Energiebalans: de motoren

Noot voor de technicus: wij gebruiken hier de eenheden Watt (W) kilowatt en kiloWattuur (kWh), omdat die voor de meesten herkenbaarder zijn dan de Joules voor de energie-eenheid en Amperes voor de stroomsterkte.

De motoren en de schroeven

Aan boord zijn twee E-Tech elektromotoren van 6,5 kW (zo’n 8,5 PK) per stuk. Deze motoren zijn tegelijkertijd dynamo’s en hebben zo’n 88% efficiency. Dit cijfer is redelijk stabiel. Normaal gesproken daalt de efficiency als de motor of de controller warm wordt, soms zelfs met tientallen procenten. De  E-Tech motoren en controllers zijn echter watergekoeld, dus de efficiency zal ook bij hoger vermogen niet serieus dalen.

Deze elektromotoren hebben een laag toerental, maximaal 1200 RPM. Vergeleken met een dieselmotor is dit heel laag; een moderne dieselmotor begint dan net enige kracht te ontwikkelen en het maximum toerental ligt ongeveer drie keer hoger.

Bomarine adviseerde om voor een optimale schroefefficiency een lage toeren motor te nemen. Hoge toeren betekent meer turbulentie van het water en daar gaat veel energie in zitten die niet naar de voorstuwing gaat. Als de toeren hoog zijn, begint ook hetcaviteren. Ook dit kost energie en het kan de schroef zelfs beschadigen.

Door de hoge toeren, hanteert men bij het bepalen van het vermogen van een diesel motor vaak de vuistregel van zo’n 50% schroefefficiency. Een schroef achter een motor van bijvoorbeeld 10 kWatt zou uiteindelijk maar 5 kWatt leveren. Dit is niet zo met een langzaam draaiende schroef. Dan kan de efficiency zomaar 75% of zelfs meer zijn. Het is wel een investering vooraf, want een langzaam draaiende schroef zal wat groter moeten zijn en is dus duurder. In het geval van Duurzaam Jacht is gekozen voor twee Autoprops van 415 mm doorsnede. We kozen voor de Autoprop, omdat die zo’n hoge efficiency heeft, blijkt uit tests. Bovendien kunnen ze in de vaanstand gezet kan worden. Zo kun je onder het zeilen kiezen of je op 1 of op beide schroeven wil gaan laden.

Het gebruik van de motoren

De motoren en schroeven zijn niet de meest bepalende factoren voor de efficiency. De crux zit hem in het gebruik. Door de beperkte opslag van elektriciteit, zelfs op Duurzaam Jacht, is de actieradius kleiner. Zou je plankgas varen, dan zijn de accu’s in minder dan 5 uur leeg. Doe je dat met een dieselmotor en een tank van bijvoorbeeld 100 liter, dan kun je ongeveer 10 uur varen.

Maar wil je dat wel, plankgas varen? Laten we eens kijken naar het energieverbruik. Dick Koopmans rekende uit voor Duurzaam Jacht hoeveel vermogen er nodig is bij welke snelheid. Zijn berekeningen zijn weergegeven in de grafiek hieronder. Zou je 4 knopen varen, dan heb je nog niet eens 1 kilowatt nodig. Vaar je een knoop harder, 5 knopen, dan heb je al het dubbele nodig. Bij 6 knopen wordt het nog erger en bij 7 knopen heb je zelfs 7,5 kilowatt nodig.

Om die 2 of 3 knopen harder te gaan, kost het dus tussen de 3 tot bijna 10 keer meer energie. Je kunt je dus afvragen, of het eigenlijk wel zinvol is om zo hard te willen? Bovendien geeft een dergelijke hoge snelheid vaak herrie aan boord, zelfs met elektromotoren. En dan de actieradius: met 4 knopen snelheid en een batterijcapaciteit van 62 kilowatt kun je tot 80 uur lang motoren.

