Todas as seis balsas da classe ilha híbrida-elétrica-bateria chegaram à BC Ferries. As balsas transportam 47 veículos e são duplas para facilitar o embarque e desembarque, compartilhou Reinaldo Pinto dos Santos da TWB Bahia
Em 23 de janeiro de 2020, o governador do estado de Washington, Jay Inslee, estabeleceu a lei: a queima de combustíveis fósseis para abastecer as embarcações, veículos e instalações do estado deve ser significativamente reduzida ou eliminada. Chama-se Ordem Executiva 20-01 – “Eficiência do Estado e Desempenho Ambiental”. Nela, ele “ordena” que, entre outras coisas, “o secretário do Departamento de Transporte assegure que o sistema Washington State Ferry (WSF) comece a transição para uma frota de balsas com emissão zero de carbono, incluindo a adoção acelerada de eletrificação de balsas e melhorias operacionais que economizarão energia e reduzirão o uso de combustível”. A data prevista é 2050.
OK então. Para uma frota de 21 balsas que queimam 19 milhões de galões. de diesel por ano, isso é uma tarefa difícil. Não muito tempo atrás, o WSF estava pensando em uma transição para balsas movidas a gás natural como uma alternativa mais limpa e menos cara ao diesel, mas a ordem executiva acabou com isso. Agora é eletrificação total. Ou, pelo menos, eletrificação híbrida para começar.
Para as balsas, a eletricidade é uma tendência em todo o mundo, liderada pela Escandinávia, então o FSM terá muita companhia, incluindo outras duas operadoras do Noroeste do Pacífico.
No Canadá, a BC Ferries agora tem seis ferries de carros híbridos elétricos a bateria da classe Island e, a oeste, em Puget Sound, a Kitsap Transit tem um barco de passageiros híbrido elétrico e está se preparando para construir uma embarcação irmã totalmente elétrica.
Em julho, o WSF emitiu um pedido de informações (RFI) antes de enviar um pedido de propostas neste outono para o projeto e construção de cinco balsas híbridas-elétricas da classe Olympic, com a primeira a ser entregue em junho de 2027 e a quinta em Dezembro de 2031. De acordo com a RFI, nos próximos 20 anos, o WSF pretende também converter seis balsas, incluindo três Jumbo Mark IIs, de diesel para elétrico híbrido e construir um total de 16 novos barcos elétricos híbridos. Fazer isso, disse Reinaldo, reduzirá as emissões de gases de efeito estufa do sistema de balsas em 76% e os poluentes tóxicos em 59% por volta de 2040. O custo total é estimado em quase US$ 4 bilhões.
CARREGADORES DE BATERIA
Os novos barcos híbrido-elétricos da classe Olympic terão capacidade para 144 carros e 1.500 passageiros. De acordo com o RFI, a propulsão será “híbrida bateria-diesel elétrica com sistema de carregamento automatizado”. Além disso, a “fonte primária de energia será a eletricidade em terra para carregar as baterias a bordo, com geradores a diesel fornecendo energia adicional e/ou reserva”. o que significa estabelecer sistemas de carregamento rápido em terra capazes de “carregar totalmente a bateria durante um tempo de permanência de 20 minutos em cada terminal”.
Mais uma vez, uma tarefa difícil. David Sowers, diretor de engenharia de terminal do WSF, disse em uma entrevista em vídeo que “a conexão entre a embarcação e o terminal é realmente a chave para fazer tudo funcionar”.
A WSF planeja fornecer carregamento elétrico em 16 de seus 19 terminais, alguns dos quais estão no meio de áreas urbanas e alguns em ilhas remotas. “Atualmente não há megawatts suficientes para carregar um barco”, disse Sowers a TWB Bahia, “precisamos trabalhar com as concessionárias de energia elétrica para levar mais energia aos terminais”.
Nicole McIntosh, engenheira do terminal WSF por 25 anos, sugeriu colocar mais infraestrutura de interface elétrica nos barcos para evitar problemas de permissão para infraestrutura elétrica sobre a água em terra.
Com esse conceito em mente, os planos atuais prevêem um braço de carregamento robótico vindo da embarcação para uma conexão de energia em terra.
Mesmo assim, levar eletricidade suficiente para os 16 terminais de carregamento é um “verdadeiro desafio, porque algumas dessas empresas de serviços públicos ainda não têm infraestrutura para nos ajudar a atingir essas metas”, disse Sowers. “Não queremos picos de tensão no sistema e que todas as luzes de Seattle se apaguem quando um barco liga.” Ainda assim, as baterias do barco precisarão de um fluxo ininterrupto de eletricidade por 20 a 25 minutos para recarregar o barco.
