Temat morskiego ładowania wydaje mi się o tyle ciekawy, że na lądzie problem jest znacznie łatwiejszy do opanowania. Trzeba tylko postawić ładowarki, doprowadzić prąd i dogadać standardy. Tyle i… aż tyle, patrząc na dzisiejszy stan rzeczy. Na morzu sprawa ma się zupełnie inaczej, bo do gry wkracza sól, fale, wiatr, ruch jednostki, korozja i samo bezpieczeństwo. Tutaj wkracza jednak norweski projekt Ocean Charger, który chce ten problem rozwiązać, proponując zupełnie inny sposób myślenia o elektrycznym transporcie.
Ładowanie statków na morzu to problem, którego nie rozwiąże zwykły kabel
W zwykłej ładowarce samochodowej kabel i złącze działają w przewidywalnym środowisku. Na morzu takie podejście zaczyna się sypać, bo ruch jednostki, wilgoć, sól i mechaniczne zużycie traktują metalowe kontakty bez litości. W odpowiedzi na to Vard i SINTEF opracowały indukcyjny system ładowania dla statków elektrycznych, który zamiast klasycznych metalowych styków wykorzystuje pole magnetyczne i szczelnie zamknięte cewki. Jest to więc przede wszystkim próba uniknięcia problemów z korozją, zużyciem i kosztowną konserwacją przy ładowaniu poza portem.
Czytaj też: Lamborghini wskrzesiło jeden z najpiękniejszych samochodów w historii. Zachwyt to za mało powiedziane
Najważniejszy pomysł nie polega więc na tym, że statek “ładuje się bezprzewodowo”, jak smartfon rzucony na podkładkę. Chodzi raczej o stworzenie odpornego, przemysłowego złącza energetycznego, które nadal wymaga bliskości dwóch elementów, ale nie wymaga odsłoniętych metalowych styków. Po jednej stronie mamy bowiem cewkę (na przykład przy turbinie wiatrowej lub morskim hubie energetycznym), a po drugiej podobny element na statku. Oba są zabezpieczone materiałami odpornymi na wodę morską, sól i glony, więc mogą pracować w najlepsze nawet latami.
Podoba mi się w tym podejściu jedno – tu nie ma udawania, że morze nagle stanie się wygodnym parkingiem. Projektanci zaakceptowali bowiem, że statek będzie się poruszał, warunki będą niedoskonałe, a obsługa nie może wymagać chirurgicznej precyzji.
Ładowarki dla statków podbiją najpierw miejsce pracy, a nie port
Pierwszym celem takiej technologii są statki SOV oraz PSV, czyli odpowiednio jednostki obsługujące morskie farmy wiatrowe i statki zaopatrzeniowe dla platform. Nie mówimy więc o jakimś wielkim kontenerowcu płynącym przez pół świata wyłącznie na akumulatorach, a o jednostkach, które pracują w konkretnym rejonie, kursują między infrastrukturą a zadaniami serwisowymi i mogą mieć względnie przewidywalny rytm pracy i konieczności ładowania. Aktualnie takie elektryczne statki działają dosyć absurdalnie, bo choć ich akumulator pozwala ograniczyć emisje podczas pracy, to samo uzupełnienie jego energii wymaga powrotu do portu, a taka droga w dwie strony kosztuje czas, pieniądze i właśnie energię.
Czytaj też: Sponsorujesz elektryczne samochody bogaczom, a rząd nie widzi w tym nic złego
Ten właśnie stan rzeczy chce zmienić Ocean Charger i w moich oczach jest to bardziej interesujące od samej sztuczki z magnetycznej z ładowaniem. Elektryfikacja nie polega bowiem wyłącznie na wymianie silnika spalinowego na elektryczny. Ona wymusza całkowitą zmianę logistyki. W samochodach podkreślałem to przy temacie ładowania w kilka minut, gdzie szybki akumulator jest tylko połową sukcesu, bo druga połowa to sieć zdolna dostarczyć ogromną moc na zawołanie. Nie jest to byle mały problem. Budzi on bowiem ryzyko przeciążenia sieci przez masowe ładowanie elektryków.
Najbardziej kuszący scenariusz wygląda z kolei tak, że morska farma wiatrowa produkuje energię, a że statki serwisowe pracują przy tej samej farmie, to ładują się lokalnie, co zaoszczędza czas, inwestycje w infrastrukturę i na dodatek rozwiązuje problem przesyłania energii. Gdy z kolei wiatr nie wieje, to rolę awaryjnego bufora przejmuje morski hub OSS z magazynem energii. Statek obsługuje tym samym wiatraki, wiatraki ładują statek, a port przestaje być byle energetyczną pępowiną.
