Dieselelektrische tanker vaart 30% zuiniger

Holland Shipyards in Hardinxveld-Giessendam levert in november de dieselektrisch aangedreven ‘ecotanker’ Amulet (135 x 14,15 x 6,17 meter, 6500 ton, 7164 kuub) op. De Amulet is een type-C bunkertanker die ook geschikt is voor de Rijnvaart en 30 tot 40% minder brandstof moet gaan verbruiken dan vergelijkbare binnenschepen.

-

roerpropellors

Door

Hans Heynen

‘Het schip gaat in principe voor Vinotra varen in het ARA-gebied’, zegt Igor Jansen, die met zijn vader Frans en schipper Ton van der Molen, eigenaar is.

  • Aquadynamisch achterschip draagt bij aan besparing
  • ‘Gashendel regelt niet toerental, maar vermogen’

Twee elektrische roerpropellers (L-drives) van 850 kW elk in straalbuizen van Veth Propulsion verzorgen de voortstuwing. ‘Wanneer de elektromotoren 800 toeren per minuut maken kunnen de propellers dat vermogen volledig absorberen’, zegt technisch directeur Marco Huisman van Veth. De propellers maken dan iets minder dan 300 omwentelingen per minuut (reductie 2,714). ‘Dat is echter niet het maximale toerental van de installatie. Wanneer de propellers het beschikbare vermogen bij dat toerental niet volledig opnemen verhoogt het power management systeem met de frequentieregelaars het toerental van de elektromotoren tot het vermogen wel volledig wordt opgenomen.’

Wanneer het schip minder weerstand ondervindt, kan het toerental bijvoorbeeld oplopen tot 1000. Het omgekeerde is ook mogelijk. Wanneer het schip in ondiep water veel weerstand ondervindt, stelt het door D&A Electric uit Ridderkerk ontwikkelde power managementsysteem het toerental naar beneden bij. De voortstuwingsinstallatie is dus niet toerental gestuurd maar vermogens gestuurd.
Met de gashendels stelt de stuurman een bepaald vermogen in. Wanneer de gashendels 300 kW per schroef beschikbaar stellen, zoekt het managementsysteem het maximale toerental dat daarbij past. Wanneer het schip tijdens de vaart meer weerstand voelt, bijvoorbeeld door harde tegenwind, zal het toerental automatisch wat dalen. Wanneer de stuurman in zo’n geval meer vermogen op de schroeven wil zetten, kijkt het systeem eerst of de dan bijstaande generatoren dat vermogen ook kunnen leveren. Wanneer meer vermogen nodig is, waarschuwt het systeem de stuurman. Die kan dan met een druk op de knop een generator bijzetten.

Hoofdgeneratoren

Het voor de voortstuwing, de boegschroef en de ladingpompen benodigde elektrische vermogen wordt opgewekt met één tot vier in het voorschip geplaatste hoofdgeneratoren van Stanford, aangedreven door D-16 Volvo dieselmotoren. De generatoren leveren bij 1800 toeren 500 kW elk bij 60 Hz met een spanning van 500 Volt. De dieselmotoren presteren optimaal bij belastingen van 60 tot 100%.
In de machinekamer voor staat ook een roterende omvormer. De door de generatoren aangedreven elektromotor van de omvormer drijft een generator aan die de juiste spanning en frequentie levert voor het boordnet. Tijdens de vaart of het lossen van bunkerolie hoeft dus geen aparte dieselgenerator te worden gebruikt voor het boordnet. ‘Wanneer een of meer hoofdgeneratoren worden gestart, synchroniseert de roterende omvormer automatisch met de bijstaande havengenerator, die vervolgens automatisch stopt’, zegt Igor Jansen. ‘Wanneer we de hoofdgeneratoren willen afzetten zorgt het managementsysteem dat voor ze stoppen de havengenerator wordt gestart en gesynchroniseerd.’

