Techniek&innovatie
Het Finse ingenieursbureau Norsepower heeft twee Flettner-rotors aan boord van het roro-schip Estraden geplaatst.

De wedergeboorte van windschepen

Branche: Scheepsbouw | Auteur: Hilde de Laat | Publicatiedatum:

Schepenbouwers kijken met steeds meer belangstelling naar energiebesparende technieken, waaronder de zogenaamde windschepen. Niet alleen vanwege de duurzaamheid, maar vaak ook omdat het simpelweg geld bespaart. Maritiem Nederland woonde de conferentie ‘Natural Propulsion’ van onderzoeksinstituut MARIN bij waar verschillende technieken de revue passeerden.

Zeilschepen kennen we al millennia, maar na de Tweede Wereldoorlog werden de zeilen in de commerciële zeevaart veelal gestreken. Steeds meer reders van vracht- en cruiseschepen oriënteren zich echter op deze herontdekte toepassing nu de olieprijzen stijgen, de milieuregels steeds strenger worden en duurzaamheid een doel op zich is. Hierbij gaat het niet om 100 procent windaandrijving, aangezien het strakke tijdsschema in de scheepvaart en de onvoorspelbare weersomstandigheden een te groot risico vormen. Commerciële schepen kijken vooral naar toepassingen waarbij de wind een extra duwtje in de rug geeft, zoals de zogenaamde windgeassisteerde motorschepen of de hybride wind/motorschepen.

‘Het is niet ‘one-size fits all’, want elk schip en elk doel heeft zijn eigen optimale toepassing’

Gavin Allwright, secretaris van de International Windship Association (IWSA) en medeorganisator van het congres, vertelt: “Windgeassisteerde toepassingen ondersteunen de motor en worden vaak op bestaande schepen gebouwd. Ze bieden een brandstofbesparing van 10 tot 30 procent en zijn goedkoper dan nieuwbouwopties. Hybride wind/motorsystemen gebruiken in optimale omstandigheden helemaal geen motor. Deze systemen worden vooral op nieuwe schepen ingebouwd en leveren besparingen op tot 50 procent.” 

Robuust en simpel

Het eerste en tot op heden enige commerciële schip met windtechnologie aan boord vaart al anderhalf jaar tussen Nederland en Groot-Brittannië. Het 9.700 DWT ro-ro vrachtschip ‘MS Estraden’ van het Finse bedrijf Bore is in 2014 omgebouwd naar een windgeassisteerd schip. Het Noorse bedrijf Norsepower installeerde twee rotorzeilen - draaiende verticale cilinders - van 18 bij 3 m op het dek om naast de normale aandrijving te gebruiken. “Onze techniek is gebaseerd op de flettner-rotors en is extreem robuust en simpel, het systeem interfereert namelijk niet met de normale processen aan boord”, legt Tuomas Riski, directeur van Norsepower, uit op het congres. “De flettner-rotor is al uitgevonden in 1926 en heeft een grotere besparingspotentie dan andere technologieën op de markt. Wij hebben de rotor zo aangepast dat de balans en vibratie optimaal zijn. Door lichtgewicht materialen te gebruiken, verbruikt het systeem weinig elektriciteit om te gaan draaien en hebben de cilinders een hoge draaisnelheid.”

De cilinders zetten windenergie om in voorstuwing door gebruik te maken van het Magnus-effect. De wind die langs de draaiende cilinder waait, versnelt aan één kant van het rotorzeil en vertraagt de luchtstroom aan de tegenoverliggende zijde. Het resulterende drukverschil creëert een kracht die loodrecht op de stroomrichting van de wind staat. Als de wind uit een hoek van 30 tot 170 graden komt, ontstaat zo een voorwaartse stuwing. 

Economisch rendabel

Een half jaar geleden is de testfase van dit schip afgerond met een gemiddelde brandstofbesparing van 6 procent (3 procent per rotorzeil). Riski: “Onze technologie kan een gemiddelde brandstofbesparing opleveren van 20 procent als we grotere rotorzeilen installeren op een langzamer schip. Helaas was dat niet mogelijk op de MS Estraden, omdat het Kielerkanaal waar het schip doorheen moet een doorvaarthoogte van maximaal 40 meter heeft.”

