Bij mechanische aandrijving is elektrische voortstuwing voorlopig de enige* haalbare manier om CO2 vrij te bewegen (als daarbij wordt uitgegaan van groene stroom).
Naast het milieu aspect is aan boord de stilte, het ontbreken van motorlawaai en stank, het grote voordeel van elektrisch varen.
*Op termijn komt grootschalig bio-gas beschikbaar voor verbrandingsmotoren in auto's, bussen, vrachtauto's en voor landbouwmechanisatie. Hiermee zal CO2 neutraal kunnen worden voortbewogen.
Stroom die is opgewekt met:
- windenergie,
- waterkracht,
- bio-gas,
- of met zonnepanelen.
Ook aan boord kun je met een windgenerator, of met zonnecellen stroom opwekken. In de Frisian Solar Challenge varen de boten zelfs helemaal op zonne-energie.
Door deze via een lader op te slaan in accu's:
Door er eerst waterstof mee te maken en aan boord uit waterstof met een fuel cell weer stroom te maken:
Het voordeel van waterstof is dat je dan wel grote hoeveelheden energie kunt meenemen. Maar 't is nog duur, er is nog geen distriebutienetwerk waar je makkelijk waterstof kunt tanken en energetisch (het maken van waterstof en het er weer uit terug winnen van elektriciteit) zijn de verliezen groter dan in vergelijking met opslag in accu's.
In de vergelijking met fossiele brandstoffen (diesel en benzine) is elektrische aandrijving energetisch net iets efficiënter.
We bedoelen hier dan de z.g. bron tot as vergelijking.
Dus enerzijds:
- het delven van de brandstof, transport, raffinage, distributie, toepassing in verbrandingsmotor voor het laten draaien van de schroefas
En anderzijds:
- het delven van de brandstof, transport, opwekken van elektriciteit, distributie, opslaan in accu's en toepassing in een elektromotor voor het laten draaien van de schroefas
Dat de vergelijking nipt positief voor elektrische aandrijving uitvalt heeft er onder andere mee te maken, dat moderne elektriciteitscentrales heel efficiënt met hun restwarmte omgaan (kassenbouw stadsverwarming etc). Bij een verbrandingsmotor gaat al die warmte verloren.
Milieutechnisch is het verschil oneindig groot als bij het opladen groene stroom wordt gebruikt.
Alle typen accu's voorzien in een specifieke behoefte. Voor recreatief gebruik in boten zijn natte semi-tractie (ook wel genoemd "deep cycle") accu's veelal het meest geschiktst en het goedkoopst. Deze batterijen kunnen voorzien worden van een vulsysteem en desgewenst ook van een gasafvoersysteem, zodat ze ook in afgesloten ruimten kunnen worden toegepast.
Voor commercieel (intensief) gebruik in boten zijn natte tractie-pakketten 't meest economisch.
Wat duurder zijn onderhoudsvrije, of AGM (Absorbed Glass Mat). Deze zijn dicht, kunnen geen gas of vloeistof lekken, dus ook geschikt voor zeilboten die onder helling varen.
Gel accu's zijn niet geheel gas dicht.
Wereldwijd zoekt de auto-industrie naarstig naar batterijen met een hogere energiedichtheid en een langere levensduur zoals lithium.
Torqeedo is al sinds 2006 op de markt met haar op Lithium Mangaan gebaseerde battery packs. Op de foto hiernaast ziet u hoe zo'n pack uit afzonderlijke cellen is opgebouwd. Maart 2009 komt Mastervolt op de markt met haar Lithiumpacks. Deze zijn slechts opgebouwd uit 7 afzonderlijk )grote cellen. De pack op de foto hiernaast weegt 40 kg en heeft 4 kWh in zich.
Lithium batterijen zijn nog wel veel duurder dan andere batterijen. Als rekening houdt met het gespecificeerde aantal cycli (2.000 bij ontladingen tot maximaal 80%) komen echter de gebruikskosten dicht in de buurt van AGM batterijen. Dit zeker ook als je meeneemt, dat door het geringere gewicht (maar 10 kg per kWh) de totale motorinstallatie en accupakket ook wat kleiner kan zijn.
Accu's (van lood-zuur t/m Lithium) slijten door het op- en ontladen. De slijtage is afhankelijk van de snelheid.
*waarmee en de diepte van de ontlading.
- Een goed gekozen semi-tracti accupakket kan zo'n 500 ontladingen mee, oftwel 7 vaarseizoenen.
- Zware tractieaccu's kunnen bij 80% ontlading tot 1.500 laadcycli aan, mits ze intensief gebruikt worden.
- Sommige fabrikanten van Lithium batterijen specificeren zelfs 2.000 cycli bij 80% ontlading.
