Whitepaper: Raspberry Pi in de TU Delft Hydromotion Waterstofboot

Introductie

Wij zijn het TU Delft Hydro Motion Team van 2024, een groep van 23 ambitieuze studenten met diverse studieachtergronden. Als team geven wij vorm aan de toekomst van duurzame techniek en creëren wij een blijvende erfenis. Onze missie is om de maritieme en energie-industrie richting een duurzame toekomst te stuwen. Dit doen we door innovatieve technologieën te ontwikkelen die het belang benadrukken van de integratie van waterstof-aangedreven schepen.

Onze reis begon 18 jaar geleden met het TU Delft Solar Boat Team. In de beginjaren voeren we op binnenwateren, waarna we de overstap maakten naar de open zee. Daar werden we in 2019 voor het eerst wereldkampioen. Nadat we het gebruik van zonne-energie als alternatief voor fossiele brandstoffen in de maritieme sector hadden bewezen, daagden we onszelf uit om de mogelijkheden van een andere groene brandstof te laten zien. In 2020 werd het Hydro Motion-project geboren en bouwden we ’s werelds eerste foiling waterstofboot. Dit leidde in 2023 tot de overwinning in de Open Sea Class van de Monaco Energy Boat Challenge, waarmee we opnieuw wereldkampioen werden!

Met al deze inspanningen merkten we dat de maritieme sector langzaam richting een duurzamere industrie bewoog. Na al deze prestaties vroegen we ons af: wat wordt onze volgende stap? De technologie is er. De kennis is er. We hoeven het nu alleen nog maar te implementeren en in ons voordeel te gebruiken. Maar hoe klaar is de wereld op dit moment voor een duurzame maritieme sector? Tijdens de ontwikkeling van onze boten hebben we gezien dat niet elke waterweg of haven is uitgerust om schepen te ondersteunen die werken op een hernieuwbare energiebron zoals de onze.

Daarom is het, als we echt de volgende stap willen zetten naar een duurzame maritieme sector, tijd voor een systeemverandering. We zijn vastbesloten om bedrijven en overheden wereldwijd ertoe te bewegen hun wetgeving aan te passen, zodat waterstof-aangedreven schepen worden toegestaan én de noodzakelijke infrastructuur voor de groene energietransitie wordt ontwikkeld.

Samen met onze partners zullen we in slechts één jaar tijd een foiling waterstofboot ontwerpen, bouwen, testen en laten varen. De kracht van waterstof zit in zijn uithoudingsvermogen dankzij de hoge energiedichtheid. Om deze kracht te laten zien, richten we ons op de toepassing van waterstof in zeewaardige schepen die lange afstanden kunnen afleggen. Om de mogelijkheden van onze boot te demonstreren, zullen we varen tussen Nederland en het Verenigd Koninkrijk.

We zullen een wereldrecord vestigen en de eerste volledig waterstof-aangedreven boot worden die de Noordzee oversteekt. Samen kunnen we geschiedenis schrijven en de toekomst sturen. Stap aan boord van onze reis vol uitdagingen, en welkom bij de volgende golf.

Raspberry Pi

Dit jaar speelt de vierde generatie Raspberry Pi een rol in twee cruciale subsystemen aan boord van de boot. Zowel het dashboard­scherm als het communicatie en informatiesysteem worden aangestuurd door een Raspberry Pi. Het dashboard beschikt nu over een helder 15 inch HD kleurenscherm waarop alle relevante gegevens voor de piloten worden weergegeven. Het gebruik van de Raspberry Pi blijkt een uitstekende oplossing om gegevens efficiënt te verwerken en het scherm razendsnel te updaten. Bovendien profiteert ook het communicatiesysteem, dat essentieel is voor de veiligheid en efficiëntie van de piloten, enorm van de betrouwbaarheid en stabiliteit die de Raspberry Pi biedt.

