En mulighetsanalyse av havvindkraft som energikilde for batteridrevne servicefartøy
Bachelor thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3077907Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Norge har som mål å utvide havvindkapasiteten til 30 GW innen 2040, samtidig somklimagassutslippene i innenriks skipsfart skal reduseres med 55 %. Det er derfor enutfordring å finne alternative løsninger for å dekke energibehovet til fartøyene som ernødvendig for å drifte og vedlikeholde havvindparkene. Denne oppgaven er gitt av VardDesign AS i forbindelse med prosjektet "Ocean Charger" og har følgende problemstilling:Kan energiproduksjon fra en offshore vindpark utnyttes for å øke kapasiteten avelektrisk drift på servicefartøy knyttet til drift og vedlikehold, med det formål å reduseredet totale klimagassutslippet?
Oppgaven tar utgangspunkt i VARD sitt servicefartøy VARD 4 19, og Equinorsplanlagte havvindpark, Trollvind. Forventet energiproduksjon til Trollvind estimeresbasert på analyser av vinddata de siste seks årene. Energibehovet til servicefartøyetestimeres på bakgrunn av en forenklet driftsprofil og vedlikeholdsplan. I tilleggdimensjoneres en batteriløsning for å dekke daglig drift for fartøyet.
Ettersom formålet med Trollvind er å dekke energibehovet til oljeplattformene Troll Bog Troll C, sees det på to caser i oppgaven. Case 1 ser på muligheten for å dekkeenergibehovet til servicefartøyet dersom oljeplattformene har prioritet på energienprodusert i havvindparken. Det vil si at servicefartøyet kun har tilgang påoverskuddsenergien etter oljeplattformenes energibehov er dekt. Case 2 ser påmuligheten for å dekke energibehovet til servicefartøyet dersom den har prioritet påenergiproduksjonen til havvindparken. Da har oljeplattformene tilgang påoverskuddsenergien etter energibehovet til fartøyet er dekt. Dette analyseres med å sepå energibalansen som beregnes per døgn over hvert år, der energibehovet trekkes fraenergiproduksjonen.
Utover dette inkluderer oppgaven en litteraturstudie av energilagrings-teknologienelitium-ionbatterier, svinghjul, hydrogen, superledende magnetisk energilager ogsuperkondensator. En kvantitativ sammenligning gjennomføres for å finne best egnetløsning for å sikre energitilgang offshore i begge casene. Det er derimot en langtidsperiode som må dekkes med energilager i Case 1 for å sikre energitilførsel, og sees påsom urealistisk med tanke på dimensjonering og kostnad. For Case 2 er det tilstrekkeligmed energi tilnærmet hvert døgn. Derfor ansees det som unødvendig med energilagermed mindre det er behov for å stabilisere energitilførselen under lading avservicefartøyet.
Oppgaven er begrenset til å ta for seg energibalansen mellom energiproduksjon ogenergibehov per døgn og år. Det er ikke sett på en offshore ladeteknologi og hvilkebegrensninger dette har med tanke på bølgehøyde. Det er også benyttet forenklede dataom energibehovet til fartøyet og oljeplattformene som har ført til forenklede beregningeri oppgaven. Norway aims to expand offshore wind capacity to 30 GW by 2040 while reducingdomestic shipping emissions by 55 %. This poses a challenge in finding alternativesolutions to meet the energy needs of vessels required for operating and maintainingoffshore wind farms. This research project, conducted in collaboration with Vard DesignAS under the "Ocean Charger" project, addresses the following research question: Canoffshore wind energy production be utilized to increase the electrical power capacity forservice vessels involved in operations and maintenance, with the goal of reducing overallgreenhouse gas emissions?
The study focuses on VARD’s service vessel, VARD 4 19, and Equinor’s plannedoffshore wind farm, Trollvind. The expected energy production of Trollvind is estimatedbased on wind data analysis from the past six years. The energy requirements of theservice vessel are estimated using a simplified operational profile and maintenance plan.Additionally, a battery solution is dimensioned to meet the vessel’s daily power demands.
Considering that Trollvind aims to fulfil the energy needs of the Troll B and Troll C oilplatforms, two scenarios are examined. Case 1 assesses the feasibility of meeting theservice vessel’s energy requirements when the oil platforms have priority access to theenergy produced by the wind farm. In this case, the service vessel can only utilizesurplus energy after the oil platforms’ needs are met. Case 2 investigates the possibilityof meeting the service vessel’s energy needs when it has priority access to the windfarm’s energy production, with the surplus energy being available to the oil platforms.The energy balance is analysed on a daily basis over the course of a year, consideringthe energy demands subtracted from the energy production.
Furthermore, the study includes a literature review of energy storage technologies suchas lithium-ion batteries, flywheels, hydrogen, superconducting magnetic energy storage,and supercapacitors. A quantitative comparison is conducted to identify the mostsuitable solution for ensuring offshore energy access in both scenarios. However, it isconsidered unrealistic in Case 1 to rely solely on energy storage for meeting the energysupply over a prolonged period due to cost and sizing constraints. In Case 2, there issufficient energy available nearly every day, making energy storage unnecessary unlessthere is a requirement to stabilize the energy supply during service vessel charging.
The study is limited to analysing the energy balance between energy production anddemand on a daily and annual basis. Offshore charging technology and its limitations inrelation to wave height have not been examined. Simplified data regarding the energyneeds of the vessel and oil platforms were used, leading to simplified calculations in thestudy.