Project BOEI
Techno-economische haalbaarheidsstudie voor de elektrificatie van tankers op de ankerplaats van Scheveningen
Project BOEI (Buoy for Offshore Emission Irradication) is een techno-economische haalbaarheidsstudie in opdracht van de provincie Zuid-Holland naar de elektrificatie van tankers op de ankerplaats van Scheveningen. Het doel is om de meest haalbare technische oplossingen en risico’s voor het offshore opladen van schepen op de ankerplaats in kaart te brengen, naast het schatten van de kosten en emissiereducties. De belangrijkste drijfveren zijn het verminderen van NOx- en CO2-emissies. Deze blog biedt een overzicht van het project, inclusief het eindrapport en een interactieve tool die kan worden gebruikt om vergelijkbare projecten aan te passen, d.w.z. het offshore opladen van schepen.
De elektrificatie van een tanker op de ankerplaats van Scheveningen is technisch en economisch haalbaar. De totale kosten voor alle scopes .gecombineerd bedragen €14 miljoen (~€12 miljoen voor de infrastructuur en ~€2 miljoen voor het schip). De E-anchor en onderzeese bekabeling vertegenwoordigen ongeveer 50% van alle kosten.
De potentiële NOx-reductie is veel hoger dan aanvankelijk werd verwacht. Voor alle schepen samen wordt deze geschat op ruim 800.000 kg per jaar, wat overeenkomt met ~7,5 mol NOx-depositie per hectare per jaar.
De break-evenprijs voor de scheepseigenaar en de leverancier van het vermogen ligt rond €0,20-€0,25 per kWh. Een haalbare businesscase kan worden verkregen met alleen Renewable Energy Units, of met een subsidie van ~€3 miljoen
Projectinformatie
Project BOEI (Buoy for Offshore Emission Irradication) is een techno-economische haalbaarheidsstudie naar de elektrificatie van tankers op de ankerplaats van Scheveningen. Het doel is om de meest haalbare technische oplossingen en risico’s in kaart te brengen, naast het schatten van de kosten en emissiereducties.
De studie is zowel om technische als economische redenen opgedeeld in drie afzonderlijke ‘scope-splits’, die daarnaast een basis bieden voor modellering en de verdeling van interfaces. Dit zijn scope 1, 2 en 3, die respectievelijk Infra, E-Anchor en Ship vertegenwoordigen. Voor elke scope worden verschillende parameters geïdentificeerd die verschillende modelleringsopties voor het project mogelijk maken. De parameters zijn E-house, Assembly, Cabling, Type, CMS en Mooring Location. Om praktische redenen wordt in deze studie een kleine selectie van scenario’s onderzocht. De beschouwde scenario’s worden in de tool onderzocht en geïmplementeerd om verschillende mogelijke uitkomsten met elkaar te vergelijken.
-
Infra wordt gedefinieerd als alles tot aan de e-anchor, inclusief de E-house met hoogspanningsvoeding, transformatoren en omvormer, hoogspanningsschakelinstallaties die het vermogen verdelen naar de e-anchor(s), plus de bekabeling van al deze componenten, oftewel de in-field-infrastructuur. De volgende vereisten zijn van toepassing:
Op Q13-A is 6 [MVA] aan reservecapaciteit beschikbaar, met hoofdschakelinstallaties die op 25 [kV] werken. Er zijn per 2025 2 reserve-uitgaande vermogensschakelaars beschikbaar.
De ruimte op Q13-A is ‘beperkt’. Het heeft de voorkeur om zoveel mogelijk apparatuur niet op het platform te installeren. Dit is tegenstrijdig met de vereisten voor de e-anchor, die de installatie van vermogensapparatuur niet toestaan.
Er zijn ten minste 2 reserve J-tubes beschikbaar voor onderzeese bekabeling naar de e-anchors.
Alle onderzeese bekabeling moet over een minimale diepte van 2 meter worden ingegraven.