Het Peace Boat Ecoship Project wil ’s werelds milieuvriendelijkste cruiseschip bouwen.In optimale omstandigheden, met windsnelheden van boven de 20 m/s en een windrichting vanaf de boeg, kunnen de rotors 50 procent van de totale voortstuwingskracht produceren, voorspelt hij. “We kunnen onze Norsepower rotorzeilen installeren op alle schepen met ruimte op het dek, je moet hierbij vooral denken aan tankers, bulk vrachtschepen, ro-ro vrachtschepen, veerboten en cruiseschepen.” Riski claimt dat zijn systeem economisch rendabel is: “Op windrijke wateren (o.a. Noordzee, Noord-Atlantische Oceaan, Stille Oceaan, red.) is de investering heel logisch en binnen vier jaar terugverdiend. Ook gaan de brandstofprijzen stijgen door de aanstaande regelgeving rond zwaveluitstoot. Onze productiekosten gaan daarnaast omlaag als het productievolume toeneemt. We verwachten dat onze technologie binnen vijf jaar dan ook een goede investering wordt bij gemiddelde windsnelheden.” 

Duurzame maatschappij

Tijdens het ‘Natural Propulsion’ seminar van MARIN presenteerde Riski een haalbaarheidsstudie om zijn Norsepower rotorzeilen ook op het Ecoship Peace Boat te installeren. De Japanse non-profitorganisatie Peace Boat organiseert wereldcruises voor Japanners, waar vrijheid, mensenrechten en respect voor de natuur worden bediscussieerd. De organisatie bouwt nu een cruiseschip - het Ecoship Peace Boat - van 60.000 GT voor 1.500 passagiers dat in 2020 klaar moet zijn. Het schip wordt gebouwd op basis van de laatste inzichten op het gebied van hydrodynamica en aerodynamica, krijgt zonnepanelen en een koeltoren, gebruikt LNG en hergebruikt de warmte van de motor. Dr. Andrés Molina, projectdirecteur van het Ecoship-project, wil een duurzame maatschappij creëren; zijn schip moet daarbij het ‘vlaggenschip van de groene technologie’ zijn.

Riski berekende voor Molina dat de installatie van 24 bij 4 m rotorzeilen op het Ecoship Peace Boat gemiddeld 10 tot 15 procent besparing op kan leveren (10,6 procent voor vier rotors, 15,9 procent voor zes rotors). Dit zou resulteren in maximaal 5.492 kg brandstofbesparing per zeildag. Molina: “Wij nemen niet alleen de opbrengst in ogenschouw, maar ook het gewicht, het zwaartepunt, de veiligheid (de mogelijkheid om ze naar beneden te klappen in een noodsituatie, red.), het geluid, het trillingsniveau en de materiaalkeuze.”

Haalbaarheidsstudies evalueren

Molina noemt nog enkele overwegingen die voor hem een rol spelen bij een keuze voor de rotorzeilen, zoals de positieve invloed op de stabiliteit van het schip en de lage onderhoudskosten, maar ook de hogere laterale weerstandskracht. “We evalueren nu de verschillende haalbaarheidsstudies en bepalen dan welke techniek we willen gaan gebruiken.”

De Fairwinds Trading Company ontwikkelt een hybride wind/motorschip: de ‘PraoCargo’. Artist impression: FWTCZo bekijkt de organisatie ook de toepassing van tien harde zeilen met beweeglijke flap met een totale oppervlakte van 282 m2 per zeil. De zeilen moeten dan inklapbaar zijn en bedekt met fotovoltaïsche cellen; dat genereert dan een geschatte extra aandrijfkracht van 10 procent bij een snelheid van 17 knopen (32 km/h) en een windintensiteit van 40 knopen (74 km/h). De windrichting is bij deze zeilen optimaal als hij 20 graden van de achtersteven en 20 graden van de boeg staat.

