Eeste ZES batterijcontainers voor de binnenvaart bijna klaar

Zero emissie

Zero Emission Services (ZES) neemt nog deze zomer de eerste twee ZESpack batterijcontainers voor elektrisch aangedreven binnenvaartschepen in gebruik. Op het Alpherium in Alphen aan den Rijn legt het consortium momenteel de laatste hand aan de eerste twee ZESpacks en bijbehorend laadstation.

ZES-voormannen Teus van Beek (Wärtsilä) en Leon Sluiman (Engie Energie) gunden NT-zusterpublicatie Schuttevaer een kijkje in de tent op het Alpherium, waar de eerste ZESpack wordt getest.

‘Het laadstation heeft een capaciteit van twee megawatt’, zegt Van Beek, general manager ecosysteem-innovatie bij Wärtsilä. ‘Dat betekent dat we de batterijen van twee energiecontainers kunnen opladen met een snelheid van 1000 kW elk. Met een maximale capaciteit van 2563 kWh per container zijn ze dan in ruim 2,5 uur opgeladen. We hebben berekend dat een containerschip met twee ZESpacks van Alphen naar Moerdijk en terug kan varen. We verwachten over enkele weken met twee energiecontainers te varen. In totaal bouwen we er dit jaar drie.’

Gestandaardiseerd

Volledig opgeladen leveren de energiecontainers een spanning van 936 volt DC (gelijkstroom). Tijdens het varen en ontladen mag de spanning dalen tot 728 volt. ‘In deze versterkte 20 voets energiecontainers passen 11 parallel geschakelde strings van vijf in serie geschakelde lithium-ion batterijmodules’, zegt projectontwikkelaar Sluiman van Engie Ventures & Integrated Solutions.

Elke batterijmodule weegt 330 kilo en telt 52 cellen. Met een spanning van 2,6 tot 3,6 volt per cel levert dat een spanning op van 145,6 tot 187,2 volt per module. ‘Dan kom je op een maximale spanning van 936 volt per string’, vult Van Beek aan. ‘Die voltage-range is door ZES gestandaardiseerd om goed aan te sluiten op de elektrische installaties aan boord van de meeste schepen.’

De in stalen rekken geplaatste batterijmodules zijn stringsgewijs via zekeringen verbonden met een gezamenlijke verbindingsleiding. ‘Mocht een string uitvallen, dan blijft de container via de gezamenlijke verbinding stroom met de juiste spanning leveren aan het boordnet’, zegt Van Beek. ‘Wel is de energiecapaciteit dan lager.’ De rekken staan op schokdempers die zijn gebaseerd op motordempers van Wärtsilä. ‘Dat voorkomt schade door trillingen of harde schokken’, zegt Van Beek.

Scheepsaandrijving

Op het schip wordt de energiecontainer op een dockingstation gezet en zo automatisch verbonden met het energiesysteem aan boord. De bemanning hoeft dus niet met kabels en stekkers te sjouwen. Een omvormer zet de gelijkstroom aan boord om in wisselstroom voor de elektrische scheepsaandrijving. Het maximale vermogen dat de ZESpack daarvoor kan leveren is 1000 kW. ‘Dat ligt aanzienlijk hoger dan de gemiddelde energievraag op deze route’, zegt Sluiman.

De batterijen zijn gebouwd door het Chinese CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited). ‘Wärtsilä gebruikt dit type batterijen al enige tijd voor energieopslagsystemen op het land’, zegt Van Beek. De in de ZESpack gebruikte lithium-ion batterijen zijn van een nieuw watergekoeld type dat vorig jaar werd gecertificeerd voor mobiel gebruik. Het koel- water wordt in een gesloten systeem in een bij de container horende radiateur met buitenlucht gekoeld. ‘Daar zijn dus geen externe aansluitingen voor nodig’, zegt Sluiman.

De ZESpack is uitgerust met een autonoom werkend blussysteem met biologisch afbreekbaar blusschuim dat de batterijen niet aantast. ‘Alleen het rekmet een oververhitte batterijstring wordt daarmee ingepakt in een stevig bio-schuim dat de modules snel koelt en afsluit van de buitenlucht’, zegt Van Beek. ‘Bij testen stopten batterijbrandenbinnen 20 seconden.’ De kans op brand is volgens Sluiman overigens zeer klein. ‘We gebruiken lithium-batterijen met ijzerfosfaatcellen (11P). Dat zijn de veiligste en hittebestendigste lithium-ion batterijen die er zijn.’ Sluiman verwacht dat de batterijen zeker 10 jaar meegaan. ‘Na 10 jaar intensief gebruik in de binnenvaart zijn de batterijen nog steeds bruikbaar, maar dan voor minder zware toepassingen.’

Een scheepseigenaar hoeft niet in de aanschaf van ZESpacks te investeren. Dat doet het ZES consortium. ‘De schipper betaalt per kWh voor de afgenomen stroom’, zegt Van Beek. ‘Dat verlaagt de drempel.’

