hybride skip

advertisement
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
Download