-
E-anchor wordt gedefinieerd als de elektrische interface die vermogen aan een schip levert en waaraan het schip kan afmeren. De e-anchor kan, afhankelijk van de waterdiepte en voorkeuren ten aanzien van vergunningen, een boei of paal zijn. Voor haalbaarheidsdoeleinden wordt ervan uitgegaan dat er geen functioneel of kostentechnisch verschil is tussen een paal en een boei. Er wordt aangenomen dat het Cable Management System (CMS) binnen deze scope valt. De volgende vereisten zijn van toepassing:
Het Cable Management System (CMS) wordt door de e-anchor geleverd. Het schip hoeft geen CMS aan boord te hebben.
Ankergebieden zijn cirkelvormig, zodat schepen rond de ankerlocatie in het midden van de cirkel kunnen draaien.
Rondom de e-anchor is een minimale straal vereist van de scheepslengte (L) plus 60 [m].
Vanuit operationeel, afmeer- en veiligheidsperspectief is een minimale manoeuvreercirkel van vier keer de scheepslengte (4L) vereist.
Op de e-anchor mogen geen transformatoren of omvormers worden geïnstalleerd.
Het schip maakt zonder sleepbootassistentie en zonder dat personeel aan boord van de e-anchor hoeft te gaan verbinding met de e-anchor.
Alle engineering, berekeningen en businesscaseanalyses worden gebaseerd op bestaande technologie, zoals geleverd door de consortiumleden. Dit betekent dat:
• maximaal toegestane spanning: 11 [kV]
• maximaal toegestane stroom: 500 [A]
• maximaal toegestaan vermogen: ± 8 [MW]
• maximaal toegestane kabeldoorsnede: 240 [mm²]
-
Ship wordt gedefinieerd als alles wat na het afmeren met het schip mee wegvaart. Dit omvat over het algemeen het walstroomaansluitpaneel, bekabeling aan boord, aanpassingen aan het hoofdschakelbord en vermogensapparatuur indien nodig. De volgende vereisten zijn van toepassing:
De referentie voor het schip is een gemiddelde vermogensvraag van 1,5 [MW] en een piekvermogensvraag van 2 [MW].
Het referentieschip werkt op 60 [Hz].
De maximale windkracht waarbij schepen afgemeerd liggen is Beaufort 7.
Schepen en vermogensvraag
Om praktische redenen wordt voor deze studie één schip als primaire referentie genomen. Op basis van de voorkeuren van consortiumlid Knutsen wordt de Torill Knutsen als referentieschip gebruikt. Het scheepstype waarop de normen en regelgeving van toepassing zijn, is tanker. Het gemiddelde ankervermogen varieert doorgaans tussen 1.200 en 1.500 [kW]. Het hulpvermogen is gebaseerd op de aangenomen geïnstalleerde dieselgenerator die het ankervermogen levert, met een minimale capaciteit van 3.800 [kW]. Het aantal dagen dat het schip per jaar op de ankerplaats ligt, bedraagt 38 (aanname).
Ankerplaats
De coördinaten van de locatie en de afstand tot de kust en de haven van Scheveningen worden weergegeven in de onderstaande figuur, afkomstig uit het Nationaal Georegister (NGR), met dank aan Rijkswaterstaat. Een andere goede bron is de OpenEarth viewer. Naast bathymetrie toont deze viewer windparken, kabels, pijpleidingen en vele andere lagen. De afmetingen worden ook in de volgende figuren weergegeven. De ankerlocatie heeft een maximale capaciteit van 10 schepen.
Uit de analyse blijkt dat in 2023 in totaal 224 verschillende schepen langer dan 1 dag op de ankerplaats hebben gelegen. Tankers en vrachtschepen vertegenwoordigen 92% van al deze schepen: 79% tankers en 14% vrachtschepen. Gemiddeld liggen er gedurende het jaar op elk moment 6 schepen afgemeerd, met een gemiddelde verblijfsduur van 10 dagen. Tankers liggen gemiddeld 7 dagen op de ankerplaats. De langste verblijfsduren op de ankerplaats waren 171 dagen, 151 dagen en 135 dagen. Eén van deze drie schepen zou op zichzelf mogelijk voldoende kunnen zijn om de businesscase rond te krijgen.
