Hybridní a elektrické lodě: Průvodce 2020
Jak hybridní plynové/elektrické automobily, jako je Tesla a Prius, rostou na popularitě a stávají se praktičtější možností pro běžné spotřebitele, výrobci lodí začali následovat. Zkušení jachtaři si obvykle váží přírodního vodního prostředí a ekosystému kolem sebe. Ekologický přístup je v životním stylu jachtařů hluboce zakořeněn, od sledování přílivu a odlivu až po soužití s volně žijícími živočichy. Díky novým technologicky vyspělým modelům lodí je nyní hybridní plynový/elektrický pohon nejen proveditelný, ale i příjemný.
V tomto průvodci se podíváme na některé značky lodí, modely, motory, výrobce a pohonné systémy, které v roce 2019 začínají žhavit trh se solárními, elektrickými/plynovými a alternativními zdroji energie – přinášejí udržitelnost do popředí námořního průmyslu.
Jak funguje hybridní elektrická loď
Hybridní lodní pohonný systém je jakákoli kombinace spalovacího motoru a elektromotoru. Elektrickou energii může vyrábět jeden z následujících zdrojů nebo jejich kombinace: generátor spalovacího motoru, větrný generátor, vlečený vodní generátor nebo solární panely. Čistě elektrické řešení se solárními panely je záviděníhodné díky nulové uhlíkové stopě a nízkým provozním nákladům a různé varianty těchto systémů se na plavidlech s alternativním pohonem prosazují. Pokrok v oblasti skladování energie i technologie solárních panelů snížil náklady a fyzickou stopu, díky čemuž jsou systémy pohonu na solární energii pro použití na lodích schůdnější.
Jaké jsou výhody spojené s hybridními a elektrickými loděmi?
Pohon na elektromotor má řadu výhod, včetně toho, že je tišší, účinnější při nižších rychlostech a méně zapáchá. Očekává se také, že sníží celkové náklady na vlastnictví tím, že sníží nebo odstraní potřebu výměny oleje a převodové kapaliny, výměny filtrů a oběžných kol a problémy se startérem. Také je třeba méně zimovat. Elektromotory navíc na rozdíl od vznětových nebo zážehových motorů poskytují plný točivý moment okamžitě, takže se lodě rychleji rozjedou. Přestavby na trhu s náhradními díly (které v současné době tvoří lví podíl trhu) mohou využívat stávající hnací hřídele a komponenty, takže při opětovném pohonu dochází k úspoře nákladů.
Hybridní a elektrické čluny a současný námořní trh
Jak již bylo zmíněno, nyní, když se v automobilovém průmyslu rozšířily hybridní a čistě elektrické pohonné systémy, začínají se prosazovat i hybridní nebo elektrické čluny. Přesto je námořní svět relativně malou tržní nikou, která má tendenci spíše následovat než vést ostatní odvětví, pokud jde o inovace. V současné době jsou pouze méně než 2 % lodí vybaveny elektrickým nebo hybridním pohonem. Tato pomalá adaptace je částečně způsobena specifickými problémy lodní dopravy. Lodě mají jinou frekvenci a variabilitu použití než automobily a trh má mnoho segmentů (trajekty, plachetnice, malé vysokorychlostní hladinové lodě, jachty pro plavbu na velké vzdálenosti atd.), kde se lodě používají odlišně, takže je obtížné vytvořit jedno řešení vhodné pro všechny aplikace. Několik společností se však snaží toto vše změnit.
Motorové a pomocné plachetnice jsou obvykle poháněny palubními nebo přívěsnými motory používajícími naftu nebo benzín. Stále větší oblibě se pro tyto účely těší elektromotory – tj. čistě elektrické motory napájené velkými bateriemi.
Stejně jako u každé nové technologie i zde existuje křivka přijetí. První osvojitelé jsou technologové, vizionáři a kutilové a tvoří jen asi 15 % trhu. V námořní dopravě jsou to dálkoví námořníci, kteří potřebují efektivní udržitelnost a autonomii, ale jsou to také trajekty a vodní taxíky, které jezdí na vodních plochách, kde nejsou povoleny spalovací motory. Pak přicházejí vlečné čluny s přívěsem, tendry a rybářské lodě a také charterové lodě, které vyplňují sladké místo na trhu s loděmi o délce 25-75 stop se středním výkonem.
Jaké jsou problémy s námořními hybridními a elektrickými loděmi?
Protože je elektronický pohon na námořním trhu v plenkách, dostupných řešení je málo a jsou drahá. Dosud byla většina elektrických člunů pomalá a malá a měla velmi omezený dojezd, ale to se mění. Je zde také problém infrastruktury, který je stejný jako v automobilovém průmyslu: Jaký je dojezd těchto nových plavidel a kde se dobíjejí? Stejně jako Tesla, kterou byste si pravděpodobně nevzali na cestu přes celou zemi, může loď potřebovat dobíjecí stanice blízko sebe, abyste mohli rychle „natankovat“.
