Kalusto ja huolto
Kuljetukset
Ohjelmistot ja innovaatiot
Suomalaisella yhteistyöllä energiatehokkaampia ja vähäpäästöisempiä laivoja
Vaasalainen energiatehokkaisiin laivaratkaisuihin erikoistunut WE Tech Solutions toimittaa yhteistyössä taajuusmuuttajavalmistaja Danfossin kanssa tämän hetken nykyaikaisimman ja energiatehokkaimman hybridisähköisen potkurikäytön Wasalinen uuteen matkustajaautolauttaan. Aluksen rakentamisesta vastaa Rauma Marine Constructions ja alus luovutetaan tilaaja Wasalinelle
toukokuussa 2021.
Korkean jääluokan alus tulee sisältämään
monia kehittyneitä ratkaisuja,
joilla yhdessä tuotetaan noin 30 prosenttia
nykyistä Merenkurkun yli liikennöivää
laivaa parempi energiatehokkuus.
”Me Danfossilla ja WETechissä
olemme tehneet 10 vuotta yhteistyötä
laivojen erilaisissa energiaa säästävissä ja
päästöjä vähentävissä taajuusmuuttajasovelluksissa,
kertoo avainasiakaspäällikkö
Harri Haikonen Danfossilta”
”Me Danfossilla ja WETechissä
olemme tehneet 10 vuotta yhteistyötä
laivojen erilaisissa energiaa säästävissä ja
päästöjä vähentävissä taajuusmuuttajasovelluksissa,
kertoo avainasiakaspäällikkö
Harri Haikonen Danfossilta”
Danfossin avainasiakaspäällikkö Harri Haikonen
KUVA: DANFOSS
Hybriditeknologia tärkeässä roolissa
Uuteen Wasalinen alukseen tulee neljä
tehokasta Wärtsilän monipolttoainemoottoria
ja ABB:n toimittamat Azipodpotkurit.
Potkureiden voimansiirto toteutetaan
WE Tech Solutionsin hybridisähköisellä
propulsiojärjestelmällä, johon kuuluvat
sähkögeneraattorit, potkurilaitteistojen
sähkökäytöt, akustojärjestelmä, potkurikäyttöjen
sähkölaitteistojen keskukset,
maasyöttökeskukset, energianhallintajärjestelmä
ja potkurin ohjausjärjestelmä.
Aluksen hybriditekniikka toteutetaan
akkujen ja taajuusmuuttajien kombinaatiolla.
WE Techin hybridisähköiseen propulsiojärjestelmään
kuuluvat sveitsiläisen
Leclanchén toimittama akustojärjestelmä
sekä brasilialaisen WEG:in toimittamat
neljä generaattoria, joilla tuotetaan sähköenergiaa
päämoottoreilta potkurikäyttöä
ja muita sähkölaitteita varten.
WE Tech Solutions Oy:n toimitusjohtaja Mårten Storbacka
KUVA:
WE TECH SOLUTIONS OY
”Periaatteessa laivan hybriditeknologia
toimii samoin kuin ladattavassa
hybridiautossa,
mutta kaikki on vain isommassa
mittakaavassa. Eli hybriditekniikalla
voidaan tuottaa energiaa päävoimanlähteeltä akkuun päin tai toiseen suuntaan
antaa akusta lisää energiaa pääpotkurilaitteille,
jolloin päävoimanlähteitä voidaan
operoida optimaalisesti energiankulutusmielessä”,
WE Tech Solutionin toimitusjohtaja
Mårten Storbacka kertoo.
Laivan sähköpropulsiokoneistossa
ei ole suoraa mekaanista akselia, vaan
Azipod-
potkurit toimivat sähköisesti.
”Propulsiomoottorien tarvitsema
sähköenergia tuotetaan laivassa olevilla
kaasulla toimivilla generaattoreilla. Sen
ohessa laivassa on toisena voimanlähteenä
akustot, joita käytetään ajon aikana esimerkiksi sähkönjakelujärjestelmän piikkien
tasaukseen sekä sähköpropulsiomoottorien
kuormapiikkien tasaukseen”,
Storbacka
sanoo.
KUVA: RAUMA MARINE CONSTRUCTIONS
Taajuusmuuttajilla on keskeinen rooli
laivan kaasugeneraattoreiden ja sähköpropulsiomoottoreiden
välissä sähköisenä liitäntänä.
Taajuusmuuttajat ovat paras ratkaisu
säätää sähkömoottorien nopeutta
kuormituksen mukaan sekä mahdollistaa
aluksen propulsiolaitteiston optimaalinen
toiminta. Jopa pienet merenkäynnistä
aiheutuvat kuormapiikit tasataan edellä
mainittujen akustojen avulla, ja tällä menetelmällä
pienennetään merkittävästi energiankulutusta.
