Binnenvaart: Diesel-elektrisch varen is voordeliger dan veel ondernemers denken

Aan deze update werkte Menno Vermeer mee, stagiair bij Rabobank.

Diesel-elektrisch varen roept nog vaak twijfel op. Het beeld is dat het duurder, complexer en risicovoller is dan conventioneel varen. Die twijfel komt niet uit het niets. In de afgelopen jaren zijn systemen niet altijd goed ontworpen of afgesteld, waardoor voordelen uitbleven. Maar dit beeld begint te kantelen. Praktijkervaringen en onderzoek laten zien dat de prestaties inmiddels duidelijk beter zijn. Ondernemers en leveranciers rapporteren wél besparingen en wél betrouwbare systemen. Al zijn deze resultaten niet in alle gevallen uniform en sterk afhankelijk van toepassing en uitvoering. Negatieve ervaringen blijven vaak lang hangen in de sector. Toch zien we nu dat juist die oude aannames steeds minder aansluiten bij de huidige praktijk. En dat maakt de vraag relevant: baseren we onze keuzes nog op feiten, of op oude verhalen?

Wie kijkt naar de cijfers, ziet dat diesel-elektrisch varen juist efficiënt kan zijn. Brandstofbesparingen liggen in de praktijk vaak tussen de 5% en 35% ten opzichte van conventionele systemen, waarbij de spreiding wel groot is en afhankelijk van vaarprofiel, gebruik en systeeminrichting

Die winst komt vooral door slimmer gebruik van vermogen:

Een elektromotor kan het vermogen heel precies aanpassen aan wat op dat moment nodig is. Een verbrandingsmotor werkt juist het efficiëntst bij een vast toerental en verliest rendement zodra hij daarvan afwijkt. Omdat een schip in de praktijk vaak op wisselend vermogen draait, ontstaat daar het verschil: een elektromotor blijft efficiënt, terwijl een verbrandingsmotor juist dan meer verbruikt. In situaties met veel variabel vermogen, zoals manoeuvreren, wachten en rustig varen, lopen de voordelen van diesel-elektrisch varen het snelst op, terwijl bij langdurig varen op hoog vermogen de voordelen kunnen afnemen. Zelfs als systemen niet perfect worden benut, zijn de prestaties vaak al gelijk aan of beter dan traditioneel varen. Dat maakt het risico kleiner dan veel ondernemers denken, maar vraagt wel om een zorgvuldig ontwerp en gebruik van het systeem.

De twee figuren laten gezamenlijk zien waar het verschil in efficiëntie in de praktijk vandaan komt. Uit de eerste figuur blijkt dat diesel-elektrische aandrijving vooral bij lagere vermogens duidelijk efficiënter is en pas bij hogere vermogens zijn voordeel verliest ten opzichte van diesel-direct. De tweede figuur laat zien dat verschillende typen binnenvaartschepen het grootste deel van hun vaartijd in de lagere vermogensgebieden opereren. Het Rijnschip, het grootste van de drie gemonitorde schepen, kent daarbij de hoogste relatieve vermogensbelasting. Toch bevindt ook dit schip zich gedurende circa 85% van de vaartijd in een bereik waarin diesel-elektrische voortstuwing de meest efficiënte optie is. Uit praktijkinterviews blijkt echter dat door slimme regeling van het schroeftoerental hetzelfde vaargedrag met minder vermogen kan worden gerealiseerd, waardoor ook van deze schepen een groter deel van de vaartijd in het efficiëntere bereik plaatsvindt en het voordeel van diesel-elektrisch varen behouden blijft.

Naast efficiëntie zit de grootste kracht van diesel-elektrisch in flexibiliteit. Het systeem past zich continu aan de vraag aan. Dat merk je niet alleen in brandstofverbruik, maar ook in de operatie:

Maar misschien nog belangrijker: het systeem is voorbereid op de toekomst. Door de modulaire opbouw kan later relatief eenvoudig worden overgestapt op batterijen, waterstof of andere energiedragers afhankelijk van technologische ontwikkelingen, infrastructurele beschikbaarheid en economische haalbaarheid. Je hoeft nu dus niet te kiezen voor één dominante energiedrager. Een conventionele aandrijving biedt deze ruimte niet. Door nu te investeren in een diesel-elektrische aandrijving voorkom je potentieel en afhankelijk van de ontwikkeling van toekomstige energiedragers een dure retrofit in de toekomst. Daarmee kun je je schip voor nu, maar ook in de toekomst technisch en financieel aantrekkelijker maken.

Niet elk diesel-elektrisch systeem levert automatisch een maximale besparing op. In de praktijk zijn er voorbeelden waarbij de winst beperkt blijft, bijvoorbeeld door een verkeerde dimensionering van de generatoren of een suboptimale afstelling van het systeem. Daarnaast zijn de voordelen beperkter bij vaarprofielen met een langdurig hoge en relatief constante vermogensvraag. In die situaties kan de besparing terugvallen naar de onderkant van de bandbreedte, of in het slechtste geval tijdelijk uitblijven.

