Gemiddelde walstroomvraag Masterclass
The methodology behind estimating average shore power demand per ship category, for ports, terminals and OPS developers
Average shore power demand is the holy grail of OPS development. Every business case, every grid connection request and every transformer specification depends on one number: how much power will the ships actually draw at berth. It is also the number nobody can give you with confidence.
The same vessel can vary by up to 300% during a port call. Two sister ships doing the same job can differ by 30%. Tankers of the same type and size can differ tenfold in installed auxiliary capacity. And the main published sources (IMO, DNV and EMSA) disagree with each other by a factor of three or more, because they use different ship classifications, different size parameters and different bands.
This masterclass sets out the methodology we developed to deal with that, built on these recognized frameworks A and calibrated against measured operational data. The approach is deliberately simple: power demand is a load factor multiplied by a scaling function of gross tonnage, applied for specific ship categories.
The methodology and the results are intended for project developers estimating revenue and sizing infrastructure across a fleet, a terminal or a whole port, particularly in the situation where you do not yet have ship-specific information and have not spoken to the chief engineer. It is explicitly not intended to predict a single named vessel. If you know which ship is coming and you can get the auxiliary engine data, you have better information than any model can give you.
Sign up to become a member and download the latest version of the guide, database and tools used in this masterclass.
(1) Waarom gemiddeld vermogen in kW het moeilijkste getal is voor walstroom
Walstroom zelf is niet ingewikkeld. Elektriciteit van het net wordt via een onderstation naar een e-house gebracht met daarin transformatoren, een frequentieomvormer voor de stap van Europese 50 Hz naar 60 Hz aan boord en het energiebeheersysteem, en vervolgens via een kabelmanagementsysteem naar het aansluitpaneel van het schip, de transformator aan boord en het hoofdschakelbord, waarna de hulpmotoren kunnen worden uitgeschakeld. Het brandstofverbruik, de emissies en het geluid stoppen. De infrastructuur kan groot zijn en de engineering is echt, maar conceptueel is het ‘een stekker in het schip steken’. Die erin steken is één ding, weten welke omvang de stekker moet hebben en wat de gemiddelde vermogensvraag is, is lastig, en daar zijn vier duidelijke redenen voor.
Hetzelfde schip varieert enorm. Gemeten over één havenaanloop fluctueert de vermogensvraag continu door laad- en losactiviteiten, reeferbelasting, hotelbelasting, het weer en het gedrag van de bemanning. Gerapporteerde variaties lopen op tot 300%.
Zusterschepen zijn in de praktijk niet identiek. Onderzoek naar de Fortuny en Sorolla in Málaga wees uit dat de twee schepen ongeveer 30% verschillen in vermogensvraag terwijl ze hetzelfde doen aan de kade. Zelfde ontwerp, zelfde operatie, andere cijfers.
Schepen van dezelfde omvang kunnen tien keer van elkaar verschillen. Zet het geïnstalleerde hulpvermogen uit tegen de brutotonnage en de spreiding is opvallend. In de band rond 30.000 GT verschillen tankers bijna een factor tien in geïnstalleerd hulpvermogen, omdat het ene schip is gebouwd voor eenvoudig laden en lossen, terwijl het andere verwarmings-, koel- of pomptaken uitvoert die het energieprofiel volledig veranderen.
En de gepubliceerde bronnen zijn het niet eens. IMO deelt containerschepen in op basis van TEU. DNV gebruikt brutotonnage. De bandbreedtes verschillen en er is geen garantie dat wat het ene raamwerk een containerschip noemt overeenkomt met de definitie van het andere. IMO merkt zelf op dat er niet zoiets bestaat als één universele definitie van een scheepstype. Het resultaat is dat aan hetzelfde schip een vermogensvraag kan worden toegewezen die een factor drie of vier verschilt, afhankelijk van welke bron je opent.
Er is nog één praktisch probleem dat het benoemen waard is. Als je een scheepseigenaar vraagt hoeveel vermogen ze nodig hebben, zullen ze doorgaans hun maximum noemen, omdat ze alles willen kunnen doen wat ze ooit zouden kunnen doen. Dat getal ligt doorgaans ongeveer twee keer zo hoog als de werkelijke gemiddelde vraag. Ontwerp je daarop, dan bouw je de infrastructuur én de businesscase te groot.
