Revolusjonerende grønn transport - Medstraum-fergen

Innledning

I dagens maritime industri er det en økt etterspørsel etter innovative og miljøvennlige løsninger som ikke bare oppfyller dagens miljøkrav, men som også tilfredsstiller fremtidens strengere regelverk.

Som et svar på denne etterspørselen ble MS Medstraum utviklet - verdens første helelektriske og utslippsfrie hurtigbåt. Fergen er et resultat av det EU-finansierte TrAM-prosjektet, initiert av Maritime CleanTech, ledet av Kolumbus og delvis finansiert av Rogaland fylkeskommune. Dette revolusjonerende fartøyet vant prisen Ship of the Year 2022, og er i dag i drift i Stavanger by, samt i de omkringliggende kommunene og øyene.

I denne kunnskapsartikkelen vil vi gå dypere inn i Medstraum, med fokus på fremdriftssystemet. Målet er å gi innsikt i hvordan Medstraum revolusjonerer grønn transport og baner vei for en mer bærekraftig fremtid.

Hva er en typisk hurtigbåt?

I denne delen vil vi kort definere driftsprofilen til en typisk hurtigbåt, uavhengig av energikilde. Målet er å gi en bakgrunn for hvilke kriterier som er viktige for å få et effektivt fartøy.

Hurtigferger er fartøy som transporterer passasjerer. En typisk hurtigferge har et høyt antall driftstimer per år; omtrent 5000 timer per år/12 timer per dag. I tillegg har disse fartøyene ofte flere anløp hver eneste dag. Fartøyet må derfor ha god manøvreringsevne for å redusere tiden det bruker på å legge til kai, og det må være effektivt i høye hastigheter.

En av de største utfordringene når man skal designe et optimalt fremdriftssystem, er kravet til effektivitet under varierende lastforhold. Et passasjerskip kan kjøre fullastet fra A til B, men nesten tomt på vei tilbake igjen. Alle disse aspektene er avgjørende for det totale energiforbruket og utslippene.

For hurtigbåter er det vanlig at 80 % av driftsprofilen foregår i toppfart, med (forhåpentligvis) alle setene fylt. Det er også da energiforbruket er på sitt høyeste. Derfor er det avgjørende for hurtigferger å optimalisere denne delen av driften så mye som mulig.

Les også: Fremtidens fremdriftsteknologi: Slik holder du deg konkurransedyktig i 2030

Den banebrytende hurtigfergen "Medstraum"

Mål og hensikt

TrAM-prosjektet ble satt i gang med mål om å skape en utslippsfri hurtigferge ved hjelp av avanserte modulære produksjonsteknikker. Ved å utvikle nye produksjonsmetoder hadde prosjektet som mål å redusere produksjonskostnadene med 25 % og ingeniørkostnadene med 70 %.

Resultater

Fartøyet representerer en viktig milepæl i den maritime industrien, ettersom det er første gang i historien at et elektrisk fartøy har passert 23-knopsgrensen (hastigheten som kreves for å bli kategorisert som en hurtigbåt). Prosjektet har dessuten gjort elektrisk drevne hurtigbåter konkurransedyktige både når det gjelder kostnader og bærekraft.

Hurtigfergen har en banebrytende fremdriftseffektivitet på rundt 80 prosent. Det betyr at energibesparelsen er på nærmere 30 prosent sammenlignet med en standardløsning med vannjet eller fast propell på et tilsvarende skrog. I tillegg er utslippene redusert med 1500 tonn per år.

Den helelektriske hurtigfergen MS Medstraum trafikkerer i dag en rute med 12 stopp hver eneste dag, og har plass til 147 passasjerer. Fergen har en typisk marsjfart på 23 knop og drives kun av batterier - ingen fossilt drivstoff .

Veien til suksess

Fartøyets fremdriftssystem er basert på Servogear Ecoflow Propulsion System, som omfatter HD 220 E-gir med tilhørende aksel, ror, braketter og en unik elektrisk propell. Systemet er ytterligere optimalisert spesielt for Medstraums skrog, vekt og hydrodynamikk.

La oss se nærmere på de tre viktigste områdene som ble optimalisert: vekt, skrogdesign og fremdriftslinje.

