Sætækni ehf
Sjávarklasanum
101 Reykjavík
Sími 893 8065
saetaekni@saetaekni.is
gunnar@saetaekni.is
© 2021 Sætækni ehf
Rekstrarhagkvæmni
Viðhald & endurnýjun
Þarfagreining
Orkusparnaður
Landtengingar
Unnið af Garibalda ehf
22. júní 2021
Hvað eru landtengingar? Landtengingar eru þegar landrafmagn er flutt um borð í skip. Landtengingar í íslenskum höfnum hafa verið til í nokkra áratugi. Í byrjun áttunda áratugar síðustu aldar var byrjað að leggja heilstæð kerfi með 3 fasa rafmagni, 400 volt, 50 Hz og straumur allt að 125 amper.
Skip í dag þurfa mörg hver aðra tengimöguleika, aðra rafmagnsspennu 440 eða 690 volt í stað 400 volta, aðra tíðni eða 60 Hz í stað 50 Hz og
mun meiri straum og þar með mun meira afl. Samspilið milli afls annars vegar og spennu og straums hins vegar má sjá meðal annars í verkefni sem Sætækni ehf vann fyrir Faxaflóahafnir, Rafmagnsmál – greining.
En hvers vegna þessi aukna áhersla á að landtengja „öll“ skip? Þegar skipin eru ekki landtengd notast þau við rafstöðvar (ljósavélar, e. auxiliary engine) við orkuöflun um borð með því að brenna jarðefnaeldsneyti. Vilji er til að breyta þessu og nota umhverfisvæna orku í stað jarðefnaeldsneytis. Þessi vilji kemur m.a. fram í stefnu stjórnvalda um orkuskipti. Stjórnvöld eru meðal annars að veita styrki til hafna til að fara í orkuskipti, þ.e.a.s. fá skip til að landtengjast og hætta að nota jarðefnaeldsneyti
Hafnarfjarðarhöfn hefur ákveðið að stiga stór skref í að efla rafvæðingu hafnarinnar. Þetta kemur fram í Greinargerð um framkvæmdir Hafnarfjarðarhafnar við landtengingar árin 2020 til 2025. Drög III sem samþykkt var af hafnarstjórn Hafnarfjarðarhafnar í júní 2020 og sjá má hér á þessari síðu.
Sætækni ehf hefur unnið nokkur verkefni við landtengingar, fyrst fyrir Faxaflóahafnir 2015 þegar fyrirtækið vildi gera átak í að fá skip til að landtengjast. Árið 2016 vann Sætækni ehf verkefni varðandi landtengingar fyrir Hafnarfjarðarhöfn, skýrslu um þá vinnu er að finna hér neðar á síðunni. Sætækni ehf vann einnig í teymisvinnu með Faxaflóahöfnum frá 2016 til 2019 og skilaði sú vinna sér í áfangaskýrslunni Rafmagnsmál – greining. Núna þessa dagana er Sætækni ehf að vinna að framgangi áætlunar í samræmi við fyrrgreinda Greinargerð um framkvæmdir.
Framkvæmdir við landtengingar í Hafnarfjarðarhöfn
Í fyrrgreindri greinargerð er gert ráð fyrir að framkvæmdir verði í 4 áföngum. Framkvæmdir eru tímasettar í áætlun. Ýmislegt hefur orðið til þess að seinka tímaáætlun og einnig eru breyttar áherslur.
Í fyrsta áganga er áætlunin að vinna að framkvæmdum og innkaupum fyrir árið 2021 og 2022. Það sem á að framkvæma er öflug landtenging á Hvaleyrarbakka og landtenging fyrir farþegaskip á Suðurbakka.
Rétt er að hafa í huga að fyrirmyndir að öflugum landtengingum fyrir skip almennt eru ekki til staðar á Íslandi. Það eru sérhæfðar lausnir til staðar, t.d. fyrir hleðslu á ferjunni Herjólfi, en hún er með rafhlöður sem geta tekið við um 1000 kWh í hverri hleðslu, og orkan á rafhlöðum dugir að öllu jöfnu milli Eyja og Landeyjarhafna en hlaðið er bæði í Eyjum og í Landeyjarhöfn. Einnig er verið að koma upp öflugum tengingum fyrir skip Síldarvinnslunar á Neskaupstað. Báðar þessar tengingar eru ólíkar þeim sem hugsaðar eru í Hafnarfjarðarhöfn þar sem fjölbreytt flóra skipa kemur með mjög breytilegar þarfir. Af þessu má sjá að fyrirmyndir á Íslandi eru ekki til staðar fyrir sambærilegri tengingu og hugsuð er á Hvaleyrar- og Suðurbakka í Hafnarfirði.
