In de nabije toekomst (part one)
Zolang de accu’s niet een oneindig grote capaciteit hebben en de zonnepanelen nog geen 60% efficiëntie hebben, zal fossiele brandstof nodig zijn. Het gebruik ervan is wel flink terug te dringen.
Op een plezierzeiljacht is zo langzamerhand de aanwezigheid van elektrische energie belangrijker dan de voortstuwing. In de meeste gevallen wordt de voortstuwing verzorgd door de wind en vraagt geen humane of fossiele energie. Dit in tegenstelling tot de techniek aan boord, waar er een toenemend gebruik van met name elektrische energie is.
Verlichting was de eerste stap waarbij de petroleumlamp werd geëlektrificeerd. Hierbij nam de veiligheid sterk toe doordat er geen open vlam meer was. De lichtopbrengst van het vlammetje boven de pit moest het afleggen tegen 'Edison's laatste snufje', de gloeilamp. Ruim honderd jaar later herhaalde dit zich en kreeg de gloeilamp 'ontslag' om te worden vervangen door LED verlichting met een vertienvoudiging van de lichtopbrengst bij hetzelfde verbruikte vermogen. Omdat er nu toch elektriciteit aan boord was, werd de twintigste eeuw nog eens extra behulpzaam door daar marifonie, radar, audio, video, computer en navigatieapparatuur aan toe te voegen. Op dat moment wordt de opslagcapaciteit van de accu's te klein.
Hoewel de opslagcapaciteit van accu's nog steeds toeneemt door verbetering van de technologie, is de capaciteit van een accu nog niet zo groot te maken dat deze de energieopslag van een 50 liter dieseltank kan evenaren. Ooit zal dat wel gebeuren, maar niet in de nabije toekomst. Verder zal de tijd voor het laden wel nooit zo kort worden als de tijd voor het volgooien van een 50 liter dieseltank. Dus we moeten aan boord gaan opwekken. Dat hoeft niet perse met een verbrandingsmotor te gebeuren, een brandstof cel kan ook.
De prijs voor elektrische energie is nu nog sterk afhankelijk van de prijs van fossiele brandstoffen, maar met nieuwe zonnepanelen wordt ooit de prijs voor elektrische energie goedkoper dan voor energie opgewekt met fossiele brandstoffen. We moeten wel, want anders vergiftigen we onszelf met CO2 en stikstofverbindingen.
Koken aan boord was en is nog steeds het domein van de fossiele brandstoffen (eigenlijk hoort alcohol niet tot de fossiele brandstoffen, maar de methode is verregaand vergelijkbaar met het koken op fossiele brandstoffen, dus doen we dit er maar bij). In de beperkte ruimte die het zeiljacht biedt, is koken niet altijd gemakkelijk en het ligt voor de hand om het gemak van de thuissituatie aan boord te halen en te overwegen of inductie koken niet een mogelijkheid is. Een koelkast is een vast onderdeel van de keuken thuis en dus wordt er ook verwacht dat deze aan boord komt. Voor de verre reizen is een diepvries onmisbaar en ook verschijnt er op de grotere boten een wasmachine. Vaatwassers en droogtrommels heb ik tot nu toe niet aan boord gezien, maar dan heb ik waarschijnlijk niet goed gekeken. Ze zijn er al of ze gaan beslist komen. Het is de elektro-infrastructuur die dit zal vertragen omdat met deze apparaten de grens van de elektrische energie opslag op een plezierjacht wordt bereikt.
'Ellenbogenstoom' raakt ook uit de tijd en er zijn elektrische lieren om de zeilen te hijsen of de schoten te trimmen. Het anker heeft een eigen lier... Om van het varen te genieten, kun je niet meer zonder een stuurautomaat. Een elektrische boegschroef is toch wel heel handig bij het wegvaren en aanleggen... Heel langzaam wordt de 'vaarvaardigheid' ondergesneeuwd door elektrische gadgets aan boord. Het is heus niet voor het eerst dat een plezier zeiljacht in moeilijkheden komt omdat de schipper onvoldoende kennis heeft van hoe om te gaan met elektrisch aangedreven apparaten. Dit is niet uniek, aan het eind van de 20ste eeuw werd de wegenwacht niet zozeer opgeroepen vanwege een defect aan de automotor, maar omdat de TomTom het niet goed deed. Dat werd dan meestal veroorzaakt door onkunde van hoe om te gaan met een TomTom.
We elektrificeren ons een slag in de rondte.