Technologie elektrických a hybridních člunů
Použití bezkartáčových elektromotorů s permanentními magnety a pokrok v technologii lithium-iontových baterií umožnily udělat skok ve spěchu k elektrickým lodím. Lithium-iontové baterie jsou o polovinu těžší než olověné a mají třikrát delší životnost a pokrok v jejich účinnosti a stabilitě je značný.
Německý výrobce elektromotorů Torqeedo se spojil s BMW a „marinizoval“ baterie automobilky řady i3 a i8 pro použití v různých lodích. Přidali robustní tlumicí rám pro minimalizaci otřesů, ventilační systém pro bezpečné odvádění plynů a vodotěsnost podle normy IP67. Nové baterie se chlubí 31% nárůstem kapacity (hustoty energie) oproti předchozímu podobně velkému modelu a jejich rozměry (zhruba 5′ x 3′ x 6″) se vejdou i do nejkompaktnějších motorových prostorů.
Sériové a paralelní hybridní čluny
V současné době spolu na vodě bojují dva přístupy – sériové a paralelní hybridy. Sériový hybridní systém integruje generátor prodlužující dojezd. Motor pohání generátor, který napájí elektromotor připojený k hnacímu hřídeli – mezi motorem a hnacím hřídelem není žádné mechanické spojení. Paralelní systém má přímé mechanické spojení mezi motorem a hnacím hřídelem, ale zároveň pohání další elektromotor, který pracuje jako generátor – na stejné hřídeli.
Rekuperace energie s prodloužením dojezdu může být provedena pomocí volně se otáčející vrtule, což je snadné na pohybující se plachetnici a může být provedeno použitím pouze jednoho motoru najednou na motorovém člunu. Britský výrobce motorů, společnost Hybrid Marine, nabízí třetí možnost: vícerežimový systém, který kombinuje to nejlepší ze sériového a paralelního přístupu s uspořádáním spojek a převodovek.
Plně elektrické lodní pohonné systémy
Motor Deep Blue 100i společnosti Torqeedo je první plně integrovaný palubní elektrický pohonný systém, který je k dispozici ve dvou verzích – 2400 ot/min pro rychlejší hladinové lodě a 900 ot/min pro těžší výtlačné lodě do 120 stop. Celý systém, od kormidla až po vrtuli, je zaměřen na bezpečnost a rozšiřuje cílový trh z hlediska velikosti, rychlosti a typického využití plavidla.
Komplexní pohonný systém je složitou kombinací napětí, a to na vodě komplikuje situaci. Například jedna instalace palubního motoru může zahrnovat všechny následující prvky:
400 VDC pro pohon pomocí technologie automobilových baterií
110/240 VAC pro hotelové zátěže na střídavý proud
24 VDC pro palubní elektřinu
12 VDC pro „probuzení“ větších baterií a generátoru/rozšiřovače dosahu
obousměrné přepínání mezi sítěmi 24 a 400 V
To je spousta technologií, které se dají nacpat do trupů citlivých na prostor. Také to zvyšuje složitost a náklady.
Výrobci elektrických a hybridních lodních motorů
Mezi výrobce, kteří se zaměřili na tento trh, patří společnost Torqeedo se sídlem v Německu, která dotuje výzkum elektromotorů. Dalším uchazečem je společnost Elco z Atén ve státě New York, která podobně jako Torqueedo nabízí vestavné i závěsné elektromotory. Nesmíme také zapomenout na klasické trollingové motory Minn Kota, které již desítky let udržují rybáře bez emisí.
Dalšími hráči na trhu s elektromotory jsou finská společnost OceanVolt, italská Diesel Center, americká Electric Yacht a britská Hybrid Marine. Kalifornská společnost Electroprop prodává hotové systémy o výkonu 6 a 21 kW, které mohou stavitelé lodí zabudovat do svých stávajících strojoven. Švédský gigant v oblasti dieselových motorů, společnost Volvo Penta, slibuje, že v roce 2021 představí elektromotory instalované v řadě mezi svými diesely a kapslemi IPS, a spolupracuje s francouzským stavitelem katamaránů, společností Fountaine Pajot, na plachetnici Lucia 40 s hybridním pohonem.
Všichni hráči hledají v oblasti lodního pohonu na alternativní energii „killer app“. Je pravděpodobné, že několik z nich přežije, zatímco ostatní budou odkoupeni nebo zaniknou na stále konkurenčnějším trhu.