De organisatie Inerjy gebruikt in plaats van zeilen of flettner-rotors liever windturbines. Zij ontwikkelden oorspronkelijk een verticale windturbine voor landgebruik, maar bedachten later dat deze ook geschikt is voor toepassing op zee. De turbine - EcoVert - levert direct voortstuwingskracht, maar slaat in suboptimale omstandigheden haar energie op in batterijen aan boord. Jamie Schlinkmann, directeur van Inerjy, beschrijft: “We hebben een vierjarige test in Miami op land uitgevoerd met een turbine met een diameter van 19 meter en een hoogte van 10 meter. Door deze turbine boven op een schip te plaatsen is hij onafhankelijk van de windrichting, terwijl zeilen gelimiteerd zijn in snelheid en richting. Onze turbine moet 500 tot 700 kWh per dag opleveren, en kan daardoor 5 knopen (9 km/h) varen.” Inerjy is nu op zoek naar partners om de conceptversie eind 2017 te kunnen testen.

Unieke eigenschappen

Naast de windgeassisteerde schepen presenteerde Fairwinds Trading Company tijdens de conferentie een hybride wind/motorschip: de ‘PraoCargo’. Dit schip kan in optimale omstandigheden zonder motor varen en moet transporten uit gaan voeren tussen Europa en Senegal. Oprichter en mede-ontwikkelaar Madadh MacLaine wil hiermee afgelegen kustgebieden in West-Afrika ontsluiten voor de handel. Het gebied is namelijk niet toegankelijk voor schepen door het gebrek aan havens en de veelal ondiepe riviermondingen (6 tot 8 m diepte).

MacLaine schetst de unieke eigenschappen van de PraoCargo: “Ons vrachtschip heeft een dubbele romp en een geringe diepgang, waardoor het schip kan aanmeren op het strand. De beweegbare mast kan dienstdoen als kraan om lading van en aan boord te tillen, het schip is daarom volledig autonoom en heeft geen haven nodig. De grote romp is exclusief voor lading beschikbaar, maar de diepgang is onafhankelijk van het gewicht. De kleine romp dient als ballast en bevat het stuurhuis en de slaapcabines. Om de wendbaarheid van het schip te vergroten kan het schip zelfs achteruit varen; de boeg wordt dan de achtersteven. MacLaine: “We hebben ons 12 meter-model succesvol getest. Zelfs met een lading gravel behield het schip dezelfde diepgang. We hopen nu een 24 meter-model te kunnen bouwen, deze moet in de zomer van 2018 klaar zijn om te testen.” 

Eigen wiel uitvinden

Inerjy ontwikkelde een verticale windturbine voor landgebruik, maar bedacht dat deze ook geschikt is voor toepassing op zee.Elke organisatie lijkt intussen zijn eigen wiel uit te vinden. Allwright van de IWSA vindt dat logisch: “Het is niet ‘one-size fits all’, want elk schip en elk doel heeft zijn eigen optimale toepassing. Daarom zien we zoveel verschillende benaderingen.” Met de Windship Association probeert hij de verschillende opties te inventariseren en een netwerk te creëren om informatie uit te wisselen. Allwright: “We streven naar de beste technologie, in plaats van naar het project met de beste marketingmensen.”

Onderwerpen
Deel deze pagina

Probeer TW

Geïnteresseerd in techniek? Kies dan voor Technisch Weekblad (TW)

TW biedt technici het laatste nieuws, achtergronden en opinie op het gebied van techniek en innovatie. TW lees je in print en altijd en overal online op je pc, tablet of smartphone. Voor studenten en starters onder de 35 jaar met een technische opleiding, is TW helemaal gratis! 

Naar de website van TW voor het laatste nieuws

Meer informatie over een abonnement

Betabanen

Maritiem Nederland

Welkom op de site van Maritiem Nederland, hét opinie- en vakblad voor de gehele maritieme sector in Nederland.

Editie MN 09-2018

Partners Maritiem Nederland