Batterirelaterte aktiviteter i DNV Batteridrevne skip – økonomiske og miljøvennlige, 29 januar 2013 Narve Mjøs, Director Battery projects Eirik Ovrum, Researcher DNV Strategi – store batterisystemer Elektrifisering med Li-ion batterier - en global trend på tvers av sektorer Fokus Partnering Sektorer © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 2 Maritime batterisystemer - Hva skjer? Noen prosjekter - Eidesvik: Viking Lady, hybrid forsyningsskip, ombygg i Norge 2013 Østensjø: Edda Ferd, hybrid forsyningssip, nybygg Astilleros i Spania 2013 SVITZER: 4 batteri hybrid taubåter, nybygg av ASL Marine i Singapore KOTUG: RT Adriaan, hybrid taubåt i Rotterdam, ombygg 2012 Foss: Carolyn Dorothy, hybrid taubåt for LA, nybygg Foss’ Rainier Shipyard i USA, 2009 Foss: Campbell Foss, hybrid taubåt for LA, ombygg Foss’ Rainier Shipyard i USA, 2012 NORLED: Finnøy, hybrid ferge, ombygg 2013 i Norge NORLED: Folgefonn, hybrid/ren batteriferje 2014 i Norge Skotske regjering: hybrid ferge i Skottland, nybygg av Ferguson i Glasgow Scandlines: 4 batteri hybrid ferger, ombygg 2013 University of Victoria: Tsekola II, hybrid forskningsskip, ombygg i Canada NORLED: Ren batteri ferge, nybygg av Fjellstrand i Norge 2015 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 3 Maritime batterisystemer - Hva skjer? Skipstyper med potensiale for batteridrift Offshore fartøy Ferger Taubåter/Bergingsbåter «Hurtigbåter» Wind farm fartøy Spesialskip Forskningsfartøy Tørrlast med kraner Skip med • generell lav motorutnyttelse • stor kraft variasjon FPSO Skytteltankere Militær Hjelpemotorer innen deep sea shipping????? © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 4 Maritime batterisystemer - Hva skjer? LNG, energigjenvinning og fornybar energi Maritime kraftsystem leverandører posisjonerer seg Studier viser at hybride skip kan gi store reduksjoner i drivstofforbruk, vedlikehold og miljøforurensing Dersom de batteribaserte løsningene kan valideres å være økonomiske, sikre og pålitelige vil det kunne gi en betydelig markedspenetrasjon og miljøbesparelse © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 5 Prosjekt: Type-kvalifisering av store batterisystemer for maritime anvendelser © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 6 Utfordringer og Prosjektmålsetning Et skipsbatteri vil typisk være 10 – 100 ganger større enn et el-bilbatteri Gir nye utfordringer i relasjon til sikkerhet, pålitelighet og levetid Viktig at batterisystemene blir kvalifisert i henhold til “best practice” Hovedmålsettingen med prosjektet er å forbedre systematikk, verktøy og kriterier for sikker og effektiv introduksjon av Li-ion batteriteknologi for bruk i hybride skip og i full-elektriske ferger DNVs Teknologikvalifiseringsmetodikk Prosjektet vil bidra til en raskere og forsvarlig maritim elektrifisering © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 7 TEKNOLOGI KVALIFISERING “Fitness for purpose” verifikasjon mot spesifiserte krav til tiltenkt bruk risikoen ved å bruke uprøvde teknologier i nye miljøer og anvendelser kan være høy ... © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 8 Usikkerhetsreduksjon ved kvalifisering Cost Consequence Service Life Upper limit Lifetime Probability Density Distribution Compliance with target Target Acceptance Percentile Lower limit Concept Design Prototype manufacturing Testing Pilot Qualification phases Technology realisation process 9 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. Slide 9 Arbeidsprosessen for Teknologikvalifisering Qualification Work Process Define Qualification Basis Technology Assessment Failure Mode Identification and Risk Ranking Concept Improvement Selection of Qualification Methods Probability of Success Evaluation (PoS) Analysis and Testing Functionality Assessment © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. Slide 10 Workshops med eksperter innen engineering, fabrikasjon, installasjon, operasjon og vedlikehold Partnerne og samarbeide med andre prosjekter Prosjekt partnere Samarbeide med andre prosjekter FellowSHIP ZEMANTIC Batteridrevne fartøy - Sognefjorden, Hardangerfjorden, Trondheimsfjorden, Osterøy, Torghatten, Stockholm, Gøteborg, Harstad, USA, Skottland, Singapore IFE, FFI, National Renewable Energy Lab (NREL) i Colorado (USA), Centre d’ Energie Alternatives (CEA) i Chambery (France), RWTH i Aachen (Germany) © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 11 Prosjektresultater “Best practice” for utvikling og kvalifisering av maritime batterisystemer En solid platform for kvalitetssikring - Startpunkt for kvalitetsikring av spesifikke batterier og tilgrensende sysemer - Risikomodell - Maritim batteri degraderingsmodell Input for oppdatering av klassereglene Dokumentasjon © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 12 Delsystemer inkludert i batteri system modellen Battery space Pack Thermal Management Ventilation On-land distribution Fire protection Air temp.regulation BMS Engine + generator Shore connection Charger (incl AC/DC) Control sub-packs + high-level sensoring Sub-pack .. sub-BMS Voltage, temperature DC distribution Module Cell .. Cell .. IAS Power Management System electrical connections control connections © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. Energy Management System 13 Inverter (DC/AC) AC distribution Consumers (electric propulsion Technology Assessment, Risk Assessment, Qualification Actions Id Component/Function Description Applic Technology Comme QRiskFailure Mode Cause ation nt Battery Space Ventilation Remove possible Limited LimitedIf LiO of potential gasses from cells get gasses battery faults. too Possible detection warm of gasses and (>60 active air removal. degC), Connection to duct inflama into safe area. ble gas 1.3.1Fire In case of battery New Unpr will be Protection fire or fire in oven battery space, keep temperature as low as possible and try to extinguish fire. Standard fire detection. Type of fire protection may be dependent on battery chemistry and will be discussed later. 1 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. Local EffectGlobal effect Diagnostic Qualification Goals F S E R Comments 2 Accumul ation of flamable gasses Insufficient Fire and ventilation explosion at least possible. locally. Gas relief system not working. Propagati Gas on of fire detector. possible. Difficult to extinguis h. 3 Fire detected late or not at all Detection systems not suitable or placed wrong with respect to battery system. Internal BMS failure. Battery component failure. Major fire on board. Power shortage possible. A60 walls possibly not sufficient to limit fire spread. 14 Temperat ure rises above critical level before fire noticed. Thermal runaway possible For early detection/ protection , the temperatu re within the battery shall be known to the fire protection system. Ensure 1 3 3 4 Marine proper gas rules detection, for relief and ventilati ventilation. on? Estimate necessary ventilation. Can batteries 1 3 3 4 Standar Investigate how early d Class detection of fire high protecti temperature on can be done assume in an efficient d in and reliable place as way. basis. Investigate how high temperature s can get and how long the fire can last. Check suitability of A60 walls. Foreløpige prosjekt observasjoner Betydningen av temperaturkontroll Nødvendigheten av ventilasjon Sårbarheten av Batteri Management Systemet Utfordringene ved en brann Betydningen av validering og uavhengig QA 110 100 Ah_cha (%) Ah_dch (%) 100 90 Wh_cha (%) (axis 2) Wh_dch (%) (axis 2) 90 80 80 70 70 60 60 50 50 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 150.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 Cycle (normalized) 3500.0 4000.0 4500.0 40 5000.0 Battery relaterte DNV tjenester Uavhengig analyser, verifikasjon og validering Tekniske, økonomiske og miljømessige analyser Batterilevetidsvurdering/ analyser/ optimalisering Teknologikvalifisering Sikkerhetsvurderinger Kravspesifikasjon vurderinger og design gjennomgang Risikoanalyser (FMECA) Uavhengig Software Verifikasjon og Validering Test planlegging / ledelse / gjennomføring Uavhengig QA, verifikasjon og validering Datalogging og bearbeiding Opplæring © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 16 DNV klasseregler for batteridrevne skip Kravene dekker: - Sikkerhet for batteri installasjon med spesiell fokus på litiumbatterier - Batteri systemer som brukes for fremdrift - Krav til sertifisering av batteriene © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 17 Safeguarding life, property and the environment www.dnv.com os Narve.Mjos@dnv.com © Det Norske Veritas AS. All rights reserved. 18