Elkraftteknologi – nøkkelen til utslippsfri transport?

Medforfattere: Dag Eirik Nordgård, Eirill Mehammer og Marte gammelsæter

I 2021 var 64,5% av nye personbiler i Norge nullutslippsbiler. Det kommer stadig flere elbilmodeller på markedet, nye hurtigladestasjoner bygges både i by og distrikt, og rekkeviddeangsten er kanskje ikke like fremtredende som da den ble kåret til ett av årets nyord i 2013. Det skjer også endringer langs kysten; ved starten av 2022 hadde Norge 48 bilferger i elektrisk drift, og tallet øker stadig.

Likevel er det er en lang vei å kjøre før Norge og resten av verden beveger seg helt utslippsfritt. Det er ikke bare personbiler og ferger som skal over på batteri eller andre nullutslipps energibærere, men også alle busser, gravemaskiner, fritidsbåter, lastebiler, anleggsmaskiner, tog, skip og til og med fly. Med andre ord: all transport skal bli utslippsfri, og vi har en stor jobb foran oss!

I Nasjonal transportplan (NTP) har politikere og aktører i transportnæringen har satt seg konkrete og ambisiøse mål. Det samme har aktører i transportnæringen gjort. Innen 2030 skal:

• Norge halvere utslippene av klimagasser fra transportsektoren (NTP)
• Nye tyngre varebiler, 75% av nye langdistansebusser og 50% av nye lastebiler være nullutslippskjøretøy (NTP)
• Alle nye ferge- og hurtigbåtanbud stille krav om lav eller nullutslipp (fra 2024) (NTP)
• Widerøe ha utslippsfrie fly i rute

Innen 2050 er målet at:

• EUs klimagassutslipp i transportsektoren være redusert med 90%
• Norsk luftfartsbransje er fossilfri

For at Norge og resten av Europa skal få til denne storstilte endringen og oppnå nullutslippsmobilitet, er det en rekke utfordringer som må løses. Noen av dem jobber vi med:

• Hvordan må nettet bygges ut for å dekke fremtidens energi- og effektbehov til hurtiglading av fly, ferger og kjøretøy i byer og distrikt?
• Hvordan takler batteri og kabler lave temperaturer og trykk i flyhøyde?
• Hvordan unngå at båtskroget blir utsatt for korrosjon under lading?
• Har ladekabler ønsket levetid selv om de utsettes for mye bruk, varierende vær og salt fra vei eller sjø?
• Er batteri, hydrogen eller andre energibærere beste løsning for ulike typer kjøretøy og fartøy?

Hva er elkraftteknologi?

SINTEF Energi bidrar til et bærekraftig samfunn gjennom teknologisk utvikling og har et stort miljø som jobber med elkraftteknologi. Vi utvikler og tester de materialene og komponentene som skal inn i kraftproduksjon, nett, ladeinfrastruktur og morgendagens fremkomstmidler.

Vi bruker laboratorier og simuleringsverktøy for å

• finne de beste komponentmaterialene (gode tekniske egenskaper med akseptabel pris og lavt miljøavtrykk)
• forutsi hva slags termisk og elektrisk belastning komponentene vil tåle
• utvikle nye metoder å transportere energi på

Arbeidet utføres i prosjekter sammen med industribedrifter og andre forskningsinstitusjoner, både med og uten ekstra støtte fra Forskningsrådet eller EU-midler.

Tåler kraftnettet storskala elektrifisering av transport?

Det er viktig at større kjøretøy kan lades (eller fylles) raskt nok til at det ikke går utover den logistiske flyten vi har i dag. Lastebilsjåfører kjører gjerne etter «4,5 timer kjøring, 45 minutter hvile»-prinsippet, fly står ofte kortere enn en time ved gaten, og bilferger er klare til ny dyst når biler og passasjerer har kommet seg av og på. Derfor må det være en stabil nettilkobling med god kapasitet som gjør at fartøyene kan lade raskt.

Morgendagens distribusjonsnett vil bli utsatt for større og mer dynamiske påkjenninger enn vi har i dag, både fordi flere ting går på strøm og fordi flere ting har høyt forbruk på kort tid. Dette må de fysiske komponentene i strømnettet designes for!

SINTEF Energi samarbeider med produsentene av komponenter i nettet som transformatorer, kabler, strømbrytere og plugger for å sørge for at det som installeres skal tåle de belastningene de vil bli utsatt for. I tillegg kartlegger vi hvordan alle de eksisterende komponentene i nettet (mange av dem er flere tiår gamle) vil tåle morgendagens påkjenninger.

Dette gjør vi ved å teste i lab, overvåke og ta prøver av utstyr i drift, samt utvikle modeller som kan forutsi aldring og slitasje av komponenter. På denne måten kan man ta kunnskapsbaserte valg av når komponenter i strømnettet trenger oppgradering eller utskiftning, og hvilke nye komponenter som trengs hvor. Hvis vi ikke har denne kunnskapen, risikerer vi at vi får avbrudd i kraftnettet som det vil ta tid å reparere.

