Hybrid framdriftssystem kan gi et løft for framtidig utslippsreduksjon
Fiskeriselskapet Bluewild skal bytte ut tråleren «Langenes» fra 1986 med et nybygg som skal fiske på kvoter for torsk, sei og hyse.
I tillegg har selskapet også lisens for å fiske på reker slik at man til sammen får høy utnyttelse av fartøyet året rundt. Til disse fiskeriene er det ulikt behov for slepekraft.
Designet for å gi lavest mulig utslipp
Den nye tråleren skal ha et effektivt hybridanlegg med to propeller som kan kombinere batteri med både dieselelektrisk og dieselmekanisk framdrift. Dette vil gjøre fiskebåten svært drivstoffgjerrig sammenliknet med en tråler med tradisjonell framdrift.
- Gjennom analyser og tanktester estimerer vi at dette hybridsystemet, sammen med de andre energiøkonomiserende tiltakene om bord, vil gi minst 25 prosent reduksjon i drivstofforbruk og utslipp sammenliknet med en tilsvarende moderne tråler som driver denne typen kombinasjonsfiske, og innsparingene kan i noen operasjoner overstige 40 prosent, forteller Frode Sollid, systemarkitekt i Ulstein Design & Solutions AS.
Bærekraftig fiskeri som utfordrer konvensjonelle løsninger
- Vi har jobbet sammen med fiskebåtrederiet Bluewild over en lengre periode for å utfordre de konvensjonelle løsningene innen trålerindustrien, sier Sollid videre.
- Rekefiske fordrer stor slepekraft, mens kraftbehovet ikke er like stort for hvitfisktråling, og under seilingen til og fra fiskefeltene er kraftbehovet enda lavere. Det hybride framdriftssystemet er tilpasset begge fiskeriene. Dersom man planlegger bare for maksimal motorkraft, for å sikre at båten skal kunne utføre alle oppdrag i driftsprofilen, vil båten bli dyr i drift og gi unødige utslipp ved de mindre energikrevende operasjonene. I et slikt utviklingsarbeid er det derfor viktig å stille spørsmålet: ‘Kan man gjøre dette på en annen måte?’
Første steg mot et lavere energiforbruk
Første steget i prosessen mot et lavere energiforbruk var å kartlegge hvordan båtene bruker sitt kraftsystem, slik at man kan vektlegge de viktigste egenskapene for systemet. For en frysetråler ser man at den dominerende operasjonsmodusen er tråling, mens man sjelden bruker å seile i høy fart. I samråd med fiskeriselskapet tok man derfor valget om å satse på å øke effektivitet under tråling. Det ble derfor valgt å installere to propeller i stedet for den tradisjonelle løsningen med én propell, fordi det økte propellarealet øker tauekapasiteten til båten. Propellene er plasserte i hver sin skeg (akterkjøl), i et såkalt «twin-skeg»-skrog, som gir store fordeler med tanke på plassering av framdriftsutstyret og gjør at propelleffektiviteten øker.
Flere muligheter for energiøkonomisering med dobbeltpropell
- Har man først valgt å gå for to propeller får man nye muligheter til å operere båten på måter man ikke har på skip som bare har én propell. Én ting er at vi kan regne oss frem til at to propeller bruker mindre energi til sammen enn én propell for å oppnå same slepekraften, men en annen er at vi åpner for å belaste den ene propellen mer enn den andre for å styre båten. Vanlige fiskebåter får en stor tilleggsmotstand når man må kompensere for vind, bølger og strøm med stort rorutslag. Ved å kunne levere en del av styrekraften med propellene vil vi redusere effektbehovet ytterligere. Dessuten blir skipet utstyrt med rordyser i stedet for vanlige ror bak propellen. Under modellforsøket hos Sintef i Trondheim viste rordysene seg vesentlig mer effektive enn vanlige ror. Med denne løsningen vil tråleren vare svært effektiv ved tråling også i utfordrende vær og under manøvrering, sier Erwin Jager, salgssjef for fiskeri hos Ulstein Design & Solutions.
En løsning som kan gi utslippsreduksjon i fiskeflåten
Ulsteins team har blant annet brukt erfaringene fra utviklinga av framdriftssystemene på de hybride ankerhåndteringsskipene «Olympic Hera» («Skandi Hera») og «Olympic Zeus», som ble nominerte til Green Ship Technology Award, og koplet dette mot analyser av de operasjonelle kravene til tråleren.
- Både for en ankerhåndterer og en tråler blir det stilt store krav til slepekraft. Vi har sett på hvordan referansebåter i fiskeflåten blir brukt, og i størsteparten av tida ble de brukt til tråling, mens bare en relativt liten del av tiden er knyttet til seiling, og da som regel på relativt lav fart. I samråd med Bluewild ble det gjort et bevisst valg om å prioritere egenskapene under tråling og optimalisere skroget for lavest mulig motstand ved moderat fart, sier Sollid.
– Vi har tenkt energiøkonomisering hele tiden, og disse løsningene vil til sammen bidra til et vesentlig potensial for reduksjoner i drivstofforbruk og utslipp i fiskeflåten, understreker Sollid.