Operationele belastingstabellen helpen, en in het land der blinden is eenoog koning: als je ze hebt, gebruik ze. Maar schepen evolueren. Motoren worden vervangen, apparatuur wordt toegevoegd en een nieuwe bemanning kan het energiegebruik aanzienlijk veranderen. De tabel vertelt je wat het schip nodig zou moeten hebben, niet wat het daadwerkelijk doet.
(2) Voordat je kunt middelen, moet je eerst bepalen wat een scheepstype is
Je kunt geen gemiddelde vermogensvraag per scheepscategorie bepalen voordat je hebt besloten wat een scheepscategorie is. Onze classificatie, uiteengezet in de Ship Types Guide, werkt op drie niveaus:
Categorie. De regelgevende en economische groepering, afgestemd op hoe IMO en EU-regelgeving zoals EEXI, CII, FuelEU Maritime en EU ETS schepen behandelen. Dit is belangrijk omdat de kosten voor naleving voortvloeien uit de categorie. Dit is het niveau waarop we de vermogensvraag middelen.
Type. Functioneel gebruik en ontwerp. De vermogensvraag vloeit voort uit het type: binnen de tankercategorie gedraagt een algemene vloeistoftanker zich anders dan een olie- en chemicaliëntanker of een productentanker.
Omvang. Grotere schepen hebben over het algemeen meer vermogen nodig. Sommige categorieën, zoals offshore, hebben wel typen maar geen betekenisvolle omvangsklassen.
Een uitgewerkt voorbeeld: de Abao Explorer valt in de tankercategorie, het type chemicaliëntanker en de omvangsklasse medium range. Combineer dat met een terminalprofiel en je kunt het verwachte vermogensbereik direct aanzienlijk verkleinen. Als je weet dat je terminal voornamelijk olie- en chemicaliëntankers afhandelt, worden de omvangsverdeling en daarmee ook de vermogensverdeling aanzienlijk krapper.
(3) De methodologie in één regel
Vermogensvraag = belastingsfactor × schaalfunctie (GT)
Elk schip boven 400 GT heeft een brutotonnage, waardoor GT de enige omvangparameter is die vergelijking tussen categorieën en bronnen mogelijk maakt. De twee componenten:
Schaalfuncties. Zet voor elk schip in de database het geïnstalleerde hulpvermogen uit tegen GT en pas een curve toe. Voor vrijwel alle categorieën is die fit een machtsfunctie; containerschepen kunnen beter worden beschreven met een polynoom. We hanteren twee varianten: het totale geïnstalleerde hulpvermogen en de grootste afzonderlijk geïnstalleerde hulpmotor. De tweede is nuttig voor een andere vraag, namelijk of een terminal hoogspanning of laagspanning nodig heeft. De meeste schepen hebben een totale geïnstalleerde hulpvermogencapaciteit van minder dan ongeveer 5 MW en de gegevens laten een duidelijke clustering rond standaard scheepsgroottes zien, in plaats van een continuüm.
Belastingsfactoren. Een schip gebruikt zijn geïnstalleerde capaciteit niet aan de kade. Gemeten en gevalideerde operationele gegevens laten zien dat de gemiddelde vraag doorgaans slechts 20% tot 30% van het geïnstalleerde hulpvermogen bedraagt. Hulpmotoren zijn bewust overgedimensioneerd: redundantie betekent dat je er twee installeert, zodat het schip nog steeds vermogen heeft wanneer er één wordt onderhouden, en daarbovenop worden veiligheidsmarges toegevoegd. We leiden lage, gemiddelde en hoge belastingsfactoren af uit de gemeten gegevens, waarbij de laagste en hoogste paar procent als uitschieters worden uitgesloten. Toegepast per scheepscategorie geeft dat een lage, gemiddelde en hoge schatting van de vermogensvraag bij elke brutotonnage.
Het volledige raamwerk is gebaseerd op 7.102 schepen met gegevens over hulpmotoren en 153 gemeten of gevalideerde operationele datasets. Er zit geen volledige statistische behandeling achter de percentielen, en dat is bewust: de spreiding in de onderliggende gegevens is groot genoeg dat een rigoureuzer statistisch apparaat wel precisie zou toevoegen, maar geen nauwkeurigheid.
