MARIN test alternatieve scheepsaandrijving

Ingenieurs bij MARIN testen een scheepsaandrijving met verticale vinnen. De resultaten beloven een efficiëntere manier van voortstuwing, en dus energiebesparing.

Niet elk schip wordt aangedreven door een schroef die snel ronddraait en zo de krachten van de motor overdraagt op het water. Er zijn alternatieve vormen van aandrijving. Een ervan is voortstuwing met verticale vinnen onder het schip, op een ronddraaiende schijf. Al in de jaren dertig van de vorige eeuw bouwden scheepsingenieurs de eerste systemen: de Voith Schneider Propulsor (VSP).

Zo’n VSP bestaat uit een schijf die ronddraait met ín die schijf weer enkele verticale vinnen, die zelf ook ronddraaien. ‘Wanneer je die twee verschillende rotaties op elkaar afstemt, creëer je voortstuwing met de vinnen, vergelijkbaar met hoe een vis zwemt’, vertelt Jie Dang, senior projectmanager bij MARIN.

Goed manoeuvreerbaar

Een dergelijk systeem heeft bepaalde voordelen, zoals een hoge efficiëntie. Ook maakt een aandrijving met verticale vinnen een schip zeer goed manoeuvreerbaar – ideaal voor dynamic positioning – en valt het rollen van een schip (het van links naar rechts wiegen) er beter mee te onderdrukken. Alleen blijkt het principe van de VSP heel lastig in de praktijk te brengen met mechanische aandrijving. ‘Eigenlijk is alleen het Duitse bedrijf Voith daarin geslaagd’, zegt Dang. ‘Deze motoren worden gebruikt in sleepboten en kleine bevoorradingsschepen.’

Elektrische auto

Maar door de opkomst van elektromotoren openen zich geheel nieuwe mogelijkheden voor de verticale-vin-aandrijving. Elektrische aandrijving maakt dat het bouwen en aansturen van de relatief ingewikkelde systemen beter te doen is. ‘Dankzij elektromotoren zijn voor het bouwen van een vin-aandrijving minder onderdelen nodig. Net zoals een elektrische auto ook geen zuigers, krukas en dergelijke meer bevat’, zegt Dang.

Dynafin

Het bedrijf ABB ontwikkelde een eigen verticale-vin-voortstuwer op basis van elektromotoren, de ABB Dynafin. Met een prototype hiervan voerde MARIN onlangs praktijkproeven uit in één van zijn bassins in Wageningen. Ook deed het zogeheten CFD-berekeningen (computational fluid dynamics) aan de waterstromingen rond de vinnen van de ABB Dynafin. ‘Die berekeningen doen de mensen bij ABB zelf ook, en van een zeer hoog niveau. Maar ze hebben daar geen bassin om scheepsmodellen in te testen, en om de krachten op alle componenten te meten. Daarvoor komen ze naar MARIN. Wij zijn een van de weinige instituten ter wereld die dat kunnen’, vertelt Dang.

Krachten gemeten

In februari voerden MARIN-medewerkers proeven uit met een schaalmodel schip met een Dynafin van ABB eronder. Met sensoren werden zoveel mogelijk krachten op het systeem gemeten: de krachten op de Dynafin als geheel, maar ook de krachten die elke vin ondervond bij verschillende draaisnelheden. Meer details over de metingen zijn te lezen in een artikel dat MARIN deze week publiceerde.

Dat levert ook een mooie video op:

Winst van 20 procent

Uit de metingen van alle krachten konden de onderzoekers een efficiëntie van het systeem berekenen van meer dan 80 procent. ‘Dat moet je afzetten tegen de 65 procent efficiëntie van normale voortstuwers. Dat is dus een winst van meer dan 20 procent, een serieuze stap’, zegt Dang.

Maatje groter

Aandrijfsystemen op basis van het cycloïdale VSP-principe, dus met roterende verticale vinnen, zijn voor grotere schepen – vrachtschepen, containerschepen –  nog niet geschikt, vanwege de beperkte vermogens, die nu tussen de 3 en 5 megawatt liggen. ‘ABB mikt met zijn Dynafin wel op een maatje groter dan de sleepboten. Ook voor jachten en veerboten zou het systeem aantrekkelijk kunnen zijn’, zegt Dang.

Binnenkort gaat MARIN tests uitvoeren met twee sets van de ABB Dynafin op het model van een schip.

Openingsbeeld: De testopstelling bij MARIN waarin de Dynafin werd beproefd. Foto: MARIN