Ik ga het toch doen... Ik post alvast wat ik heb bedacht en op papier heb gezet (handig wel zo'n computer). Ik zie uit naar jullie reacties!
Volledig geëlectrificeerd
Dat is een mooie droom... De energiedichtheid van de huidige accubatterijen is nog niet zo groot dat dit nu al haalbaar is. Worden de Lithium accu's betaalbaar, dan is het mogelijk. De titel geeft de 'waan' aan, de werkelijkheid is 'hybride'.
Even inventariseren...
De wens is om de buitenboordmotor Yamaha C5 5pk 2-takt (3,728kW) van mijn Eurokruiser MK3 te vervangen door een voldoende krachtige, stille, handzame, milieu vriendelijke, goedkoop in verbruik zijnde aandrijving.
Het motorvermogen van de huidige aandrijving is voldoende om aan de behoefte te voldoen, zei het 'maar net'.
Het in en uit de haven varen is probleemloos, ook bij harde wind (bft 7). Het is niet nodig om de motor op vol vermogen te laten draaien, Stationair of iets meer is meestal voldoende en bij harde wind komt er dan een tikje bij.
Voor manoeuvreren (hard vooruit, hard achteruit) is het motorvermogen voldoende.
Stroomopwaarts varen op een snelstromende rivier (IJssel, Waal en Rijn stroomsnelheid >4km/h) op half vermogen gaat wel, maar schiet niet op, 'krib varen' brengt behoorlijk verbetering, maar als er geen kribben zijn... Meer vermogen zal de snelheid niet echt vergroten, omdat de 'hull speed' (geschat op 7km/h) dan wordt bereikt en de romp niet echt kan planeren (rondspant, breedte 2,35m : lengte 7,35 = 10 : 32). Een aandrijving zou het 'halen' van deze hull speed wel mogelijk moeten maken en de verwachting is dat bij 8pk (5,965kW) motorvermogen dit ook gebeurt.
De plaatsing van de buitenboord motor, links van het aangehangen half balans roer op een motorstoel, is niet fijn (teveel speling) en bij hard achteruit slaan komt de motor omhoog. Naast het 'wiel effect' van de schroef is er ook de invloed van een iets laterale aandrijving op de koers van de boot. Beide effecten nemen af bij romp-snelheid, maar bij wegvaren en aanleggen zijn zij goed merkbaar. De bediening van gasmanet en keerkoppeling op de motor is lastig, maar werkt wel. Bediening via kabels naar de kuip is mogelijk, maar is ergonomisch geen echte verbetering (je moet bukken en dan kun je niet om je heen kijken).
Het geluidsniveau van de huidige motor op half vermogen is zo hoog (niet met een dB meter gemeten), dat de 6 meter vanaf de voorplecht tot achter in de kuip alleen schreeuwend kunnen worden overbrugd en dan nog is de communicatie niet altijd duidelijk. Bij vol vermogen is de geluidsdruk nog hoger en is conversatie in de kuip moeizaam.
Het verbruik van de motor op half vermogen ligt om en nabij de 1,25l/h. Dit is niet overdreven veel, de motor is zuinig te noemen. Het verbruik met de motor in 'stand by' (is op de Waal verplicht en op andere rivieren verstandig) is ongeveer 1l/h en voor deze functie heel duur. Op vol vermogen verbruikt de motor > 2,5l/h, dat is niet bijzonder duur, maar wel lastig omdat het tankje (2,5l) op de motor dan binnen het uur weer moet worden gevuld.
Het bijzetten van de zeilen op de riviertrajecten levert een gigantische besparing van brandstof op. Verbruikte ik ooit van Giesbeek naar het Pannerdensch Kanaal in 3½ uur 6 liter (zonder zeilen, tegen de IJsselstroom in, Z-W 3bft), met fok en grootzeil bij Z-W 4bft, bleef het verbruik onder de 2 liter (motor continu aan, stationair) en deed ik er 2½ uur over.
2-takt en milieuvriendelijkheid is in alle gevallen (ook bij de modernste 2-takt techniek) een contradictie.
De mogelijkheden
Inboard diesel
Ik wil niet meer gaten onder de waterlijn maken dan dat er nu al zijn, een 'inboard diesel' in een geluidsisolerende kast en een sail drive of een schroefas met schroef valt daarmee af. (Ja, ik heb een bloedhekel aan gaten onder de waterlijn, ze verzwakken de intrinsieke sterkte van de romp en stellen je op de meest ongelegen momenten voor problemen.)
Dieselmotoren hebben een beter rendement dan benzinemotoren (tot 30%), maar ze zijn iets lawaaiiger en vragen een goede geluidsisolatie om 'stil' te zijn. Milieuvriendelijk zijn ze maar iets meer dan een benzine motor, voornamelijk door hun verbeterde rendement..
