De TU Delft verricht in samenwerking met de industrie wetenschappelijk onderzoek naar de op- en overslag van stortgoederen. Dit onderzoek heeft drie speerpunten; het ontwerp en de besturing van bulkterminals, het ontwerp van transportwerktuigen en de duurzaamheid van het op- en overslagbedrijf.
G. Lodewijks, D.L. Schott, Y. Pang, T. van Vianen, J.A. Ottjes
De sectie Transport Engineering & Logistics van de Technische Universiteit Delft focust zich op het ontwerp en de besturing van systemen en werktuigen voor het vervoer van goederen en, in mindere mate, personen. Het onderzoek naar de op- en overslag van stortgoederen heeft daarbij drie speerpunten. Ten eerste, het ontwerp en de besturing van systemen zoals bulkterminals. Ten tweede, het ontwerp van werktuigen. Hierbij staat de interactie tussen stortgoed en werktuig centraal. Ten derde, de duurzaamheids-aspecten van de behandeling van stortgoed. Hierbij kan worden gedacht aan energiebesparing, slijtage en het reduceren van mors en stofvorming. Alle onderwerpen hebben gemeen dat projecten worden uitgevoerd in samenwerking met de industrie.
Terminalontwerp
Vanwege de toenemende vraag naar energie en staal worden nieuwe terminals gebouwd en bestaande uitgebreid. Het gaat daarbij om terminals voor de op- en overslag van stortgoederen zoals ijzererts, steenkool en biomassa. Door het ontbreken van een gedetailleerde ontwerpmethode voor dergelijke terminals, zijn ontwerpen meestal gebaseerd op vuistregels en praktische ervaring [Lodewijks, 2009]. De selectie van het juiste aantal en type werktuigen is belangrijk vanuit strategisch en economisch oogpunt. Overdimensionering van werktuigen is duur. Onderdimensionering kan discontinuïteit van terminalprocessen veroorzaken, met als resultaat productieverliezen en boetes. De logistieke besturing van een terminal stuurt de terminalprocessen en beïnvloedt de inzet van werktuigen. Het aantal producten op een terminal bepaalt het aantal benodigde opslaglocaties en de routes tussen de in- en uitslagpunten en opslaglocaties. De doelstelling van dit onderzoek is de ontwikkeling van intelligente procedures en algoritmen voor de logistieke besturing van bulkterminals, en het realiseren van een nieuwe ontwerp-aanpak [Van Vianen, 2011]. De resultaten worden dynamisch geëvalueerd met behulp van simulatie en gevalideerd met real world data van bestaande bulkterminals.
Biomassa op grote schaal?
Resultaten van recent onderzoek naar de vraag en aanbod van biomassa laten zien dat een droge biomassa-terminal met een capaciteit van 10-24 miljoen ton per jaar haalbaar is in de Hamburg-Le Havre regio in 2020 [Wu, 2011a]. Een interessante vraag is of bestaande terminals voor steenkool en ijzererts dit materiaal kunnen behandelen en opslaan. Daartoe is onderzocht in hoeverre werktuigen ontworpen voor steenkool ook toegepast kunnen worden voor de behandeling van biomassa. Hiervoor zijn de bulkeigenschappen van biomassa relevant voor het werktuigontwerp experimenteel bepaald [Wu, 2011b]. Op dit moment wordt gewerkt aan het toetsen van een concept terminal ontwerp middels simulatie [Wu, 2011c].
Werktuigontwerp
Het minimaliseren van de slijtage en het optimaliseren van de efficiency van werktuigen is sterk afhankelijk van de eigenschappen van de grondstoffen die worden behandeld. Op dit moment wordt de interactie tussen werktuig en stortgoed voornamelijk empirisch beschreven. Constitutieve relaties, zoals gebruikt in de grondmechanica, kunnen vaak niet worden gebruikt omdat stortgoed niet kan worden beschouwd als een continuüm. Voor het modelleren van het materiaal en het werktuig samen kan de Discrete Elementen Methode (DEM) worden gebruikt. Hiermee is zowel het statische als dynamische gedrag van het materiaal te simuleren. Dit maakt het mogelijk een beter begrip te krijgen van de processen in het materiaal en de interactie tussen materiaal en werktuig, wat cruciaal is voor het ontwerp van transportmiddelen met een lage milieudruk. Met behulp van DEM software kan tevens aan virtual prototyping gedaan worden. Hierdoor kan het functioneren van nieuwe ontwerpen of de effectiviteit van aanpassingen beter worden onderzocht. Binnen dit onderzoek dat zich momenteel richt op grijpers in samenwerking met Nemag BV (afb. 1) worden experimentele resultaten gebruikt om de simulaties te valideren. Daarnaast worden ook tests ontwikkeld om op laboratoriumschaal het materiaal in de simulatieomgeving juist te kunnen beschrijven [Lommen, 2011].
