Schepen verbeteren bij Marin

10

Dossier

NIEUWSBLAD TRANSPORT 4-10 NOVEMBER 2015

Misschien worden hier in de Lage Landen niet meer de grootste schepen gebouwd, maar wel zeer innovatieve, zoals voor de offshore. Dat gebeurt mede dankzij onderzoek bij het instituut Marin. Het wordt steeds futuristischer, tot zelfvarende schepen aan toe, maar er blijft hooggekwalificeerd personeel nodig. De beurs Europort fungeert graag als matchmaker.

MALINI WITLOX

Levensecht alle omstandigheden op zee nabootsen, om de meest efficiënte schepen mogelijk te maken. Welkom bij Marin.

Schepen verbeteren

R

impelloos ligt het water erbij in het zeegangswaterbassin bij Marin. Een klein geel schip van ongeveer 1,5 meter lengte ligt in het water, geheel uitgerust met sensoren. Met een sleepwagen wordt het schip door het water getrokken. Nu is het water nog vlak, maar alles is mogelijk. Het toevoegen van wind, golven, stroming. Het is donker in de Wageningse hal. Veel beton en tl-licht, geen ramen, omdat zonlicht de algengroei in het water bevordert.

Marin (Maritime Research Institute Netherlands) is het grootste onderzoeksinstituut ter wereld als het gaat om maritiem onderzoek. Al het onderzoek gebeurt op schaal, van 1 op 15 tot 1 op 100, maar dan nog is het indrukwekkend groot. Zo is het diepwaterbassin maar liefst 250 meter lang, 5,5 meter diep en 10,5 meter breed.

‘We hebben in totaal zes bassins’, legt Johan de Jong, manager international relations bij Marin, uit. De projectmanagers houden zich onder meer bezig met scheepsontwerp, duurzaamheid, veiligheid en effectiviteit. Op het bureau in zijn werkkamer ligt een polytechnisch zakboek, op het whiteboard staat een aantal kreten: belading, stroomsnelheden, bodemprofiel, waterstandenvoorspelling, gps, extrapoleren en follow my vessel. In een notendop het soort van onderzoek waar Marin zich mee bezighoudt.

Eerst maar even over dat follow my vessel. ‘De Nederlandse overheid wil de vaarwegen beter benutten’, legt De Jong uit. In 2013 is het Covadem-project gestart.

Vijftig binnenvaartschepen zijn uitgerust met een computer om bestaande sensoren zoals het echolood, beladingsmeter, gps en optioneel ook brandstofverbruiksmeters uit te lezen, te combineren naar een bericht en naar de wal te verzenden. De actueel gemeten kielspeling wordt omgerekend naar een actuele waterdiepte op de gevaren route. ‘Je kunt die data combineren met waterstandenmodellen. Zo komen we tot een gedetailleerde actuele waterdieptekaart. Rijkswaterstaat geeft momenteel de minst gepeilde diepte af. Maar als je de exacte diepte weet, kun je ook exact berekenen hoeveel lading je mee kunt nemen bij de betreffende waterstand. Verder kunnen schepen het gebruiken om even-

tueel harder te varen op diep water en langzamer op ondiep water. Dat bespaart veel brandstof.’

Computer Een groot deel van het onderzoek gebeurt achter de computer. Computational Fluid Dynamics (CFD), geavanceerde rekenmodellen en computers worden gebruikt om de miljoenen berekeningen uit te voeren die nodig zijn om de interacties te simuleren van water, land en schip. ‘Een kleine verandering in stroming kan grote gevolgen hebben. Het is vaak complexe materie.

