Den grønne bølgen

BÅTMAGASINET NR. 05/2010 – mai

AV SIVILINGENIØR EIVIND AMBLE 
Mange tar etter hvert miljøutfordringene alvorlig. Ikke minst gjelder det i nabolandet Sverige, der "Båtmiljørådet" med sine 19 medlemsorganisasjoner har utarbeidet et ambisiøst program for milljøriktig fritidsbåtliv. Sjöfartsvärket, Sveriges motstykke til vårt eget Sjøfartsdirektorat, har overlatt ledelsen av programmet til Transportstyrelsen, som i kommende to-årsperiode vil sette søkelyset på reduksjon av eksosutslipp og støyutststråling, på energieffektivitet (både for båter og motorer), på selve båtbruken, på etablering av spesielle "hensynsområder" i skjærgården, på skikkelig kartlegging av mottak for toalett- og annet avfall, på begrensning av søl ved fylling av brennstoff, på viktigheten av å holde båtbunnen ren for minst mulig motstand gjenom vannet, på nødvendig varsomhet ved bruk av kjemikalier, på håndtering av utrangerte båter, og på begrensning av trafikk i og bruk av grunne farvann for å ta vare på sjøbunnens mangfold.
Under et miniseminar under utstillingen på Lillestrøm den 16. mars, fortalte prosjektlederen for Svenskt Marintekniskt Forum hvorledes man der arbeider for å utvikle et system for miljødeklarering av fritidsbåter: Basert på fem kategorier, fra 1) "det beste båtvalget" til 5) "båt som gir uakseptabel miljøbelastning", er miljødeklarasjonen ment som et verktøy til foreløpig frivillig bruk av både båtbransje og båtfolk når båtegenskaper skal sammenlignes. Oppdragelsen av båtfolket i øst til sterkere miljøbevissthet, er i full sving.
Energieffektivitet står altså høyt på prioriteringslisten i det svenske prosjektet. Og på årets mønstring av nyheter under Sjøen for alle, ble det da også mye blest omkring "grønne båter" med blå-gul opprinnelse. (Som kjent blir resultatet grønt når du blander blått og gult.) Blant annet var fremdrift med hybrid-anlegg skarpt i fokus.

HYBRIDEN SLÅR ROT

For to år siden - i mai-nummeret 2008 - skrev jeg om "hybrider". Den gangen var det neppe så mange her til lands som forestilte seg at båter med hybrid-fremdrift skulle skape store overskrifter under Sjøen for alle allerede i 2010. Men båtfolket innser etter hvert viktigheten av å skåne miljøet. Miljøbevisstheten utvikler seg - godt hjulpet av en økonomisk hverdag som trolig ikke i samme grad som for noen år tilbake frister til overforbruk av ressurser.
Dermed slår hybrid-begrepet rot blant båtfolket - som vi har sett det i bilverdenen. Og når denne utviklingen blåser i samme retning som de politiske vindene, kan det komme til å bli alvor.
Sist jeg tok for meg temaet, nevnte jeg hvordan båtbrukere egentlig har dyrket hybrid-konseptet siden tidenes morgen. Kombinasjonen av muskelkraft og vindkraft alltid gitt fremdrift til enkle farkoster. Det er nok ikke så mye nytt under solen - som fortsatt vil være energikilden som genererer både vind, bølger og grunnlaget for vannkraft.
Men i dagens hybridanlegg er det elektrisitet som gjelder - enten med lading direkte fra strømnettet (vannkraft, vindkraft, varmekraft etc.) eller i kombinasjon med forbrenningsmotorer som drivkilde for generatorer, eller solceller hvis kapasitetsbehovet ikke er det største. Og så venter vi på at brenselceller i én eller annen form skal bli tilgjengelige og kostnadseffktive.
Energi i elektrisk form er enkel å transportere, kabling tar liten plass, og tapene ved overføring, vet vi å minimere.
Det internasjonale båtbransjeforbundet ICOMIA (International Council of Marine Industry Associations) har lenge sett hva som må komme, og 1. mail 2009 ble prosjektet "Hybrid marine systems" eller HYMAR igangsatt med et tilskudd fra EU-systemet på ikke mindre enn drøye 16 millioner kroner €2.0 mill). Tas innsatsen fra prosjektdeltagerne med i regnestykket, er det totale budsjettet på drøye 22 millioner norske kroner (€ 2,76 mill).
Programmet skal gå over tre år, og det meste av resultatene vil bli offentlig tilgjengelig til glede for hele båtverdenen.
Målsetningen med HYMAR er å komme frem til et totalsystem for utnyttelse av elektrisk energi til alle aktuelle formål om bord, enten det gjelder fremdrift, manøvrering, koking og steking, oppvarming, kjøling eller ventilasjon - hele tiden med et minimum av utslipp av miljøbelastende gasser og partikler som absolutt krav.
Konsortiet som er med i programmet, teller ni deltagere. Foruten ICOMIA som styrer det hele, består teamet av spesialister innenfor propellkonstruksjon, optimalisering av propellegenskaper, modellering av fremdriftssystemer og eksperter på batterier og akkumulering av elektrisitet. Dessuten deltar en produsent av dieseldrevne generatorer og selvsagt også en båprodusent.