Technische scope
Dit hoofdstuk bevat een technische beschrijving van het volledige project, evenals de wettelijke vereisten en normen die van toepassing zijn op de componenten en de werking. Hieronder worden de belangrijkste punten uit het hoofdstuk weergegeven. Raadpleeg het rapport voor alle details.
-
De ontwerplevensduur van het systeem moet minimaal 25 jaar bedragen.
Het onderhoud van de installatie, inclusief vermogensverliezen, moet tot een minimum worden beperkt.
De walstroomaansluiting moet geschikt zijn voor een continue, betrouwbare, veilige en eenvoudige werking. Betrouwbaarheidspercentages moeten door de leverancier worden aangegeven.
Alle toepasselijke internationale en klassevoorschriften, inclusief de nationale netcode voor elektriciteit (voor Nederland: Netcode elektriciteit), moeten worden nageleefd. Deze zijn van toepassing op alle apparatuur, waaronder, maar niet beperkt tot, vermogensschakelaars, aansluitpanelen, stopcontacten en stekkers, filters, evenals voorzieningen om inschakelstromen van transformatoren of het inschakelen van grote belastingen en daaropvolgende spanningsdalingen te beperken, indien deze niet door de walstroomvoorziening worden geleverd.
De apparatuur moet geschikt zijn voor de omgevingscondities. Er moeten effectieve maatregelen worden getroffen om corrosie van de apparatuur door ophoping van vocht en condensatie te voorkomen.
Een equipotentiaalverbinding tussen schip en ‘wal’, met een aardelektrode, is vereist.
-
NEN-ISO/IEC/IEEE
• NEN-ISO/IEC/IEEE 80005-1: Utility connections in port: HVSC systems – General Requirements High Voltage shore side electricity (up to 20 MVA per vessel).
• NEN-ISO/IEC/IEEE 80005-2: Utility connections in port: HVSC systems – Data communication for monitoring and control.
• NEN-ISO/IEC/IEEE 80005-3: Utility connections in port: HVSC systems – General Requirements Low Voltage shore side (typically less than 1 MVA).
• IEC 62613-1: Plugs, socket-outlets and ship couplers for high-voltage shore connection systems (HVSC Systems) – Part 1: General requirements.
• IEC 62613-2: Plugs, socket-outlets and ship couplers for high-voltage shore connection systems (HVSC-Systems) – Part 2: Dimensional compatibility and interchangeability requirements for accessories to be used by various types of ships.
• IEC 60092-101:2018 – Electrical installations in ships. Part 101: Definitions and general requirements.
• IEC 60092-503:2007 – Electrical installations in ships - Part 503: Special features - AC supply systems with voltages in the range of above 1 kV up to and including 15 kV.
• IEC 61363-1: Electrical installations of ships and mobile and fixed offshore units - Procedures for calculating short-circuit currents in three-phase AC.
• Codes, standards and guidelines for safety when working in dangerous zones are shown in 3.6.2.
DNV / Lloyd’s
• DNV-RU-SHIP Pt.6 Ch.7 section 5 - Environmental protection and pollution control - Electrical shore connections – Shore Power
• DNV-RU-SHIP Pt.4 Ch.8 – Electrical Installations
• DNV-RU-SHIP Pt.6 Ch.2 – Propulsion, power generation and auxiliary systems
• LR Rules and Regulations for the Classification of Ships, July 2019 - Part 6 - Control, Electrical, Refrigeration and Fire – Chapter 1 Control Engineering Systems
• LR Rules and Regulations for the Classification of Ships, July 2019 - Part 6 - Control, Electrical, Refrigeration and Fire – Chapter 2 Electrical Engineering
• LR Rules and Regulations for the Classification of Ships, July 2019 - Part 7 - Other Ship Types and Systems - Chapter 13 On-shore Power Supplies
-
Omwille van de duidelijkheid wordt in de onderstaande figuur een vereenvoudigde weergave van de volledige technische scope gegeven. Dit schema toont alle geïdentificeerde componenten die nodig zijn om één schip van vermogen te voorzien. Elk component wordt in het rapport verder toegelicht.