Helhetlig designutvikling
Skipsdesigner Bjørnar Hatløy, som har ledet utviklingen av ULSTEIN FX101-designet, følger opp:
- Vi har sett på helheten og har særlig jobbet med yteevne, sikkerhet og funksjonaliteter, sier han, og forklarer videre:
– Vi har sett på hvordan de veldig ulike operasjonene kan driftes mest mulig økonomisk og energieffektivt, og ut fra dette designe en systemarkitektur som er optimalt for å yte effektivt på et lavt, et mellomstort og et høgt kraftuttak. Systemarkitekturen skal kunne håndtere hele bredden av operasjoner med lave miljøutslipp.
NYTT DESIGN: Ulsteins FX101-design. FOTO: ULSTEIN
Bjørnar Hatløy har leia utviklinga av ULSTEIN FX101-designet. Foto: Doxacom.
Kan drive tråling i dieselelektrisk modus
- Under de mest energikrevende operasjonene som for eksempel rekefiske med kvadruppeltrål, bruker man begge hovedmotorene, mekanisk tilkoplet til hver sin propell for å ha den mest effektive oversetningen på høy effekt. Men båten skal også effektivt kunne drive med lettere tråling som krever mindre motorlast og er designet til å kunne gjøre det i dieselelektrisk modus med bare én av hovedmotorene i drift. Driftstiden mellom motorene vil bli redusert, og den operative motoren får gå mer optimalt. Propellene kan da gå på svært lavt turtall, som gir svært høy effektivitet under tråling, båten blir mer stillegående og man trenger lite effekt på å drive skipet. Slik utnytter man fordelene av både dieselmekaniske og dieselelektriske kraftsystem, og unngår mye av ulempene.
Batteri som en del av hybridpakken
Batteripakken (BESS = Battery Energy Storage System) er en sentral brikke i det hybride kraftsystemet og har følgende funksjoner:
Motorstøtte: Batteriet hjelper aktivt hovedmotorene, spesielt når hele båten blir operert på bare én dieselmotor i dieselelektrisk modus. Ved at batteriet tar seg av kortvarig økning i kraftbehovet, som for eksempel når båten svinger under tråling, vil båten spare store mengder energi.
Respons i kraftsystemet: Batterisystemet i løsningen har store kraftreservar og kjapp reaksjonsevne. Med batterihjelp blir det lettere for dieselmotoren å håndtere dynamikk og lastpåslag.
Driftssikkerhet: Et slikt batterisystem gjør det mulig å øke redundans og oppetid på kraftnettet om bord dersom det skulle oppstå feil i kraftsystemet.
Lagring av returenergi: Tråleren har elektriske vinsjer med retureffekt, når de bremser ut trålen slipper de ut kraft til nettet. Denne returkraften kan lagres i batteriet slik at den er tilgjengelig når det er behov for den senere.
Reduserte utslipp ved kai: Batterisystemet har stor energikapasitet (ca. 1130 kWt) som ikke bare kan støtte skipet ved ekstra effektbehov, men gjør at båten kan ligge i mange timer før en dieselmotor må starte eller landstrøm må være tilkoplet. Båten blir også utstyrt med en moderne landtilkopling som fullt ut kan nyttiggjøre seg av havneanleggene som nå er under utbygging. Det gjør at hele skipet kan forsynes fra land, og man kan også lade det store batteriet med landstrøm. Dette tar langt på vei vekk behovet for å kjøre dieselmotor ved kai.
SJEFEN: Bjørnar Hatløy har ledet utviklingen av ULSTEIN FX101-designet. FOTO: DOXACOM
Skipsdesignere og integratorer
Frode Sollid seier videre:
- Ulstein Design & Solutions er skipsdesignere og integratorer, vi utvikler ikke en båt, men et heilt system. Når vi designer et skip, arbeider vi ut fra kunnskapen om hva skipet skal gjøre, hvordan menneskene skal jobbe og hva slags havområde skipet skal operere i.
- Med kunnskap om hvor mye kraft som trengs i løpet av året for å utføre de ulike operasjonene under ulike forhold, har vi definert et skrog som er tilpasset miljøet det skal benyttes i. Med de gode erfaringene med X-BOW i andre skipstyper er det utviklet et skrog som er skreddersydd for denne skipstypen. En X-BOW gir en volumfordeling vi får nytte av når forskipet skal arrangeres. Sammen med valget om å optimalisere skroglinjene for en fart på 10-12 knop gjør det at båten har større kapasiteter enn man kan typisk kan forvente av en fiskebåt med denne lengden.
Fleksibelt og framtidsrettet
- Det hybride framdriftssystemet til Bluewild-tråleren er en svært framtidsrettet løsning som gjør det mulig å drive ulike typer fiskeri på en effektiv måte, og sikrer framtidige muligheter også for nye fiskeri som kan komme. Mange element samlet gjør denne fiskebåten til et mesterstykke, avslutter Sollid.
Kilde: Ulstein