Businesscase voor een feedermax-containerschip met een walstroombatterij
Een batterij van 12,5 MWh die €2 miljoen kost, kan een 1.730 TEU-containerschip ongeveer €50.000 per jaar besparen
Walstroom voor containerschepen is vanaf 2030 verplicht volgens FuelEU. Het aanleggen van walstroominfrastructuur blijft echter moeilijk en kost veel tijd. Mobiele walstroomoplossingen, met of zonder batterij, zorgen ervoor dat havenautoriteiten aan de regelgeving kunnen voldoen.
Deze casestudy bepaalt de businesscase van een mobiele walstroombatterij (een ‘power barge’) voor een 1.730 TEU-containerschip (de CMA CGM Feedermax) in de haven van Rotterdam. Er wordt aangenomen dat de gemiddelde vermogensvraag 329 kW bedraagt en het maximale nominale vermogen 1 MW, wat resulteert in een LVSC-systeem met twee 20-voet batterijcontainers, afgestemd op dit scheepstype. Er worden meerdere scenario’s beschouwd en er wordt een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd voor zowel het schip als de power barge. De belangrijkste factoren zijn de gemiddelde vermogensvraag en de verblijfsduur aan de kade. Deze bepalen gezamenlijk de omvang van de batterij en hebben invloed op de meeste CAPEX- en OPEX-parameters.
De jaarlijkse kostenbesparingen voor het schip, bij een elektriciteitsprijs van €0,40 per kWh en 40 walstroomdagen per jaar, bedragen ongeveer €50.000. De meeste kostenreducties zijn het gevolg van lagere nalevingskosten: naar schatting kan in de eerste 10 jaar meer dan €600.000 worden bespaard met alleen FuelEU. Er wordt uitgegaan van conservatieve schattingen voor onderhoud en de prijs van EU ETS, wat tot een positievere businesscase zou kunnen leiden. De totale CAPEX-kosten voor de retrofit van het schip worden geschat op €900.000. De terugverdientijd bij deze CAPEX en besparingen ligt nog steeds ruim boven de 10 jaar, wat resulteert in een niet-levensvatbare businesscase wanneer deze uitsluitend vanuit economisch oogpunt wordt beschouwd. Verbeteringen van de businesscase kunnen onder meer bestaan uit een verlaging van de CAPEX, een lagere kWh-prijs of een andere set aannames.
Gebruik de onderstaande tool om zelf een casestudy aan te passen.
Schip – Technisch
Het technische doel van de retrofit voor walstroom van de CMA CGM Feedermax is om alle benodigde energie tijdens het afmeren elektrisch te leveren, zodat het gebruik van de generatoren aan boord volledig kan worden geëlimineerd en emissies en brandstofverbruik worden verminderd. Het schip moet het vermogen daarom met de juiste specificaties op het hoofdschakelbord kunnen ontvangen voordat de motoren kunnen worden uitgeschakeld.
De gemiddelde vermogensvraag voor dit scheepstype wordt bepaald met behulp van de tool Average Shore Power Demand. Voor deze specifieke casestudy wordt ervan uitgegaan dat één hulpmotor op 30% belasting draait, wat resulteert in een gemiddelde vermogensvraag van 329 kW en een energievraag van 8.482 kWh per dag.
Voor de configuratie van het containerschip wordt ervan uitgegaan dat de walstroominfrastructuur niet beschikbaar is. Dit leidt tot de meest conservatieve schatting wat betreft de technische en economische vereisten, maar kan enigszins als ‘oneerlijk’ worden beschouwd, aangezien containerschepen volgens de FuelEU-vereisten tegen 2030 in staat moeten zijn om walstroom te gebruiken. Desondanks wordt voor deze casestudy in de retrofit aangenomen dat de benodigde aanpassingen aan de apparatuur moeten worden uitgevoerd en dat een aansluitingssysteem voor de integratie van walstroom moet worden geïnstalleerd. De onderstaande uitsplitsing beschrijft de componenten die nodig zijn om het schip op walstroom aan te sluiten en de belangrijkste technische aandachtspunten.
-
Het walstroomaansluitpaneel, dat vaak onderdeel is van het Cable Management System (CMS), vormt de interface tussen het schip en het walstroomsysteem. Het wordt zo dicht mogelijk bij de hoofschakelbord of machinekamer geplaatst om de aansluiting en veiligheid te vergemakkelijken.Belangrijkste specificaties:
Locatie: Nabij het hoofdschakelbord of de machinekamer, idealiter aan stuurboord- of bakboordzijde, afhankelijk van de operationele vereisten.