Dashboard­scherm

Zorgen dat piloten krijgen wat ze nodig hebben

Voordat we begonnen met het ontwerpen, onderzochten we wat piloten echt nodig hebben. Ze moeten weten hoe snel ze varen, hoe hoog ze boven het water zijn en of alle onderdelen van de boot goed functioneren. Daarom hebben we ervoor gezorgd dat ons dashboard al deze belangrijke informatie toont, zoals snelheid, hoogte en de status van verschillende onderdelen van de boot.

Omgaan met verschillende weersomstandigheden

Boten krijgen te maken met allerlei soorten weer, dus wilden we dat ons dashboard altijd goed functioneert. We hebben ervoor gezorgd dat de informatie op het dashboard goed leesbaar blijft, zelfs bij fel zonlicht of in het donker. Hiervoor gebruiken we speciale schermen die in alle lichtomstandigheden duidelijk blijven. Daarnaast is het dashboard waterdicht, zodat het niet beschadigt bij opspattend water.

Piloten helpen problemen te signaleren

Als er iets misgaat op de boot, moeten piloten dat zo snel mogelijk weten. Daarom hebben we waarschuwingen ingebouwd in het dashboard. Als er een probleem is, geeft het dashboard dit direct aan en vermeldt het zelfs welk onderdeel van de boot het betreft. Zo kunnen problemen snel worden verholpen en blijft de vaart soepel verlopen.

Alles naadloos laten samenwerken

We hebben ons dashboard zo ontworpen dat het goed samenwerkt met alle andere systemen aan boord. Het draait op dezelfde stroomvoorziening als de rest van de boot. Een extra omvormer in de behuizing van het scherm zorgt ervoor dat de Raspberry Pi van de juiste spanning en stroom wordt voorzien. Dit maakt installatie en onderhoud eenvoudiger. Bovendien is het dashboard gebouwd om lang mee te gaan en ook in zware omstandigheden goed te blijven functioneren. De ingebouwde ethernetverbinding zorgt ervoor dat gegevens snel kunnen worden gelezen en verzonden.

Informatie duidelijk weergeven

Ons belangrijkste doel was om piloten de informatie op een eenvoudige en duidelijke manier te laten begrijpen. We hebben de schermindelingen simpel en overzichtelijk gemaakt, zodat piloten snel en veilig beslissingen kunnen nemen.

Uiteindelijk is ons bootdashboard een grote stap vooruit in het eenvoudiger en veiliger maken van navigatie. Het zit vol met functies die piloten nodig hebben, werkt onder alle weersomstandigheden en is ontworpen om lang mee te gaan. Met dit dashboard kunnen piloten vol vertrouwen varen, waar hun reis hen ook brengt.

Communicatie en data-acquisitiesysteem

Communicatie mogelijk maken

In het hart van het communicatiesysteem aan boord bevindt zich een andere Raspberry Pi, deze verbonden met de headsets die de piloten dragen. Zodra de boot wordt ingeschakeld, maakt het systeem automatisch verbinding met de wal zodat de piloten altijd hoorbaar zijn. We maken gebruik van open source tools zoals Mumble, een audiochatserver, en de headless client Talkkonnect die draaien op de Raspberry Pi. Dit zorgt voor een soepele en zorgeloze opstart waarbij de audio automatisch wordt verbonden zonder dat de piloten zelf iets hoeven te doen.

Meer dan alleen audio

Naast audio gebruiken we de Raspberry Pi ook voor het verzamelen van gegevens aan boord. We maken gebruik van een centraal CAN bussysteem (Controller Area Network) om te communiceren tussen alle systemen in de boot. Alle sensorwaarden en commando’s worden hierop verzonden. Door deze te monitoren kunnen we data analyseren om problemen tijdens tests op te sporen en op te lossen. Met behulp van een Raspberry Pi en een CAN converter monitoren we de bus en vertalen en bewaren we deze gegevens in een open source Grafana en InfluxDB omgeving.

Veilig data en audio verzamelen

Door alle systemen samen te brengen kunnen we met de hulp van Elektronica Voor Jou, die alle Raspberry Pi’s levert, de Noordzee veilig oversteken en als eerste waterstofboot ooit deze prestatie neerzetten. Hiermee laten we de wereld het potentieel van waterstof in de maritieme sector zien.