Rondvaartboten ombouwen van diesel naar elektrisch


De elektrificering van rondvaartboten is een complex spel van batterijkeuze, veiligheid en laadinfrastructuur.

Amsterdamse rondvaartboot elektrisch
Amsterdamse rondvaartboot wordt elektrisch gemaakt

Door Ingrid Rompa

Ramon van der Storm, directeur van Amsterdam Canal cruises en Blue Boat Company heeft ervaring met het ombouwen van rondvaartboten van diesel naar elektrisch. Vaartuigen op het binnenwater in Amsterdam moeten in 2025 uitstootvrij varen. Op deze manier hoopt de gemeente (geluids)overlast in de stad te verminderen en de luchtkwaliteit te verbeteren.

Ruimte creëren  voor accu’s

Van der Storm heeft in totaal 17 boten in zijn bezit. In 2007 bouwde Blue Boat samen met een aantal partners de eerste elektrische rondvaartboten. “Het ontwikkelen van de standaard voor Blue Boat duurde een aantal jaren, en ging gepaard met veel vallen en opstaan”, vertelt Van der Storm. “Met het functionerende systeem zijn we in 2015 begonnen met het ombouwen van dieselboten naar elektrisch.” Nu er een beproefd systeem is, is dat volgens hem betrekkelijk eenvoudig. “Het enige dat je moet doen is het creëren van ruimte voor je accu’s. Wij bouwen een accubak onder de boot en daar gaat de batterij in.”

Rondvaartboten met roerpropellers

Van der Storm heeft bewust gekozen voor rondvaartboten met roerpropellers die 180 graden kunnen draaien en achteruit kunnen varen (staartstukken). “Dat werkt het beste”, knikt hij. “Als je boten met een schroefaandrijving elektrisch wilt maken wordt het ingewikkeld, want de schroefas zou dan door de accubak heen lopen, en dat is niet logisch.”

Laden met 560 volt

Behalve ruimte voor de accu’s, moet er ook ruimte worden gecreëerd voor elektrische apparatuur. Van der Storm vaart met hoog voltage: 560 volt. De batterij word tijdens het laden opgedeeld in 7 veilige segmenten van 80 volt nominale spanning. Door deze segmentering kan er ook relatief veilig gewerkt worden aan het systeem mocht dit nodig zijn. Om het systeem betrouwbaar te houden, en niet afhankelijk van één lader, is ervoor gekozen deze segmenten onafhankelijk van elkaar op te kunnen laden. Daardoor heeft hij vrij veel laders nodig; 7 in totaal.

Zwaar voltage, laag amperage

“Ik vaar met een heel zwaar voltage, maar een laag amperage”, licht Van der Storm toe. Dat heeft volgens hem veel voordelen. “De laatste jaren zie je in Amsterdam dat met enige regelmaat elektrische boten die met 144 volt varen met problemen kampen. Dat komt veelal omdat de accupolen onvoldoende in staat zijn de hoge stroom door te laten. De verbinding op de accupool gaat los omdat door dat lage voltage een enorm hoog amperage door de kabels en verbindingen heen gaat. Die verbindingen worden dan heel heet en daarna koelen ze weer af. Hierdoor ontstaat heel veel beweging in de verbinding op de accupolen en andere aansluitingen, waardoor ze los gaan zitten, en dan krijg je een hoge weerstand met mogelijk brand tot gevolg .” 560 volt is wel duurder, omdat het aan hogere veiligheidseisen moet voldoen. Of het echt veiliger is dan een 144 volt systeem, durft hij niet te zeggen. “Maar wij hebben nooit problemen gehad met brand of losgetrilde aansluitingen.”

Schonere grachtengordel

Volgens onderzoeksinstituut TNO heeft de ombouw van de rondvaartvloot in Amsterdam van diesel naar elektrisch ‘een grote potentie om bij te dragen aan een schonere grachtengordel’. Dat schreven de onderzoekers Pim van Mensch, Ruud Verbeek en Mark Bolech in 2016 in een rapport over elektrische rondvaart in Amsterdam. In de rapportage – samengesteld in opdracht van verschillende rederijen – besteedden ze onder meer aandacht aan aandrijflijnspecificaties, gebruiksprofiel, accutechniek, laadinfrastructuur, totale energiebehoefte, veiligheid en economie.