Sætækni ehf hefur kynnt sér hvernig þróunin hefur verið í þessum málum erlendis. Það má sjá mörg dæmi um stærri tengingar í skýrslunni „Rafmagnsmál – tenging“. Norðmenn hafa þróað lausnir með gámum, þar sem rafmagnsbúnaði er komið fyrir í gámum á bryggjunni, og eru þeir allt frá 10 upp í 30 fet. Það sem fæst með þessu er að búnaðurinn er færanlegur og hefur þessi lausn reynst á allan hátt mun ódýrari.
Eins og sjá má í fyrrgreindri greinargerð var í fyrsta áfanga gert ráð fyrir 1000 kVA tengingu. Er það afl fyrir hendi í núverandi veitukerfi, en hvað með frekari uppbyggingu öflugra landtenginga? Fljótlega var fundað með HS Veitum um hvernig staðan væri. Miðað við áform hafnarinnar þarf að styrkja kerfi HS Veitna frekar, þ.e.a.s. kerfið eins og það er í dag ræður við þessa tengingu á Hvaleyrarbakka en þarf frekari styrkingu fyrir tengingu á Suðurbakka. Á þessu ári og því næsta verður unnið að þessari styrkingu að hálfu HS Veitna.
Í nýrri öflugum lágspennu landtengingum (e. LVSC) í heiminum og eins og gert er t.d. í Korsör á Sjálandi í Danmörku (flotastöð danska sjóhersins, umfjöllun um þetta er að finna í skýrslunni Rafmagnsmál – greining) er allur rafbúnaður, spennar og tíðnibreytar ásamt tilheyrandi búnaði í einu húsi og lágspennulagnir lagðar frá því í tengistaði á bryggjum þar sem skipin síðan tengjast.
Í upphafi var gert ráð fyrir þessu fyrirkomulagi í tengingu á Hvaleyrarbakka.
Eftir ítarlega skoðun setti Sætækni ehf fram þá hugmynd að flytja rafmagnið í háspennu eins nálægt tengistöðum á bryggju og mögulegt er. Með þessu fæst tvennt: lágspennulögnum fækkar mikið og kostnaður við að koma þeim í jörðu sparast og hætta á spennufalli í köplum hverfur. Einnig varð ljóst við frekari skoðun að það gæti verið hentugt að hafa lágspennubúnað í tveimur gámum. Annar gámurinn sem hér verður kallaður gámur 1 hefur tvíþættan tilgang: annars vegar er hægt að nota hann til
landtengingar skipa sem þurfa meira afl en 130 kW en eru með 400 eða 690 volt og 50 Hz – þetta hentar t.d. eldri skipum og farþegaskipum frá Ponant. Hins vegar er gámur 1 hugsaður til að fæða gáminn sem breytir rafmagninu í 440 eða 690 volt og tíðninni í 60 Hz en þessi gámur er 20 fet og verður hér kallaður gámur 2.
Á efri myndinni hér að ofan er skematísk mynd af gámum 1 og 2 frá norska fyrirtækinu Blueday.
Til að koma rafmagni frá gámi 1 eða 2 um borð í skip eru notaðir kaplar og kapalkerfi. Til að flytja mikinn straum þarf svera kapla. Gert er ráð fyrir að hver kapall geti flutt allt að 350 amper. Kapall af þessum sverleika er um 10 kg per lengdarmetra. Þegar þörf er á mestu afköstum verða notaðir fjórir kaplar í einu. Fyrirtækið Zinus hefur þróað kapalkerfi fyrir landtengingar, en myndin hér til hliðar sýnir slík kerfi.
Lágspennukerfi af þessum toga eru yfirleitt hönnuð samkvæmt alþjóðlegum staðli og þetta kerfi er engin undantekning á því. Staðalinn heitir IEC 80005-3 for LVSC (e. LVSC, eða Low Voltage Shore Connection). Allur búnaður, hvert smáatriði, þarf að uppfylla kröfur í þessum staðli.
Mestu afköst nýs búnaðar er 1500 kVA m.v. 690V/50 Hz og 1000 kVA miðað við 440/690 Hz.
Lágspennukerfi af þessum toga eru yfirleitt hönnuð samkvæmt alþjóðlegum staðli og þetta kerfi er engin undantekning á því. Staðalinn heitir IEC 80005-3 for LVSC (e. LVSC, eða Low Voltage Shore Connection). Allur búnaður, hvert smáatriði, þarf að uppfylla kröfur í þessum staðli.
Mestu afköst nýs búnaðar er 1500 kVA m.v. 690V/50 Hz og 1000 kVA miðað við 440/690 Hz.
Hafnarfjarðarhöfn leitaði rafmangnsverkfræðiráðgjafar og fékk því til liðs við sig rafmagnstæknifræðing sem heitir Jón Björn Bragason en hann á og rekur fyrirtækið J2B ráðgjöf. Sætækni ehf og J2B ráðgjöf hafa útfært þessar hugmyndir. Teikning hér til hliðar er gerð af J2B ráðgjöf og sýnir fyrirkomulag búnaðar á Hvaleyrarbakka.