* In beginsel doet u er goed aan de laad- en ontlaadstroom te maximeren op 20% van het nominale vermogen van het accupakket.
Dit houdt dus in, dat het nominale vermogen van een accupakket liefst 5 maal groter is, dan het maximaal door de motor op te nemen vermogen.
Goed onderhoud is vitaal voor hun levensduur. Bij loodaccu's is het van belang na een ontlading direct weer helemaal op te laden. En dan onder druppellading geladen te houden. Hierbij speelt mee, dat bij het opladen een procedure* gevolgd moet worden, die is afgestemd op het betreffende batterijtype (*=laadkarakteristiek)
Natuurlijk moet bij natte batterijen het waterniveau regelmatig gecontroleerd worden. Lithium laat zich het beste bewaren bij 40% ontlading.
De aanschaf van een in-board installatie* is ongeveer even duur. In het verbruik zijn de kosten van stroom aanzienlijk lager dan die van benzine of diesel. De onderhoudskosten van de elektromotor zijn heel beperkt, hier staan tegenover de kosten van periodieke vervanging van de accu's. De exploitatiekosten zijn daardoor uiteindelijk vrijwel gelijk.
* In het outboard segment komen de prijzen ook steeds dichter bij elkaar te liggen.
Nee, er zijn vier verschillende typen elektromotoren:
- Serie gewonden met borstels gelijkstroom
- Permanent magneet met borstels gelijkstroom, hier in 4,75 kW 48 Volt opstellingen met reductiekast erachter
- A-synchroon zonder borstels wisselstroom
- Synchroon permanent magneet zonder borstels wisselstroom. De motor hieronder heeft waarschijnlijk een vermogen van 50 kW of meer
En ook dit is een permanent magneet motor zonder borstels in synchrone wisselstrrom techniek, maar dan als POD.
Vooral bij motoren met borstelloze a-synchrone en synchrone techniek blijft door het hele toerenbereik het rendement op ongeveer hetzelfde hoge niveau. Dat spaart energie!
Het a-synchrone motortype is, mits goed opgesteld, volledig stil.
De motortypes met borstels hoor je een klein beetje, maar ze zijn wel goedkoper.
Op dit moment kruipen bij synchrone motoren de systeem-rendementen (dus van motor en bijbehorende regelelectronica) tot in de 90%. Zeker bij grotere motoren (50 tot 80 kW) maakt een paar procenten meer rendement dus wel degelijk uit.
Doorgaans wordt amper de helft van de motorenergie via de schroef in voortstuwing omgezet (ongeachte het motortype). Een deel van de energie gaat in cavitatie verloren.
Het schroefrendement wordt beter naarmate een schroef groter wordt en langzamer draait. Om dit laatste te bereiken wordt vaak een reductie toegepast. Maar ook die geeft weer verlies.
Bij elektromotoren is veelal het toepassen van een reductie niet nodig en dat komt dan de efficiëncy ten goede.
Omgekeerd geldt ook, dat dankzij een reductie met een kleinere op hogere toeren draaiende elektromotor kan worden volstaan.
Die weegt daardoor minder en is goedkoper.
Hiernaast een PMG 132 motor die 4,75 kW afgeeft met rductie.
De opstelling is van Arka en de foto is gemaakt in een Ottersloep, onderdeel van de Ottervloot in de Kop van Overijssel.
Een Pk is 0,73 kW, dus een 50 Pk motor is 36 kW. Klik hier voor het omrekenen van Pk naar kW
Maar er spelen nog wel twee zaken:
een elektromotor kan al vanaf één omwenteling z'n volle kracht afgeven en
een verbrandingsmotor doet dat pas bij vol toerental.- in de praktijk blijkt, dat een elektromotor tot de rompsnelheid, met de helft, of zelfs een derde van het aantal kW's zoals voor de diesel gespecificeerd, gebruikmakend van dezelfde schroef in dezelfde boot dezelfde prestaties als een diesel levert.
Deze waarneming komt van de 8,10 meter lange KENT, de bij Jachtverhuur Wetterwille als eerste naar elektro omgebouwde verhuur kruiser in het kader van Fryslân Fernijt.
Om die waarneming nog eens te bevestigen werd er op 25 februari 2009 een z.g paaltrekkracht vergelijking gedaan tussen twee identieke KENT's, waarvan de enedus net naar elektro is omgebouwd :
- de ene met de originele 33 Pk (24 kW) Vetusdiesel
- de ander met de Bellmann 7,5 kW a-synchroon motor
Er is een aantal metingen doorgevoerd, de gemiddelde uitkomst komt uit op een
verhouding in kW's elektromotor : diesel = 1 : 2,2.