Rendementsverlies

Aan de batterij is het energiegebruik hoger door rendementsverliezen in de aandrijflijn en het ontladen van de batterij. ’In totaal bedraagt het rendementsverlies tussen de 10 en 20%, afhankelijk van het type batterij’, stelt het rapport. “Het rendementsverlies bij een conventionele dieselaandrijving is overigens fors hoger door verliezen in de verbrandingsmotor”, voegt auteur Pim van Mensch hier voor de volledigheid aan toe. De onderzoekers verwachten dat meeste rondvaartboten in het segment ‘bemand groot’ een energiegebruik zullen hebben van tussen de 15 en 21 kWh per uur aan de batterij. Metingen van de TU Delft en Damen resulteren in ongeveer dezelfde waardes.

(Tekst gaat verder onder kader.)

 

Laadvermogen

TNO heeft uit de energiebehoefte en de systeemverliezen een aantal interessante opties uitgewerkt voor de accucapaciteit en laadstrategie, infrastructuur en totale energiebehoefte. ‘Als de accu’s alleen ’s nachts worden geladen, is – afhankelijk van het accutype – een capaciteit nodig van circa 300 tot 350 kWh. Wanneer tussen de trips wordt snelgeladen, dan kan afhankelijk van het accutype, de accucapaciteit worden teruggebracht tot circa 100 tot 170 kWh. De laadvermogens (per schip) variëren van 22 kW (’s nachts) tot 100 kW voor tussendoor snelladen.’

Standaardisatie

Op het gebied van accutechniek moet nog veel worden uitgezocht. Volgens TNO zijn de belangrijkste aspecten levensduurgaranties, mogelijkheden voor snelladen per accutype, rendement en totale gebruikskosten. “Er is bij diverse rederijen al ervaring opgebouwd met lood-zuur accu’s en in mindere mate met Li-ion accu’s”, licht Van Mensch toe. “Met betrekking tot de laadstekker tekent zich al een standaardisatie af. Waarschijnlijk wordt dit de Combo 2, waarmee gewoon laden en snelladen worden gecombineerd. Eventueel kan ook een inductieve, automatische laadverbinding worden overwogen, maar dat vereist nog een behoorlijke ontwikkeling.”

Medium-power-accu’s

Volgens het TNO-rapport zijn voor vaartuigen in het algemeen medium-power-accu’s het meest interessant. Dat komt door de combinatie van goede specifieke energie en vermogen, hoge stabiliteit (veilig en makkelijk in te zetten) en een gematigde prijs. Voor de rondvaart is het motorvermogen relatief klein en is een hoog specifiek vermogen van de accu niet belangrijk.

Veel keuze

“Er is veel keuze in batterijtypen”, licht Van Mensch toe. “Afwegingen zijn bijvoorbeeld hoeveel energie en vermogen per kilogram batterij, hoeveel energie per euro, hoe snel wil je kunnen laden en wat zijn wensen qua levensduur. Als je bijvoorbeeld met een lood-zuur accupakket voldoende energie wilt hebben voor een rondvaartboot, dan heb je flink wat kilogrammen aan accu nodig, en je kunt niet zo snel laden. Maar de prijs is daarentegen gunstig. Bij een Li-ion (die je ook in tal van varianten hebt) kun je in het algemeen sneller laden, heb je minder kilogrammen nodig voor dezelfde energie, maar je betaalt meer.”

Gewicht geen probleem

Het rendement van lood-zwavelzuur over een laad- en ontlaadcyclus is met circa 70% aanzienlijk lager dan bij lithium–ion-accu mogelijk is (circa 95%). Voorlopig is de lood-zwavelzuuraccu techniek door de brede toepassing als start-accu voor allerlei voertuigen evenwel goedkoper. “De lood-zwavelzuuraccu’s zijn wel zwaarder”, vertelt Van Mensch. “Maar meer gewicht is voor een rondvaartboot in het algemeen geen probleem. Er moet zelfs voldoende gewicht in het vaartuig aanwezig zijn om onder de bruggen door te kunnen.”