Vil du vite mer? Prosjektene Dynaload og DynKap gir svar på om gårsdagens kabler og transformatorer tåler morgendagens dynamiske påkjenninger. Vi anbefaler også en lytt på podcasten hvor våre kolleger Gerd Kjølle og Dag Eirik Nordgård snakker om forsyningssikkerhet.

Hvilke nye komponenter må utvikles?

I tillegg til at det elektriske nettet må tåle økende belastning når transportsektoren skal bli utslippsfri, er det mange nye komponenter som må utvikles. Blant annet ladestasjoner for store skip, elektrisk drivlinjer for flymotorer og ladekabler som når helt bort til lastebilene og som takler enda større effektoverføring.

Derfor forsker vi på nye elektriske isolasjonsmaterialer og komponenter. Eksempler på dette er lette isolasjonsmaterialer til fly som også skal tåle lav temperatur og lavt trykk, eller kabler og tilkoblinger som skal fungere like bra selv om de er utsatt for sjøvann og veisalt. Ved å kartlegge hva komponentmaterialer tåler og hva de kommer til å bli utsatt for, kan man lage trygge og gode produkter med lang levetid. Samarbeidsprosjekt på tvers av ulike industrier eller langs hele verdikjeder (for eksempel skipsbygger, rederi, ladeoperatør, havneeier og forskningsinstitutt) gjør at vi får enda bedre utnyttelse av kunnskapen og innovasjonene.

Når ny teknologi tas i bruk på nye bruksområder, kan uforutsette utfordringer dukke opp. Det har for eksempel vært tilfeller hvor skip som er koblet til landstrøm for hotelldrift eller lading har opplevd økt korrosjon på skroget, noe som kan være et alvorlig problem. I flere prosjekter har vi løst slike utfordringer og formidlet hvordan nye landstrømsanlegg kan utformes for å hindre korrosjonsproblematikk. Det er ikke usannsynlig at andre skjær i sjøen vil dukke opp i årene fremover, og det er derfor viktig at systematisk innsamling av driftserfaring skjer parallelt med at nye teknologi for nullutslippstransport tas i bruk, slik at gode løsninger kan finnes.

Vil du lese mer?

• ElMar: Fremtidens elektriske havner
• ZeroKyst: Elektriske fiskebåter
• Vitenskapelig artikkel om hvordan nanopartikler kan forbedre egenskapene i elektriske isolasjonsmaterialer

Hvordan sørge for at utbyggingen av nett og nye komponenter er bærekraftig?

For at utbyggingen av infrastruktur for nullutslippsmobilitet ikke skal føre til store klimautslipp i seg selv, er det også viktig med økt oppmerksomhet på bærekraftige løsninger og sirkularitet for bruk av materialer.

Bærekraftige løsninger for kraftforsyningen krever at man balanserer behov for forsyningssikkerhet og konkurransekraft med hensynet til klima og miljø. Men det ene trenger ikke å utelukke det andre! I kraftbransjen har det vært lang tradisjon for å resirkulere kobbermaterialer, mens det meste annet har gått til avfall. Dette må endre seg til å omfatte resirkulering av de fleste materialene.

Heldigvis har elkraftkomponenter strenge krav til renhet for materialene sine noe som gir et godt utgangspunkt for gjenbruk. Men da er det viktig å utvikle komponenter med materialer som er mulig gjenbruke, og at man i størst mulig grad unngår skadelige stoffer.

SINTEF Energi forsker på høyspentkabler av resirkulerbare plastmateriale og kabler uten blykappe for å imøtegå kommende miljøreguleringer. Høyspente koblingsanlegg er i dag nesten utelukkende isolert med SF₆, en gass som er regnet som verdens aller verste klimagass, hele 25 200 ganger verre enn CO₂! Derfor forsker vi på nye miljøvennlige alternativer til elektriske isolasjonsgasser slik at man på sikt kan eliminere bruk av klimaverstingen SF₆.

Veien videre

For å komme trygt i nullutslippshavn, kreves det en enorm innsats fra både myndigheter, bedrifter og forskere. Det trengs teknologiutvikling, omstilling av vaner og lovverk, og ikke minst en økonomisk vilje. Dessuten må utviklingen skje uten at det går utover sikkerheten til de som reiser, transportflyten eller påliteligheten til det elektriske nettet som skal forsyne fremtidens mobilitetsløsninger med energi. Vi gjør det vi kan for å utvikle et trygt, mobilt og elektrisk samfunn.

Spørsmål, eller interessert i å vite litt mer om hva vi kan bidra med i fremtidige prosjekter? Ta kontakt!

[easy-image-collage id=21102]

Nina Sasaki Støa-Aanensen, Dag Eirik Nordgård, Eirill Mehammer