Naleving: Moet voldoen aan de IEC/IEEE 80005-normen voor veiligheid en integratie.
Ontwerp: Galvanisch gescheiden van het waldistributiesysteem voor de veiligheid.
Spanningsbeveiliging: Er moet worden gecontroleerd of alle apparatuur geschikt is voor de juiste spanning en of galvanische bescherming is gewaarborgd.
Aandachtspunten:
Een juiste positionering is cruciaal om onnodige bekabeling te voorkomen en gemakkelijke toegang voor onderhoud te garanderen.
Voor deze retrofit wordt ervan uitgegaan dat het vermogen de juiste spanning en frequentie voor het schip heeft, d.w.z. 440 V en 60 Hz.
De walstroomaansluiting moet worden ontworpen en getest in overeenstemming met de IEC/IEEE 80005-normen, inclusief een juiste galvanische scheiding en aarding om elektrische gevaren te voorkomen.
-
Een transformator is nodig als de spanning van de walstroom niet overeenkomt met de elektrische vereisten van het schip. De transformator verhoogt of verlaagt de inkomende spanning zodat deze overeenkomt met de operationele vereisten van het schip. Voor deze specifieke casestudy levert de power barge vermogen met exact de specificaties die het schip nodig heeft (440 V en 60 Hz). Als dat niet het geval is, of als de aansluiting wordt uitgevoerd met HV-specificaties (bijvoorbeeld 11 kV), is een transformator wel vereist. De vereisten voor de apparatuur zijn dan:Belangrijkste specificaties:
Locatie: Dicht bij het hoofdschakelbord geïnstalleerd, zodat zowel aansluitingen aan bakboord als stuurboord efficiënt kunnen worden bediend.
Vermogensrating: Doorgaans gedimensioneerd om de totale walstroomvraag van het schip te kunnen verwerken (in dit voorbeeld ongeveer 1 MW).
Naleving: Voldoet aan IEC/IEEE 80005 voor veiligheid en elektrische integriteit.
Aandachtspunten:
Als een transformator nodig is, moet ervoor worden gezorgd dat deze beide zijden van het schip kan bedienen wanneer er 2 aansluitpanelen zijn, om redundantie en inefficiëntie te voorkomen.
-
Het hoofdschakelbord is de centrale hub voor het distribueren van elektrisch vermogen op het schip. Het moet in staat zijn om inkomende walstroom te verwerken, overbelasting te voorkomen en een stabiele stroomvoorziening te garanderen. Voor deze casestudy wordt ervan uitgegaan dat er geen reservevermogensschakelaars beschikbaar zijn en dat er daarom aanpassingen aan het hoofdschakelbord moeten worden uitgevoerd. Bespreek met de hoofdwerktuigkundige en de chief electrical engineer of dit inderdaad het geval is.Belangrijkste specificaties:
Spanning: De inkomende walstroom moet in deze casestudy 440 V AC, 60 Hz zijn.
Vermogensschakelaars: Er moeten extra vermogensschakelaars worden geïnstalleerd, mogelijk zelfs volledige vermogensschakelaarkasten.
Naleving: Voldoet aan IEC/IEEE 80005 voor een veilige integratie van walstroom en beschermt het interne elektrische systeem van het schip.
Aandachtspunten:
Controleer bij de hoofdwerktuigkundige of het huidige hoofdschakelbord over reservevermogensschakelaars beschikt. Als dat niet het geval is, zijn ingrijpende aanpassingen nodig.
Het hoofdschakelbord moet tijdens de retrofit worden uitgeschakeld, wat tijdelijk gevolgen kan hebben voor de operationele inzet.
Het hoofdschakelbord moet de maximaal verwachte belasting van het walstroomsysteem kunnen verwerken en beveiligingsfuncties bevatten, zoals overbelastingsbeveiliging.
Schip – Economisch
Voor deze casestudy wordt ervan uitgegaan dat de walstroomapparatuur zichzelf moet terugverdienen door middel van een verlaging van de brandstofkosten, onderhoudskosten, nalevingskosten of een combinatie van deze factoren. Dit is niet volledig eerlijk, aangezien walstroom vanaf 2030 verplicht wordt gesteld, waardoor een businesscase niet noodzakelijk zou zijn omdat walstroom simpelweg noodzakelijk wordt. Desondanks zijn zowel een CAPEX- als een OPEX-schatting gemaakt, wat heeft geresulteerd in de onderstaande businesscase.