Batterij-managementsysteem

Volgens TNO is in het algemeen de (brand)veiligheid voor lithium-ion-accu’s op vaartuigen ‘net zo min een probleem als bij onbrandbare lood-zwavelzuuraccu’s’. Wel is voor toepassing van Li-ion een batterij-managementsysteem nodig om de accu in een stabiel en betrouwbare toestand te houden, aldus het rapport. ‘Ook verdient het aanbeveling de temperatuur te controleren (koeling). Dat is niet alleen goed voor de veiligheid, maar verlengt ook de levensduur.’

Calamiteiten

Bij een zeer ernstig incident zou wel brand kunnen ontstaan, meldt TNO. ‘Binnen de grachtengordel is het onwaarschijnlijk dat beschadigingen aan de accupakketten ontstaan. Buiten de grachtengordel zou dat door aanvaring met een groot schip eventueel wel kunnen gebeuren. Er moet rekening worden gehouden met een calamiteit door brand en het binnendringen van water. Dit mag niet leiden tot explosie, brand of eventueel elektrocutie. De risico’s bij calamiteiten zijn volgens onderzoek echter heel beperkt, mits er in de ontwerpfase rekening wordt gehouden met dit aspect.’

Lood-zuur heeft zich bewezen’


Van der Storm is als eigenaar van diverse rondvaartboten persoonlijk niet enthousiast over lithium-ion-batterijen aan boord van zijn vloot. “Want als die gaan branden, dan kun je ze niet blussen”, benadrukt hij. “Niet met water in ieder geval. En in de winter zijn de prestaties van die batterij veel minder.” Loodzuur heeft zich volgens hem de afgelopen 100 jaar bewezen. “Natuurlijk kunnen die ook ontploffen maar chemische batterijen zijn mijns inziens veel gevaarlijker, althans, ze hebben nog niet de tijd gehad om zich als volkomen betrouwbaar te bewijzen.”

Nadeel loodzuurbatterijen

Volgens Van der Storm varen momenteel bijna alle rondvaartboten met lood-zuurbatterijen. Het nadeel van lood-zuurbatterijen is echter dat je niet kunt snelladen. Het duurt zo’n 8 tot 10 uur om een rondvaartboot vol te laden. “Als je zou willen snelladen, dan zou voor boten lithium-titonaat geschikt zijn. Je boot is dan in 3 uur volgeladen. De scheepvaartinspectie is echter nog niet zo ver dat ze die batterijen goedkeuren. Bovendien zijn ze veel duurder.”

Levensduurverwachting

Een aspect waarin TNO zich ook heeft verdiept is de levensduurverwachting van accu’s. Hierover heerst nog veel onzekerheid, aldus het rapport. ‘Dat heeft echter meer te maken met onbekendheid dan met de onmogelijkheid om deze met nauwkeurigheid te voorspellen.’ Volgens auteur Mark Bolech is tussen het verschijningstijdstip van het rapport (2016) en nu veel ervaring opgedaan met Li-ion accu’s. “Vooral op de weg, maar in toenemende mate ook op vaartuigen. De onzekerheid rond te verwachten levensduur is daardoor in 2020 al beduidend kleiner dan in 2016 nog van toepassing was.”

Technisch levensduureinde

Volgens TNO wordt afhankelijk van de toepassing 70 of 80% van de oorspronkelijke capaciteit als technisch levensduureinde gedefinieerd. ‘De maximale ontlading van een accupakket heeft sterke invloed op de levensduur van een accu. Zowel lithium-ion-, nikkel-metaal-hydride- als loodzuur-batterijen zijn geschikt voor de rondvaartbranche.’

Lithium-ijzer-fosfaat batterijen

De meest geschikte lithium-ion-batterij is van het type LFP (lithium-ijzer-fosfaat), meldt TNO. ‘De kwaliteit van de koeling is belangrijk voor het uniform presteren van de cellen in de accu’s. In de praktijk wordt een zo uniform en laag mogelijke temperatuur nagestreefd’, aldus het rapport.