Ik heb geen vermogen metingen gedaan om te bepalen welke vorm van vermogen inmiddels het grootste aandeel heeft bij het varen met een plezier zeiljacht. Desondanks zal het 'windvermogen' wel op nummer 1 staan, daar zijn het nu eenmaal zeiljachten voor. Toch is inmiddels de dieselmotor voor de aandrijving veel meer de dieselmotor voor de elektrische opwekking geworden. Ook gezien de onderwerpen op dit forum. Zeilvoering, rompsnelheid, trimmen, lange tochten. Het 'ambachtelijke' is er wel een beetje vanaf. Dat is niet erg, er zullen altijd veranderingen zijn en die zijn niet tegen te houden.
Wordt het punt bereikt dat de dieselmotor er voornamelijk is voor het opwekken van de elektriciteit aan boord in plaats van de voortstuwing, dan is een ombouw van de installatie naar elektrische aandrijving vanuit een elektrisch boordnet met een accu logisch geworden. Voor zeiljachten 'op de plas' is dit nu al haalbaar indien zij kunnen beschikken over walstroom. Zijn zij avonds weer terug in de haven, dan kunnen zij de accu weer bijladen en de volgende morgen weer vertrekken met een volle accu. Wil je een nachtje overblijven bij dat ene idyllische eilandje dan kan een zonnepaneel van 50W de accu nog een beetje helpen om de volgende dag weer terug de haven in te varen.
Zij die wel een week of langer weg willen blijven, hebben het lastiger. Het ziet er naar uit dat er dan een veel grotere accu moet komen, of dat de 'koperen navelstreng' wel erg lang moet gaan worden.
Zij die langere tochten ondernemen zullen een extra energiebron aan boord moeten nemen en traditioneel wordt dat ingevuld door 'stroomdraaien'.
Stroomdraaien is niet erg efficiënt. De dieselmotor aan boord is ingericht om te werken binnen een toerental bereik (stationair, langzaam, halve kracht en volle kracht) en tenzij je weet welk toerental binnen die range het gunstigst is voor het opwekken van de elektrische energie, is het een 'morsige toestand'.
Wat als... je een dieselgenerator aan boord hebt. Die kan worden ingericht op het draaien van een optimaal toerental en weet juist bij dat toerental het hoogste aantal kW uit een liter diesel te halen. Dit zal in alle gevallen efficiënter zijn dan het meedraaien van een wisselstroom dynamo op een dieselmotor. Ga maar na:
Dieselgenerator: Thermische verliezen, frictie verliezen in de lagers, injectorpomp en klepsturing, elektrische verliezen in de wikkeling en gelijkrichter. Kan afgeregeld worden op een optimaal toerental voor de opwekking van elektrische energie.
Wisselstroom dynamo op een dieselmotor: Thermische verliezen, frictie verliezen in de lagers, injectorpomp en klepsturing, frictie verliezen in de V-snaar en lagers van de wisselstroom dynamo, elektrische verliezen in de wikkeling en de gelijkrichters. Heeft een toerental bereik en is niet aangepast op een optimaal toerental voor de opwekking van elektrische energie.
Met name bij een hoge vermogensvraag is een omzetting van de energie van een dieselmotor naar de energie van een generator een gunstige optie, al was het maar vanwege de verbeterde mogelijkheid de elektrische energietoevoer te regelen. In treinen en schepen gebeurt dit al. De omzetting van de energie van fossiele brandstof naar elektrische energie zal bij een dergelijk grote installatie veel effectiever zijn dan bij een kleinere installatie op een plezierjacht. Het opwekken van elektrische energie via een dynamo op een dieselmotor voor de voortstuwing is op een zeiljacht de 'derde' energieopwekking en heeft daarmee ook alle nadelen die aan die derde plaats zijn verbonden op het gebied van rendement. De dynamo is er maar 'een beetje bij' en eigenlijk alleen bedoeld voor het laden van de startaccu en niet voor het leveren van elektrische energie aan andere systemen.
Natuurlijk kun je daar van alles aan doen door zwaardere dynamo's te monteren en meer van het motorvermogen om te zetten in elektrisch vermogen, maar dit verbetert het rendement van de installatie niet, meestal verslechtert het rendement van de installatie bij een dergelijke ingreep.
Voor hen die met enige regelmaat moeten 'stroomdraaien' met hun diesel, is het energetisch gezien veel interessanter om een elektrische aandrijving te hebben met een generator die bij een optimaal toerental elektrische energie levert. Dat hoeft dan ook niet te worden verbonden met varen en kan ook de elektrische energie zijn voor de koelkast, de stuurautomaat, de inductiekookplaat, de magnetron, de diepvries enzovoort worden opgewekt. Er is hierbij een accu nodig om energie op te slaan al was het maar om de generator weer te starten, maar de accu is ook de buffer om het ankerlicht te laten branden zonder wakker te liggen van het geronk van de dieselgenerator, de navigatielichten te laten branden zonder het geronk van de generator, de marifoon te laten werken zonder het geronk van de generator, de stuurautomaat te laten werken zonder het geronk van de generator, de koelkast te laten draaien zonder het geronk van de generator.