-
De besturingslogica zorgt voor een veilige werking en monitoring van het volledige systeem. Deze wordt beschreven door verschillende geldende normen, met name IEC/IEEE 80005-2. In deze studie is deze opgedeeld in vier onderdelen: (1) beveiliging, monitoring en communicatie, (2) omschakelfilosofie, (3) alarmen en bijbehorende beveiligingen en (4) kortsluit- of selectiviteitsstudie.
(1) Beveiliging, monitoring en communicatie
Vereisten voor beveiliging, monitoring en communicatie worden beschreven in verschillende internationale en klassestandaarden, met name IEC/IEEE 80005-1 en 2. Alle communicatie tussen systemen aan boord en aan de wal moet compatibel zijn met de bestaande systemen van het schip. Communicatie kan plaatsvinden via afzonderlijke glasvezelkabels, via de voedingskabel of draadloos. De lijst met communicatiesignalen die tussen het walstation en het schip moet worden verzonden en uitgewisseld, moet door de leverancier van de apparatuur worden aangeleverd voor de Design Statement, overeenkomstig de normen en klassevoorschriften. Meer hierover is te vinden in het rapport.
(2) Omschakelfilosofie
Er zijn twee alternatieve opties voor omschakeling: het blackout-principe (door ‘het donker heen gaan’) en het synchronisatieprincipe. Deze worden beschreven in IEC/IEEE 80005-1 onder electrical load transfer, sectie 9.2 en 9.3, en samengevat in sectie 3.4.2 van het rapport. Voor deze studie wordt ervan uitgegaan dat de lastoverdracht plaatsvindt volgens het synchronisatieprincipe, omdat dit de meest strenge omschakelprocedure is. De operationele aspecten van het afmeren aan een single point mooring met het schip zelf en het aan boord nemen van de voedingskabel worden beschreven in sectie 3.6.4 van het rapport.
(3) Alarmen en bijbehorende beveiligingen
Hieronder staat een tabel met standaardalarmen en beveiligingsmaatregelen die moeten worden geïnstalleerd voor de monitoring van de installatie. Het herstellen van de noodvoeding van het schip in geval van een storing in de hoogspanningsvoeding wordt beschreven in IEC/IEEE 80005-1, sectie 8.6. Niet al deze alarmen zijn geschikt voor het ontwerp, bijvoorbeeld het alarm voor een te geringe afstand tot het waterniveau.
(4) Kortsluit- of selectiviteitsstudie
Er moet een kortsluit- of selectiviteitsstudie worden uitgevoerd volgens IEC 61363 of een vergelijkbare norm om de functionaliteit van de beveiligingsvoorzieningen van het schip, zoals relais, zekeringen en vermogensschakelaars, en de circuits die zij beveiligen, te evalueren wanneer aanpassingen voor walstroom worden aangebracht.
Volledige selectiviteit betekent dat de beveiligingsvoorzieningen het effect van een kortsluiting of andere ongewenste gebeurtenissen op het elektriciteitssysteem tot een minimum beperken. In ieder geval moeten kritieke scheepssystemen worden beschermd in geval van een kortsluiting, ongeacht de oorzaak daarvan (of deze nu verband houdt met wals
-
Dit hoofdstuk geeft een samenvatting van de belangrijkste regels en voorschriften met betrekking tot walstroom. Het is onderverdeeld in mondiaal (IMO), internationaal (EU), regionaal (Nederland of haven) en energy majors (bijvoorbeeld Ørsted). Vanwege de aard van regels en voorschriften en de onzekerheid die hiermee gepaard gaat, kan de situatie op het moment dat de lezer dit document leest verschillen van de situatie op het moment van schrijven.