Danfoss Drivesin valmistavat taajuusmuuttajat
toimivat myös rajapintana
2 MWh tehoisen litiumioniakuston ja propulsiomoottorien
välillä.
Uusi tapa operoida laivaa
Hybriditekniikalla toimivaa laivaa voidaan
operoida eri tavalla kuin tavallista kaasutai
dieselmoottorilaivaa.
KUVA: RAUMA MARINE CONSTRUCTIONS
Laivan neljästä päävoimalähteestä
voidaan hitaammin ajettaessa sammuttaa
esimerkiksi kaksi moottoria polttoaineenkulutuksen
minimoimiseksi. Laivan
sähkögeneraattorit sammutetaan kokonaan
satamaa lähestyttäessä, eli satamaan
tullaan pelkästään akkukapasiteetin
varassa. Satamassa laiva kytkeytyy maasähköön.
Näin laivasta ei tule satamaalueellapaikallisia
päästöjä.
Akut ladataan maasähköllä suhteellisen
lyhyen satamapysähdyksen aikana,
joka riittää akkujen lataamiseen täyteen.
Akkujen kapasiteetti sallii noin 2x20
minuutin ajon, kun kokonaismatka-aika
Merenkurkun yli on noin neljä tuntia. Käytännössä
merellä ajetaan matalapäästöisimmillä
kaasumoottoreilla.
”Potkureihin otetaan tarvittaessa
ensin lisätehoa nopeasti reagoivista
akuista, jolloin saadaan esimerkiksi viisi
minuuttia aikaa käynnistää diesel- tai kaasumoottorit.
Näin päämoottoreita ei tarvitse pitää käynnissä valmiustilassa, kun ajetaan
pienemmillä tehoilla ja kun odotetaan mahdollista
lisätehon käyttöönottotarvetta”, Danfoss
Drivesin marine & offshore toiminnan johtaja
Martti Alatalo
tarkentaa.
Satamalatauksen lisäksi akkujen latausta
ylläpidetään merellä lataamalla niitä laivan päägeneraattoreiden
kautta meren ylityksen aikana.
Pääasiallisen sähköenergiansa akut saavat kuitenkin
puhtaasta maasähköstä satamassa.
Moottoritekniikan lisäksi aluksen energiatehokkuuteen
vaikuttaa itse laivan runko ja rungon
muodot, jotka on optimoitu mahdollisimman
tehokkaiksi.
Moottoritekniikan lisäksi aluksen energiatehokkuuteen
vaikuttaa itse laivan runko ja rungon
muodot, jotka on optimoitu mahdollisimman
tehokkaiksi.
Danfoss Drivesin marine & offshore toiminnan johtaja Martti Alatalo
KUVA: DANFOSS
Uusi normaali laivateknologiassa
”Laivasuunnittelu on menossa tavallaan uusiksi
hybriditeknologian vuoksi. Tällä hetkellä maailmalla
on ehkä noin 200 hybridihinaajaa ja sitä
suurempaa hybridialusta. Hybridilaivoista on
tulossa tai oikeastaan
jo tullut uusi normaali.
Norjassa jo puolet uusien laivojen kyselyistä on
hybridilaivoja”, Alatalo sanoo.
Storbacka on hieman varovaisempi, mutta
yhtyy Alatalon näkemykseen.
”Tämä on vielä vähän uutta ajatusmaailmaa,
jonka täytyy vielä aluksi ylittää muutosvastarintaa.
Yhä enemmän ja enemmän tämä
menee läpi. Kymmenen vuotta olemme toimineet
ja kasvu kiihtyy. Markkina siirtyy pikkuhiljaa
kohti energiatehokkuutta.”
Roro-laivat ja autolautat ovat selvimmin
siirtymässä hybriditekniikkaan. Myös erilaisia
kemikaaleja kuljettavilla tuotetankkereilla on
tarve hybridikoneistoihin energiansäästöpotentiaalin
takia, koska niiden pitää päästä myös pienempiin
satamiin itseohjautuvasti.
”Ne eivät halua käyttää hinaajaa satamassa.
Siksi konehuoneessa pitää olla joustoa”,
Storbacka sanoo.
Tällaisia hybriditankkereita on ollut jo yli
vuoden verran käytössä. Norjalainen Rederiet
Stenersen oli ensimmäinen varustamo, joka on
valinnut WE Techin ja Danfossin yhteistyönä toimittamat
energianvarastointiratkaisut kahteen
17 500 dwt:n säiliöalukseensa.
