HAALBAARHEIDSSTUDIE STEP-UP CONVERTER

Inleiding

In de context van de klimaattransitie moeten steeds meer pleziervaartuigen en verhuurvaartuigen worden geëlektrificeerd. WaterWorld heeft momenteel een inboard motorpakket in ontwikkeling (met subsidie uit het MIT-R&D-Samenwerkingsprogramma van 2021) waarmee schepen van 12m kunnen worden aangedreven. Echter, er is een hoog piekvermogen >50kW benodigd, dat daardoor niet efficiënt met 48V accu’s kan worden gefaciliteerd. Hier moet in feite met 200-400V spanning worden gewerkt; accu’s met dit soort spanningen worden nu geweerd door scheepwerven, omdat ze niet veilig genoeg zijn om mee te werken. Dit komt voornamelijk door de uitdagingen op het gebied van veiligheid die gepaard gaan met hoge DC voltages.

Technische Uitdagingen

Om hogere vermogens te realiseren is het technisch zeer lastig dit op een ‘laag’ voltage (48V) te realiseren door de hoge elektrische stromen die hiermee gepaard gaan.

• 50.000W/48V = 1.000A
• 50.000W/400V = 125A

Voor lagere stroomsterkten zijn ook minder dikke kabels nodig, hetgeen kostendrukkend werkt onder hoge koperprijzen. Met name voor de retrofitmarkt is deze technologie nog niet voorhanden.

Doel van het Project

Het doel van dit project is om te bepalen of het haalbaar is om een hoogvermogen elektrische marine aandrijflijn te ontwerpen die gebruikmaakt van een systeem dat op verschillende voltages werkt. Om een veilig systeem te kunnen garanderen voor monteurs en eindgebruikers, moet worden onderzocht of een laag voltage accu (48-72V) kan worden gecombineerd met een volledig afgesloten hoog-voltage (200-400V) elektromotor. Het idee daarbij is het ontwikkelen van een nieuw soort ‘step-up converter’ tussen de accu en de elektromotor. Door het hoog-voltage systeem gescheiden en volledig afgesloten te houden, kan de veiligheid worden gegarandeerd.

Technische Risico's

Concreet zijn de technische risico’s voor de beoogde step-up converter van 48V naar 400V:

• Te hoge conversieverliezen: de vraag is welke schakelingen tot het minste energieverlies en tot de minste warmteproductie leiden.
• Dischargeverliezen in de 48Vac of 72Vdc accu’s naar 400V via step-up conversie.
• De integrale werking van 48V en 400V circuits in één aandrijfsysteem voor bijvoorbeeld 50kW of 80kW elektromotoren (eveneens een nieuwe ontwikkeling binnen WaterWorld).

Technische Haalbaarheidsvragen

Er wordt hiertoe onderzoek gedaan naar de volgende technische haalbaarheidsvragen:

1. Welke step-up schakelingen leiden tot het minste conversieverlies en tot de minste warmteproductie?
2. Welke step-up schakelingen leiden tot de minste dischargeverliezen in 48Vac of 72Vdc accu’s naar 400Vdc?
3. Welke storingen kunnen ontstaan bij de integratie van 48V, 72V en 400V circuits in één aandrijfsysteem, en hoe kunnen deze worden weggeregeld?

Economische Haalbaarheidsvragen

Ook zal onderzoek worden gedaan naar onderstaande economische haalbaarheidsvragen:

• Wat is de CapEx, OpEx, TCO en RoI van de step-up converter voor marine conversies naar hoogvermogen en hoogvoltage aandrijvingen?
• Welke kansen, bedreigingen en risico’s worden hierbij gelopen (SWOT)?