(4) Niet alle data is gelijk: vier niveaus zijn gedefinieerd
Niveau 1, gegevens over geïnstalleerde hulpmotoren. Het fysieke plafond. Een schip kan niet meer vermogen afnemen dan het geïnstalleerd heeft. Dit vormt de structurele basis van de schaalfuncties.
Niveau 2, gemeten tijdreeksen. De werkelijke operationele vraag in de tijd. Goud waard en de basis voor de belastingsfactoren.
Niveau 3, enquêtes onder scheepseigenaren. Wat eigenaren denken dat ze nodig hebben. Systematisch overschat, vaak met ongeveer een factor twee.
Niveau 4, regelgevingsklassen. Gepubliceerde bandbreedtes van IMO, DNV en EMSA. Nuttig als benchmark, maar met verschillende omvangparameters en ondoorzichtige afleidingen.
Alleen niveaus 1 en 2 worden gebruikt om het model op te bouwen. Niveaus 3 en 4 worden over de resultaten heen gelegd als plausibiliteitscontrole.
Een waarschuwing over zelfs de beste data. Bij één project met zes maanden aan gemeten operationele gegevens bekeken twee verschillende hoofdwerktuigkundigen van hetzelfde schip dezelfde dataset en kwamen ze tot verschillende conclusies: de een wilde een bepaalde capaciteit, de ander wilde het dubbele. Zelfs perfecte data leidt nog steeds tot meningsverschillen, en precies daarom is een gedocumenteerde, reproduceerbare methodologie belangrijker dan welk afzonderlijk getal dan ook.
(5) Zo ziet de gemiddelde vermogensvraag eruit per scheepscategorie
Weergegeven als boxplots per categorie, valt het beeld uiteen in twee groepen.
Voorspelbare categorieën. General cargo-schepen hebben gemiddeld ongeveer 160 kW nodig, met een beperkte spreiding, waardoor een general cargo-terminal met hoge mate van zekerheid kan worden gedimensioneerd. Tankers hebben gemiddeld ongeveer 1 MW over het bereik tot ongeveer 50.000 GT en komen zelden onder de 200 tot 300 kW uit, waarbij de helft van alle waarnemingen binnen een redelijk smalle band valt. Bulkcarriers gedragen zich vergelijkbaar: slechts een klein deel van de geïnstalleerde capaciteit wordt daadwerkelijk aan de kade gebruikt.
Onvoorspelbare categorieën. RoRo-autotransportschepen, RoRo-vrachtschepen, passagiersschepen en vooral cruiseschepen laten extreme bereiken zien, die zelfs binnen de middelste 50% van de waarnemingen boven de 2.000 kW uitkomen, met lange staarten daarboven. Cruiseschepen worden helemaal niet weergegeven in het categorieoverzicht, omdat er slechts ongeveer 40 bruikbare datapunten beschikbaar zijn. Voor deze segmenten is het eerlijke antwoord dat een categoriegemiddelde niet goed genoeg is en dat de analyse moet worden teruggebracht tot het individuele schip.
Die splitsing is de belangrijkste praktische conclusie. Voor terminals voor tankers, bulkcarriers en general cargo-schepen is een schatting op categorieniveau verdedigbaar. Voor RoRo-, passagiers- en cruiseschepen moet je het categoriegemiddelde beschouwen als een startpunt voor een gesprek, niet als input voor de specificatie van een transformator.
Een illustratief datapunt aan de containerzijde: de MSC Maya, met ongeveer 200.000 GT, heeft een grootste afzonderlijk geïnstalleerde hulpmotor van 5.500 kW. Zelfs bij 20% tot 30% benutting is dat een aanzienlijke belasting aan de kade, wat overeenkomt met de drempel van 8 MW die de normen hanteren als het punt waarop hoogspanning de praktische vereiste wordt.
(6) Welke formules en belastingsfactor moet je gebruiken, en hoe zit het met het maximale vermogen?
