Nu de klimaatdoelen rond CO2-uitstoot in 2030 rap dichterbij komen, zoekt de bouwwereld naarstig naar alternatieven voor de dieselmotoren die nu nog de bouwmachines aandrijven. Zeker ook omdat bij aanbestedingen extra punten te verdienen zijn met elektrisch materieel. Reden voor de BAM Groep Infra Nederland zich eind 2021 te melden bij Woltman Piling & Drilling Rigs, wereldwijd actief als specialist in hei- en boorstellingen. Konden zij een emissievrije variant van de meest gangbare boorstelling ontwikkelen?
Een grote en kleine PM-motor als oplossing voor de flexibele vermogensvraag. Foto: Woltman/Dieseko
‘Zo veel nieuwe technologie, zo veel partijen, zo weinig kinderziektes’
‘We leveren al jarenlang high-performance diesel-hydraulische machines aan BAM. Vanaf 2030 wil Rijkswaterstaat echter een emissieloze bouwplaats. BAM wil koploper zijn en investeren in schoon en duurzaam bouwen en werd zo onze launching customer’, zegt Herman Legtenberg, director technology & engineering bij Dieseko Group in Sliedrecht, waar Woltman onderdeel van is. De machine in kwestie betreft de 90DR, een ruim 90 ton zware boorstelling voor het maken van funderingspalen. De machine is voorzien van een 36 meter hoge makelaar (de mast) met daaraan de boorkast. Als met een zogeheten avegaar (een spiraalboor) of boorbuis een gat geboord is, wordt ter plaatse een funderingspaal gemaakt met wapening en beton. ‘Dergelijke funderingsmachines worden met name ingezet in bebouwde gebieden, omdat ze relatief stil zijn en trillingsarm werken’, schetst Legtenberg.
Dieseko/Woltman was voorbereid op de vraag van BAM. ‘Als hydrauliekspecialist zien we al lange tijd de noodzaak om duurzame, ecologisch vriendelijke machines te bouwen. Zero emissie is dan ook een belangrijk onderdeel van onze innovatieagenda. Er was al vooronderzoek verricht en er waren al industrie-experts benaderd’, vertelt Douwe Feenstra, marketingmanager bij Dieseko Group. ‘De elektrificatie van zware bouwmachines zoals deze boorstelling is heel wat anders dan een elektrische auto; er is veel meer vermogen en accucapaciteit nodig.’ Dit betreft dan zowel het piekvermogen en de duur daarvan om bijvoorbeeld in zware grond te boren, als het nominaal vermogen voor bijvoorbeeld manoeuvreren en reguliere werkzaamheden.
Niet onderdoen voor diesel
Voor de ontwikkeling van de vermogenselektronica en de systeemintegratie van de zero-emissievariant – 90DRe gedoopt – heeft Dieseko/Woltman nauw samengewerkt met VSE Industrial Automation uit Schoonhoven. VSE was al de vaste partner voor de high-end besturingselektronica van hun machines en heeft een bewezen trackrecord voor batterijpakketten. Feestelijk detail: beide bedrijven vieren volgend jaar hun 50-jarig bestaan.
‘We wilden qua vermogen beslist niet onderdoen voor de dieselmotor, dus hebben we bij VSE aangegeven dat het vermogen van de elektromotoren minimaal dezelfde performance moest leveren en liefst nog iets meer’, zegt Legtenberg. Op basis van het vooronderzoek werd besloten tot een motorvermogen van 613 kW – waar een dieselmotor doorgaans 563 kW beschikbaar heeft.
Echte innovatie
Omdat deze zware bouwmachine zo veel vermogen vraagt, was het accupakket een uitdaging. ‘De dagcapaciteit is berekend op 1.200 kWh. Daarvan zit 1.000 kWh – vergelijkbaar met ongeveer 20 Tesla’s Model 3 – in een accucontainer en 200 kWh in de machine. Want zonder accucontainer moet zij autonoom van de dieplader kunnen rijden en de makelaar kunnen oprichten. Daarna wordt de accucontainer aangesloten en kun je gaan boren. Wij zijn de eersten die zowel de hulp- als hoofdfuncties hebben geëlektrificeerd’, aldus Legtenberg.
Er is patent aangevraagd op deze innovatie van twee accu’s en twee permanent magneet (PM)-motoren. Dit zorgt voor energiebesparing, doordat voor de hulpfuncties – die dus minder vermogen vragen – automatisch de kleinere motor wordt gebruikt. De accu’s worden zodanig gemanaged dat primair de interne accu geladen blijft of geladen wordt.
Van links naar rechts: Douwe Feenstra (Dieseko), Radboud van Dusseldorp (VSE) en Herman Legtenberg (Woltman/Dieseko) zien het goede voortraject als een belangrijke succesfactor. ‘We hebben heel veel risico aan de voorkant uitgesloten, opdrachtgever BAM en leveranciers nauw betrokken en geconsulteerd, en geen concessies gedaan aan de kwaliteit en veiligheid.’