Energiebewustzijn: een goede planning en meer vaarplezier

Een jacht ter grootte van een Duurzaam Jacht heeft vaak een dieseltank aan boord van zo’n honderd liter en soms wel veel meer. Het groter worden van de tanks in de laatste decennia lijkt ons gedrag te hebben veranderd. Want met zoveel diesel aan boord, grijpen we makkelijk terug naar de motor. Met de dieselmotor en een flinke tank kun je overal heen. We zijn ons nauwelijks bewust van de beperkingen die deze vrijheid oplevert. Zo sprak ik eens een schipper in de sluis van Lauwersoog die op doorreis was. Hij kwam uit Muiden en had net twee dagen tegen de Noordenwind in gemotord. In Lauwersoog was er een bemanningswissel. De dag dat ik hem sprak was hij met de nieuwe bemanning op weg naar Vlieland. Met een Noordwesten wind, helaas. De dag daarop zouden ze naar Den Helder, en dan naar Engeland oversteken. Met een westenwind. Zo’n tocht kost erg veel energie, in dit geval een paar honderd liter diesel. Maar echt vervelend is dat het vaarplezier maar beperkt is.

Het kan anders. Zou hij uit Muiden naar IJmuiden zijn gevaren en dan naar bijvoorbeeld Scheveningen voor de bemanningswissel, dan had men alles bezeild gehad. De nieuwe bemanning had met de Noordwestenwind nog aan de wind naar Den Helder kunnen varen, of ze hadden gelijk al overgestoken naar Engeland.

Met het elektrisch varen, waarbij de energievoorraad beperkt is, zien we dat men weer wat kritischer wordt of er wel gemotord moet of dat er weer gezeild kan.

Duurzaam motorzeilen

Waait het heel licht, bijvoorbeeld maar of 4 knopen, dan is het voor de meeste jachten moeilijk om nog te zeilen. Waait het halverwind, dan waait de boot opzij en verlijert alleen maar. Er moet namelijk enige snelheid zijn voor de kiel en het roer om de drift te beperken. Zitten we in zo’n situatie, dan strijken we meestal de zeilen en zetten we de diesel maar aan.

Het kan anders. In tegenstelling tot een dieselmotor, kan een elektromotor al met heel weinig toeren voldoende kracht ontwikkelen om voortgang te maken (in technische termen: een elektromotor heeft een constant hoog koppel, een dieselmotor heeft dat niet en die moet in plaats daarvan toeren maken).

Zit je in een situatie met een heel lichte zijwind, dan gaat de boot onder zeil alleen verlijeren. Zet dan de elektromotor bij. Die hoeft maar enkele honderden Watts te leveren, bijna niets dus, om wat extra vaart te geven. Die vaart is dan voldoende om kiel en roer door het water te laten snijden. Door de vaartwind komt de schijnbare wind meer schuin van voren in en is toegenomen (zie tekening).

Regel zonodig wat meer of minder vaart met de elektromotor, zodat de wind voldoende blijft om te zeilen. De elektromotor kan zo langzaam draaien en is zo stil, dat je die niet hoort. Dat is genieten, waar anderen zitten te dieselen. Op het Duurzaam Jacht zou een beetje zon al genoeg zijn om die paar honderd wat stroom direct uit de zonnepanelen te laten komen. Het kost dan helemaal geen batterijcapaciteit. Dit is duurzaam motorzeilen.

Het motorgebruik in de Energiebalans

Zekerheidshalve gaan we ervan uit dat je in het scenario ‘op volle zee’ gemiddeld 1,5 uur per etmaal je motor gebruikt. Het zal op de meeste routes dagen niet voorkomen, maar bijvoorbeeld in windstiltes zal men toch enigszins willen motoren om de bewegingen aan boord plezierig te houden.

De snelheid hoeft niet hoog te zijn, maximaal 4 knopen, maar minder is ook goed. De berekeningen van Dick Koopmans (hierboven) vormen de basis, maar die gaan uit van windstilte en geen golven. We gaan hier uit van enige golfslag en een mogelijke lichte (niet zeilbare) tegenwind, en een motor- en schroefefficiency van 50%. Alles tezamen, levert dit op dat er 4 knopen wordt gevaren met 3 kWatt aan energie, dus 1500 Watt per motor.

In het scenario van het weekendzeilen, zal er veel meer gemotord worden. Men vaart in principe een ‘heen-en-weer-tje’ en men moet de haven uit en in, en vaak ook wel een brug of sluis passeren voor men kan zeilen. We houden dus rekening met in totaal 7 uur motoren op het hele weekend. Dit is misschien ruim, maar ook hier gaan we uit van 3 kilowatt (1500 Watt per motor) en dat zal incidenteel met manoeuvres vast wel meer zijn.

Energiebalans tijdens een volle dag op zee

Energiebalans tijdens 1 weekend (2 dagen)