Piekbelastingen

Omdat elektromotoren bij elk toerental het volledig beschikbare vermogen kunnen leveren, hoefde bij het schroefontwerp geen rekening te worden gehouden met piekbelastingen van de schroeven in ondiep water. ‘Bij dieselmotoren moet dat wel, die leveren bij dalende toerentallen minder koppel’, zegt Jeroen van Tilborg van D&A Electric. ‘10 tot 20% extra vermogen installeren om dat te compenseren hoeft bij elektrische aandrijvingen dus niet.’ Een elektrisch aangedreven schip kan daardoor met minder vermogen toe.
Een ander punt is, dat een optrekkend schip meer vermogen nodig heeft dan een schip dat al vaart loopt. ‘Wanneer een schip op snelheid is daalt het opgenomen vermogen met 2,1% per knoop’, zegt Van Tilborg. ‘Het schip heeft dan rond 20% minder vermogen nodig. Bij dit schip neemt het toerental van de schroeven en de snelheid dan toe tot het volledige vermogen wel wordt opgenomen. Het is ook mogelijk 20% vermogen terug te nemen. Dan daalt het verbruik en kan misschien een generator worden afgezet. Je ziet bij ons systeem ook precies hoeveel vermogen nodig is om een kilometer harder te varen en op een gegeven moment gaat het verbruik met sprongen omhoog. Dan kost een kilometer meer 50% extra vermogen. Dat stimuleert om niet teveel vermogen op de schroeven te zetten.’ Dat en het optimaal benutten van het beschikbare vermogen, levert aanzienlijke brandstofbesparingen op.

Rompvorm

Daar staat tegenover dat een stuk rendement verloren gaat door de omzetting van diesel-energie in elektrische energie. Ook de watergekoelde frequentieomvormers verminderen het rendement een stukje. ‘Alles bij elkaar verlies je 10 tot 11% door de omzetting’, zegt Van Tilborg. ‘Dat verlies maak je echter helemaal goed door betere benutting van het opgewekte vermogen. De winst behalen we door het aangepaste schroefontwerp en het anders gebruiken van de schroef.’
Het veel efficiëntere achterschip levert volgens Huisman ook een belangrijke bijdrage aan de brandstofbesparing ‘Het schip heeft geen tunnels nodig. Dat vermindert de weerstand en de aanstroming naar de schroeven is beter.’

Van Tilborg beaamt dat. ‘De elektrische aandrijving, waarbij de motoren verticaal op de roerpropellers staan, creëerde ruimte om een optimaal achterschip te ontwerpen. Zonder dieselmotoren hoeft het achterschip niet zo vol te zijn.’
Igor Jansen wijst ook op de verstelbare hoogte van de roerpropellers. ‘We kunnen ze 64 centimeter onder het vlak laten zakken. Wanneer we leeg zijn hoeven we daardoor niet achterover te ballasten. We varen leeg vrijwel horizontaal wat een stuk minder weerstand geeft en dus ook brandstof bespaart.’
Het heeft volgens Huisman geen voordelen om de roerpropellers in beladen toestand onder het vlak te laten zakken. ‘De schroeven hangen dan in sneller stromend water. Het is beter dat de schroeven dan in de volgstroom (wake field) van het schip hangen. De stroomsnelheid is daar minder, waardoor de versnelling die de schroeven aan het water geven groter is.’

generatorEen van de vier hoofdgeneratoren in het voorschip.
(Foto Hans Heynen)

Rotterdam beloont milieu-investering niet

De vier generatoren in het voorschip worden uitgerust met NOx-katalysatoren en roetfilters. De motoren voldoen dan qua emissies ongeveer aan de Euro 6-norm. De katalysatoren zijn door Argos ontwikkeld en worden al gebruikt op een aantal Volvo-generatoren in de elektriciteitscentrale van de haven van Neuss.

Door de standaardisatie vallen de kosten mee. ‘Jammer is wel dat je er niet voor wordt beloond’, zegt Jansen. ‘We stoten 30% minder CO2 uit, geen fijnstof en nauwelijks NOx. Toch mogen we straks niet harder varen als Rotterdam een snelheidslimiet van 13 kilometer per uur oplegt aan de binnenvaart om de uitstoot te beperken.’
Omdat de hoofdgeneratoren voorin staan zijn geen dure maatregelen nodig om de accommodatie tegen geluid te isoleren. De woning staat niet op rubbers. In de achterste machinekamer staan de elektromotoren, de frequentieomvormers, een 100 kVA havengenerator in geluidgedempte kast en een thermische ketel voor het verwarmen van de 20 ladingtanks. Het is er zo stil dat de hydraulische installatie voor het besturen van de roerpropellers het meeste geluid produceert tijdens het varen. Om die reden heeft Veth de installatie voorzien van hydraulische geluiddempers. Die reduceren het geluid met ruim de helft.
De ecotanker heeft voor een elektrische kanalenboegschroef van Veth en twee hydraulische koproeren van Van Wijk. De vier meter brede koproeren kunnen een meter onder het vlak zakken en zijn V-vormig geplaatst, met de punt van de V naar achteren. ‘Wanneer de kop de dijk in wordt geblazen, kun je hem met het koproer weer naar buiten drukken’, zegt Jansen. (HH)

Dieselelektrische tanker vaart 30% zuiniger | Schuttevaer.nl

Dieselelektrische tanker vaart 30% zuiniger

Holland Shipyards in Hardinxveld-Giessendam levert in november de dieselektrisch aangedreven ‘ecotanker’ Amulet (135 x 14,15 x 6,17 meter, 6500 ton, 7164 kuub) op. De Amulet is een type-C bunkertanker die ook geschikt is voor de Rijnvaart en 30 tot 40% minder brandstof moet gaan verbruiken dan vergelijkbare binnenschepen.

