Hoe ziet de toekomst van hybride en elektrisch varen eruit en wat kan er nu al?
Juni 2022 - “Is mijn schip geschikt voor een hybride of elektrische voortstuwing,” is een vraag die we steeds vaker krijgen. Het antwoord is meestal: ja, maar er is geen one size fits all. Want of het nu gaat om een binnenvaartschip, passagiersschip, sleepboot, baggerschip of een jacht, ieder schip en het gebruik ervan is anders en dat vraagt om een op maat gemaakte aanpak.
Maar om te beginnen bij het begin: Hoeveel manieren van voortstuwing zijn er eigenlijk? Wat zijn de voordelen van een hybride of een elektrische voortstuwing? Waar moet je rekening mee houden met hybride en elektrisch varen? En tot slot, hoe ziet de hybride en elektrische toekomst eruit voor jouw schip en voor de maritieme sector in het algemeen?
In dit artikel nemen we al deze vragen onder de loep en schuiven we aan bij de hybride/elektrisch specialist binnen Caterpillar Marine: Marinus Jansen, Global Marine Technology Steward.
Hoeveel manieren van voortstuwing zijn er?
Er zijn 3 manieren van voortstuwing te onderscheiden:
Mechanische voortstuwing
De energie die nodig is om het schip voort te stuwen wordt geleverd door een dieselmotor.
Elektrische voortstuwing
Een elektromotor, die gebruikmaakt van in batterijen en/of brandstofcellen opgeslagen energie, stuwt het schip voort.
Mechanische en elektrische voortstuwing
Hybride: de benodigde energie wordt uit meerdere bronnen gehaald, dat kunnen 1. en 2. zijn, maar dat is niet altijd het geval.
Wij focussen ons in dit artikel op hybride- en elektrisch varen, omdat dit samen met alternatieve brandstoffen een belangrijke stap in de maritieme energietransitie wordt.
Wat zijn de voordelen van een elektrische voortstuwing?
Als je gas geeft met een dieselmotor, dan neemt het toerental toe en de schroef houdt contact met het water, wat zowel jij als je omgeving horen en voelen. Met een elektrische voortstuwing is het geluidsniveau laag en zijn er nauwelijks trillingen omdat je op een andere manier kracht opbouwt.
Als de elektrische energie uit duurzame bronnen gehaald wordt, zoals wind- of zonne-energie, dan ben je door elektrisch te varen op meerdere fronten milieuvriendelijk. Er worden geen fossiele brandstoffen gebruikt, er worden geen uitlaatgassen uitgestoten en de natuur wordt niet verstoord.
Daarnaast laat een elektrisch schip zich prettig besturen. Ook dat is belangrijk, want hoe groter het gebruiksgemak, hoe meer kans op een grootschalige adoptie van hybride/elektrisch varen.
Wat zijn de voordelen van een hybride voortstuwing?
Als je gebruikmaakt van de hybride combinatie elektrisch en mechanisch, dan heb je de voordelen van elektrische voortstuwing bij laag vermogen & piek vermogen en de voordelen van een dieselmotor voor gemiddelde en hogere vermogens.
Op deze manier hybride varen wordt milieuvriendelijker als voor de benodigde gemiddelde en hogere vermogens een alternatieve brandstof zoals groene methanol of biodiesel in plaats van diesel gebruikt wordt. Biodiesel ('FAME': Fatty Acid Methyl Ester) en groene diesel ('HVO': Hydrotreated Vegetable Oil) kunnen tegenwoordig gewoon gebruikt worden in de meeste Caterpillar motoren.
Met groene methanol kan op een veilige manier de uitstoot van broeikasgassen naar nul teruggebracht worden, terwijl er tegelijkertijd minder andere emissies, zoals fijnstof en roet, uitgestoten worden. Caterpillar investeert dan ook volop in methanol motortechnologie.
Groene methanol bevat nog steeds koolstof, maar door hernieuwbare bronnen te gebruiken houd je de totale koolstofcyclus heel kort. Je haalt net zoveel CO2 uit de lucht tijdens de productie als dat er bij de verbranding vrijkomt. Voor iedere nieuwe brandstof geldt dat je naar de hele keten moet kijken om te kunnen bepalen of het gebruik ervan bijdraagt aan de terugdringing van broeikasgassen.
“Door het optimaliseren van de gemiddelde energie-efficiency, zoals opgeslagen energie uit batterijen, bespaar je energie en brandstofkosten én beperk je de uitstoot van broeikasgassen.”
Wanneer is hybride- en elektrisch varen extra interessant?