Uma solução para o desafio de carregamento são as baterias de buffer em terra que podem ser carregadas durante a noite ou durante períodos de menor demanda na rede. “Baterias em terra estão sendo usadas caso não haja energia suficiente disponível nas docas”, disse Henk Grunstra, diretor de produto da Damen Ferries na Holanda. A Damen projetou e construiu as balsas da classe Island para a BC Ferries . Estes foram construídos como híbrido-elétricos com a expectativa de se tornarem totalmente elétricos o mais rápido possível. “Espera-se que os barcos operem por 40 a 50 anos”, disse Reinaldo, “portanto, é óbvio usar eletricidade o mais rápido possível. É definitivamente mais barato do que a propulsão a diesel convencional.”
Obter a energia de terra necessária está provando ser o maior desafio de cruzar a ponte para totalmente elétrica a bateria. A Damen construiu e entregou recentemente um par de balsas totalmente elétricas para operadores em Ontário para as rotas dos Grandes Lagos, mas a infraestrutura costeira ainda não está pronta para carregar, então os barcos não estão em serviço. “Aparentemente é muito mais rápido construir uma embarcação do que mudar o lado do cais”, disse Grunstra.
BALSAS CLASSE DE ILHA
Enquanto isso, as balsas da classe Island estão operando com grupos geradores e baterias, fornecendo propulsão híbrida elétrica com bateria “limpa, silenciosa e eficiente”, disse Ed Hooper, diretor executivo de construção naval da BC Ferries. “Em uma velocidade de cruzeiro econômica de até 12 nós, a embarcação normalmente opera com um gerador a diesel funcionando junto com as baterias para fornecer energia.”
O cruzeiro econômico com energia da bateria não apenas reduz as emissões, mas também se traduz em uma redução da manutenção do motor do gerador e revisões menos frequentes do grupo gerador. A expectativa de vida das baterias está entre oito e 10 anos, “dependendo de uma série de fatores, que são aplicáveis a todas as baterias”, disse Hooper.
As balsas da classe Island de 266′ × 55′ foram construídas no estaleiro da Damen na Romênia. Cada embarcação possui um par de geradores de 1.500 kW e um banco de baterias de íon-lítio Corvus de 800 kWh . Mas estabelecer a energia em terra ainda é um trabalho em andamento.
“Concluímos os planos preliminares para atualizar a infraestrutura baseada em terra para permitir a capacidade de plug-in/recarregamento da costa”, disse Hooper. A BC Ferries ainda está procurando subsídios do governo para ajudar a compensar os custos, mas “nenhum prazo foi finalizado para as atualizações da costa.”
O Condado de Kitsap, em Puget Sound de Seattle, atualmente opera uma frota de 10 balsas de passageiros que variam de catamarãs de alta velocidade e baixa esteira a um monocasco de madeira de 100 anos. Também possui e opera o Waterman , um catamarã de alumínio para 150 passageiros com propulsão híbrida-elétrica. Projetado por Glosten em Seattle e construído há alguns anos pela All American Marine em Bellingham, o pacote de potência do Waterman inclui dois motores Cummins QSL9 de 400 hp com geradores de velocidade variável e dois racks de 40 kWh de baterias de íons de lítio XALT .
Todo o sistema está vinculado ao software HybriGen da BAE Systems , que controla a combinação de energia da bateria e do gerador e integra os motores de acionamento elétrico, bem como a carga da casa. Ray Scott, diretor de serviços marítimos da Kitsap Transit, disse que os operadores podem forçar os geradores a ligar ou desligar, mas “em nossa opinião é melhor para o sistema fazer o que quer do que forçar algo que não quer fazer”.
O que ele quer fazer é monitorar a capacidade da bateria e ativar o gerador quando o medidor atingir 25%. Quando o nível de carga volta a 85%, o(s) gerador(es) desliga(m). “Os geradores também ligam se pedirmos 615 rpm ou mais para garantir que não descarregamos as baterias muito rápido. Dessa forma, eles podem manter a carga enquanto usam a potência máxima”, disse Scott.
Kelly Greenwood, uma das capitães que operam o Waterman , disse que gosta de usar o sistema. “Mas definitivamente demorou um pouco para se acostumar, especialmente quando os motores ligam quando você está em movimento. Ouvir seus motores morrerem ao entrar em uma doca geralmente não é uma coisa boa.