Tegelijkertijd laten analyses en praktijkervaringen zien dat de prestaties zelfs in minder optimale situaties vaak vergelijkbaar zijn met conventionele aandrijvingen. Het neerwaartse risico lijkt daarmee in veel gevallen beheersbaar, mits het systeem zorgvuldig wordt ontworpen en gebruikt.

In goed ontworpen en goed gebruikte systemen lopen de besparingen juist op en wordt het verschil snel zichtbaar, zowel in brandstofverbruik als in operationele flexibiliteit. Op basis van interviews met partijen in de markt waarbij het systeem goed werkt, zien we een gemiddelde terugverdientijd van 2,9 jaar (gebaseerd op 10% hogere aanschafkosten op de aandrijflijn en 10% brandstofreductie bij nieuwbouw). De uiteindelijke besparing en terugverdientijd zijn daarbij mede afhankelijk van de ontwikkeling van de brandstofprijzen.

Voor onderhoudskosten is weinig informatie beschikbaar, waardoor wij deze niet hebben meegewogen in de terugverdientijd. Dit betekent dat de totale businesscase nog wel enige onzekerheden bevat. Het beeld dat diesel-elektrisch ‘niet werkt’ is daarmee vooral gebaseerd op uitzonderingen, niet op de gemiddelde praktijk, hoewel de beschikbare data nog beperkt zijn en verdere validatie wenselijk blijft. Juist door beter te kijken naar ontwerp, gebruik en data kunnen veel van deze negatieve scenario’s worden voorkomen en komt het werkelijke potentieel van het systeem naar voren.

De belangrijkste barrières voor diesel-elektrisch varen liggen naast onzekerheid over toekomstige energiedragers en regelgeving steeds minder in techniek of financiële haalbaarheid, maar vooral in onvoldoende onderzoek en negatieve ervaringen van ondernemers die hebben gepionierd. Tegelijkertijd groeit de hoeveelheid praktijkdata snel. Steeds meer analyses en ervaringen laten zien hoe systemen presteren onder verschillende omstandigheden en waar de echte voordelen zitten.

Cognauship: “Schepen worden traditioneel ontworpen op piekbelasting en worstcasescenario's.

“Onze praktijkdata laten zien dat de vermogensvraag tijdens de operatie vaak aanzienlijk lager is dan het geïnstalleerde vermogen en bovendien sterk fluctueert. Juist onder deze omstandigheden biedt diesel-elektrische voortstuwing de grootste voordelen.

Dat het geïnstalleerde vermogen vaak hoger ligt dan de gemiddelde vermogensvraag is logisch: schepen worden traditioneel ontworpen op piekbelasting en worstcasescenario's, vaak met een extra vermogensmarge. Een diesel-elektrische installatie maakt het mogelijk om ook bij lage vermogens efficiënt te varen, terwijl het benodigde piekvermogen beschikbaar blijft wanneer de operatie daarom vraagt.”

Cognauship is gespecialiseerd in het meten en analyseren van energie- en vaarprofielen van schepen en ondersteunt daarmee retrofit-, elektrificatie- en nieuwbouwprojecten met objectieve inzichten.

Die inzichten geven ondernemers steeds meer houvast. Niet alleen over brandstofverbruik, maar ook over onderhoud, inzetbaarheid en flexibiliteit. Daarmee wordt het mogelijk om keuzes niet langer te baseren op aannames of eerdere ervaringen, maar op aantoonbare prestaties.

Ondernemers die deze stap zetten en hun besluit baseren op data en scenarioanalyses, verkleinen hun risico’s qua toekomstige regelgeving en versterken hun concurrentiepositie. De discussie in de sector verschuift daarmee geleidelijk. Niet langer staat alleen de vraag centraal óf diesel-elektrisch een volwaardig alternatief is, maar in welke situaties het een passende oplossing en investeringskeuze vormt en hoe dit zich verhoudt tot andere transitiepaden.

Om de kennis in de sector te vergroten, roepen wij onderzoekers op specifiek voor de binnenvaart beter vergelijkend onderzoek te doen tussen conventioneel en diesel-elektrisch en deze data openbaar te maken, maar ook de geleerde lessen goed vast te leggen. Zo kan de sector profiteren van systemen die in de praktijk efficiënt blijken te zijn. Als financier ondersteunen wij ondernemers graag met inzichten en scenario’s, zonder op voorhand één technologie te kiezen. Diesel-elektrisch kan daarbij een goede optie zijn. Uiteindelijk heeft iedereen er baat bij als er minder brandstof wordt verbruikt. Voor retrofitten gelden andere investeringsafwegingen dan bij nieuwbouw. In dat kader is het relevant dat het ministerie van I&W naar verwachting in september een subsidieregeling opent voor retrofit naar diesel-elektrisch, waarbij de meerkosten subsidiabel zijn. Voorlopig lijken alleen CEMT I-III hiervoor in aanmerking te komen, maar mogelijk wordt dit in de toekomst breder opengesteld.