Duurzaamheid
De duurzaamheid van het op- en overslagbedrijf staat in nauw verband met onder meer onderhoud en energiebesparing. Traditioneel richten de inspectie en controle van bandtransportsystemen zich op individuele kritische componenten en hun reactie op systeemstoringen. Om te voorkomen dat operationele problemen worden veroorzaakt door het gebrek aan ervaring van het onderhoudspersoneel, kan het toezicht op en de operationele controle van de bandtransportsystemen worden geautomatiseerd. Dit onderzoek biedt de mogelijkheden om de prestaties van de bandtransportsystemen te verbeteren door middel van het integreren van informatie die verkregen wordt met behulp van monitoringsystemen voor individuele componenten. Op basis van de totale systeemstatus, kan het proces van besluitvorming over onderhoud en bedrijfsvoering worden geautomatiseerd en geoptimaliseerd. Hiervoor wordt intelligente besluitvorming toegepast [Pang 2006][Pang, 2010].
Energiebesparing
Bandtransporteurs verbruiken relatief veel energie. Bij een import-terminal bijvoorbeeld, betreft het energieverbruik van bandtransporteurs ongeveer 40% van de operationele kosten. Normaal gesproken draaien bandtransporteurs op een constante snelheid, de nominale bandsnelheid. De band kan echter slechts gedeeltelijk zijn beladen en de materiaalstromen kunnen kleiner zijn dan de nominale capaciteit van bandtransporteur. Snelheidssturing op basis van materiaalbelading op de band zal leiden tot een vermindering van het benodigde elektrische aandrijfvermogen [Hiltermann, 2011]. Recent onderzoek inventariseert de opties voor de besturing van de snelheid van een bandtransporteur afhankelijk van de operationele omstandigheden [Lodewijks, 2011a]. Vernieuwingen in het ontwerp van bandtransporteurs zijn gericht op het verminderen van de weerstand tussen de band en ondersteunende rollen, door bijvoorbeeld de toepassing van nieuwe rubber compounds, en de rolweerstand van de rol zelf [Lodewijks, 2011b].
Mors en stof
Andere belangrijke aspecten zijn mors en stof. In samenwerking met onder andere dertien bulkbedrijven en Rijkswaterstaat is het project ‘Morsvoorkoming bij grijperoverslag’ uitgevoerd. Hierbij zijn de hoeveelheid mors en de impact op de waterkwaliteit gekwantificeerd [Schott, 2011]. Dit heeft geleid tot aanpassing van de wet en regelgeving.
Een ander aandachtspunt is het ontstaan van en de verspreiding van stof, hiervoor zijn een aantal projecten gedefinieerd die in de startblokken staan.
Referenties
[Hiltermann, 2011] Hiltermann, J., Lodewijks, G., Schott, D.L., Rijsenbrij, J.C., Dekkers, J.A.J.M. & Pang, Y. (2011), "A methodology to predict power savings of troughed belt conveyors by speed control", Particulate Science and Technology, 29( 1), pp.14-27.
[Lodewijks, 2011a] Lodewijks, G, Schott, DL & Pang, Y (2011). "Energy Saving at Belt Conveyors by Speed Control". BeltCon16, August 3-4, 2011, Johannesburg, South Africa
[Lodewijks, 2011b] Lodewijks, G (2011) "The next generation low loss conveyor belts", BeltCon16, August 3-4, 2011, Johannesburg, South Africa
[Lommen, 2011] Lommen, SW, Schott, DL, Rahman, M, Lodewijks, G. (2011) "The Penetration of Iron Ore Pellets: Calibrating discrete element parameters using penetration tests", Particulate Systems Analysis 2011 (PSA 2011), September 5-8, 2011, Edinburgh, United Kingdom
[Pang, 2006] Pang, Y & Lodewijks, G (2006). "Knowledge-based maintenance decision-making for large-scale belt conveyor systems". Bulk solids handling, 26(1), pp. 32-39.
[Pang, 2010] Pang, Y (2010) "Intelligent belt conveyor monitoring and control". PhD thesis, TUDelft
[Schott, 2011] Schott, D.L., Roex, E., Rijsenbrij, J.C., Lodewijks, G. (2011) "Effect of spillage on water quality during transshipment of dry bulk Solids", 2011 IEEE Forum on Integrated and Sustainable Transportation Systems (FISTS2011), June 29 – July 1, 2011, Vienna, Austria
[Wu, 2011a] Wu, M, Schott, DL & Lodewijks, G (2008). "Possibility of a large-scale biomass bulk terminal in the Hamburg – Le Havre region", Proceedings of the 16th European Biomass Conference (pp. 464-474). Florence, Italy
[Wu, 2011b] Wu, M.R., Schott, D.L. & Lodewijks, G. (2011), "Physical properties of solid biomass", Biomass and Bioenergy, 35(5), pp.2093-2105
[Wu, 2011c] Wu, M.R., Ottjes, J.A., Schott, D.L., Lodewijks, G. (2011), "Biomass bulk terminals", Bulk Solids Handling, 31 (1), pp.32-37