Outboard benzine
Een nieuwe, stille 4-takt langstaart buitenboordmotor van 8pk (5,965kW) met een losse inboard tank en een draadloze afstandsbediening kopen. Er zijn inmiddels buitenboordmotoren die bijna onhoorbaar zijn en waarbij het watergeruis van het zog het geluid van de motor overstemt. Het 4-takt proces is zuiniger, milieuvriendelijker en iets stiller dan 2-takt en dit is een reële mogelijkheid. Helaas zijn er nog heel weinig diesel buitenboord motoren. Het laden en opslaan van energie in een tank vormen de grote voordelen van een benzine of diesel aandrijving. Er zijn drie eigenschappen van deze aandrijving die geen verbetering vormen:
1. De motor op 'stand by' blijft verbruiken en daarmee het milieu vervuilen.
2. De laterale aandrijving en het wiel effect blijven bestaan.
3. Het rendement van benzinemotoren is nog niet hoger dan 26% en voor hun diensten stoten ze CO
2, CO, roet en zure stikstofoxiden uit. Hoewel minder milieuvervuilend dan een 2-takt, zijn ze het wel.
De Chinese diesel-buitenboordmotor van 10pk die ik ooit zag, was een rokend, lawaaig en onesthetisch geval en zou ik alleen aanschaffen als ik er een mengsel van oud frituurvet, vet uit gebruikte kammen, uitgedrukte vetpuisten (Kentucky fried movie) en rode landbouw diesel in kan stoken.
Inboard elektrisch
Mijn inboard bezwaren (gaten onder de waterlijn) wegen te zwaar om deze optie te kiezen. Voor wie deze bezwaren niet heeft...
Deze aandrijving is stil, klein, sterk, met een hoog rendement (92% of 82% als laad en ontlaad rendement van de accu wordt meegeteld) en dus heel milieuvriendelijk en goedkoop in gebruik. Bezwaren worden verder genoemd bij 'Outboard elektrisch'.
Outboard elektrisch
Een elektrische langstaart buitenboordmotor van 6kW (8,046pk) heeft wel potentie, maar vraagt een duur, zwaar en omvangrijk accupakket. Wilt u 8 uur op vol vermogen kunnen varen, dan heeft u een accupakket van 48kWh nodig (en dan houd ik geen rekening met het feit dat een accu meestal niet meer dan 50% ontladen mag worden). Dat is bij 48V: 1000Ah. en gaat tenminste 10 uur laden kosten met 100A voor 8 uur varen. Het gewicht van een dergelijke accubatterij komt in de buurt van de totale waterverplaatsing van een 23-voeter. Dan heeft u wel lekker ballast aan boord, maar u kunt er zelf niet meer bij.
De bediening kan wel veel ergonomischer zijn, de besturing van de motor vindt plaats via dunne kabels en kan desnoods op de helmstok worden geplaatst, zodat besturing van de boot en de aandrijving zijn geïntegreerd.
Het rendement van een accu en een elektromotor ligt ongeveer bij 70-80%. Van elke kilowatt die je oplaadt stop je minstens 700W in je schroef. Dit is zeer gunstig voor milieu en levert zeer gunstige verbruikscijfers. Bij een dieselmotor moet je voor 2kW aan diesel verbranden om 700W aan de schroef af te geven. Twee kilowatt aan dieselbrandstof is veel duurder dan één kilowatt aan elektriciteit uit het net. Maarrr, het laden van een accubatterij is een langdurige aangelegenheid en duurt meestal een uur of vijf.
Als de motor op 'stand by' staat, verbruikt deze helemaal niets, sterker nog, er zijn motoren waarvan de schroef door het passerende water zelfs elektriciteit kan opwekken, maar dat is niet veel. De milieuvriendelijkheid van de elektrische aandrijving is onovertroffen en kan nog beter zijn als de benodigde elektriciteit 'groen' wordt opgewekt.
Het wiel effect en het effect van de laterale aandrijving blijven wel bestaan.
Concluderend
Diesel: Duur in 'stand by', niet milieuvriendelijk door laag rendement, niet erg stil, tenzij met het nemen van omvangrijke maatregelen. Makkelijk te verkrijgen brandstof, compacte voorraad voor energie, die snel kan worden gevuld.
Elektrisch: Geen verbruik in 'stand by', milieuvriendelijk door hoog rendement, bijna geluidloos. Redelijk makkelijk te verkrijgen brandstof, maar een lompe, grote, zware onhandige voorraad voor energie, die niet snel kan worden gevuld.
De keuze voor een elektrische aandrijving ten opzichte van een 4-takt benzine aandrijving zal worden bepaald door twee gegevens:
1. Is er ruimte en 'floatation' op mijn boot om een omvangrijke accubatterij te plaatsen om aan mijn wensen ten aanzien van aandrijving te voldoen.
2. Hoeveel heb ik er voor over om stil en zonder stank te varen.
Heeft u omvangrijke en zware eisen ten aanzien van aandrijving (lange tochten op de motor, veel tegenwind en vooral 'tegenstroom'), Kies dan voor 4-takt benzine of voor diesel.
Gebruikt u de aandrijving om af en toe door de wind te gaan en de haven in en uit te varen (en heeft u eigenlijk niet meer dan een 2pk motor nodig) dan is elektrische aandrijving passend.