HYBRID-STANDARDER
HYMAR-programmet dreier seg om mer enn akkurat å få en hybrid-innstallasjon til å virke. Det skal blant annet utvikles moduler for den totale energihåndteringen om bord, et prosjekteringsverktøy for konstruksjon av optimale hybrid-anlegg, propeller med automatisk stigningskontroll, nye generasjoner høyeffektive tynnplate blybatterier, nye kontrollsystemer for motorer og generatorer, og spesifikasjoner for elektromotorer og generatorer spesielt egnet for bruk i mindre fartøy. I tillegg skal programmet delta ved utviklingen av standarder som spesifiserer krav til elektriske fremdriftssystemer for mindre fartøy.
Sommerhalvåret 2009 ble blant annet brukt til å foreta grunnleggende målinger om bord i en standard båt for å studere forhold som bestemmer totalvirkningsgraden av et komplett, konvensjonelt propulsjonssystem. Under prøvene, som ble kjørt med en typisk dieselmotor på 55 kW med rett aksel (effekten målt på veivakselen), ble forbruk og hastighet med fire ulike propeller registrert.
Figur 1 viser kurver fra én av prøveseriene der motordataene tar utgangspunkt i energien i det forbrukte brennstoffet. Den totale virkningsgraden bekrefter egentlig ikke annet enn hva vi allerede visste: Mye av brennoljens energi går til spille før den er omsatt til faktisk skyvekraft.
Den øverste kurven med navn "propeller", viser at ved optimal hastighet klarer propellen å omsette 52 prosent av tilført energi til skyvekraft. Men når vi går videre og sammenligner dette med energien som faktisk "bor" i brennstoffet, er ikke den moderne motoren istand til å omdanne mer enn maksimalt 28% av brennstoffenergien til effektivt dreiemoment på utgående aksel (kurven merket "engine"). Den nederste kurven oppsummerer tapene, og viser at det ikke er mer enn 14% av brennstoffenergien som til slutt omsettes til skyvekraft for å overvinne båtens motstand gjennom vannet. I tallene er det tatt hensyn til hva som går med til generering av strøm for lading av batterier, mens eventuelt bruk av kjølevann for oppvarming, vil være en ren bonus.

FULLT MOMENT FRA STARTEN
Hybrid-driften byr på gevinster ved at propellen får arbeide under gunstige forhold over hele hastighetsområdet. Mens forbrenningsmotoren ikke kan produsere dreiemoment før den har nådd et visst omdreiningstall, har elektromotoren en annen karakteristikk. Her er det fullt moment på akslingen allerede fra start. Dermed kan motoren tørne store propeller ved lave turtall og hastigheter uten å miste pusten. Og dermed kan propellen tilpasses for en bedre utnyttelse av motorkraften.
Jo da, selvsagt byr vripropellen på samme muligheten til å justere hvor mye effekt som absorberes gjennom turtallsregisteret. Men momentkarakteristikken er bare ett av elementene som gjør elektrisk drift spennende. Og i HYMAR-programmet fokuseres det sterkt på styring og kontroll av et samlet elektrisk anlegg om bord. Sier vi først "ja" til strøm for fremdrift, er det smart å bruke samme opplegget for alt av funksjoner.
Da jeg for mer enn 30 år tilbake var involvert i utviklingen av motoryachter av storformat, baserte vi et av prosjektene på at et eget kraftverk med fire dobbeltopplagrede generatorsett skulle levere strøm til alle funksjoner . Selv den gangen var konseptet langt ifra originalt, og prinsippet brukes i dag blant annet i cuiseskip og store isbrytere. Men da er det snakk om "dieselektrisk drift" - som forutsetter at det alltid er fyr på én eller flere av skipets dieselmotorer eller turbiner. I disse fartøyene er det ikke så aktuelt med den gigantiske akkumulatorkapasiteten som måtte til dersom den skulle være tilstrekkelig for fremdrift i lengre perioder med stillhet.
Å fange og å lagre store mengder energi på en kostnadseffektiv måte, er og blir en gigantisk utfordring. Selv om det i dag utvikles enkelte svært potente sportsbiler med hybrid fremdrift, er det nok en stund før tilstrekkelig lette og store batterier blir tilgjengelige til en overkommelig pris slik at elektrisitet vil være et mulig alternativ for fremdrift av raske, planende båter. Derfor utprøves HYMAR-koseptet om bord i et typisk deplasementskrog beregnet for miljøriktig "deplasementhastighet".
Ved å optimalisere hybrid-systemet, har HYMAR tatt mål av seg til å oppnå
Minst 30% reduksjon i totalt brennstoff-forbruk;
Null eksosutslipp og null støyutstråling ved elektrisk fremdrift;
Mer tilgjengelig elektrisk energi for alle tenkelige formål;
Enkel betjening og pålitelig drift;
Bare én type brennstoff om bord.

Hvor sterkt miljøhensyn kommer til å influere på fremtidens fritidsbåtkonsepter, er det ikke enkelt å spå om. Men uansett må vi forutsette at båtindustrien vil møte krevende utfordringer. Da er hybridanlegg et opplagt alternativ å vurdere. Den grønne bølgen åpner for kreativitet og oppfinnsomhet i rikt monn.