Superefficiënt
Het externe accupakket zit in een aparte container die ter plekke op de funderingsmachine wordt geplaatst en weegt 15 ton. ‘Ongeveer net zoveel als het contragewicht dat normaal gesproken achter op zo’n machine zit. Meestal zijn zulke grote accupakketten een nadeel, nu een voordeel’, zegt Radboud van Dusseldorp, commercieel manager van VSE Industrial Automation. ‘Daarnaast is het batterijsysteem superefficiënt, omdat de PM-motoren uitschakelen als er geen vermogen wordt gevraagd, waar dieselmotoren stationair blijven draaien.’ Beide accu’s zijn binnen 10 uur tot 90 procent op te laden en hebben dan weer voldoende capaciteit voor de volgende werkdag.
Een van de eisen van BAM was dat de levensduur van de machine minimaal tien jaar moet zijn. ‘Daarom hebben we gekozen voor de beste leveranciers, de beste componenten, de elektronica geüpgraded in samenwerking met leverancier ifm en daarnaast de samenwerking gezocht met de Duitse batterijenleverancier Webasto voor de accu’s en hun batterijmanagementsysteem’, stelt Van Dusseldorp. ‘Een toppakket en topleveranciers dus, want er gaat wel 700 tot 800 V DC gelijkstroom doorheen en in de bouwwereld telt maar één ding: veiligheid. Daarnaast is de financiële waarde groot, dus je wilt geen enkel risico lopen en het accupakket optimaal beveiligen en belasten.’
Korte bouwtijd
Vanwege de gestelde deadline – presentatie van de 90DRe op de Bauma in München, dé vakbeurs voor de bouwsector, in november 2022 – was de ontwikkel- en bouwtijd extreem kort. ‘Met een perfecte supplychain zou dat al een uitdaging zijn geweest, laat staan met de exceptioneel lange levertijden in coronatijd. Daarom hebben we ook de leveranciers al in een vroeg stadium betrokken’, zegt Legtenberg. ‘De standaard levertijd van de 90DR is ongeveer acht maanden, de 90DRe hebben we in dertien maanden ontwikkeld en opgeleverd. Echt waanzinnig snel.’
Link magazine april/mei 2023, Thema: Parijs halen: De energietransitie. Vraag een exemplaar op bij de uitgever van Link magazine: uitgever@linkmagazine.nl
Bezoekers van de Bauma bleken onder de indruk van de eerste en enige volledig zero-emissiemachine in deze vermogenscategorie. ‘Het was een echte aandachtstrekker, waar veel mensen op afkwamen’, aldus Feenstra.
Hoogste prioriteit
Het goede voortraject zien Legtenberg, Feenstra en Van Dusseldorp als een belangrijke succesfactor. ‘We hebben heel veel risico aan de voorkant uitgesloten, opdrachtgever BAM en leveranciers nauw betrokken en geconsulteerd, en geen enkele concessie gedaan aan kwaliteit en veiligheid. Daarnaast had het project bij onze teams de hoogste prioriteit en hebben we onze beste mensen erop gezet, ook al zorgde dat soms voor wat pijntjes intern.’
‘Zo veel nieuwe technologie, zo veel partijen, zo weinig kinderziektes. Daar hebben we knetterhard voor gewerkt’
Daardoor nam de inbedrijfstelling, deels in de fabriek en deels op een bouwproject van BAM, slechts twee dagen in beslag in plaats van de twee tot vier weken die er normaal voor staan. ‘Bij het testen is ook niets misgegaan en dat is maar goed ook, want op sommige componenten zat meer dan een halfjaar levertijd’, lacht Legtenberg. ‘Zo veel nieuwe technologie, zo veel partijen, zo weinig kinderziektes. Daar hebben we met z’n allen knetterhard voor gewerkt’, zegt Feenstra.
Bredere range
De 90DRe is nu nog een elektrisch-hydraulische machine, een bewuste keuze aangezien BAM zijn huidige hydraulische attachments, zoals boormachines en trilblokken, wilde kunnen blijven gebruiken. ‘De volgende stap is de elektrificatie van ook die attachments, een forse uitdaging door hoge werktemperaturen, ruwe omstandigheden en beperkte ruimte’, zegt Legtenberg. ‘Met een elektrische boormotor kunnen we nog eens 20 procent energie besparen, bovenop de 500 liter diesel per dag en 220 ton CO2-emissie per jaar die zo al wordt uitgespaard. En in het ontwerp hebben we tevens rekening gehouden met schaalbaarheid, om de nieuwe kennis te kunnen toepassen bij een bredere range kranen.’