Ik heb 'duur, geld of investering' niet genoemd. Het is altijd goedkoper om met de oude meuk door te varen en te wachten tot alles instort en naar de kelder gaat. Dan blijft u zich ook door ergeren aan verbruik, herrie, stank, storingen, olievlekken en reparaties van materiaal dat geen waarde heeft (uitgezonderd de 'keep them floating' enthousiasten, waar ik met een 35 jaar oude boot haast wel bijhoor!
). Ik laat daarom het financiële aspect buiten beschouwing, maar wil het zeker niet bagatelliseren!
Mijn keuze
En dus ook mijn eigen stommiteit als die keuze fout blijkt te zijn! Ik ga voor elektrisch en beperk mijn eisen ten opzichte van aandrijving in de zin van 'lange tochten op de motor bij tegenwind en tegenstroom'. Ik heb voor de aandrijving van mijn boot niet meer dan 2kW (2,7pk) nodig en als ik dat langdurig continu nodig denk te gaan hebben, moet ik niet uitvaren. Wil ik een uur lang 2kW gebruiken, dan heb ik 2 x {zodat ik niet meer dan 50% van de berekende capaciteit nodig heb} (2000 {2kW} / 48 {V}) x 1 {1 uur} = 83Ah aan accu capaciteit nodig. Er loopt dan ongeveer 40 Ampère door de motor.
Kortdurend is 4kW (5,4pk) voldoende en kortdurend is dan gedurende 10 minuten. Er is dan 2 x (4000 / 48) x 0,6 {10 min.} = 100Ah aan accu capaciteit nodig om 10 minuten met 4kW te kunnen varen. Er loopt dan ongeveer 80 Ampère door de motor.
Voor echte noodsituaties wil ik gebruik kunnen maken van de maximale rompsnelheid en zal ik 6kW (8pk) in willen zetten, maar dat is dan om net dat grote vrachtschip of die krib of boomstam te ontwijken in een 'do or die' situatie. Dit zal nooit langer duren dan 5 minuten. De benodigde accu capaciteit daarvoor bedraagt: 2 x (6000 / 48) x 0,3 {5 min.} = 75 Ah. Er loopt dan ongeveer 120 Ampère door de motor.
Bij het gebruik van 'deep cycle' accu's kan er nog iets meer gebruik worden gemaakt van de lading in de accu's. Het wordt precair als er na een uur varen met 2kW ineens 6kW gebruikt moet worden voor een uitwijk-manoeuvre van 5 minuten en dat gaat dan ten koste van de accu's.
Een accu batterij van 48V (4 x 12V accu's in serie) met een capaciteit van 100Ah zou voor mijn (bescheiden) wens in aandrijving voldoende moeten zijn. Wens ik (tijdelijk) meer, dan moet ik weer terug naar mijn 'slagroomklopper op steroïden'.
Het laden van lood-zwavelzuur accu's is het beste met een stroom van 0,1 maal de capaciteit, in dit geval met 10A bij een spanning van 56V. Het volledig opladen duurt dan ook 10 uur. De accu's worden nooit helemaal ontladen en een oplaadtijd van 5 uur is reëel. Een stroom van 0,2 maal de capaciteit mag ook nog, maar dan alleen direct na het ontladen. Er kunnen snelladers worden gebruikt, maar dit gaat meestal ten koste van het hechten van loodoxide op de positieve elektrode van de accu. Zij beperken de levensduur van de accu batterij. Het laden van de accu's met walstroom via een intelligente lader vraagt ongeveer 2A bij 230V en is bij deze beperkte accucapaciteit goed mogelijk.
Er is nog iets wat mij motiveert; De accu technologie is op dit moment in een stroomversnelling gekomen. De vraag naar kleine lichte accu's met hoge capaciteit is dringend. Voor notebooks en mobiele telefoons heeft nikkel-cadmium plaats gemaakt voor eerst de nikkel-metaalhydride en daarna voor lithium, die technologie staat niet stil en in de modelvliegtuigjes zijn al elektrische aandrijvingen in gebruik met lithium-fosfor (LiPO) accu's. Deze technologie maakt het nu al mogelijk de accu snel op te laden (met een stroom van de helft van de capaciteit) en het gewicht is zo laag dat deze vliegtuigjes ook nog kunnen vliegen. De opslagcapaciteit van een lood-zwavelzuur accu is ongeveer 0,1MJ per kilo accugewicht. De opslagcapaciteit van een lithium-fosfor accu is ongeveer 0,7MJ per kilo. Voor dezelfde capaciteit weegt een lithium-fosfor accu slechts 1/7 van een lood-zwavelzuur accu. Het volume van deze nieuwe accu's is nog net niet de helft van het volume van lood-zwavelzuur accu's met dezelfde capaciteit. Zou ik 10 jaar met de lood-zwavelzuur accu's doen, dan kan ik daarna lithium accu's gebruiken en met het zelfde gewicht 700Ah aan capaciteit aan boord hebben en deze accu's kunnen ook nog eens veel dieper worden ontladen. Ik ga met dit toekomst perspectief rekening houden.