-

Ton en Igor

Door

Hans Heynen

‘Het schip gaat in principe voor Vinotra varen in het ARA-gebied’, zegt Igor Jansen, die met zijn vader Frans en schipper Ton van der Molen, eigenaar is.

  • Aquadynamisch achterschip draagt bij aan besparing
  • ‘Gashendel regelt niet toerental, maar vermogen’

Twee elektrische roerpropellers (L-drives) van 850 kW elk in straalbuizen van Veth Propulsion verzorgen de voortstuwing. ‘Wanneer de elektromotoren 800 toeren per minuut maken kunnen de propellers dat vermogen volledig absorberen’, zegt technisch directeur Marco Huisman van Veth. De propellers maken dan iets minder dan 300 omwentelingen per minuut (reductie 2,714). ‘Dat is echter niet het maximale toerental van de installatie. Wanneer de propellers het beschikbare vermogen bij dat toerental niet volledig opnemen verhoogt het power management systeem met de frequentieregelaars het toerental van de elektromotoren tot het vermogen wel volledig wordt opgenomen.’

Wanneer het schip minder weerstand ondervindt, kan het toerental bijvoorbeeld oplopen tot 1000. Het omgekeerde is ook mogelijk. Wanneer het schip in ondiep water veel weerstand ondervindt, stelt het door D&A Electric uit Ridderkerk ontwikkelde power managementsysteem het toerental naar beneden bij. De voortstuwingsinstallatie is dus niet toerental gestuurd maar vermogens gestuurd.
Met de gashendels stelt de stuurman een bepaald vermogen in. Wanneer de gashendels 300 kW per schroef beschikbaar stellen, zoekt het managementsysteem het maximale toerental dat daarbij past. Wanneer het schip tijdens de vaart meer weerstand voelt, bijvoorbeeld door harde tegenwind, zal het toerental automatisch wat dalen. Wanneer de stuurman in zo’n geval meer vermogen op de schroeven wil zetten, kijkt het systeem eerst of de dan bijstaande generatoren dat vermogen ook kunnen leveren. Wanneer meer vermogen nodig is, waarschuwt het systeem de stuurman. Die kan dan met een druk op de knop een generator bijzetten.

Hoofdgeneratoren

Het voor de voortstuwing, de boegschroef en de ladingpompen benodigde elektrische vermogen wordt opgewekt met één tot vier in het voorschip geplaatste hoofdgeneratoren van Stanford, aangedreven door D-16 Volvo dieselmotoren. De generatoren leveren bij 1800 toeren 500 kW elk bij 60 Hz met een spanning van 500 Volt. De dieselmotoren presteren optimaal bij belastingen van 60 tot 100%.
In de machinekamer voor staat ook een roterende omvormer. De door de generatoren aangedreven elektromotor van de omvormer drijft een generator aan die de juiste spanning en frequentie levert voor het boordnet. Tijdens de vaart of het lossen van bunkerolie hoeft dus geen aparte dieselgenerator te worden gebruikt voor het boordnet. ‘Wanneer een of meer hoofdgeneratoren worden gestart, synchroniseert de roterende omvormer automatisch met de bijstaande havengenerator, die vervolgens automatisch stopt’, zegt Igor Jansen. ‘Wanneer we de hoofdgeneratoren willen afzetten zorgt het managementsysteem dat voor ze stoppen de havengenerator wordt gestart en gesynchroniseerd.’

