgivende roller.
Vindmøller
• Vurdering av potensiale for energiproduksjon baseres på praktiske plasseringsmuligheter for en eller flere vindmøller på båten, forventede værtilstander på ulike steder og tider av året samt virkningsgraden til små vindmøller.
• Økonomiske betraktninger baseres på estimerte innkjøps- og vedlikeholdskostnader for slike vindmøller.
• Personell fra SINTEF Energi AS kan muligens bli involvert på timebasis i en rådgivende rolle.
• Vurdering av potensiale for energiproduksjon baseres på praktiske plasseringsmuligheter for en eller flere vindmøller på båten, forventede værtilstander på ulike steder og tider av året samt virkningsgraden til små vindmøller.
• Økonomiske betraktninger baseres på estimerte innkjøps- og vedlikeholdskostnader for slike vindmøller.
• Personell fra SINTEF Energi AS kan muligens bli involvert på timebasis i en rådgivende rolle.
Resultater formidles gjennom FHF og SINTEF Fiskeri og havbruk sine nettsider. Det vil også bli presentert på FishTech-konferansen 2017.
-
Sluttrapport: Alternative energikilder for el-sjark
SINTEF Fiskeri og havbruk AS. Rapportnr. A27817. 19. september 2016. Av Jørgen Haavind Jensen.