Schone aandrijving voor de Amsterdamse rondvaart

Schone aandrijving voor de Amsterdamse rondvaart Fasering & Economische aspecten Datum 9-9-2013 Ruud Verbeek, Norbert Ligterink, Jorrit Harmsen, Pim van Mensch

Ondersteund door: Gemeente Amsterdam & Europese commissie (EFRO)

Schone aandrijving Amsterdamse

Inhoud Doelstelling Amsterdam Rondvaart vloot en vaarprofiel Leverbaarheid schone motoren Alternatieve aandrijflijnopties voor intensieve rondvaart • Milieuvoordelen

• Business case berekening • Kosten Fasering Discussie Conclusies en aanbevelingen


Doelstelling Amsterdam tot 2015 Nieuwe (maritieme) motoren dienen te voldoen aan limietwaarden vergelijkbaar met de Fase IIIb norm:

NOx: 3,3 g/kWh PM: 0,025 g/kWh Na 2015 Fase 4 maritiem Transitie naar zero emission


Rondvaart Amsterdam in cijfers In totaal ca 100 geregistreerde rondvaartboten, ca 50 salonboten en ca 80 sloepen (mei 2011): Rondvaartboot

salonboot

sloep

Elektrisch

5

18

74

Fase IIIb

4

Diesel-elektrisch

3

CNG

12

CCR2

25

CCR1/geen + GTL

28

CCR1

3

4

2

Geen norm

16

12

4

13


Vaarprofiel rondvaartboot Op basis van meting op schip van Blue Boot Company en

brandstofverbruik gegevens: Gemiddeld ca.10 kW (6-15 kW) vermogen: motor wordt laag belast  50% van de tijd stationair draaien bij sommige ritten meestal lage uitlaatgastemperatuur Consequenties van deze lage temperaturen (<200°): Katalitische NOx reductie technologie (SCR) functioneert meestal niet

EGR kan goed functioneren bij lage belasting Roetfilter regeneratie is lastig. Kunstmatige belastingverhoging + katalytische verbranding is nodig om het roetfilter te regenereren. Belastingspatroon doorgaans geen probleem voor gasmotoren





Affabriek schone dieselmotoren voor maritiem pas leverbaar vanaf 2017* Maritiem

Non-road (bijv. Generator sets en bouwmachines)

Year

Stage

2003

CCR 1

2007

CCR 2

2017*

Stage 4(b)

Maritiem Power kW 75 – 130 37 – 75

NOx g/kWh 9.2 9.2

PM g/kWh 0.70 0.85

75 – 130 37 – 75 18 - 37

6.0 7.0 8.0

0.3 0.4 0.8

>75 kW

1.2

0.02

* Nog niet formeel geïmplementeerd

* Geplande datum, mogelijk enkele jaren later

Year

Stage

2006 2007 2008 2007 2011 2012 2013 2014

III A

III B

IV

Non-Road Power kW 130 - 560 75 - 130 37 - 75 19 - 37 130 - 560 56 - 130 37 – 56 56 - 560 < 56

NOx PM g/kWh g/kWh 4.0* 0.2 4.0* 0.3 4.7* 0.4 7.5* 0.6 2.0 0,025 3,3 0,025 4.7* 0.025 0.4 0,025 not implemented


Schone dieselmotor CCR2 motor in combinatie met EGR (
+ Voldoet aan Fase IIIB limietwaarden + Direct leverbaar voor enkele motoren (behoud fabrieksgarantie mogelijk) - Kans op interne vervuiling - Regeneratie van het roetfilter vereist extra actie - Maatwerk per motortype + Proef bij Canal Company geeft evenwel positief beeld

Fase 4 maritiem motor: + OEM product (af-fabriek) + NOx ca 65% lager dan Fase IIIB - Leverbaar vanaf 2017, mogelijk enkele jaren vertraging - Emissies bij rondvaart inzetprofiel mogelijk niet optimaal Fase IIIB non-road en Euro V niet toegestaan door scheepvaartinspectie


Pilot Canal Company: Fase IIIb emissieniveau met EGR+roetfilter (Volvo-STT) Test cycle

Motor 1

Motor 2

NOx

PM

NOx

PM

E3

g/kWh

3,13

0,007

2,52

0,007

E5

g/kWh

3,38

0,008

3,06

0,006

Fase IIIB limiet NOx PM

Waarschijnlijk lage emissies bij Amsterdams vaarprofiel

3,3

0,025


Pilots Blue Boot Company Twee volledig elektrische schepen in 20m klasse (sinds 2007/2008): • Accucapaciteit: 250 kWh, lood-loodoxide, voldoende voor ca 8 uur • Elektrisch 50 kW: keuren voor max 10 km/uur i.p.v. 13 km/uur Aandachtspunten: • Gewichtspenalty van accu’s

• 12 uur autonomie alleen haalbaar met Li-ion accu’s • Slechts 2 laadpunten met 3x80 Ampère, 380 V beschikbaar • In 2012 uit bedrijf vanwege wat technische problemen Pilots in voorbereiding voor Fase IIIb diesel: • EGR met roetfilter • EGR met roetfilter met elektrische regeneratie