Dieselelektrisch

Schepen die al een dieselelektrische aandrijving hebben kunnen zo vrij eenvoudig op dit systeem overschakelen. ‘Ze hoeven alleen te investeren in een support voor de container aan boord en een omvormer’, stelt Sluiman. ‘Conventioneel aangedreven schepen zullen ook moeten investeren in een elektromotor.’

Voor de schipper is uiteraard de verhouding tussen de prijs per kilowattuur van de batterij stroom en die van dieselolie interessant. ‘Zolang CO2-emissies niet worden belast is het lastig met groene stroom goedkoper te zijn dan met dieselolie’, zegt Sluiman. ‘Maar iedereen weet dat we richting emissieloos moeten gaan. Een voordeel van een elektrische aandrijving is bovendien, dat de onderhoudskosten lager zijn dan van een dieselmotor. En de onderhoudskosten van de energiecontainers liggen bij ZES.’

Bedoeling is dat het aantal ZESpacks en laad/ wisselstations de komende jaren snel toeneemt en de energiecontainers ook in andere sectoren aftrek vinden. ‘Met twee keer zoveel energiecontainers heb je niet twee keer zoveel servicepersoneel nodig’, zegt Van Beek. ‘Schaalvergroting leidt tot lagere bouw- en operationele kosten. De modulaire opbouw maakt het systeem flexibel inzetbaar en goed opschaalbaar. We stellen het nu beschikbaar aan de binnenvaart en andere marktsegmenten. De gebruiker hoeft er geen risicovolle grote investering voor te doen. Wij investeren in de laadapparatuur en de batterijcontainers.’

Grafeenbatterij

‘Met de ZESpack willen we een standaard invoeren in de binnenvaart voor uitwisselbare energiecontainers, inclusief de operationele kant. Maar ook een systeem dat in de toekomst ook met andere oplossingen, zoals waterstof, uit de voeten kan.’ Sluiman en Van Beek verwachten dat het maximale vermogen van energiecontainers over een jaar of vijf zal verdubbelen. ‘Ik hoop dat we in de toekomst grafeenbatterijen op grotere schaal gaan gebruiken’, zegt Sluiman. ‘Laboratoriumtesten met kleine grafeenbatterij en tonen aan dat je daarmee een heel licht en snel oplaadbaar systeem kunt bouwen.’

Eeste ZES batterijcontainers voor de binnenvaart bijna klaar | NT

Eeste ZES batterijcontainers voor de binnenvaart bijna klaar

Zero emissie

Zero Emission Services (ZES) neemt nog deze zomer de eerste twee ZESpack batterijcontainers voor elektrisch aangedreven binnenvaartschepen in gebruik. Op het Alpherium in Alphen aan den Rijn legt het consortium momenteel de laatste hand aan de eerste twee ZESpacks en bijbehorend laadstation.

ZES-voormannen Teus van Beek (Wärtsilä) en Leon Sluiman (Engie Energie) gunden NT-zusterpublicatie Schuttevaer een kijkje in de tent op het Alpherium, waar de eerste ZESpack wordt getest.

‘Het laadstation heeft een capaciteit van twee megawatt’, zegt Van Beek, general manager ecosysteem-innovatie bij Wärtsilä. ‘Dat betekent dat we de batterijen van twee energiecontainers kunnen opladen met een snelheid van 1000 kW elk. Met een maximale capaciteit van 2563 kWh per container zijn ze dan in ruim 2,5 uur opgeladen. We hebben berekend dat een containerschip met twee ZESpacks van Alphen naar Moerdijk en terug kan varen. We verwachten over enkele weken met twee energiecontainers te varen. In totaal bouwen we er dit jaar drie.’

Gestandaardiseerd

Volledig opgeladen leveren de energiecontainers een spanning van 936 volt DC (gelijkstroom). Tijdens het varen en ontladen mag de spanning dalen tot 728 volt. ‘In deze versterkte 20 voets energiecontainers passen 11 parallel geschakelde strings van vijf in serie geschakelde lithium-ion batterijmodules’, zegt projectontwikkelaar Sluiman van Engie Ventures & Integrated Solutions.

Elke batterijmodule weegt 330 kilo en telt 52 cellen. Met een spanning van 2,6 tot 3,6 volt per cel levert dat een spanning op van 145,6 tot 187,2 volt per module. ‘Dan kom je op een maximale spanning van 936 volt per string’, vult Van Beek aan. ‘Die voltage-range is door ZES gestandaardiseerd om goed aan te sluiten op de elektrische installaties aan boord van de meeste schepen.’