-
De CAPEX-kosten worden geschat op €1 miljoen, maar zijn sterk afhankelijk van de vereisten voor de transformator, het hoofdschakelbord en de retrofit. -
De OPEX-besparingen door alleen FuelEU Maritime liggen rond de ~ €250.000 per jaar bij een vermogensvraag van ~1 MW gedurende ~60 dagen.
Power barge – Technisch
De power barge fungeert zowel als mobiele walstroomoplossing als energiehub en is ontworpen om indien nodig via batterijen walstroom aan schepen te leveren. Het systeem is opgebouwd rond afzonderlijke laad- (inkomend vermogen) en ontlaadsystemen (uitgaand vermogen), wat efficiëntie, betrouwbaarheid en schaalbaarheid waarborgt. Met andere woorden: dit biedt modulaire conversiesystemen voor zowel AC- als DC-vermogensverwerking, die indien nodig eenvoudiger kunnen worden aangepast of vervangen. Dit geldt ook voor de batterijcontainers, waarvan wordt aangenomen dat deze zijn uitgerust met CATL Tener-X-batterijpakketten.
Daarnaast wordt ervan uitgegaan dat alleen containerschepen worden bediend, waardoor de technische complexiteit wordt verminderd, omdat geen speciaal kabelmanagementsysteem nodig is. Hieronder volgt een gedetailleerde uitsplitsing van de belangrijkste componenten en hun belangrijkste parameters.
-
De barge fungeert als de drijvende infrastructuur en huisvest alle elektrische en mechanische componenten en het batterijsysteem. Omdat slechts 2 containers nodig zijn, naast de apparatuur voor inkomend en uitgaand vermogen, is de totale footprint beperkt. Dit resulteert in een ‘kleine barge’ van slechts 40 m lang en 5 m breed.Type romp: Barge met vlak dek
Capaciteit: Ontworpen voor het huisvesten van vermogensapparatuur en batterijsystemen
Koeling & ventilatie: Geïntegreerde koeling voor temperatuurmanagement van de batterijen
Brandbeveiliging: Meerlaags brandblussysteem
-
This is where grid power is received to charge the batteries and safely distributed into the power conversion system. It is assumed this can be done under controlled situations at the quayside, resulting in minimum amount of equipment required.Voltage: 440V AC, 50 Hz
Connection standard: To be determined - IEC 80005-1 compliant or simple EU plugs
Protection Systems: Surge protection, residual current monitoring
Safety Features: Isolation monitoring and grounding system
-
Het inkomende vermogensconversiesysteem is verantwoordelijk voor het omzetten van walstroom (AC) naar een gereguleerde DC-voeding voor het opladen van de batterijpakketten.AC-DC-gelijkrichter
Zet 440 V AC (50 Hz) om naar DC (1040-1500 V)
Type: Actieve gelijkrichter (op basis van IGBT voor een hoog rendement)
Laadvermogen: 2,8 MW
Rendement: ≥ 95%
DC-DC-omvormer
Regelt de inkomende DC-spanning voor de veiligheid van de batterijen
Spanningsbereik: 1040-1500 V
Vermogensrating: 2,8 MW
-
Het batterijsysteem slaat energie uit walstroom op en levert indien nodig een ontlading met hoog vermogen.Belangrijkste specificaties:
Model: CATL TENER-X
Totale capaciteit: 12,5 MWh (2 × 6,25 MWh-containers)
Energiedichtheid: 430 Wh/L
Chemie: Lithium-ijzerfosfaat (LFP)
Minimale State of Charge (SoC): 10%
Effectief bruikbare capaciteit: 11,25 MWh
Koelsysteem: Vloeistofgekoelde unit van 70 kW
Brandbeveiliging: Meerlaags brandblussysteem
-
Het ontlaadsysteem zet opgeslagen DC-vermogen weer om naar AC met de vereiste scheepsfrequentie.DC-AC-omvormer
Zet DC (1040-1500 V) om naar 440 V AC (60 Hz)
Type: IGBT-gebaseerde omvormer
Vermogensrating: 2,8 MW
Rendement: ≥ 95%
Frequentieomvormer (indien nodig)
Zorgt voor een uitgangsfrequentie van 60 Hz als de omvormer dit niet intern verzorgt
Conversie: 50 Hz → 60 Hz
-
Hier wordt het vermogen van de barge aan het schip geleverd. Omdat containerschepen hun eigen Cable Management System (CMS) aan boord hebben, zou dit eenvoudigweg een stopcontact kunnen zijn waarin het CMS van het schip wordt aangesloten. In het huidige ontwerp wordt ervan uitgegaan dat dit wordt bediend door iemand aan boord die toestemming nodig heeft om de barge te betreden, of dat de operationele partij die verantwoordelijk is voor de logistiek hierbij moet assisteren. Dit moet nog worden bepaald.Spanning: 440 V AC, 60 Hz
Aansluitstandaard: Voldoet aan IEC 80005-1
Vermogenslevering: Tot 2,8 MW
Beveiligingssystemen: Overspanningsbeveiliging, piekbeveiliging en isolatiebewaking
Power barge – Economisch
Met de huidige aannames voor het basisscenario (66% uptime of 240 operationele dagen per jaar, €0,10/kWh voor het opladen, €0,40/kWh verkoopprijs, volledige CAPEX, geen subsidies en geen verhuurinkomsten) is de businesscase voor een power barge economisch niet levensvatbaar. Aanvullende kostenbesparingen, subsidies of alternatieve inkomstenstromen zijn nodig om het concept haalbaar te maken. Er zijn verschillende knoppen waaraan kan worden gedraaid om de businesscase te verbeteren, zoals hieronder verder wordt toegelicht. Waarschijnlijk is een combinatie van meerdere maatregelen nodig.