Zou je de installatie zelf inrichten, dan kun je bepalen dat de generator wordt gestart zodra je de elektrische schroefaandrijving gaat gebruiken. Het lijkt dan in alles of je een diesel inboard hebt en in de bediening van de boot veranderd niet veel behalve dan de vermogensregeling van de aandrijving.
Een elektrische aandrijving gebruikt geen keerkoppeling en het rendementsverlies van de keerkoppeling krijg je er bij als je vaart.
Start je de generator gelijk met de afvaart, dan zal deze ook de stroom voor de elektromotor leveren. Je krijgt dan wat wel een ‘elektrische as’ wordt genoemd. Wat je gaat missen is 'rev-ing up' als je snelheid wilt vermeerderen aangezien de generator altijd op hetzelfde (optimale) toerental blijft draaien. Wil je extra vermogen, dan komt dit uit de accu en de accu wordt weer geladen zodra de elektromotor minder vermogen vraagt. 'Alles Auto' zeggen ze dan in Duitsland.
Maar dan... dan ben je ver genoeg weg van de haven om de zeilen te hijsen en gaan we zeilen. Dan wil je de accu's vol hebben voor de tocht die volgt en je wilt het acculaden voortzetten tot ze vol zijn. Dan laat je de generator draaien tot de accu's op de eind laadspanning zijn gekomen en je stopt de generator. Simpel. Ja, maar als je net bezig bent met de zeiltrim is dat toch niet zo voor de hand liggend... Eigenlijk wil je dat de generator zelf stopt als de accu's vol zijn.
Ligt je boot permanent aan de walstroom, dan zal de generator al snel stoppen omdat de accu tot het moment van afvaren is opgeladen en al snel vol zit.
Wordt het elektrische systeem op dat moment belast, bijvoorbeeld door de elektromotor van de schroefaandrijving, dan wordt de eind laadspanning niet gehaald en zal de generator blijven draaien totdat de belasting is opgeheven of de brandstof op is.
Door zonnepanelen op je boot kun je het laden via de generator uitstellen als je aan een aantal voorwaarden voldoet met betrekking tot plaatsing van de panelen en het paneelvermogen. Het spaart direct fossiele brandstof uit.
Een 12V installatie met een 'trolling motor' (Minn Kota o.i.d.) om uit en in de haven te varen kan goed werken tot een 20ft boot. Voorbeelden zijn een Lanaverre 17 of een Midget 15 (Oostzee jol). Vaak hebben dergelijke boten geen motorruimte en zijn ze ingericht voor gebruik met een bbm. Dan wordt het ook moeilijk om een generator set te plaatsen voor het laden van de accu’s. Een aan de walstroom geladen accu in combinatie met een zonnepaneel om te voorkomen dat de accu al snel leeg is, kan soelaas bieden.
Voor een 12V installatie is een 1kW ebbm wel het maximale wat bruikbaar is en een 100Ah accu is net genoeg voor een dag. Bij elke avond laden aan de walstroom is er geen reden om niet te gaan varen of om een generatorset aan boord te nemen. Nee, je kunt dan niet van Zwolle naar Deventer varen tegen de IJsselstroom in, dat vraagt om een bbm op fossiele brandstof. Aan de andere kant een dergelijke boot is vaak een ‘trailer sailer’ en dan is ‘opladen en wegwezen’ handiger dan tegen de IJsselstroom op te boksen.
Boven de 20ft tot 25ft is een 2kW motor te gebruiken en om bij dit vermogen de stroomsterktes binnen de perken te houden (<100A), is een 24V systeemspanning nodig. Boten van dit formaat hebben vaak wel een motorruimte en kunnen een generator set en accubank herbergen. De aandrijving van de boot is dan vaak een ebbm, maar een compacte BLDC motor kan ook worden gebruikt, temeer omdat een keerkoppeling komt te vervallen. Denk wel om de afvoer van de uitlaatgassen en de toevoer van koellucht.
Een 150 of 160Ah accu is dan voldoende buffer voor een generatorset van 2kW.
Boven de 25ft tot 30ft is een motorvermogen van 4kW handig en wordt 48V de systeemspanning om bij vol vermogen onder de 100A te blijven. De lengte van de boot is hierin niet alleen bepalend, de waterverplaatsing en het gewicht van de boot spelen ook een rol.
De motorruimte bij dit formaat boten is meestal voldoende om zowel de generatorset en de accubank te herbergen. Bij een generatorset van 4kW kun je dan ‘op de generator varen’ en is er maar een kleine accubank nodig. Een accubank van 100Ah kan dan voldoen. Een generatorset van 2 of 3 kW is voldoende om gedurende korte tijd op ‘vol vermogen’ te varen en daarna de accu weer ‘af te toppen’ met de generator.
Groeten, Peper.