Walstroom verplicht
Walstroom wordt volgens FuelEU en de Clean Shipping Act vanaf 2030 verplicht in de EU en de VS. Dit geldt alleen voor schepen van 400 GT en hoger, maar zou vereisen dat alle schepen die momenteel worden gebouwd en gepland zijn voor exploitatie in de EU over walstroommogelijkheden beschikken. Naar verwachting zal 90% van alle havenaanlopen in de EU moeten worden geëlektrificeerd. Korte verblijven van minder dan 2 uur zijn in de EU waarschijnlijk vrijgesteld.
De PAS-regelgeving inzake stikstof in Nederland is een belangrijke drijfveer voor deze haalbaarheidsstudie en streeft naar een stikstofreductie van 80% of meer. Naast deze strenge eis zijn subsidies beschikbaar gesteld om de reductie van stikstof te stimuleren. Meer over dit onderwerp wordt beschreven in sectie 5.3.
Naast overheidsorganisaties zetten ook veel klanten van scheepseigenaren aan op net-zero-operaties, met name Ørsted. Deze organisaties streven actief naar elektrificatie van schepen offshore en bouwen e-boeien bij windparken.
Verbetering van de businesscase door stimulansen
De CO₂-belasting in de EU (EU ETS) zal de businesscase voor walstroom verbeteren. Bij een prijs van €100 per mT CO₂ zullen de brandstofkosten effectief verdubbelen. Dit creëert duidelijke stimulansen voor scheepseigenaren om ervoor te zorgen dat hun schepen geschikt zijn voor walstroom.
Nederland staat de verkoop van ‘Renewable Fuel Units’ (Hernieuwbare Brandstof Eenheden of HBE’s) toe. Dit voegt bij het gebruik van groene energie effectief €0,20 aan inkomsten per kWh toe voor walstroom, wat de businesscase aanzienlijk verbetert.
Havens
Een aanzienlijk deel van de grote havens wereldwijd heeft verklaringen over walstroom ondertekend om ‘waar mogelijk tegen 2028 elektriciteit vanaf de wal te implementeren’.
De meeste havens hebben de ambitie om in 2050 CO₂-neutraal te zijn.
Cruise- en containerschepen zijn voor de meeste havens de belangrijkste doelgroepen.
-
Er zijn vier belangrijke aspecten op het gebied van Health, Safety and Environment geïdentificeerd met betrekking tot de elektrificatie van offshore-schepen. Deze worden hieronder opgesomd en in de volgende secties uitgebreid toegelicht. Emissies worden verder besproken in hoofdstuk 4.3 van het rapport.
Het werken met hoogspanningsapparatuur door personeel
ATEX-zones aan boord van het schip
Afmeer-, nautische en operationele aspecten
Omschakelprocedure
Resultaten
Dit hoofdstuk bevat indicaties van de CAPEX en OPEX voor de verschillende scopes, emissieberekeningen (met name NOX), de belangrijkste risico’s en mitigerende maatregelen, evenals een voorgestelde organisatorische vervolgstap, waarvan een planning voor de projectontwikkeling het belangrijkst is. De kosten worden bepaald volgens het principe van ‘turnkey levering’, waarbij elke scope rekening houdt met ontwerp en engineering, inkoop van apparatuur, installatie en inbedrijfstelling. De weergegeven resultaten hebben betrekking op één e-anchor en één schip, d.w.z. fase 1.
Planning
Voor een realistische projectuitvoering wordt aanbevolen om het project op te delen in drie afzonderlijke fasen. Deze uitvoeringsfasen worden voorafgegaan door een ontwerpfase die nodig is voor de FID. Voor deze planning wordt scenario 4 als basisscenario aangenomen. Dit betekent dat het vermogen aanvankelijk vanuit Q13 wordt geleverd – voldoende voor fase 1 en 2 – en wordt omgezet in een E-house dat op een monopile naast het ankergebied is geplaatst. Voor fase 3 zal ten minste tweemaal zoveel vermogen beschikbaar moeten worden gemaakt. Het is onzeker waar dit vermogen vandaan zal komen, Q13 of land.
You might also like
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.