-
De hoge initiële kosten (CAPEX) van de batterijen en infrastructuur vormen een belangrijke belemmering voor investeringen. Deze moeten op verschillende manieren worden verlaagd, bijvoorbeeld door goedkopere apparatuur te gebruiken (minder conservatieve schattingen) of door subsidies te verkrijgen. Een verlaging van de CAPEX met 33% verkort de terugverdientijd van ongeveer 9 naar 6 jaar.
-
Het huren van een barge voorkomt dat de volledige CAPEX voor de aanschaf van de barge moet worden gedragen, maar de huurkosten moeten worden afgewogen tegen de inkomsten. Het businessmodel moet ervoor zorgen dat de huurkosten de financiële voordelen niet tenietdoen. Met de huidige aannames levert het huren van de barge geen significant voordeel op wat betreft de terugverdientijd van de investering, maar leidt het alleen tot een verlaging van de initiële CAPEX-kosten.
-
Het aangaan van financiering, d.w.z. een lening of lease, bijvoorbeeld een lening van 5 jaar tegen 8% rente, spreidt de kosten over de tijd. Dit kan de cashflow verbeteren en het CAPEX-risico verminderen, maar brengt extra financieringslasten met zich mee, wat betekent dat de winsten hoog genoeg moeten zijn om dit te compenseren. De huidige aannames laten zien dat deze rentevoet de businesscase daadwerkelijk negatief beïnvloedt wat betreft zowel de terugverdientijd als de maximale financiële blootstelling.
-
Het rekenen van een huurvergoeding van €500 per dag verbetert de cashflow aanzienlijk en is een belangrijke factor bij het dekken van de operationele kosten. Dit vereist nader onderzoek, met name of een havenautoriteit, terminaleigenaar of scheepseigenaar bereid is een vergoeding te betalen, of dat zij willen dat alles wordt opgenomen in de kWh-kosten. Het toevoegen van huurinkomsten kan de terugverdientijd verkorten van ongeveer 9 naar 6 jaar.
-
Door de belangrijkste knoppen te combineren in één scenario, ontstaan resultaten die een terugverdientijd van minder dan drie jaar mogelijk maken. Dit is cruciaal voor de ontwikkeling van de eerste power barge en om ervoor te zorgen dat aan de behoeften van investeerders wordt voldaan. Voor dit specifieke scenario moet tot 40% van de CAPEX-kosten worden gedekt en moet een huurvergoeding van €500 per dag worden opgenomen.
Premium tools and expert support at your fingertips
The Shore Power Quickscan is a comprehensive tool designed to provide a business case for a shore power refit onboard vessels, based on IEC/IEEE 80005. It includes CAPEX estimates, operational expenses including fuel costs and engine maintenance, emissions savings as well as key regulations such as FuelEU and EU ETS. This purchase allows you to store your calculations, work offline anywhere, plus print a comprehensive techno-economic feasibility that you can show off to friends or your management.
Use Apple Pay to purchase the Excel (only on iPhone) - contact helpdesk for payment by invoice
Don’t want to sign up? Check pay-per-use options
Misschien vindt u dit ook interessant
How much power does a ship actually draw at berth? The same vessel can vary by 300%, sister ships doing exactly the same can differ by 30%, and Tankers of the same size can differ tenfold in installed capacity. This masterclass explains the methodology we use to estimate average shore power demand per ship category, using GT-based scaling functions and calibrated load factors built on 7,102 ships and 153 measured datasets.