Onze tour naar Marin
Naar Wageningen voor vragen over een schip
Vijf studenten van de TU Delft en ik hebben MARIN bezocht. Tijn, Felbe, Julie, Boudewijn en Guus. Vier werktuigbouwkunde studenten en een maritieme techniek student die een project doen voor S4aF als onderdeel van hun Bachelor Eind Project. Onze gastheer is Paul Bruggeman, project manager Seakeeping. Paul en ik hebben elkaar eerder online gesproken, hij heeft mij veel inzicht gegeven in diverse (operationele) aspecten van een toekomstig schip. Deze keer loopt ons gesprek niet via een draadje. Deze ontmoeting is echt, veel leuker dan online. En we willen graag zien wat ze bij MARIN doen.
Dit is mijn tweede bezoek aan het MARIN, de eerste keer was ik er om meer te weten over het Floating Future Project (Drijvende eilanden testen bij Marin – Ships 4 a Future).
We starten met een kort voorstelrondje. Paul vraagt iedereen zich voor te stellen en hij vraagt de studenten erbij te vertellen waarom ze voor hun opleiding hebben gekozen. Het is toch opvallend: twee werktuigbouwers hebben hun studie gekozen omdat ze graag sleutelen. Het is niet voor niets, werktuigbouwers worden ook wel fietsenmakers genoemd.
Paul gaat van start met zijn presentatie over het MARIN. Het Maritiem Research Instituut Netherlands heeft een grote faciliteit in Wageningen. Het is een vooraanstaand maritiem instituut met klanten uit de hele wereld. Er zijn vier werkgebieden. Heel in het kort:
Calculaties doen aan schepen en voortstuwingsystemen met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD). Verder doen ze simulaties van vaarroutes. Paul werkt zelf veel met CFD, dat gebruikt wordt naast het testen van schaalmodellen in waterbassins. CFD heeft veel potentie, zegt hij.
Model testen doen in water bassins met schaalmodellen van schepen en van scheepsschroeven en ook van bijvoorbeeld drijvende windmolens. Een model is op schaal, bijvoorbeeld 20 keer zo klein als het echte schip, want je kan en je wil never nooit niet een containerschip van 200 meter lang en 10.000 ton zwaar in een bassin testen in Wageningen (hoe wil je dat schip er krijgen?). Het is logisch dat je eerst een schaalmodel maakt en test en daarna pas het schip bouwt. Wil je het vaargedrag van een schip op ware grootte en een schaalmodel kunnen vergelijken, moet je wel veel berekeningen doen. Er speelt ook wat anders, in het echt vaart een schip in het water. Het model vaart ook in water. Eigenlijk zou je de viscositeit, de stroperigheid, van het water moeten veranderen om te kunnen vergelijken. Ook daar heb je ook weer rekenkundige aanpassingen voor.
Mensen trainen in simulators. Hier speelt de ‘mens factor’ een belangrijke rol. Het werk moet soms gebeuren onder stress, terwijl je fouten wil voorkomen. Een schip kost vele miljoenen, dan maak je liever een foutje in een simulatie dan in het echt. Ze kunnen ook meerdere simulaties tegelijkertijd doen met meerdere mensen in verschillende rollen doen. Een kapitein en een kraanmachinist, ze moeten samenwerken.
Monitoring van operationele situaties op zee.
Paul laat een slide zien met de relatie tussen alle maritieme spelers. MARIN opereert in een web van organisaties. Het zijn er nogal wat: IMO, schipeigenaar, verzekeraar, scheepsbouwer, ontwerpbureau, classificatie bureau, scheepsoperator (rederij), de klant (die lading wil laten vervoeren) en de haven autoriteiten. Een complexe wereld. De scheepvaart is van groot belang voor de wereldeconomie. Zonder scheepsvaart is er geen transport van olie of gas, van erts of andere grondstoffen en ook niet van consumentenproducten uit China.
Een rekenmodel
De studenten en ik hadden eerder vragen voorbereid. De studenten werken aan een Phyton rekenmodel om het energieverbruik van een vrachtschip te modelleren. Er liggen zonnepanelen op, er is gerekend met een Fletter rotor die zorgt voor extra aandrijving – wind assisted propulsion – door de kracht van de wind. Het schip wordt aangedreven met een diesel-elektrische motor; met zo min mogelijk diesel en zo veel mogelijk zonnestroom.
In het rekenmodel moeten ze met veel variabelen rekening houden, waaronder:
- De zon-instraling. Die wordt sterk bepaald door de breedteligging. Hoe dichter bij de evenaar, hoe hoger de energie-opbrengst.
- De efficiency van de zonnepanelen.
- De windsnelheid: een hogere snelheid zorgt voor meer stuwkracht.
- De windrichting: een Flettner rotor functioneert het meest efficiënt als de wind onder een hoek van 90 graden ten opzicht van het schip komt.
