Elektrisch varen Tjerk Jansma

Matchmaking Dutch Power dd. 25/4/13

Leeuwarden

Techniek Zorg en Welzijn Educatie en Communicatie

Economie en Management

4 Instituten

De NHL Hogeschool biedt

• 70 Voltijd bachelor studies • 4 Instituten (Z&W, E&C, EcMa, Techniek) • 4 Associate Degrees • 42 Deeltijd bachelorstudies • 15 Masters• 66 Cursussen en post-hbo-opleidingen • 14 Lectoraten • 13 Kenniscentra • 3 locaties (Rengerslaan, Angora Leeuwarden,Terschelling,)

Techniek)

opleidingen

11000 studenten 750 medewerkers

Techniek : Maritiem Instituut Willem

Barentsz

Techniek :

Engineering

Opleidingen • Ocean Technology • Maritiem Officier • Maritieme Techniek

Opleidingen • Werktuigbouwkunde • Informatica • Elektrotechniek

Kenniscentra & Lecoraten • Kenniscentrum Jachtbouw • Kenniscentrum Computer Vision • Kenniscentrum Engineering • MSTC • Kenniscentrum Duurzame Energie • Lectoraat : Maritiem, Marien Milieu & veiligheidsmanagement • Lectoraat : Maritieme innovatieve technieken • Lectoraat : Zonnestroom & vervoer • Lectoraat : Wind Energie • Lectoraat : Open Innovatie

Waardevol maken van kennis

Het versterken van de concurrentiepositie van de Noordelijke Jachtbouw d.m.v. Innovatie & Kenniscirculatie

Speerpunten 1. Aandrijvingen (elektr. Varen / PV toepassingen) 2. Materialen (Composieten) 3. Bedrijfsvoering (marketing + marktonderzoeken) 4. Productie (ERP, Lean productie, kwaliteit) 5. Ontwerp 6. ICT (tracking, cloud computing)

Frisian Solar Challenge:

2006:

2008:

2012:

Frisian Solar Challenge 2008:

46 deelnemers

39 uitgevaren

Elektrische aandrijving Project: Ontwikkeling Fysian Hydrogen Xperience

Duurzame Ponten in Fryslân Twee soortgelijke ponten operationeel in Fryslân

Doel : schoon, onbemand

De Burd - PM Kanaal Langweer - De Brekken

PV-Sportboot.nl

Project: Ontwikkeling eerste commerciële solarboot

t

Kenniscentrum duurzame energie CC renewable energy

Mission: Development of competence on renewable energy and related techniques = valorisation = • New/young professionals of NHL university of applied sciences • Strengthening related skills and experiences • Executing own research projects and projects with SME’s; • Relation with region of North Netherlands (nature, water, energy, silence, tourism, space)

Vision Self supporting competence centre with differentiated (or unique) knowledge • Specialist in e-motors/generators and controllers; e-drives 1 – 100 kW; applications • PV-systems – better performance (under all situations); vertical; polymers • Smart grid , smart home - applications • Behaviour and adaption of ‘renewable resources’, e-mobility, e-prosumers

ambi

tie

Research lines of HSDE (1) • (Applied) research & development of PV-technology (BIPV)

– Focus on system not on components (cells) and modules – Integration of more functions (construction, isolation, esthetical, easy to clean, energy) – Integration of PV in 3D-surfaces as hulls of ships (plastics, polymers)

and vertical as’ building elements’. (walls) – Functions to be explored

• Resistance to humidity • Transparency (light resistance) in time (becoming more yellow) • Mechanical robustness (strength, deformation) • UV-resistance • De-lamination • Oxidation • Different materials, characterisation of polymers • Production process parameters

(Applied) research & development of EV-technology – Goal : increase of efficiency of electrical powertrain i.e. controller plus motor /

generator in mobile applications. System level. – New concepts better suited for their application. (dynamic behaviour) – Reduction of components : direct drive, low speed motor, high efficiency (marine) – Modelling, simulation of PM machines; FOC, DTC, d-q transformations – New electro magnetic concepts (magnetic and thermal design) – Pm generators, smooth running reduced ripple cogging Torque, less wear and

noise – Control algorithms – Sensor less control – Test equipment to prove new concepts / fine tuning – New controller with extra computing power for complex algorithms and fine control

of MOSFETS = additional firm- and software

Research lines of HSDE (2)

• Implementation factors – Customer behaviour i.r.t. electrical transportation (vehicles and vessels)

AIO-traject – Renewable energy in households; role of pro-sumer (producer and consumer)

conscious of own energy need versus availability local and remote (€) – Smart meter, non-intrusive analysis, load scheduling.

Local trading – Smart home, smart neighbourhoods autarkic villages

• E-lab situated on NHL-hogeschool

– Home base for researchers – demo and test environment – To be used by SME’s and universities – Lab and application centre – Coordination centre of field experiments

Research lines of HSDE (3)

Scan van gerelateerde projecten • Solarboat race (FSC)

• Proeftuin intelligente netten Veendam; TKI

• Hybride ambulance

• Duurzame energie in bestaande woningen

• NEND Integrale dakbedekking / PV

• D4E - Gecombineerde oplaadpaal

• NEND PVsportboot

• NEND elektrosloep 500

• Electr Catamaran / vervolg Lyiang

• IPC duurz toepassingen jachtbouw

• Ergometer

• Zonnecellen in buiskap & bimidi

• Zonnecellen in ploymeren

• All Electric living

Hot Spot Duurzame Energie 17

• Sinnedyk

• RAAK : SEM 2 / Onderscheidend concurrentievoordeel door intelligente dienstverlening voor duurzame energiesystemen

• Gebouwbeheersing / monit UPC

• Zonne pont onbemand & elektrisch

• Garnalen visserij verduurzamen

• LNG in maritieme vervoer

• MEOS

• Bakscooter

• Batterij APK-check mobiele toepas.