Super B

Het bedrijf Super B installeert in kanaalboten die van diesel naar elektrisch worden omgebouwd lithium-ijzer-fosfaat batterijen. Volgens het bedrijf zijn zijn lithium-ijzer-fosfaat batterijen ideaal voor zowel maritieme vaartuigen als middelgrote energieopslag systemen en als basis voor andere applicaties. “Omdat ze stabieler en krachtiger zijn en een langere levensduur hebben dan andere lithium batterij types”, licht Dennis de Zeeuw, CEO van Super B toe.

Tot 5000 cycli

Super B lithium-ijzer-fosfaat accu’s gaan tot 5000 cycli mee bij een ontladingsdiepte (Dod) van 80%, zonder dat de prestaties afnemen, meldt het bedrijf op zijn website. ‘De gemiddelde levensduur van loodzuur accu’s is slechts twee jaar Super B lithium-ijzer-fosfaat accu’s (LiFePO4) hebben geen actief onderhoud nodig om hun levensduur te verlengen. Ook vertonen de accu’s geen geheugeneffecten en vanwege een lage zelfontlading (<3% per maand) kan men ze voor een langere periode bewaren.’

Varende batterij

Om verschillende applicaties in de stad en haven van Amsterdam te voorzien van mobiele opslagstroom heeft Super B’s zusterbedrijf Smart Grid, dat specialiseert in batterijsysteeminstallaties, een varende batterij ontwikkeld. De installatie zal gebruikt worden door Skoon Energy. ‘Het wordt een geïntegreerd duurzaam energiesystem die stroom opslaat en levert vanaf zonnepanelen naar waar het nodig is’, meldt het bedrijf. ‘Zelfs wanneer de zon niet schijnt.’ Skoons varende batterij-oplossing wordt onder meer ingezet voor het balanceren van het elektriciteitsnetwerk tijdens de periode dat de elektrische toeristenboten hun batterijen opladen.

Laadpunten onder steigers

Het opladen van batterijen is nog wel een probleem, beaamt Van der Storm. Zijn bedrijf  heeft inmiddels zelf laadpunten aangebracht aan hun eigen steigers. “We kunnen daar nu maximaal 3 boten opladen”, meldt hij. Dat is echter niet voldoende voor de 6 boten die per locatie moeten worden opgeladen. “Opschaling van de laadinfrastructuur stuit helaas op tegenwerking van de gemeente, onder meer doordat zij geen omgevingsvergunningen voor transformatorhuisjes wil afgeven. Een laadinfrastructuur zoals laadpalen op de weg is er echter nog niet.”

Uitstootvrij varen in Amsterdam

In de Nota Varen deel 2 (september 2019) geeft de gemeente Amsterdam aan dat zij van plan is om laadinfrastructuur te plaatsen op de ligplaatsen in openbaar water. ‘De gemeente neemt daarin de regie en wil voorkomen dat gebruikers van een ligplaats in openbaar water in eigen beheer laadinfrastructuur realiseren. Dit is nodig om uniformiteit en algemeen gebruik te faciliteren’, aldus de nota.Het gaat volgens de gemeente om laadpalen, aansluitingen op het elektriciteitsnet en andere voorzieningen in de openbare ruimte op of aan het water, bestemd voor het opladen van elektrische vaartuigen. Omdat een groot deel van de transportvaartuigen in Amsterdam aan de buitenranden van de stad liggen, wordt ook daar laadinfrastructuur geplaatst.

‘Op een paar goede initiatieven na is er bij jachthavens nog maar weinig laadinfrastructuur aanwezig. De redenen hiervoor zijn een beperkte capaciteit van het lokale elektriciteitsnet in jachthavens, hoge investeringskosten en een gebrek aan kennis en ervaring met het aanleggen en exploiteren van laadinfrastructuur.’ De gemeente zal jachthavens ondersteunen bij de plaatsing van laadinfrastructuur door kennis en documentatie met ze te delen.

Bron: https://www.installatiejournaal.nl/energie/artikel/2020/06/rondvaartboten-ombouwen-van-diesel-naar-elektrisch-10110946

De Hilda vaart al sinds de restauratie van 1998 elektrisch, zie de informatiepagina over de eerste rondvaartboot van Amsterdam
renovatie oudste rondvaartboot van Amsterdam
De elektromotor wordt getest voor de aflevering. Duurzaamheid in voortstuwing toen al wat nu verplicht wordt voor alle rondvaartboten van Amsterdam.