Redusert vekt

Ved å redusere fartøyets vekt reduseres motstanden i vannet, noe som fører til lavere energiforbruk, bedre ytelse og kostnadseffektivitet.

Vekten på MS Medstraum har blitt betydelig redusert gjennom en rekke optimaliseringstiltak under utviklingen. Det ble gjennomført en rekke studier for å identifisere områder der vekten kunne reduseres, med fokus på ladesystemer, kabinetter og komponenter om bord, i tillegg til å finne ut hva som kunne bli igjen på land. I tillegg var det viktig å bruke lettvektsmaterialer, for eksempel aluminium med lav vekt, for å redusere totalvekten.

Fremdriftssystemet, inkludert en innovativ propellinstallasjon fra Servogear, har blitt optimalisert for å levere enestående effektivitet.En viktig endring var å utvikle braketter i karbonfiber, i stedet for dettypiske rustfrie stålet eller messing. Bare dette alene reduserte vekten på fartøyet med flere hundre kilo. Sammenlignet med et standardsystem er det optimaliserte fremdriftssystemet på Medstraum 15 % lettere!

Det felles utviklingsarbeidet og fokuset på vektreduksjon har resultert i at Medstraum er et teknologisk avansert, energieffektivt og lett fartøy som oppfyller visjonen om en rask og stillegående fergeopplevelse, samtidig som den er enkel å bruke og gjenkjennelig.

Les mer: Den mest verdifulle energien er den du ikke bruker

Skrogets design

Å minimere skrogets motstand i sjøen var nøkkelen til å redusere energiforbruket. Skroget skulle ideelt sett ha fine linjer, og alle påbygninger, som braketter og ror, skulle være så optimale som mulig for å redusere motstanden i vannet.

Skrogdesignet på MS Medstraum er helt nytt. Det ble utviklet i samarbeid med Hamburg Ship Model Basin (HSVA) og universiteter i Skottland og Athen. Til sammen 2000 skrogformer ble testet ved hjelp av CFD-analyser (Computational Fluid Dynamics), noe som resulterte i en fin skroglinje med redusert motstand i vannet.

Et viktig skritt mot å optimalisere skroget var å plassere batteriene over dekk. Dermed trengte ikke lenger batteristørrelsen å avgjøre størrelsen på skroget. En annen fordel med denne plasseringen er at batteriet er plassert i et område som ikke er utsatt for sjøvannsinfiltrasjon i tilfelle en kollisjon. Å plassere batteriet over dekk gir også andre fordeler, som bedre luftkjøling og ventilasjon, noe som gjør batteriet mer tilgjengelig for utskifting, vedlikehold og daglige inspeksjoner.

Optimalisering av fremdriftslinjen

Optimalisering av fremdriftslinjen innebærer å se på hele fremdriftssystemet, inkludert motor, aksel, braketter, gir, ror og propell. Ved å sørge for at hver enkelt komponent fungerer med maksimal effektivitet, kan fremdriftssystemets energiforbruk reduseres.

På MS Medstraum er det brukt karbonbraketter og et strømlinjeformet ror for å redusere luftmotstanden og forbedre effektiviteten. I tillegg kan propellhøyden justeres for optimal belastning på motorene og til ulike forhold, for eksempel varierende lastforhold, værforhold og driftsmodus.

Propellsystemet med regulerbar stigning gir jevn manøvrering og reduserer slitasjen på motorene og girkassene - noe som betyr lavere vedlikeholdskostnader for motorene.

Konklusjon

Ved å bruke en innovativ tilnærming og flytte grenser har hurtigbåten MS Medstraum satt en ny standard for elektriske fartøyer. Ved å ta i bruk de nyeste fremskrittene innen fremdriftssystemer, som CPP, og designe et skrog som er optimalisert for effektivitet og bærekraft, har TrAM-prosjektteamet oppnådd eksepsjonell ytelse og redusert miljøpåvirkning.

Resultatet er at MS Medstraum fungerer som en modell for fremtidens maritime industri. Utviklingen av MS Medstraum representerer et viktig skritt fremover mot en mer bærekraftig fremtid!