Leitað hefur verið til margra sérfræðinga í rafmagnsmálum til að fá álit og ráðgjöf. Til að fá raunhæf viðbrögð varðandi það hvað hægt væri að gera og hvaða búnaður er í boði var leitað til erlendra framleiðenda rafbúnaðar og þeir beðnir um að koma með tillögur og gefa upp kostnað (e. Request For Information, RFI). Þeir aðilar sem leitað var til eru ABB, Cavotec, PSW, Blueday og Scheinder. Reyndar hafði Sætækni ehf einnig verið i sambandi við norska fyrirtækið PSW þegar Greinargerð um framkvæmdir Hafnarfjarðarhafnar við landtengingar 2020 til 2025. Drög III var gerð en gögn frá PSW fylgdu greinargerðinni sem fylgiskjal.
Það var greinilegt að þessi fyrirtæki lögðu mikla vinnu í RFI. Gögn sem komu frá þessum aðilum voru mjög faglega unnin og gagnleg.
Á þessu stigi voru útlínur verkefnisins orðnar nokkuð skýrar. Verkefnið að koma upp öflugri landtengingu á Hvaleyrarbakka er tvíþætt: annars vegar háspennutenging frá dreifistöð að bryggjukanti, og hins vegar lágspennubúnaður.
Háspennubúnaður
Hanna þurfti háspennutengingu og annaðist J2B ráðgjöf þann þátt verksins. Gerð var útboðslýsing og framkvæmdin boðin út. Þrjú fyrirtæki tóku þátt í útboðinu, Orkuvirki, Rafal og RST-net. Lægsta tilboð átti Orkuvirki, rúmar þrettán milljónir króna og var gengið til samninga við það fyrirtæki.
Lágspennukerfi af þessum toga eru yfirleitt hönnuð samkvæmt alþjóðlegum staðli og þetta kerfi er engin undantekning á því. Staðalinn heitir IEC 80005-3 for LVSC (e. LVSC, eða Low Voltage Shore Connection). Allur búnaður, hvert smáatriði, þarf að uppfylla kröfur í þessum staðli.
Samningurinn kveður einnig á um það að ef framkvæmdir við Suðurbakka hefjast haustið 2021 þá taki Orkuvirki þá framkvæmd að sér á grundvelli fyrirliggjandi samnings fyrir Hvaleyrarbakka.
Myndin til hliðar er tekin þegar Lúðvík Geirsson hafnarstjóri Hafnarfjarðarhafnar og Guðmundur Sigvaldason framkvæmdastjóri Orkuvirkis skrifuðu undir verksamning. Verkinu á að ljúka í lok september á þessu ári.
Lágspennubúnaður
Lágspennubúnaður er gámur 1 og 2 ásamt kaplakerfi. J2B ráðgjöf og Sætækni ehf hafa skrifað lýsingu á því hvað þessi búnaður á að geta. Búnaðurinn fellur undir alverk (e. turnkey project).
Kostnaður við lágspennubúnað eins og hann er hugsaður fyrir Hvaleyrarbakka er um 97 milljónir króna. Það verður að bjóða þessa framkvæmd út á Evrópska efnahagssvæðinu þar sem áætlaður kostnaður er yfir viðmiðum þar að lútandi um opinber útboð. Útboðið er unnið undir stjórn Ríkiskaupa og er ferlið i gangi og niðurstöður munu liggja fyrir í lok ágúst 2021.
Samandregið
Ef allt gengur eftir með 1. áfanga verksins verða til nokkuð öflugar landtengingar á Hvaleyrarbakka og Suðurbakka.
Tvær háspennutengingar, ein á Hvaleyrarbakka og önnur á Suðurbakka. Tveir gámar 1 fyrir 400/690 volt og 50 Hz og afköst 1500 kVA. Gámur 2 er með tíðnibreytum og getur afgreitt 440 eða 690 Volt á 60 Hz, en hámraksafköst eru 1000 kVA og hægt verður að tengja við hann tvö skip í einu. Umfangsmikið kapalkerfi verður einnig fyrir tengingar á 3 skipum í einu.
Hægt verður að tengja skip eins og farþegaskipið hér að neðan, en aflþörf þess er allt að 800 kW.
Frumkvöðlastarf
Það er frábært að Hafnarfjarðarhöfn hefur tekið af skarið og keyrt þetta verkefni áfram. Hér er verið að vinna mikið og merkilegt frumkvöðlastarf hér á landi, og aðrar hafnir koma til með að skoða og meta árangurinn af þessari vinnu og væntanlega fylgja í kjölfarið.
Sætækni ehf
Sjávarklasanum
101 Reykjavík
Sími 893 8065
saetaekni@saetaekni.is
gunnar@saetaekni.is
© 2021 Sætækni ehf
Rekstrarhagkvæmni
Viðhald & endurnýjun
Þarfagreining
Orkusparnaður
Landtengingar
Unnið af Garibalda ehf