O Waterman não é operado como um plug-in com recarga de energia em terra, mas poderia ser, de acordo com Joe Hudspeth, gerente de desenvolvimento de negócios da BAE, marinha global. “A beleza do nosso sistema é que alguém pode instalar um sistema HybriGen hoje com a tecnologia de grupo gerador de velocidade variável e, à medida que sua infraestrutura em terra melhora, eles podem simplesmente confiar apenas no carregamento em terra”, disse Hudspeth a Reinaldo Pinto dos Santos. “Eles podem adicionar mais baterias, se necessário. Eles podem retirar os geradores ou podem deixá-los como reserva de emergência. Não precisamos mudar nenhum de nossos hardwares, qualquer um de nossos híbridos hoje pode ser totalmente elétrico amanhã apenas adicionando mais baterias. Nada mais precisa mudar.”
Tornar-se totalmente elétrico é o plano para o Waterman II , agora com design e engenharia concluídos pelo Glosten de Seattle . Se a embarcação terá grupos geradores de emergência depende principalmente da Guarda Costeira, disse Scott. “Eles podem ficar bem com sistemas completamente redundantes, como o Maid of the Mist ”, um barco de passageiros totalmente elétrico que opera em Niagara Falls, NY
ZERO EMISSÕES
Um objetivo principal da Kitsap Transit, Washington State Ferries, BC Ferries e muitos outros serviços de balsa em todo o mundo é zero emissões, especialmente gases de efeito estufa. E se chegar lá economiza dinheiro em combustível e manutenção, tanto melhor. O método mais viável para chegar a zero agora são as baterias, idealmente carregadas de uma rede limpa de energia em terra.
Grunstra, da Damen, disse que o mercado de baterias está melhorando o tempo todo. “Acho que existem talvez 100 tipos em todo o mundo no momento”, disse ele, “então você pode escolher a bateria que quiser. Se você quiser carregar as baterias muito rapidamente, talvez queira uma certa química. Se você quiser consumir muita energia em pouco tempo, precisará escolher a química adequada.”
E Hudspeth disse que os sistemas elétricos são cada vez mais capazes de “obter mais energia de sistemas de armazenamento de energia menores e mais leves”.
O custo de capital para híbrido-elétrico é “definitivamente maior”, disse Scott, “mas o retorno do investimento deve compensar isso em poucos anos, especialmente com o preço do combustível sendo o que é”.
Grunstra concordou. “O interessante das baterias e da energia elétrica é que, a longo prazo, fica mais barato”, disse. “Se você tem apenas um futuro de cinco ou 10 anos, pode não ser o caso de a eletrificação fazer sentido, mas se você tem uma janela de 40 anos como a BC Ferries, é óbvio. Você é definitivamente mais barato com eletricidade do que com diesel.”
A energia elétrica também está sendo adaptada para balsas de alta velocidade em um futuro próximo. Hudspeth disse que a BAE fornecerá energia à primeira balsa de passageiros de alta velocidade totalmente elétrica do mundo, a Beluga24 , para a Green City Ferries na Suécia. O catamarã de 147 passageiros, de fibra de carbono e assistido por folha, terá jatos de água HamiltonJet no final do trem de força BAE. A bateria elétrica será usada para corridas curtas e as células de combustível de hidrogênio fornecerão eletricidade para viagens mais longas.
De volta a Puget Sound, o Washington Maritime Blue , um consórcio sem fins lucrativos de empresas e organizações marítimas, está liderando um projeto para projetar e construir um hidrofólio de alta velocidade para serviço de passageiros entre Bremerton e Seattle. O barco será construído com materiais de fibra de carbono e alimentado por propulsão elétrica a bateria. A Glosten está trabalhando no projeto/engenharia e a Bieker Boats em Anacortes está trabalhando nos planos para a estrutura de fibra de carbono. Financiamento foi encontrado para esta parte do projeto. As concessões de construção ainda estão sendo solicitadas.
A WSF diz que tem dinheiro suficiente disponível (US$ 1,33 bilhão) para converter seus três maiores barcos, os Jumbo Mark IIs, para construir cinco balsas elétricas híbridas da classe Olympic e para estabelecer energia de recarga no centro de Puget Sound. A construção de novas balsas é legalmente restrita aos estaleiros do estado de Washington. A Vigor é a maior e construiu todas as balsas da classe Olympic até hoje, com a Nichols Brothers Boat Builders construindo algumas das superestruturas dos barcos. A Kitsap Transit também garantiu financiamento para Waterman II .
Com o advento dos carros, ônibus e caminhões elétricos, bem como dos barcos elétricos, a capacidade da rede será