Hoe gedraagt je schip zich in de golven en wat is er qua werkbaarheid en veiligheid mogelijk?’ De Jong noemt het begrip cavitatie. Een draaiende scheepsschroef

Zodra we de trap oplopen, is het alsof we op zee zijn. zorgt aan de voorkant van de schroef, tussen het schip en de schroef, voor een lagedrukgebied. Dat zorgt voor de voortbeweging van het schip, maar tevens voor zogenoemde cavitatie. Onder de lage druk verlaagt het kookpunt van water zodanig, dat het water voor de schroef kan gaan koken (dampbellen). Hierdoor slijt de schroef sneller. Minder cavitatie betekent daarom een langere levensduur van de schroef en minder geluid en trilling. Om dat te kunnen testen, is het niet alleen noodzakelijk het schip en de schroef te verkleinen, maar ook de luchtdruk moet verlaagd worden. Dat doet Marin door de lucht boven het water weg te zuigen tot een veertigste van de atmosferische druk. ‘In 2012 hebben we in Ede een Depressurised Wave Basin geopend met golfopwekkers erin. In deze vacuümtank gaat 25 miljoen liter water. Nergens anders ter wereld kun je schepen testen in golven en vacuüm.’ Omdat er dan veel lucht op het dak staat te duwen, moet het gebouw

Scheepsbouw 11

NIEUWSBLAD TRANSPORT 4-10 NOVEMBER 2015

bij Marin van het bassin enorm sterk zijn: de wanden en het dak zijn dan ook meer dan anderhalve meter dik.

Scheepsbouwers en rederijen (onder meer Maersk en cruisemaatschappijen) uit de hele wereld kloppen bij Marin aan voor onderzoek. Verder wordt er bijvoorbeeld in opdracht van classificatiemaatschappijen onderzoek gedaan. Veel onderzoeksruimtes zijn maanden vooraf volgeboekt, pottenkijkers zijn niet gewenst, klanten hechten waarde aan hun privacy. In totaal zijn er zes bassins, onder meer voor offshore, voor ondiep water en voor het testen van zeewaardigheid en manoeuvres.

Een van de bassins die vandaag wel toegankelijk zijn, is het offshorebassin. Verschillende onderhoudsmedewerkers zijn bezig aan regulier onderhoud. De beweegbare bodem (10 meter diep, met een kuil van 30 meter) staat geheel omhoog. Langs de randen van het bassin zijn meer dan 100 golfopwekkers gemonteerd. Een stalen schot vormt de basis van zo’n generator. De flappen van dat schot kunnen onder een hoek heen en weer worden bewogen. Zo’n beweging resulteert in een watergolf. Elke golfopwekker is afzonderlijk aan te sturen.

Golven worden aan de andere kant van het bassin door golfbrekers geneutraliseerd, net als op het strand. ‘We moeten bij ons onderzoek alles meeschalen, niet alleen de omvang van het schip. Brekende golven bestaan voor een groot deel uit lucht, dus als de krachten schalen geldt dat ook voor de samendrukbaarheid van de luchtbellen.’

De Jong wijst naar een beweegbare arm waar meerdere ventilatoren op gemonteerd zitten. ‘We kunnen zo dus een storm nabootsen. We kijken hier onder meer tot welke zeegang een schip veilig bij een olieproductieplatform kan liggen.’

Vanaf 1 januari 2013 gelden nieuwe regels voor de energie-efficiëntie van schepen groter dan 400 GT. Op nieuwbouwschepen is de Energy Efficiency Design Index (EEDI) vereist. De regels vereisen een nieuw certificaat, het International Energy Efficiency Certificate (IEEC), dat wordt afgegeven wanneer een Ship Energy Efficiency Management Plan (SEEMP) aan boord is.

Naarmate de tijd vordert, zal de energie-efficiency

moeten toenemen. In 2025 moeten nieuwe schepen daardoor 30% minder CO2 uitstoten dan op grond van de EEDI voor een schip van die grootte en met die transitsnelheid gebruikelijk was.

Rompvorm De Jong: ‘We doen veel onderzoek naar duurzaamheid en efficiëntie. Het gaat zowel om optimalisatie van de rompvorm, maar ook om voortstuwingsmethodes en energy saving devices, zoals straalbuizen en pre-swirl stators. Dit is een aanhangsel voor de schroef dat zoveel rotatie in de stroming brengt als dat de schroef er weer uithaalt. Er gaat dus geen rotatie verloren.

De buizen worden gebruikt om het rendement van

Op zee heb je die ideale condities zelden. scheepsschroeven te verhogen. Als er water doorheen stroomt wordt de stuwdruk van het water ermee opgevoerd. Ook is er de laatste jaren veel aandacht voor de wrijvingskant. Uit de binnenvaart komt de ‘luchtsmering’. Door luchtkamers onderaan het schip te maken (dun laagje lucht), wordt een weerstandsreductie tot wel 20% mogelijk. Dat leidt tot een besparing van 10 tot 15% op de brandstofkosten en de uitstoot van schadelijke stoffen.

Luchtsmering levert nu alleen nog in de binnenvaart winst op. Bij schepen die harder varen, werkt het natuurkundig principe minder goed. Maar in de binnenvaartsector wordt momenteel niet veel geïnvesteerd in nieuwe schepen vanwege de overcapaciteit en sterke concurrentie. Schippers zijn vaak zelf eigenaar van de schepen en hebben niet veel vet op de botten. ‘Het zou heel goed zijn als er voor de binnenvaart ook een soort energie-label zou komen. Dat helpt ook richting verla-

der. Die zou zo mee kunnen helpen om nieuwe en schone schepen te realiseren. Het kan vaak veel zuiniger, dat zien we ook bij schippers die een brandstofmeter gebruiken. Ze krijgen directe feedback op hun vaargedrag, net als bij een boordcomputer. Dat scheelt aanzienlijk.’

Het is tijd voor een bezoek aan de grote brugsimulator.

Zodra we de trap oplopen, lijkt het of we echt op zee zijn beland. Levensecht, inclusief deining van de zee met om ons heen alleen water. Op de brug zijn twee mannen aanwezig, de eerste stuurman en de kapitein.

Een van hen praat door de telefoon. Ze proberen naast een tanker bij de kust van Angola aan te meren. Het gaat nog goed, maar opeens komt er een verandering van stroomrichting. Het is niet de enige variabele die toegevoegd kan worden. Mist, regen, onweersbuien. U vraagt, de engineers van Marin draaien.

Walvisstaart Het lijkt soms of er in de scheepsbouw weinig geïnnoveerd wordt. Een onterechte perceptie, aldus De Jong.

Hij noemt de O-foilaandrijving, een soort van walvisstaart die de traditionele schroef moet vervangen. Als eerste binnenvaartschip werd ‘De Triade’ er in 2013 mee uitgerust. Het betreft een grote, horizontale vleugel over de volledige breedte van het schip. Het blad gaat in zijn geheel op en neer, waarbij het op het hoogste en laagste punt continu van hoek verandert. Zowel bij de op- als bij de neerwaartse slag duwt het vaartuig zich daardoor als een walvis af tegen het water. Twee extra grote roeren zorgen voor de wendbaarheid van het schip. Een schaalmodel van de 0 -Foil werd vooraf in twee bassins van Marin getest. De Jong over een andere innovatie: ‘Schepen worden steeds meer gebouwd voor het doel dat ze hebben. Je ziet dat de bulbsteven daarom vaker verdwijnt.’ Hij refereert aan het torpedovormig onderdeel van de boeg van een schip, onder de waterlijn. ‘Die bulbsteven zat er om de golfweerstand te verbeteren. Maar het was in ideale condities onderzocht, onder een bepaalde snelheid in vlak water. Op zee heb je die ideale condities zelden, vaak zijn er golven en gaat het schip achterover liggen. Dan werkt zo’n boeg mogelijk averechts.’

Johan de Jong bij Marin, dat onderzoek doet voor scheepsbouwers en rederijen uit de hele wereld.

Foto’s: Malini Witlox/Marin