managing21.be

Het aansluiten van schepen op laadstations op zee is doorgaans omslachtig. Met een nieuwe magnetische laadstekker voor boten zou dat echter bijna even eenvoudig kunnen worden als het plaatsen van een beker in een bekerhouder. Dat blijkt uit een studie van wetenschappers aan het onderzoekscentrum Sintef in Trondheim (Noorwegen).

Elektrische verbindingen zijn gevoelig voor de zoute omstandigheden op zee, maar een nieuwe magnetische stekker maakt het laden op open water mogelijk. Daardoor zou het opladen van een schip op zee even gangbaar kunnen worden als het opladen van een auto langs de snelweg.

Batterijaangedreven offshorevaartuigen zouden daardoor operationeel kunnen blijven zonder lange afstanden naar een haven te moeten afleggen om op te laden. Alleen al de reis naar de kust zou een aanzienlijk deel van de batterijcapaciteit verbruiken.
Het gaat daarbij vooral om elektrische Service Operation Vessels (SOV), die onderhoud uitvoeren aan offshore windparken. Ook andere scheepstypen, zoals bevoorradingsschepen in de olie-industrie — zogeheten Platform Supply Vessels (PSV) — komen in aanmerking.

Technische uitdagingen

Het installeren van laadstations op zee brengt aanzienlijke uitdagingen met zich mee. Toch zijn enkele bedrijven daar al mee begonnen. Eén van die ondernemingen is Vard. “Beweging en slijtage maken het opladen op zee met klassieke stekkerverbindingen een lastige opdracht”, benadrukt Håvard Vollset Lien, directeur van Vard en leider van het project Ocean Charger. “Mechanische slijtage, corrosie en intensief onderhoud verhogen de risico’s en kosten.”

Binnen het Ocean Charger-project werken wetenschappers en ingenieurs aan een alternatief voor conventionele laadstekkers. “We hebben tal van oplossingen onderzocht,” zegt Giuseppe Guidi, senior onderzoeker bij Sintef. “Daarbij hebben we een oplossing getest die vrijwel werkt als een regulier elektrisch contact, maar waarbij de energie inductief wordt overgedragen via een volledig ingekapselde stekker die bestand is tegen zware omstandigheden.”

Het principe is eenvoudig. De traditionele metalen contactpunten, die gevoelig zijn voor corrosie, worden vervangen door magnetische velden. Doordat de energieoverdracht plaatsvindt zonder direct metalen contact, wordt de laadverbinding beter beschermd tegen de corrosieve invloeden van zout water en andere natuurlijke elementen. Aan de kabel van het laadstation — bijvoorbeeld afkomstig van een windturbine — wordt een spoel bevestigd die volledig waterdicht is ingekapseld in materiaal dat bestand is tegen zout en algen. Een vergelijkbare spoel wordt op het schip gemonteerd.

Onderzoekers van het Sintef ontwikkelden en testten de inductieve laadspoel, het centrale onderdeel van het systeem. Via een magnetisch veld wordt stroom overgedragen zodra beide spoelen dicht genoeg bij elkaar komen. “Het is niet nodig om de stekker uiterst nauwkeurig in de ontvanger te plaatsen,” beklemtoont Guidi. “Het werkt ongeveer zoals een beker in een bekerhouder plaatsen. Ongeacht de oriëntatie past het systeem vanzelf. Het is zeer plug-and-play.” Volgens de ontwikkelaars levert deze nieuwe stekker telkens opnieuw een snellere, veiligere en stabielere verbinding.

Hoewel draadloze energieoverdracht naar een scheepsbatterij eenvoudig klinkt, vereist het in de praktijk een complex geheel van technische systemen die efficiënt, veilig en kosteneffectief moeten samenwerken. De elektriciteit moet eerst worden omgezet van wisselstroom naar gelijkstroom, vervolgens onder hoge spanning via een flexibele kabel worden getransporteerd en daarna worden omgezet naar hoogfrequente stroom voor magnetische overdracht.

Aan boord moet de energie opnieuw worden opgevangen, omgezet en veilig naar de batterij worden geleid. Daarvoor zijn speciale kabels, intelligente besturingssystemen en componenten nodig die bestand zijn tegen hoge vermogens en zware omstandigheden.
Volgens Guidi lag de focus van het team met name op twee aspecten. Er werd vooral gewerkt aan het elektromagnetische ontwerp van de spoelen en het regelsysteem dat energieverliezen tot een minimum moet beperken.

Weersbestendig

Het doel was om een efficiëntie te behalen die vergelijkbaar is met conventioneel laden via fysieke contacten, maar dan met het voordeel van een onderhoudsvrije en robuuste oplossing. Volgens de ontwikkelaars is dat gelukt. “Het grote voordeel van het opladen op zee op deze manier is dat lokaal opgewekte elektriciteit direct wordt gebruikt om schepen op te laden, waardoor nauwelijks energie verloren gaat,” zegt Vollset Lien.

“Ook wanneer er weinig wind is, kan het laden via een tussentijdse opslag van elektriciteit in een offshore substation, een zogenoemde OSS-hub, doorgaan”, verduidelijkt Vollset Lien. “De OSS-hub fungeert als elektrisch knooppunt op zee, verzamelt stroom van windturbines en maakt het mogelijk schepen direct op zee op te laden zonder naar land terug te keren.”

Op langere termijn ziet projectleider Håvard Vollset Lien mogelijkheden om deze technologie te gebruiken voor een uitgebreide laadinfrastructuur langs de volledige Noorse kustlijn. “Misschien wordt het op termijn een vertrouwd beeld dat elektrische service- en kustvaartuigen hun batterijen op zee opladen terwijl zij zich op de vaarroutes bevinden,” suggereert hij.