Gebruik het gemiddelde voor inkomsten en businesscases. Er is precies één werkelijk gemiddelde voor elk schip en dat kan alleen achteraf worden berekend, zodra je weet wat het schip daadwerkelijk heeft gedaan. Tot die tijd is de gemiddelde belastingsfactor de meest verdedigbare schatting en degene die een businesscase oplevert die het dichtst bij de werkelijkheid ligt.
Gebruik de lage band voor conservatieve omzetcases. Als je een project aan een stresstest onderwerpt, of een ondergrens voor de omzet nodig hebt voor een financieringsgesprek, is de lage band de juiste input. Gemeten tijdreeksdata ligt doorgaans dichter bij de lage band dan bij de door scheepseigenaren gerapporteerde cijfers.
Gebruik de hoge band voor engineering en dimensionering, niet voor omzet. Dimensioneren op basis van de hoge band en vervolgens ook de omzet daarop modelleren, is hoe projecten op papier winstgevend lijken en in de praktijk tegenvallen. Voor de maximale vraag is de fysieke limiet het geïnstalleerde hulpvermogen. Als je het schip kent, gebruik dan het nominale hulpvermogen als bovengrens en het gemiddelde voor de omzet. Als je het schip niet kent, gebruik dan de hoge band of de schaalfunctie op volledige waarde. In de praktijk draaien de meeste schepen slechts één of twee hulpmotoren aan de kade; containerschepen en tankers zijn de uitzonderingen, omdat zij aan de kade meer werkzaamheden uitvoeren.
(7) Belangrijkste conclusies
De vermogensvraag aan de kade is op elk niveau onzeker. Hetzelfde schip varieert tijdens één havenaanloop tot 300%, zusterschepen verschillen ongeveer 30% en schepen van dezelfde omvang kunnen tien keer verschillen in geïnstalleerd vermogen.
Door scheepseigenaren opgegeven cijfers zijn doorgaans ongeveer twee keer zo hoog als het werkelijke gemiddelde, omdat eigenaren hun maximum opgeven. Ontwerpen op basis van dat getal leidt tot overdimensionering van het project.
De gemiddelde vraag bedraagt slechts 20% tot 30% van het geïnstalleerde hulpvermogen, omdat hulpmotoren van ontwerp af aan zijn overgedimensioneerd voor redundantie en veiligheid.
Brutotonnage is de enige universele omvangparameter, waardoor vergelijking tussen categorieën en bronnen überhaupt mogelijk is.
De methodologie bestaat uit een belastingsfactor vermenigvuldigd met een op GT gebaseerde schaalfunctie, toegepast per scheepscategorie: een machtsfunctie voor de meeste categorieën en een polynoom voor containerschepen.
Alleen gegevens over geïnstalleerde motoren en gemeten tijdreeksen zouden het model moeten aansturen. Enquêtes en regelgevingsklassen zijn bedoeld voor validatie, niet voor kalibratie.
Sommige categorieën zijn voorspelbaar en andere niet. General cargo rond 160 kW met een beperkte spreiding en tankers rond 1 MW zijn op categorieniveau verdedigbaar. RoRo, passagiers- en cruiseschepen niet, en daarvoor is analyse op scheepsniveau nodig.
Gebruik het gemiddelde voor omzet, laag voor conservatieve cases en hoog voor engineering. Dimensioneer nooit op hoog en modelleer de omzet vervolgens ook op hoog.
De methode is ontwikkeld voor vloten, niet voor afzonderlijke schepen. Over een spreiding van schepen werkt de wet van de grote aantallen in je voordeel; voor één specifiek schip: vraag het aan de hoofdwerktuigkundige.
Sign up for premium tools and benefits
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
References
Sustainable Ships - Average Shore Power Demand Database
Sustainable Ships - Average Shore Power Demand Guide
Sustainable Ships - What does it cost to generate electricity onboard a ship?
Sustainable Ships - Shore Power Quickscan
Sustainable Ships - Overview of Shore Power Sockets and Plugs, IEC/IEEE 80005
Sustainable Ships - FuelEU Maritime
Sustainable Ships - AFIR
ABB and Chalmers University - Shore-Side Power Supply, MSc thesis
TNO - measured berth power demand of container vessels
IMO, DNV and EMSA - published shore power demand bands
IEC/IEEE 80005-1 and 80005-3 - shore connection systems
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.