De reden voor dit verschil ligt h'm in de bij verbrandingsmotoren in toegepaste meetmethode voor het specificeren van het motorvermogen.
SEFF pleit er voor, in het kader van de het project Elektrificering Fryske Verhuurvloot, in de procedure rond de ombouw een aantal gestandaardiseerde metingen met die schepen uit te voeren, dus voor en na ombouw, om zo bovenstaande verhouding te onderbouwen en daarmee tot een vertaalsleutel
diesel- : elektrovermogen te komen.
Dat hangt af van de vaarsnelheid. Ook de rompvorm en de lengte van het schip spelen een rol. De waterlijnlengte bepaalt de rompsnelheid. Hoe dichter de vaarsnelheid bij de rompsnelheid komt, hoe hoger het energieverbruik wordt. Een goede vuistregel is daarom 70% van de rompsnelheid aan te houden. Een schip met een goed gekozen* accupakket vaart acht uur,
*mits het accupakket past bij het vermogen van de motor.
Een goed battery monitoring systeem, laat steeds zien wat, gegeven een bepaalde vaarsnelheid de restant vaarduur is. Torqeedo introduceerde op de METS 2008 een battery monitoring systeem met daarin geïntegreerd een GPS, dat dus mede uitrekent of de restant vaartijd past bij de afstand die moet worden afgelegd om terug te keren naar het startpunt van de tocht, of een volgende bestemming.
Een nacht opladen, als de boot toch aan de wal ligt, is voldoende voor weer een hele dag varen.
Bij steeds meer walstroom installaties worden de exact opgenomen kWh's via een cardsysteem verrekend. Je hoeft er dan dus niet meer muntjes in te doen.
Voor het laden gelden wel een aantal eisen:
- Zo moet een lader een laadstroom kunnen afgeven die tenminste 10% van de capaciteit van het betrokken batterijpakket.
Deze vereiste heeft er mee te maken dat anders het chemisch proces tijdens laden niet voldoende op gang komt.
Voor lood accu's geldt dan bovendien ook, dat de laadstroom niet groter mag zijn dan 20% van de capaciteit van het betrokken batterijpakket. Als de laadstroom groter zou zijn worden de batterijen te snel geladen en dit is nadelig voor de levensduur van de batterij. - Bij loodaccu's geldt vervolgens, dat een laadproces altijd helemaal afgemaakt moet worden.
- Heel belangrijk bij loodaccu's is, dat ze altijd direct na een ontlaadcyclus weer opgeladen worden.
- Tenslotte geldt voor loodaccu's, dat het laden op een bepaalde manier moet gebeuren (karakteristiek), deze wordt door de batterijfabrikant gespecificeerd en moderne laders kunnen hierop ingesteld / geprogrammeerd worden.
Dat kan goed.
Je stippelt dan je route van laadpunt naar laadpunt uit. Als je overdag een stop maakt om boodschappen te doen, of gewoon een stadje te bekijken, dan kies je natuurlijk een ligplaats met een walstroom paaltje om tussentijds bij te "tanken".
Er zijn ook boten die een generator aan boord hebben, waarmee ze, als er eens geen walstroom beschikbaar is, of zelfs varend de accu's kunnen opladen. We noemen dit Serie Hybride.
Ja:
- een heel kenmerkend verschil is, dat een elektromotor al vanaf de draaisnelheid van één omwenteling z'n volle kracht heeft. Bij een dieselmotor is dat pas 't geval bij ongeveer 90% van het voor een bepaald motortype gespecificeerde maximum toerental.
- een tweede verschil is (en die mare gaat al jaren), dat bij recent uitgevoerde metingen blijkt, dat een elektromotor met zelfs minder dan de helft van het voor een dieselmotor gespecificeerde vermogen in gelijke omstandigheden dezelfde prestaties levert.
In deze metingen blijkt een 10,2 kW aan vermogen uit de accu's opnemende elektromotor, dezelfde z.g. paaltrekkracht te geven als een met gashandel helemaal open draaiende als 33 pK (=24 kW) gespecificeerde dieselmotor. Klik hier voor meer info
Deze uitkomst leidt er ook toe, dat in het Elektrificering Fryske Verhuurvloot traject (voorjaar 2009) de te installeren elektromotoren qua vermogen zoveel kleiner kunnen zijn dan de diesels die uit die boten komen.
De reden voor dit verschil ligt h'm in de meetmethode die bij diesels (verbrandingsmotoren) wordt gebruikt bij het specificeren van het vermogen. SEFF pleit er voor In dit elektrificeringstraject per schip zorgvuldig metingen te doen (voor en na ombouw) om in de breedte zicht op dit verschil te krijgen, zodat een redelijk onderbouwde "vertaalsleutel" ontstaat Diesel- : Elektrovermogen.