De nieuwe machinekamer:

van motorruimte naar energiekamer

Wie een schip wil verduurzamen, denkt aan elektrificeren. Dat kan tegenwoordig ook met maritieme batterijen. Toch is zo’n batterij nooit het enige uitgangspunt. Bij Zeppelin Power begint het gesprek dan ook ergens anders: wat moet dit schip gedurende een werkdag daadwerkelijk kunnen?

Hybride varen begint bij het totale systeem

Een batterij maakt op zichzelf nog geen efficiënt hybride schip. De winst ontstaat pas wanneer aandrijving, generatoren, energieopslag, laadmogelijkheden en besturing als één systeem worden bekeken. We spreken daarom steeds minder over alleen de engine room, maar over de energy room.

Die gedachte past bij hoe Zeppelin Power naar maritieme energiesystemen kijkt. Eerst bepalen we welk vermogen een schip wanneer nodig heeft. Daarna volgt de vraag welke assets daarbij horen.

“We hebben er even mee moeten wachten omdat het schip zelden stilligt, maar 10 januari hebben we onze kans gegrepen om met een lekker grote taart aan boord te gaan.”

Eerst het schip begrijpen

Het vaarprofiel is daarbij essentieel. Hoeveel uren per dag vaart het schip? Met welke snelheid? Hoe groot is het verschil tussen gemiddeld en maximaal vermogen? Welke energie vragen boordnet, pompen, kranen of andere verbruikers? Welke beschikbare ruimte is gereserveerd? Zijn er korte vermogenspieken? Hoe lang ligt het schip aan de wal en hoeveel laadvermogen is daar beschikbaar?

Een schip dat urenlang constant hoog vermogen vraagt, heeft iets anders nodig dan een werkschip dat veel stationair ligt, langzaam manoeuvreert en slechts af en toe maximaal vermogen nodig heeft. Een ferry met een vaste korte route vraagt weer om een andere oplossing. Pas wanneer die inzet duidelijk is, kun je zinnig bepalen hoe groot motoren, generatorsets en batterij moeten zijn.

Dimensioneer op de inzet,
niet alleen op de piek

De vraag “hoe groot moet mijn batterij zijn?” is daarom niet de juiste eerste vraag. Voor het ene schip is urenlang elektrisch varen belangrijk, voor het andere juist het kort kunnen leveren van veel vermogen. De inzet van het schip bepaalt welke rol een batterij kan spelen.

Bjorn Hoefnagels is Manager New Business Clean Marine bij Zeppelin Power en schetst een voorbeeld: “Neem een fictief werkschip dat tijdens normaal bedrijf ongeveer 250 kW vraagt, maar tijdens korte manoeuvres of zware werkzaamheden richting 800 kW gaat. Traditioneel worden generatoren gedimensioneerd op deze maximale vermogensvraag, waardoor een groot deel van het geïnstalleerde vermogen gedurende normale operaties slechts beperkt wordt benut.”

“Met een batterij ontstaat een andere mogelijkheid. Generatorsets kunnen dichter bij een gunstig belastinggebied draaien bij een gemiddelde vermogensvraag, terwijl de batterij korte vermogenspieken opvangt. Zodra de belasting weer afneemt, kan de batterij gecontroleerd worden bijgeladen. Het is een mooi voorbeeld van voorbeeld van peak shaving. Voor zo’n schip kan het vermogen dat een batterij kortstondig kan leveren belangrijker zijn dan de vraag hoelang het schip volledig elektrisch kan varen.”

Om zo’n systeem in de praktijk goed te laten werken, moeten de verschillende energiebronnen voortdurend op elkaar worden afgestemd. Daar komt Cat Supervisory Control in beeld: het systeem bepaalt op basis van de actuele vermogensvraag hoe CAT generatorsets, CAT batterij en eventueel andere energiebronnen samenwerken. Daarover verderop in dit artikel meer.

Van losse componenten naar één energiesysteem

De traditionele machinekamer verandert. Waar de verbrandingsmotor lange tijd het vanzelfsprekende hart van de aandrijving was, komen er nu steeds meer energiebronnen en systemen naast te staan. Denk aan generatorsets, batterijen en walstroominstallaties. Daardoor draait de inrichting van een moderne machinekamer steeds minder om één dominante krachtbron en steeds meer om de vraag hoe al die onderdelen samen het benodigde vermogen leveren. Zo efficiënt mogelijk samenwerken.

Hoefnagels: “De samenwerking tussen de verschillende assets kan tegenwoordig zó flexibel zijn. Veel belangrijker is hoe de verschillende energiebronnen binnen één systeem samenwerken en passen voor het bedoelde gebruik van het schip. Een batterij, generatorset, hoofdmotor en walstroomaansluiting hebben ieder hun eigen rol. Die verdeling hoeft dus niet voor iedere bedrijfssituatie exact gelijk te zijn.”

Cat Supervisory Control: wie levert wanneer?

En dat brengt ons bij Cat Supervisory Control. Het Battery Management System bewaakt de batterij zelf, bijvoorbeeld temperatuur, laadstatus en celbalans. Cat Supervisory Control kijkt een niveau hoger: naar het totale energiesysteem.

Het systeem bepaalt hoe de beschikbare bronnen samenwerken. Bij een lage vermogensvraag kan elektrische energie prioriteit krijgen. Bij een hoge vraag kunnen verbrandingsmotor en batterij samen vermogen leveren. Ook het starten en stoppen van generatorsets kan onderdeel zijn van die strategie. De mate van flexibiliteit is erg groot.

Hoefnagels: “Daarmee wordt de software net zo belangrijk als de hardware. Een goed hybride systeem draait niet alleen om welke componenten aan boord staan, maar vooral om hoe én wanneer ze worden ingezet.

Wat levert dat op?

Een goed ontworpen energiekamer kan meerdere voordelen tegelijk opleveren. Hoefnagels: “Een batterij kan piekvermogen leveren, waardoor niet voortdurend extra motor- of generatorvermogen hoeft mee te draaien. Generatorsets kunnen vaker in een gunstig belastinggebied werken en tijdens bepaalde bedrijfsfases helemaal worden uitgeschakeld. Dat bespaart brandstof, draaiuren en onderhoud. Elektrisch werken kan daarnaast lokaal geluid en uitlaatemissies verminderen.”

“Maar de omvang van die voordelen hangt volledig af van het vaarprofiel en de gekozen systeemarchitectuur. Een verkeerd gedimensioneerde batterij kan technisch prima functioneren en toch economisch weinig opleveren. Daarom kijken we niet alleen naar hoeveel vermogen geïnstalleerd moet worden, maar vooral naar hoe vaak en hoe lang iedere energiebron daadwerkelijk wordt gebruikt.”

Zeppelin Power als systeempartner

De komst van het Cat Marine Battery System voegt een belangrijke bouwsteen toe aan het totaalpakket van Zeppelin Power. Maar juist doordat we ook kennis hebben van motoren, generatorsets, elektrische systemen en besturing kunnen we breder kijken dan alléén naar de batterij.

Voor een scheepseigenaar, rederij, superintendent of naval architect hoeft een gesprek over verduurzaming daarom niet te beginnen met een keuze voor één component. Het begint met het schip, de operatie en daarmee de vermogensvraag.

Daarna bepalen we welke combinatie van technieken daarbij past. De machinekamer, óf energy room, van de toekomst draait daardoor steeds minder alleen om de vraag welke motor er staat. Het gaat steeds meer om welke energiebron op welk moment het vermogen levert, en hoe al die bronnen samenwerken.