• Energie labeling EV; testbank

• Voortraject PV park & ride parkeerterrein kennis campus

• Nieuwe PM motor

E-Drive, auto

• Hogere spanning (400 - 600 V) • Vaak nog een overbrenging • Regeneratie (tot 80% terugwinning) • Toekomst :

– Minimalisatie van aantal componenten – Lichtere constructies – Direct drive; – Electr, differentieel – Motor : centraal (geveerde deel) of ‘in wheel’

E-Drive, pleziervaart • zeilboten & kruisers tot ± 14 meter • Kleinere vermogens (10 – 15 kW; 1 of 2 stuks • Veelal lagere spanning (48V) • Geen standaardisatie qua inbouw / CE • Vergelijkbaar met direct drive auto

toerental tot 1000 t/min. • Geen regeneratie

(uitzondering zeer luxe zeiljachten)

Markt ontwikkeling, pleziervaartuigen

Elektr. aandrijvingen

Ontwikkeling speciale regelaar

• Snelle (meer) processoren in regelaar hardware • Precieze en deterministische sturing van MOSFETS. • Elektronische commutatie : pwm / blok, sinusoidaal blok, FOC • Sensor less control • Speciale layout hardware (EMC, capaciteit) • Zeer goede timing verminderd spikes en reduceert warmte

ontwikkeling motor; hoger rendement • Uitdaging : geen koeling.

Ontwikkeling speciale motor

• Schroefrendement : hoog bij grote diameter (tot 80%) • Spec : operationeel instelpunt / dynamisch belastingprofiel. • Compromis vinden optimale magnetische flux; warmte flux • Laag toerental (maritieme toepassing)

– Buitenloper (relatief hoger koppel) – Dubbel axiaal (grote diameter; veel lucht)

• Actieradius; rendement; prijs • Type motor; # pool & magneten; Vormen van magneet rotor

Energy - labels for (componenten van) of e–drives 0 – 10 kW. Goal : Determination of : System performance of e-drive (the strength of the chain) and the main components being motor, controller, power stage (mosfets) Definition of strong and weak spots; improvements • Testing under dynamic load and conditions. • Measurements are calibrated and repeatable. • Tracking and tracing of all related parameters.

Mechanical en electrical power (e.g. T, w, I, V, rpm; dynamic load profile) Ps. In cooperation with SEFF, EV-NL

Realisatie en gebruik testbench

Rv + -

Rw Motor Schr T/F Boot + -

V* w* V,I w T F v

Rv -- T/F BootRw Motor SchrMotor

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

spee

d (r

ad/s

)

T (Nm)

w48V (rad/s)wschroef (rad/s)w17V (rad/s)

Testbank voor generatoren en motoren, controlers

Nieuwe motor, generator en controler concepten & ontwikkelingen

E-Drive, vrachtvaart • Onvoldoende accu capaciteit voor enige actieradius

voor puur elektrisch varen.

• Soms elektrisch om in haven te manoeuvreren

• Wel relatief schone fossiele alternatieven. – (Bio-) schone diesel (roetfilters, katalysator) – Liquified Natural Gas – Regelgeving wordt strakker (‘16 : in land aandrijving CCR-4)

• Hybride : diesel/elektrisch LNG/elektrisch

Factoren in fossiele brandstoffen

Zwaardere scheepvaart LNG

• Vrachtvaart, veerdiensten • Schoonste (nog wel fossiele) variant • Regelbaarheid van LNG : beperkter irt diesel • Grotere tank • Cryogeen (-162 C); boil off • Infrastructuur nog niet gereed

LNG, carriers; vrachtwagens

schematic

LNG-motor 1

Gen 1

Intelligent DC-bus

LNG motor

3

Gen 3

LNG-motor 2

Gen 2

Hotel usage

Other equipm

E-motor(s)

energy consumers Energy producers

Energy storage

resumerend: • Er is een groeiende markt voor elektrisch varen • Systeemdenken essentieel voor verdere verbeteringen • Motor DC, AC • Van veilige spanning naar hogere spanning • Compromis : rendement, actieradius, prijs

LNG / hybride lng • Wanneer LNG/elektrisch hybride • Hybride : kan bij groot dynamisch gebruik • Ecologische of economische haalbaarheid of investering • Hybrid – dynamische belasting & hotelgebruik

resumerend: Multi gen sets : • dc/ac-bus; de- of centrale intelligentie • Schakelverschijnselen, transienten • Niet altijd robuust • Veiligheidsissues • Opleiding/training • Configuratie; bouwblok dimensionering, aantal • Wel dan geen accu’s opnemen in lng elektrische system

Bedankt voor de aandacht

Vragen en opmerkingen welkom ook in latere instantie t.jansma@nhl.nl