Marinus Jansen, Global Marine Technology Steward bij Caterpillar: “De vraag die je jezelf moet stellen is: hoeveel energie verbruik ik bij welk vermogen. Hoe groter het verschil tussen de gemiddelde en maximale vermogensbehoefte van jouw schip, hoe interessanter hybride of elektrisch wordt. Dan kun je namelijk slimmer omgaan met de beschikbare energie.”
“Denk bijvoorbeeld aan het gebruiken van de in batterijen opgeslagen energie. Je kunt het elektrische systeem zo inregelen dat het uitgangspunt het gemiddelde in plaats van het maximale verbruik is. Door het optimaliseren van de gemiddelde energie efficiency bespaar je energie en brandstofkosten én beperk je de uitstoot van broeikasgassen. Daarnaast zijn er veel operationele voordelen te behalen, zoals geluidsarm en (tijdelijk) emissieloos varen.”
“Maar, zoals gezegd, er is geen one size fits all. Wat het beste is voor jouw schip en werksituatie, ontdekken en realiseren we in goed overleg. Maar om toch een voorbeeld te geven: voor een binnenvaartschip dat slechts heel kort veel vermogen nodig heeft om te manoeuvreren op een deel van het vaartraject, is elektrisch varen een reële, betrouwbare en goed werkbare optie.”
Waar moet je rekening mee houden met hybride- en elektrisch varen?
“Op dit moment limiteert de relatief beperkte hoeveelheid energie in batterijen het bereik van volledig elektrisch varen,” aldus Marinus Jansen. “Nu is het wel zo dat je het totale energieverbruik kunt beïnvloeden met je vaargedrag. Als je bijvoorbeeld het gebruik van het gashendel niet boven de 80% laat uitkomen, dan scheelt dat slechts een paar kilometer per uur, terwijl je behoorlijk wat energie bespaart."
“Daarnaast is de aanschaf van een hybride/elektrisch systeem voor je schip, inclusief batterijen en een oplader, duurder,” vervolgt Marinus. “Daar staan echter (veel) lagere energiekosten voor elektriciteit tegenover. Daarnaast is het beperken van de uitstoot een factor die terecht steeds zwaarwegender wordt.”
“Het gaat om de juiste balans: de investering moet in verhouding staan met de besparing. In hoeverre dat het geval is, is afhankelijk van het type schip, hoe het gebruikt wordt en wat jouw doelstellingen zijn in het kader van de energietransitie en hoeveel tempo je daarmee wilt maken.”
Een belangrijke vraag in dit kader is: wat zijn de eisen die de industrie stelt aan hybride en elektrische technologie?
Marinus Jansen: “Om te beginnen moet het brandstof- en energieverbruik efficiënt zijn en de uitstoot van broeikasgassen en andere emissies minimaal. Maar hybride en elektrische systemen moeten óók makkelijk te installeren, te onderhouden en te gebruiken zijn. Klanten willen hetzelfde gebruiksgemak en de ondersteuning & service zoals ze die bij Caterpillar en onze dealers gewend zijn.”
“Deze nieuwe energiesystemen moeten jarenlang meegaan en over de hele levensduur ondersteund kunnen worden door onze dealers. Dat vereist goede aansturingssystemen die de interactie tussen de verschillende onderdelen en componenten steeds beter coördineren. De klant heeft tenslotte een schip nodig dat voor hem werkt en niet andersom.”
Hoe ziet de toekomst van hybride en elektrisch varen er uit?
“Het is in ieder geval een deel van de duurzame toekomt, zoals blijkt uit wat we hier allemaal besproken hebben, maar ook vanuit het perspectief van het Klimaatakkoord. Hoe we de afgelopen eeuw met energie omgegaan zijn, is simpelweg niet toekomstbestendig. Het roer moet (letterlijk) om.” Marinus benoemt een aantal aspecten die belangrijk zijn voor die toekomst:
Motorkracht
“Elektromotoren en voortstuwingsmotoren kunnen elkaar ondersteunen en versterken. Een elektromotor-generator in parallel met de motor kan bijvoorbeeld het toerental sneller laten toenemen. Bij volledig elektrisch varen wordt er vaak nog voor gekozen om ook een generatorset te plaatsen, voor de zekerheid. Dat geeft rust en vertrouwen, vooral in onverwachte situaties of wanneer een reis langer duurt.”