Piekbelastingen

Omdat elektromotoren bij elk toerental het volledig beschikbare vermogen kunnen leveren, hoefde bij het schroefontwerp geen rekening te worden gehouden met piekbelastingen van de schroeven in ondiep water. ‘Bij dieselmotoren moet dat wel, die leveren bij dalende toerentallen minder koppel’, zegt Jeroen van Tilborg van D&A Electric. ‘10 tot 20% extra vermogen installeren om dat te compenseren hoeft bij elektrische aandrijvingen dus niet.’ Een elektrisch aangedreven schip kan daardoor met minder vermogen toe.
Een ander punt is, dat een optrekkend schip meer vermogen nodig heeft dan een schip dat al vaart loopt. ‘Wanneer een schip op snelheid is daalt het opgenomen vermogen met 2,1% per knoop’, zegt Van Tilborg. ‘Het schip heeft dan rond 20% minder vermogen nodig. Bij dit schip neemt het toerental van de schroeven en de snelheid dan toe tot het volledige vermogen wel wordt opgenomen. Het is ook mogelijk 20% vermogen terug te nemen. Dan daalt het verbruik en kan misschien een generator worden afgezet. Je ziet bij ons systeem ook precies hoeveel vermogen nodig is om een kilometer harder te varen en op een gegeven moment gaat het verbruik met sprongen omhoog. Dan kost een kilometer meer 50% extra vermogen. Dat stimuleert om niet teveel vermogen op de schroeven te zetten.’ Dat en het optimaal benutten van het beschikbare vermogen, levert aanzienlijke brandstofbesparingen op.

Rompvorm

Daar staat tegenover dat een stuk rendement verloren gaat door de omzetting van diesel-energie in elektrische energie. Ook de watergekoelde frequentieomvormers verminderen het rendement een stukje. ‘Alles bij elkaar verlies je 10 tot 11% door de omzetting’, zegt Van Tilborg. ‘Dat verlies maak je echter helemaal goed door betere benutting van het opgewekte vermogen. De winst behalen we door het aangepaste schroefontwerp en het anders gebruiken van de schroef.’
Het veel efficiëntere achterschip levert volgens Huisman ook een belangrijke bijdrage aan de brandstofbesparing ‘Het schip heeft geen tunnels nodig. Dat vermindert de weerstand en de aanstroming naar de schroeven is beter.’

Van Tilborg beaamt dat. ‘De elektrische aandrijving, waarbij de motoren verticaal op de roerpropellers staan, creëerde ruimte om een optimaal achterschip te ontwerpen. Zonder dieselmotoren hoeft het achterschip niet zo vol te zijn.’
Igor Jansen wijst ook op de verstelbare hoogte van de roerpropellers. ‘We kunnen ze 64 centimeter onder het vlak laten zakken. Wanneer we leeg zijn hoeven we daardoor niet achterover te ballasten. We varen leeg vrijwel horizontaal wat een stuk minder weerstand geeft en dus ook brandstof bespaart.’
Het heeft volgens Huisman geen voordelen om de roerpropellers in beladen toestand onder het vlak te laten zakken. ‘De schroeven hangen dan in sneller stromend water. Het is beter dat de schroeven dan in de volgstroom (wake field) van het schip hangen. De stroomsnelheid is daar minder, waardoor de versnelling die de schroeven aan het water geven groter is.’

generatorEen van de vier hoofdgeneratoren in het voorschip.
(Foto Hans Heynen)

Rotterdam beloont milieu-investering niet

De vier generatoren in het voorschip worden uitgerust met NOx-katalysatoren en roetfilters. De motoren voldoen dan qua emissies ongeveer aan de Euro 6-norm. De katalysatoren zijn door Argos ontwikkeld en worden al gebruikt op een aantal Volvo-generatoren in de elektriciteitscentrale van de haven van Neuss.

Door de standaardisatie vallen de kosten mee. ‘Jammer is wel dat je er niet voor wordt beloond’, zegt Jansen. ‘We stoten 30% minder CO2 uit, geen fijnstof en nauwelijks NOx. Toch mogen we straks niet harder varen als Rotterdam een snelheidslimiet van 13 kilometer per uur oplegt aan de binnenvaart om de uitstoot te beperken.’
Omdat de hoofdgeneratoren voorin staan zijn geen dure maatregelen nodig om de accommodatie tegen geluid te isoleren. De woning staat niet op rubbers. In de achterste machinekamer staan de elektromotoren, de frequentieomvormers, een 100 kVA havengenerator in geluidgedempte kast en een thermische ketel voor het verwarmen van de 20 ladingtanks. Het is er zo stil dat de hydraulische installatie voor het besturen van de roerpropellers het meeste geluid produceert tijdens het varen. Om die reden heeft Veth de installatie voorzien van hydraulische geluiddempers. Die reduceren het geluid met ruim de helft.
De ecotanker heeft voor een elektrische kanalenboegschroef van Veth en twee hydraulische koproeren van Van Wijk. De vier meter brede koproeren kunnen een meter onder het vlak zakken en zijn V-vormig geplaatst, met de punt van de V naar achteren. ‘Wanneer de kop de dijk in wordt geblazen, kun je hem met het koproer weer naar buiten drukken’, zegt Jansen. (HH)