Magnetyczna ładowarka statku to nie byle co, ale ma swoje limity
SINTEF przetestował prototyp o mocy 50 kW, ale finalnie pełnoskalowa wersja ma dostarczać 5 MW. Nie jest to delikatna zmiana, bo podczas gdy prototyp mieści się w rękach, to docelowe rozwiązanie ma być około trzy razy większe fizycznie i ponad pięćdziesiąt razy cięższe. Nie jest to więc byle romantyczna opowieść o eleganckim braku kabla, a przemysłowa inżynieria dużych mocy, która wymaga solidnego sprzętu, bo cały proces nie sprowadza się do “przekazania prądu przez magnes”.
W tego typu układzie energia musi przejść przez kilka etapów: konwersję z prądu przemiennego na stały, przesył wysokim napięciem, zmianę na prąd wysokiej częstotliwości, transfer przez pole magnetyczne, ponowną konwersję na pokładzie i bezpieczne skierowanie energii do akumulatora. Do tego dochodzą specjalne przewody, sterowanie i dobór materiałów cewek, bo przy takiej mocy każdy procent strat zamienia się w ciepło, koszt i ograniczenie eksploatacyjne. Indukcja ma więc swoje zalety w środowisku morskim, ale nie jest też byle magicznym pominięciem fizyki. Trzeba utrzymać wysoką sprawność, kontrolować temperaturę, zadbać o kompatybilność statków, zbudować standardy i sprawić, by obsługa rzeczywiście była tańsza niż klasyczne rozwiązania. Innymi słowy, nie jest to tak proste, jak mogłoby się wydawać.
Nawet rozwiązując te wszystkie problemy, możemy być pewni, że akumulatory nie zastąpią wszystkiego. Największe jednostki oceaniczne nadal będą ograniczały się do paliw alternatywnych, amoniaku, metanolu, wodoru, syntetyków, hybryd i poprawy sprawności. Jednak to samo w sobie nie unieważnia elektryfikacji mniejszych, roboczych i przybrzeżnych segmentów. Wręcz przeciwnie. Statki serwisowe, promy, jednostki portowe i część floty pomocniczej są naturalnym poligonem dla takiej infrastruktury.
Podobny kierunek widać przy elektrycznych robotach podwodnych zastępujących część pracy dużych statków czy przy gigantycznych jednostkach budowanych pod rozwój morskich farm wiatrowych. Morze staje się miejscem produkcji energii, miejscem jej przesyłu, miejscem konserwacji i coraz częściej także miejscem, w którym energia powinna być zużywana lokalnie.
Przy samochodach wciąż walczymy o ładowarkę. Statki mogą przeskoczyć ten etap
Paradoks polega na tym, że samochody elektryczne, mimo gigantycznego rynku i ogromnych inwestycji, nadal często tkwią w modelu “znajdź ładowarkę i czekaj”. Oczywiście technologie idą do przodu. Są już pomysły na bezprzewodowe ładowanie cięższych pojazdów z mocą setek kilowatów, są akumulatory LFP przyjmujące absurdalnie wysokie moce, są systemy zarządzania temperaturą i całe platformy budowane pod krótkie postoje. Tyle że kierowca nadal musi dopasować się do infrastruktury i często zmieniać nawet rytm swojego dnia, żeby nie skończyć z brakiem energii w akumulatorze.
W przypadku statków serwisowych może być odwrotnie. Infrastruktura powstaje bowiem tam, gdzie praca już się odbywa i nie jest to wcale drobna różnica. W praktyce może to decydować o opłacalności, bo jeżeli jednostka nie traci godzin na powrót do portu, nie spala energii na sam dojazd do ładowarki i może korzystać z prądu wytwarzanego lokalnie, to cały bilans wypada znacznie lepiej i to nie tylko energetycznie, ale też operacyjnie. Ocean Charger pokazuje więc coś, co w samochodach bywa ciągle pomijane – że elektryfikacja działa najlepiej wtedy, gdy infrastruktura jest projektowana pod konkretny styl użytkowania, a nie tylko dopisywana do starego modelu tankowania.
Czytaj też: Pierwszy taki samochód na świecie zaskakuje tym, czego nie widać, a Europa go wręcz potrzebuje
Jeżeli miałbym wskazać słaby punkt całej koncepcji, to nie szukałbym go od razu w fizyce indukcji. Szukałbym go w ekonomii i standardach. System tego typu ma bowiem sens przy odpowiedniej liczbie kompatybilnych statków, odpowiednio intensywnej pracy w danym rejonie i właścicielu infrastruktury, który widzi zysk z udostępniania energii na miejscu. Bez tego powstanie drogie urządzenie dla kilku jednostek i kilku farm, ale z tym wszystkim może powstać morski odpowiednik sieci ładowania, choć budowany dużo bardziej selektywnie.
Źródła: SINTEF