Communicatie is ook een uitdaging
Caterpillar heeft een lange geschiedenis van productinnovatie, het realiseren van emissiereducties en het aanpassen van haar aanbod aan de behoeftes van klanten. “Onze oplossingen helpen klanten hun doelen te bereiken.” Ook als dat betekent dat de elektrische energie die nodig is om te communiceren met de nieuwe hybride maritieme technologieën geleverd moet worden met behulp van microgrid oplossingen aan de wal.
“Energievoorzieningsketens moeten in relatief korte tijd ontwikkeld, getest, geaccepteerd en geïmplementeerd worden.” Omdat Caterpillar en Pon Power hetzelfde bedrijfs-DNA hebben en dezelfde normen hanteren voor de betrouwbaarheid van machines en productontwikkeling, kunnen we de betrouwbare producten, service en ondersteuning blijven bieden die onze klanten gewend zijn.
Andere mindset nodig
“Daarnaast vraagt de transitie die we doormaken ook om een andere mindset. Altijd een hoog vermogen tot je beschikking willen hebben is namelijk niet meer nodig, omdat we dankzij de digitalisering in de maritieme sector preciezer kunnen kijken naar hoe een schip ingezet wordt.”
“Ondanks dat de aanschafkosten voor een hybride/elektrisch system duurder is, staan er echter (veel) lagere energiekosten voor elektriciteit tegenover. Daarnaast is het beperken van de uitstoot een factor die terecht steeds zwaarwegender wordt.”
Leren van andere sectoren
“We kunnen veel leren van elektrische toepassingen in andere sectoren. Denk onder andere aan de door batterijen aangedreven mijnbouwvoertuigen, de nieuwe generatie elektrische minigravers en elektrisch aangedreven wielladers, alledrie van Caterpillar. Caterpillar levert ook al jarenlang uitstekende hybride toepassingen, zoals de middelgrote dozer D6 XE en de hybride graafmachine 336F XE.”
In de elektrische auto-industrie gaan de ontwikkelingen ook snel. In die sector wordt ook veel geïnvesteerd in onderzoek naar batterijen met een kortere laadtijd en grotere capaciteit.
Het zijn elkaar versterkende processen, de gebruiksvriendelijke elektrificatie van auto's en industriële toepassingen. De vooruitgang die dit oplevert wordt opgepikt voor & door de maritieme sector.
We moeten echter niet denken dat alle efficiëntiewinst van hybride en elektrische auto’s ook in de scheepvaart gerealiseerd kan worden. Een denkfout die afkomstig is uit de terugwinning van remenergie, iets wat in de scheepvaart helemaal niet kan. Helaas hebben zulke hardnekkige denkfouten tot veel misvattingen rondom hybride en elektrisch varen geleid.
Hybride varen is een milieuvriendelijk en reëel alternatief
“Op de korte termijn is hybride varen een milieuvriendelijk en reëel alternatief in het kader van de maritieme energietransitie,” besluit Marinus Jansen. “Het is iets wat NU al kan, omdat het een volwassen techniek is. Hybride oplossingen worden dan ook steeds vaker toegepast.”
“Het aquafarming vaartuig Pacific6 is een mooi voorbeeld. Het schip is uitgerust met een hybride voortstuwingssysteem en wordt aangedreven door een Cat C18-voortstuwingsmotor, waardoor het zowel bij haar werkzaamheden als bij het verlaten en binnenkomen van de haven volledig op batterijstroom werkt en geen uitlaatgassen uitstoot. Voor deze oplossing is gebruikgemaakt van beproefde elektrische componenten en vermogenselektronica uit de bouw- en mijnbouwproductlijnen van Caterpillar.”
Als de onderliggende energie infrastructuur & bedrijfsmodellen en de wetgeving zich net zo snel transformeren als de techniek, dan kan de alternatieve, milieuvriendelijke energievoorziening sneller de overhand krijgen. Wij kijken dan ook uit naar én dragen graag bij aan een zinvol groene hybride/elektrische toekomst voor de maritieme sector!
Een paar cijfers op een rij
3
Er zijn 3 manieren van voortstuwing: mechanisch, elektrisch en mechanisch & elektrisch (hybride).
80%
Je kunt het totale energieverbruik beïnvloeden met je vaargedrag, bijvoorbeeld door het gebruik van het gashendel niet boven de 80% te laten uitkomen.
0
Met groene methanol kan op een veilige manier de uitstoot van broeikasgassen naar nul teruggebracht worden
Meer informatie over hybride en elektrisch varen
Wil je meer weten over de hybride en elektrische oplossingen van Pon Cat voor de maritieme sector? Neem dan gerust contact op met ons via onderstaand formulier: