DOSSIER

 

         

De Lady Christina tijdens de testen met een op de voorluiken bevestigde eConowind-unit (foto Conoship).


De door het Groningse Conoship ontwikkelde eConowind-unit heeft de Maritime Innovation Award 2019 gewonnen. Het voor de zeevaart geschikte autonome hulpwindvoortstuwingssysteem is simpel te installeren en kan emissies en brandstofverbruik met circa tien procent per unit verminderen, afhankelijk van scheepstype en wind.

De eConowind-unit is gerealiseerd in samenwerking met Econowind BV en is gebaseerd op een speciale veertigvoet container met een open top. De eConowind-unit bevat twee ingeklapte aluminium VentiFoil-vleugelprofi elen (zeilen), die bij geschikte wind automatisch uitklappen en autonoom de juiste invalshoek ten opzichte van de schijnbare wind kiezen. Wanneer de schijnbare windrichting verandert, past de computergestuurde unit de stand van de VentiFoils autonoom daarop aan. Wanneer de wind te hoog of te stormachtig wordt, zakken de VentiFoils automatisch terug in de container. De bemanning heeft er dus vrijwel geen omkijken naar.

De computer, de hydrauliek voor het trimmen van de zeilen/vleugelprofi elen en een essentieel ventilatiesysteem zitten allemaal in de container zelf. De autonome eConowind-unit heeft van het schip alleen een 400/460 volt, 50-60 hertz stroomaansluiting nodig.

De aluminium VentiFoil is een doorontwikkelde versie van het door kapitein Jacques Cousteau bedachte Turbo Sail. Een aluminium vleugelzeil, dat de in 1997 overleden maritieme onderzoeker testte op zijn expeditieschip Alcyone. Dit type zeil genereert veel meer lift (en dus vermogen) per vierkante meter oppervlak dan een gewoon zeil of een vliegtuigvleugel. Het werkt dan ook ietsjes anders. Vleugels en zeilen genereren lift omdat de luchtstroom via de vaak wat bollere boven- of lijzijde een langere afstand moet afl eggen dan via de onder- of loefzijde. Dat zorgt vervolgens voor onderdruk of zuiging.

Bij de VentiFoil wordt de lift extra versterkt door aanzuiging van langs het profiel stromende lucht via ventilatiegaatjes aan de lijzijde (de zuigkant) van het prof el. Het profiel is symmetrisch en heeft in vergelijking met vliegtuigvleugels een veel grotere bolling. ‘Het pro-fi el is ook meer eivormig,’ zegt Guus van der Bles, Director Development bij Conoship International BV, waar tien jaar aan de ontwikkeling is gewerkt. ‘De puntige kant van het ei aan de voorkant wordt onder een hoek van twintig tot dertig graden op de schijnbare wind gericht, zodat de wind het profiel asymmetrisch aanstroomt. De via de lij- of zuigzijde stromende wind moet dan om de neus van het profiel heen. Normaal zou de naar achteren stromende wind het profiel aan de zuigkant achter het dikste punt loslaten, wat weinig lift oplevert. Grenslaagafzuiging voorkomt dat. Achter het dikste punt van het profiel, waar de wind de bocht moet nemen om het te blijven volgen, zitten ventilatiegaatjes. In de VentiFoil geplaatste ventilatoren zuigen via die gaatjes lucht uit de grenslaag aan. Dat dwingt de grenslaag “de hoek om” en zorgt dat de hele luchtstroom het profiel aan de lijzijde blijft volgen. Dat levert een enorme versterking van de liftkracht op.


Slimme flap

Over de rondere achterkant van het eivormige VentiFoil-profiel kan daarbij een flap van links naar rechts schuiven. Wanneer de wind over stuurboord komt, zit de flap aan stuurboord en buigt zo de via de loef- of drukzijde van de VentiFoil naar achteren stromende wind, extra af naar stuurboord. Dat versterkt de asymmetrie van profiel en flap en daarmee de lift. De naar stuurboord geschoven flap dekt meteen de zuiggaatjes aan stuurboord af en opent die aan bakboord. Wanneer de wind na een koersverandering over de andere boeg binnenkomt, verandert de positie van de flap automatisch bij het “overstag gaan” van de VentiFoil. ‘Dan draait de neus naar de nieuwe windzijde en schuift de achterflap van stuurboord naar bakboord,’ legt Van der Bles uit. ‘Die dekt dan aan bakboord de ventilatiegaatjes af en opent ze aan stuurboord.’


Vijf keer meer lift

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De liftcoëfficiënt is bij een gewoon zeil één tot 1,2. Bij de VentiFoil stijgt die dankzij de grenslaagafzuiging, naar vijf tot zes. De liftcoëfficiënt wordt berekend door de gegenereerde liftkracht te delen door het oppervlak van een zeil of vleugel. Bij de VentiFoil wordt daarvoor de hoogte vermenigvuldigd met de langste koorde, zoals bij vliegtuigvleugels gebeurt (waarvan de liftcoëfficiënt vaak minder is dan één). Bij normale zeilen wordt de hoogte met de gemiddelde lengte vermenigvuldigd.

‘Wanneer je de lift in een windtunnel meet, wat Cousteau deed, be­reik je zelfs een theoretische coëfficiënt van zeven tot acht,’ vertelt Van der Bles. ‘Maar dan reken je met een oneindige lengte, zonder eindeffect. Wanneer je een eindige lengte neemt, is het rendement lager omdat de tipwervelingen aan de vrije bovenkant verlies op­leveren, al kan dat, zoals bij een vleugel met wingtips, door een op­timaal gevormde eindplaat nog enigszins verminderen.’

Om dezelfde stuwkracht te ontwikkelen als de in een veertigvoet container passende eConowind-unit, is circa 165 vierkante meter zeil nodig. Bij gunstige wind vermindert het systeem de vermogens­vraag van een schip met 150 tot 200 kilowatt (kW) per eCono­wind-unit. De twee voor de afzuiging benodigde ventilatoren vragen maximaal 7,5 kW vermogen elk.

 

Praktijktest

De eConowind-unit is eind 2018 drie weken getest op het ms Lady Christina (5300 deadweight tonnage (dwt)) van rederij Wij nne Barends. Sanne Zwaan, toen studerend op het Maritiem Instituut Willem Barentsz, voer mee en onderzocht voor zijn afstudeerscriptie, in opdracht van Conoship en Econowind BV, de effectiviteit van het systeem. Hij bediende zelf de, toen nog niet autonoom werkende VentiFoils en hield de brandstofbesparingen die dat onder diverse omstandigheden opleverde nauwkeurig bij. ‘Wanneer je de VentiFoils uitklapte, zag je meteen een daling van het verbruik op de brandstofmeter van het schip,’ zegt Zwaan. ‘Die daling bedroeg gedurende een groot deel van de reis gemiddeld 800 liter per dag op een dagelijks verbruik van 9000 liter.’

Die besparing van bijna tien procent werd gemeten op de Noord- en Baltische Zee, met schijnbare windsnelheden van veertien tot twintig meter per seconde. ‘Maar het kan zeker beter,’ stelt Zwaan. ‘Ik moest de VentiFoils handmatig en op het oog onder de juiste hoek tot de wind plaatsen. Nu kan de computer dat dankzij diverse sensoren sneller en nauwkeuriger.’

Tijdens de reis bleken de aan-de-windse eigenschappen van de VentiFoils uitstekend. ‘Ze zijn tot een schijnbare wind van negentien graden inzetbaar en vanaf 25 graden leveren ze al een behoorlijke stuwkracht,’ aldus Zwaan. ‘Op basis van de gemeten gemiddelde brandstofbesparing is een eConowind-systeem binnen drie jaar terug te verdienen.’


Minder roeruitslag

Bijkomend voordeel is volgens Zwaan dat bij dwars inkomende wind met minder roeruitslag wordt gevaren. ‘Er is dan een zekere balans tussen de windvang van de accommodatie op het achterschip en de windvang van de VentiFoil op het voorschip.’

De eConowind-unit was tijdens de test met twistlocks en span-banden op de voorluiken vastgezet. ‘Het plaatsen met een kraan kostte slechts 45 minuten. Tijdens het laden en lossen kan de eConowind zo nodig ook even met een kraan opzij of op de kade worden gezet,’ stelt Zwaan.


Noodvoortstuwing

Het bleek zelfs mogelijk om het schip, zonder hoofdmotor, op ruim water gaande te houden met de VentiFoils. ‘We moesten een keer midden op zee drie uur lang de motor uitzetten voor onderhoud. De eConowind-unit heeft het schip toen gaande gehouden met een snelheid van ongeveer 0,5 knoop,’ aldus Zwaan. De VentiFoil kan zo bijdragen aan vergroting van de veiligheid.


Nieuw project

Voor Scheepvaartbedrijf Van Dam uit Spijk, met acht shortsea- schepen vooral op de Baltische Zee actief, ontwikkelen Conoship en Econowind twee extra grote VentiFoils, die vast op de bak van een van de schepen worden gemonteerd. ‘Er wordt een fundatie voor gemaakt,’ vertelt Van der Bles. ‘We kunnen de VentiFoils daar dan eenvoudig en snel op monteren. Wanneer er geen goede wind is, kan men deze VentiFoils achterover op de luiken vouwen. Tijdens laden en lossen kunnen ze rechtop staan of voorover knikken.’ Dan steken ze boven het bakdek en mogelijk tijdelijk als een soort boeg- sprieten over het voorschip, wat in de praktijk nog nader wordt afgestemd. Van der Bles: ‘Dan kan je laden en lossen zoals je gewend bent. Deze grotere VentiFoils komen op een schip dat kleiner is dan de Lady Christina. We verwachten er veel van.’

Voor nieuwe scheepsontwerpen is het mogelijk het ontwerp geschikt te maken voor nog grotere VentiFoils. ‘Die kunnen dan in daarop aangepaste gangboorden zakken,’ zegt Van der Bles. ‘In principe zijn dertig meter hoge XL-VentiFoils mogelijk. Die kunnen op grote bulkcarriers en tankers, ook retrofit, worden geplaatst en dwarsscheeps neergevouwen bij ongunstige windomstandigheden.’

 

SWZ Maritime

 

 

  LMB-BML 2007 Webmaster & designer: Cmdt. André Jehaes - email andre.jehaes@lmb-bml.be
 Deze site werd geoptimaliseerd voor een resolutie van 1024 x 768 en IE -11-Edge
Ce site a été optimalisé pour une résolution d'écran de 1024 x 768 et IE -11- Edge