- De grootte en massa (diepgang) van het schip en de vorm van de scheepsromp. In het model is uitgegaan van een 110 meter lang en 15 meter breed vrachtschip dat niet zwaar is beladen.
- De vaarsnelheid van het schip. De weerstand van het schip – die door het water moet ploegen – wordt in sterke mate bepaald door de snelheid en daarmee het vermogen dat de motor moet leveren. Naast de wrijvingsweerstand is er de restweerstand en de luchtweerstand. Voor een schip dat langzaam vaart is het effect van de wrijvingsweerstand het grootst (circa 70 – 90%). Voor de liefhebber: er is een document met uitgebreide informatie over het berekenen van weerstand, motorvermogen en de schroef: basic-principles-of-ship-propulsion-eng.pdf
- Het type scheepschroef: de efficiency van een scheepschroef bepaald hoeveel energie van de motor wordt omgezet in voorwaartse beweging. Een scheepsschroef kan gemiddeld 50% – 70% van de energie van de motor omzetten in nuttige stuwkracht, er gaat ook energie verloren. Het verlies wordt voornamelijk veroorzaakt door wervelverliezen (rotatie in het water), wrijvingsverliezen en cavitatie (belletjesvorming die energie omzet in lawaai en trillingen).
- Er zijn nog meer factoren zoals de kracht van de zeestroming en stromingsrichting, maar niet alle factoren zitten in het rekenmodel.
- Een van de vragen van de studenten betreft data over de wind. Marin heeft allerlei hulpmiddelen ontwikkeld, vertelt Paul, en stelt die online beschikbaar. De Marin Blue Route is daar een van (Blue Route). Je kan de route van het schip invullen. Dan zie je wat de voornaamste windrichting is en de bijbehorende windsnelheid. Daaruit kun je bijvoorbeeld concluderen dat voor de route van de Azoren naar de Canarische Eilanden een Flettner rotor veel kan bijdragen aan de voorstuwing. Op andere vaarroutes is dat effect kleiner.
Een van de vragen van de studenten betreft data over de wind. Marin heeft allerlei hulpmiddelen ontwikkeld, vertelt Paul, en stelt die online beschikbaar. De Marin Blue Route is daar een van (Blue Route). Je kan de route van het schip invullen. Dan zie je wat de voornaamste windrichting is en de bijbehorende windsnelheid. Daaruit kun je bijvoorbeeld concluderen dat voor de route van de Azoren naar de Canarische Eilanden een Flettner rotor veel kan bijdragen aan de voorstuwing. Op andere vaarroutes is dat effect kleiner.
Een andere vraag van de studenten betreft de vaarsnelheid van het schip. Snel varen, zeg 10 knopen, levert een hoog brandstofverbruik op. De studenten rekenen in hun model met een lagere snelheid, maar welke dan, is de vraag? Het schip laten stilliggen kan namelijk ook niet, dan dobbert het stuurloos rond. Langzamer varen levert weer een volgende uitdaging: de meeste vrachtschepen hebben een scheepsschroef (met een vaste pitch) die is ontworpen voor een bepaalde hogere snelheid. Bij een lagere snelheid is de schroef van het schip minder efficiënt.
Er wordt ook onderzoek gedaan naar alternatieve scheepsschroeven. Bij MARIN doen ze ook onderzoek naar innovatieve oplossingen, bijvoorbeeld de ABB Dynafin™ | ABB. Het is geen standaard schroef. Het is hogere orde hydrologische bewegingstechnologie!
Onze tour
Na de theorie krijgen we de praktijk: een rondleiding. We beginnen bij een simulator, die in een grote holle bol staat opgesteld (Full Mission Bridge Simulator | MARIN). Aan de binnenkant van die bol wordt een virtuele wereld geprojecteerd met beamers. Wij nemen plaats op de brug van een groot schip en zien een virtuele zee en het voorsteven van een schip door het raam. Daarna gaan we door naar een kleine simulator, voor de bediening van een kraan op een schip op de zee. We bekijken de diverse bassins waar modellen worden getest (Basins & Labs | MARIN).
We eindigen onze tour voor een korte nabespreking en een paar onbeantwoorde vragen.
“Wij denken alleen na over de techniek,” grapt een van de studenten, als we het over de sociale voorzieningen op het schip hebben.
“Fijn,” zeg ik. “Er wonen mensen op het schip. Die moeten het wel een jaar uithouden in mijn verhaal.”
Een laatste vraag, voordat we afsluiten, betreft het ombouwen van een vrachtschip. Het is eerder gedaan, een onderzoeksschip is bijvoorbeeld omgebouwd in een jacht. Het advies is om eens met een classificatiebureau te gaan praten. Ik ben benieuwd hoe die zullen reageren op een futuristisch idee. Ayway, it is fiction.
Paul, nogmaals mijn dank voor het hartelijke ontvangst, de boeiende rondleiding en voor de zee aan nieuwe informatie.