De in stalen rekken geplaatste batterijmodules zijn stringsgewijs via zekeringen verbonden met een gezamenlijke verbindingsleiding. ‘Mocht een string uitvallen, dan blijft de container via de gezamenlijke verbinding stroom met de juiste spanning leveren aan het boordnet’, zegt Van Beek. ‘Wel is de energiecapaciteit dan lager.’ De rekken staan op schokdempers die zijn gebaseerd op motordempers van Wärtsilä. ‘Dat voorkomt schade door trillingen of harde schokken’, zegt Van Beek.

Scheepsaandrijving

Op het schip wordt de energiecontainer op een dockingstation gezet en zo automatisch verbonden met het energiesysteem aan boord. De bemanning hoeft dus niet met kabels en stekkers te sjouwen. Een omvormer zet de gelijkstroom aan boord om in wisselstroom voor de elektrische scheepsaandrijving. Het maximale vermogen dat de ZESpack daarvoor kan leveren is 1000 kW. ‘Dat ligt aanzienlijk hoger dan de gemiddelde energievraag op deze route’, zegt Sluiman.

De batterijen zijn gebouwd door het Chinese CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited). ‘Wärtsilä gebruikt dit type batterijen al enige tijd voor energieopslagsystemen op het land’, zegt Van Beek. De in de ZESpack gebruikte lithium-ion batterijen zijn van een nieuw watergekoeld type dat vorig jaar werd gecertificeerd voor mobiel gebruik. Het koel- water wordt in een gesloten systeem in een bij de container horende radiateur met buitenlucht gekoeld. ‘Daar zijn dus geen externe aansluitingen voor nodig’, zegt Sluiman.

De ZESpack is uitgerust met een autonoom werkend blussysteem met biologisch afbreekbaar blusschuim dat de batterijen niet aantast. ‘Alleen het rekmet een oververhitte batterijstring wordt daarmee ingepakt in een stevig bio-schuim dat de modules snel koelt en afsluit van de buitenlucht’, zegt Van Beek. ‘Bij testen stopten batterijbrandenbinnen 20 seconden.’ De kans op brand is volgens Sluiman overigens zeer klein. ‘We gebruiken lithium-batterijen met ijzerfosfaatcellen (11P). Dat zijn de veiligste en hittebestendigste lithium-ion batterijen die er zijn.’ Sluiman verwacht dat de batterijen zeker 10 jaar meegaan. ‘Na 10 jaar intensief gebruik in de binnenvaart zijn de batterijen nog steeds bruikbaar, maar dan voor minder zware toepassingen.’

Een scheepseigenaar hoeft niet in de aanschaf van ZESpacks te investeren. Dat doet het ZES consortium. ‘De schipper betaalt per kWh voor de afgenomen stroom’, zegt Van Beek. ‘Dat verlaagt de drempel.’

Dieselelektrisch

Schepen die al een dieselelektrische aandrijving hebben kunnen zo vrij eenvoudig op dit systeem overschakelen. ‘Ze hoeven alleen te investeren in een support voor de container aan boord en een omvormer’, stelt Sluiman. ‘Conventioneel aangedreven schepen zullen ook moeten investeren in een elektromotor.’

Voor de schipper is uiteraard de verhouding tussen de prijs per kilowattuur van de batterij stroom en die van dieselolie interessant. ‘Zolang CO2-emissies niet worden belast is het lastig met groene stroom goedkoper te zijn dan met dieselolie’, zegt Sluiman. ‘Maar iedereen weet dat we richting emissieloos moeten gaan. Een voordeel van een elektrische aandrijving is bovendien, dat de onderhoudskosten lager zijn dan van een dieselmotor. En de onderhoudskosten van de energiecontainers liggen bij ZES.’

Bedoeling is dat het aantal ZESpacks en laad/ wisselstations de komende jaren snel toeneemt en de energiecontainers ook in andere sectoren aftrek vinden. ‘Met twee keer zoveel energiecontainers heb je niet twee keer zoveel servicepersoneel nodig’, zegt Van Beek. ‘Schaalvergroting leidt tot lagere bouw- en operationele kosten. De modulaire opbouw maakt het systeem flexibel inzetbaar en goed opschaalbaar. We stellen het nu beschikbaar aan de binnenvaart en andere marktsegmenten. De gebruiker hoeft er geen risicovolle grote investering voor te doen. Wij investeren in de laadapparatuur en de batterijcontainers.’

Grafeenbatterij

‘Met de ZESpack willen we een standaard invoeren in de binnenvaart voor uitwisselbare energiecontainers, inclusief de operationele kant. Maar ook een systeem dat in de toekomst ook met andere oplossingen, zoals waterstof, uit de voeten kan.’ Sluiman en Van Beek verwachten dat het maximale vermogen van energiecontainers over een jaar of vijf zal verdubbelen. ‘Ik hoop dat we in de toekomst grafeenbatterijen op grotere schaal gaan gebruiken’, zegt Sluiman. ‘Laboratoriumtesten met kleine grafeenbatterij en tonen aan dat je daarmee een heel licht en snel oplaadbaar systeem kunt bouwen.’