Tällaisia hybriditankkereita on ollut jo yli
vuoden verran käytössä. Norjalainen Rederiet
Stenersen oli ensimmäinen varustamo, joka on
valinnut WE Techin ja Danfossin yhteistyönä toimittamat
energianvarastointiratkaisut kahteen
17 500 dwt:n säiliöalukseensa.
Vaihtoehtoisesti satamaoperoinnissa,
kun laivan nopeus on hieman korkeampi,
pääkoneen akseligeneraattori tuottaa
laivan sähköt, ja akut tuottavat tarvittavan
varavoiman ilman apugeneraattoria.
Hybriditeknologialla optimoidaan sekä
pääkoneen että apugeneraattorien energiataloutta,
kuten Wasalinen matkustajalautallakin.
Kolmas hybridisaatiolle erittäin hyvin
sopiva alustyyppi ovat satamahinaajat.
Niillä on paljon odotusaikaa, jolloin selvitään
akkutehoilla. Isoja pääkoneita tarvitaan
ainoastaan hinaustilanteessa ja tämä
suurempi energiantarve kestää suhteellisen
lyhyen ajan verrattuna odotusaikaan.
Kaikkein paras käyttöalue hybridisaation
kannalta on öljyteollisuuden niin sanotuilla
offshore platform supply -aluksilla.
KUVA: RAUMA MARINE CONSTRUCTIONS
”Niissä on dynamic positioning, eli
niiden täytyy pysyä täysin paikoillaan satelliittiohjauksen
avulla. Ohjauksen ja moottoreiden
mahdollinen vikatilanne ei saa
vaikuttaa paikallapysymiseen, joten tämä
pitää turvata. Nämä laivat toimivat suuren
osan aikaa hyvin pienillä tehoilla ja
niiden tehon tarve nousee vain hetkellisesti
meren tuulien ja aaltojen mukaan.
Nopeata aputehoa ylläpidetään akkujen
avulla. Tällaisissa aluksissa päästään yli 50
prosentin energiansäästöihin hybriditekniikalla”,
Storbacka kertoo.
Hyvin monenlaisissa muissakin aluksissa
on potentiaalia päivitykselle hybridija
akkuteknologiaa hyödyntämällä.
Pitkän matkan aluksetkin hyötyvät
Mekaanisella potkuriakselilla varustetut
suuret rahtialukset hyötyvät myös hybriditekniikasta.
Pitkiä etappeja kulkevissa laivoissa perinteinen mekaaninen potkuriakselijärjestelmä
on vallitseva, koska se on
taloudellisesti kannattavampi kuin sähköpropulsiomoottori.
Tällaisessa aluksessa on järkevä kytkeä
laivan mekaaniseen potkuriakseliin
akseligeneraattori. Akseligeneraattori
tuottaa sähkövirtaa, jota tarvitaan laivan
sähköjärjestelmissä. Koska akseligeneraattoria
ajetaan taajuusmuuttajatekniikan
kautta, tämä ei estä pääkoneen ja
potkurin optimaalista operointia. Toisin
sanoen laivan sähköt tuotetaan vaihtelevalla
moottorin pyörimisnopeudella, jotta
pääkone ja potkuri toimii aina parhaalla
mahdollisella energiatehokkuudella.
”Mekaaniseen potkuriin saadaan
paras mahdollinen työntövoima, joka
on päätarve. Ohessa tuotetaan muu laivan
tarvitsema sähkövirta, minkä ansiosta
laivan erillinen sähkövoimalaitos eli apugeneraattorit
voidaan sammuttaa. Tällaisessa
aluksessa ei välttämättä tarvita erillistä
sähkövarastoa, jos akseligeneraattoria
käytetään moottorina. Tietyissä tilanteissa
laiva on hybridi joka tapauksessa”,
Storbacka kertoo.
Taajuusmuuttajan jatkoksi voidaan vielä lisätä energiavarasto, joka toimii rinnan
generaattoreiden kanssa voimanlähteenä.
Näin voidaan ehkäistä sähkönkuormituksen
piikkejä ja ajaa generaattorin
vetomoottorit mahdollisimman lähelle
niiden optimitoiminta-aluetta.
”Hyvin monessa aluksessa on myös
potentiaalia jälkiasentaa tämän tyypistä
hybriditeknologiaa. Tällainen päivitys saattaa
maksaa itsensä takaisin noin 2–3 vuodessa,
aluksen koosta ja järjestelmästä riippuen”,
Storbacka arvioi.
Teksti: Jari Peltoranta