Overige opties voor schone aandrijving: CNG + Fase 4 maritiem NOx en PM niveau nu al leverbaar + Lage brandstofkosten

- Infrastructuur is beperkt - Actieradius is minder goed dan met diesel  dagelijks tanken Aanbeveling: controle emissies in de praktijk Conventionele motor met GTL (Gas To Liquid) als brandstof + Emissiereductie 10 – 20% + Direct leverbaar en makkelijk te implementeren

- Hogere brandstofkosten dan diesel - Fase IIIb norm wordt niet gehaald met GTL





Alternatieve aandrijflijn opties Aandrijving

Max vermogen verbr. motor

Zero emissie range

Business case uitgevoerd

Direct schroefaandrijving*

 90 kW

0% **

Ja (diesel)

Diesel of gas-elektrisch

 90 kW

0%

Nee***

Accu / parallel hybride*

20 – 40 kW

0%

Nee***

Accu / serie hybride continu*

20 – 40 kW

0%

Nee***

Accu / serie hybride on-off*

50 – 90 kW

ca 75%

Ja (diesel)

Accu / serie hybride on-off, plug-in*

20 – 50 kW 50 – 90 kW

ca 75% ca 90%

Nee*** Ja (diesel)

0

100%

Ja

Volledig elektrisch

* diesel of gasmotor ** extra emissies en geluid vanwege roetfilter regeneratie *** Business case niet doorgerekend


Grote emissiereductie met alternatieve aandrijflijn configuraties

NOx en PM: ‘tank to propeller’

CO2: ‘well to propeller’


Investeringen voor alternatieve aandrijvingen zijn hoog, ook na kostenverlaging componenten (intensieve rondvaart)

Excl. laadinfrastructuur

Kosten afhankelijk van boottype en inbouwmogelijkheden


Alternatieve aandrijflijn opties De (plug-in) hybride en elektrische aandrijving hebben hoge investeringskosten

Hier tegenover staan enkele baten: Lagere brandstofkosten Minder uitstoot van CO2 Verbetering van de luchtkwaliteit


De alternatieve aandrijvingstechnieken zijn echter niet financieel rendabel Vanuit het perspectief van de ondernemer zijn de opties niet rendabel

(reeds uitgegaande van ca 30% kostenverlaging vanaf 2020) De hogere investeringen wegen niet op tegen de lagere brandstofkosten. Oorzaak is het relatief laag verbruik van rondvaart boten


Projectie ‘Net Present Value’ voor na 2020, t.o.v. standaard diesel motor Baten-kosten ratio is <1 NPV 2020 - 2030 10 jaar afschrijving Kosten over totale periode: t.o.v. standaard diesel Fase 3B Hybride niveau Hybride on off plug in Elektrisch

NPV 2020 - 2035 Hybride on off

15 jaar afschrijving Hybride plug in

Elektrisch

Investeringskosten Onderhoudskosten

-68.000 -1.807

-94.000 268

-135.000 1.935

-68.000 -2.493

-94.000 369

-135.000 2.669

Baten Brandstofbesparing

26.467

42.852

60.826

35.245

57.065

81.000

Saldo Financiëel kosten baten Fin. Baten-Kostenratio Fin. Rentevoet

-43.341 0,4 -14%

-50.880 0,5 -11%

-72.239 0,5 -10%

-35.248 0,5 -5%

-36.566 0,6 -2%

-51.331 0,6 -2%

Aannamen: Rentevoet 5.5%, diesel € 1.05/liter, elektr. € 0.10/kWh NOx: 9.8 €/kg, PM 632 €/kg, CO2: 40 €/kg: bron CE, 2008 Beschikbaarheid redelijk uitontwikkelde systemen + laadinfrastructuur


Vanuit het perspectief van de samenleving zijn kosten -baten voor plug-in hybride en elektrische aandrijving vrijwel in evenwicht bij een afschrijvingsperiode van 15 jaar inclusief milieubaten NPV 2020 - 2030 10 jaar afschrijving Kosten over totale periode: t.o.v. standaard diesel Fase 3B Hybride niveau Hybride on off plug in Elektrisch

NPV 2020 - 2035 Hybride on off

15 jaar afschrijving Hybride plug in

Elektrisch

Investeringskosten Onderhoudskosten

-68.000 -1.807

-94.000 268

-135.000 1.935

-68.000 -2.493

-94.000 369

-135.000 2.669

Baten Brandstofbesparing Milieubaten

26.467 12.349

42.852 25.007

60.826 35.064

35.245 16.444

57.065 33.301

81.000 46.693

Saldo Kosten baten Baten-kostenratio Econ. Rentevoet

-30.992 0,6 -8%

-25.873 0,7 -2%

-37.175 0,7 -2%

-18.804 0,7 0%

-3.265 1,0 5%

-4.638 1,0 5%

Aannamen: Rentevoet 5.5%, diesel € 1.05/liter, elektr. € 0.10/kWh NOx: 9.8 €/kg, PM 632 €/kg, CO2: 40 €/kg: bron CE, 2008 Beschikbaarheid redelijk uitontwikkelde systemen + laadinfrastructuur





Fasering naar volledig elektrisch 2015

2020

2025

Retrofit Fase 3B niveau Intensieve rondvaart vloot

2030

Volledig elektrisch

Volledig elektrisch

Fase 4 CCR2, Fase 3B/4 (plug in) hybride Volledig elektrisch

Pilots

Hybride en volledig elektrisch intensieve rondvaart Volledig elektrisch salon boten

Infrastructuur

2035

Ontwikkeling laad infrastructuur

Volledig elektrisch





Op grote schaal investeren in nieuwe dieselmotoren in conventionele aandrijving wordt afgeraden Retrofit: Volledige levensduur voor ‘retrofit Fase 3B’ oplossingen moet nog aangetoond worden. Daarom wordt verplichte, grootschalige invoering per 2015 afgeraden. Retrofit is maatwerk: wellicht niet geschikte voor alle boten

Gasmotoren bieden een schoner alternatief maar vergen extra investeringen in schip en infrastructuur


Op grote schaal investeren in nieuwe dieselmotoren in conventionele aandrijving wordt afgeraden Affabriek dieselmotoren Fase 3B motoren worden niet toegelaten door de scheepvaartinspectie Fase 4 maritiem motoren zijn waarschijnlijk leverbaar vanaf 2017-2023 Risico’s van hogere emissies en kortere levensduur (vanwege het zeer lage belastingspatroon).

 Lage praktijk emissies (bij 0 tot 25% vermogen) meenemen in eisenpakket Risico’s worden ondervangen met accu hybride systemen maar dat vergt etra investeringen


Volledig elektrische en accu-hybride aandrijfsystemen voor intensieve rondvaart op lange termijn economisch rendabel mits de milieubaten meegerekend worden Kostenverlaging noodzakelijk t.o.v. het huidige niveau Te bereiken door goedkopere componenten en integratie van componenten en regelingen. Voldoende pilots zijn essensieel om voordelen aan te tonen en kostenreductie te realiseren (Hybride) elektrische aandrijfsystemen bieden naast (grotendeels) ‘zero emissies’, comfort voordelen zoals boord energie voor catering/verwarming





Conclusies intensieve rondvaart Dieselmotoren in conventionele aandrijving wordt afgeraden vanwege

levensduur en emissierisico’s Volledig elektrische en accu-hybride aandrijfsystemen zijn waarschijnlijk op lange termijn economisch rendabel mits de milieubaten meegerekend worden. Deze aandrijfsystemen bieden naast (grotendeels) ‘zero emissies’, comfort voordelen zoals meer energie voor catering/verwarming Voldoende pilots zijn essensieel om voordelen aan te tonen en

kostenreductie te realiseren Voor salonboten zijn elektrische of accu hybride aandrijfsystemen waarschijnlijk op kortere termijn haalbaar vanwege de lagere accu opslagcapaciteit


Aanbevelingen Het aanbrengen van een fasering in het verschonen van de intensieve rondvaart, waarbij per 2025/2035 een betaalbare, geheel uitstootvrije vloot gerealiseerd wordt. Organisatie van voldoende pilots met hybride en volledig elektrisch om praktische toepasbaarheid aan te tonen en toeleveranciers te motiveren tot het ontwikkelen van kosteneffectievere systemen Ontwikkeling van efficiëntere hulpsystemen zoals warmtepomp verwarming Evaluatie van de totale rondvaart vloot om inbouwmogelijkheden van (hybride) elektrische systemen in kaart te brengen


Contact TNO Sustainable Transport and Logistics Ruud Verbeek

Pim van Mensch

[email protected]

[email protected]

Phone: 08886 68394

088 866 33 20

Met dank voor toegeleverde informatie: Multronic Blue Boot Company Canal Companie John Deere, Volvo, MAN

Floattech


Reserve / eerdere sheets


Toepasbaarheid en milieueffecten Conventioneel diesel CCR

(kleinere) dieselmotor CCR2 diesel-electrisc h

GTL

hybride Roetfilter (+EGR)

NOx + PM

Stage IIIB / CCR4 motor aardgas volledig elektrisch sloep

brandstofcel - H2

salon autonomie - gebruiksduur

rondvaart


Focus van schone aandrijftechnologie 2012

2015

2020

2030 Volledig electrisch

Nieuw schip Stage IIIB diesel-elektr.

CCR 4 /Stage IV d-el.

Rondvaartboot

Stage IIIB

CCR 4 /Stage IV

Bestaand schip / Retrofit

Roetfilter/actieve regen. (+EGR)

Volledig elektrisch

Nieuw schip Stage IIIB diesel-elektr.

Salon boot Stage IIIB

CCR 4 /Stage IV

Roetfilter/actieve regen. (+EGR)

Sloep

Volledig elektrisch

Bestaand schip / Retrofit

Nieuw + bestaand schip

Schone aandrijving voor de Amsterdamse rondvaart

Recommend Documents