Nejmodernější koncepční návrhy v oblasti solárních lodí
Plně elektrické lodě dělají velký pokrok, ale stále tvoří malou část trhu s loděmi. Velmi propagované koncepční návrhy však pomáhají zvyšovat povědomí o alternativních energetických řešeních a jedním z takových zastánců je Touranor SolarPlanet, 102 stop dlouhý katamarán s trupem prorážejícím vlny. Futuristický švýcarský SolarPlanet stál při svém spuštění na vodu v roce 2010 15 milionů eur a za 585 dní obeplul zeměkouli výhradně na elektrickou energii generovanou 500 solárními panely na horní palubě. Ačkoli maximální rychlost konstrukce byla 14 uzlů, průměrná rychlost kolem zeměkoule byla 5 uzlů.
Po tomto působivém výkonu byla loď darována na výzkum. Lodě, jako je tato, jsou sice ojedinělé, ale pomáhají osvětlit, čeho lze v oblasti alternativních pohonů dosáhnout a jakým směrem se lodní doprava ubírá.
Příklady elektrických a hybridních lodí
Díky pokroku v konstrukci motorů i v technologii baterií se elektrický pohon dostává do různých segmentů lodního trhu od malých hoblovacích lodí až po velké cestovní jachty, a to jak motorové, tak plachetní. Někteří známí výrobci lodí již do těchto vod alternativních pohonů zabrousili.
Elektrický člun Hinckley Dasher
Elegantní a stylový Hinckley Dasher je plně elektrická luxusní jachta. Osmadvacetistopá loď Hinckely Dasher, kterou navrhl Michael Peters, byla od základu postavena pro elektrický pohon. Konstrukce napuštěná pryskyřicí kombinuje epoxidová a uhlíková vlákna se syntetickým jádrem, takže konstrukce váží pouhých 6 500 kg. A hmotnost je u elektromobility rozhodující.
Dasher je poháněn dvěma lithium-iontovými bateriemi BMW i3 o kapacitě 40 kWh, které pohánějí dva přímovstřikové motory o výkonu 80 koní. Jedná se o stejné baterie, které se používají v automobilu BMW i3, a měly by vydržet 9 let nebo 9 000 cyklů. Očekávejte dosažení maximální rychlosti 23 uzlů nebo plavbu rychlostí 8,5 uzlu. Maximální dojezd při rychlosti 20 uzlů bude 40 mil. K nabití z nuly na plnou kapacitu stačí čtyři hodiny, což je o něco rychleji než u Tesly.
Greenline Hybrid Yachts
Greenline je již léta lídrem v oblasti diesel-elektrických hybridních a solárních jachet. Společnost Greenline, která je ekologickým mezníkem mezi výrobci jachet, kombinuje ve svých systémech hybridního pohonu tradiční i inovativní technologie. Řada hybridních jachet Greenline je v současné době k dispozici v osmi různých modelech, včetně elegantní sportovní lodi NEO, rodinných kajutových cestovních lodí 33, 39 a 40 a lodí 45 Fly, 48 Fly, 48 Coupe a 65 OC. Všechny tyto modely dosahují špičkové spotřeby paliva.
SILENT-YACHTS
SILENT-YACHTS staví, jak sama společnost říká, první a jediné plně solárně udržitelné, oceánské, sériové jachty na světě. Tyto inovativní lodě jsou navrženy tak, aby byly zcela poháněny pouze solární energií, a nabízejí tak revoluční alternativní řešení čisté energie. Společnost tvrdí, že její speciální konfigurace komponentů zaručuje, že solární panely vygenerují za průměrný den více energie, než je celková spotřeba na pohon při cestovní rychlosti. Výrobce lodí se také chlubí tím, že všechny domácí spotřebiče mohou být napájeny solárními panely, které ke svému provozu nepotřebují žádnou další naftu nebo generátor.
Lodě na solární pohon od společnosti Soel Yachts
Holandská společnost Soel Yachts staví solární a hybridní plavidla včetně námořních raketoplánů. Soel Cat 12 z Nového Zélandu vypadá jako pontonový člun se solárním panelem na pevné střeše, který uveze až16 cestujících. Model poháněný dvěma elektromotory o výkonu 30 kW dokáže plout rychlostí osmi uzlů po dobu šesti hodin pouze na akumulovanou energii. Za slunečního svitu se dojezd prodlouží na 7,5 hodiny při rychlosti osm uzlů. Při rychlosti šest uzlů se dojezd prodlouží na 24 hodin (a přibližně 150 námořních mil), takže loď může jezdit i v noci, kdy se nevyrábí ani neukládá žádná energie. Maximální rychlost je 14 uzlů.
Frascher Mirage 740
Rakouský Frauscher Mirage 740 Air byl dříve k dispozici s motorem Mercury 350 k s pohonem zádi, ale dnes může být vybaven systémem Torqeedo Deep Blue, který kombinuje vysokootáčkový bezkartáčový palubní motor o výkonu 100 kW se dvěma bateriemi BMW řady i3 o výkonu 40 kW. Vysokokapacitní lithiové baterie jsou uloženy jedna nad druhou v motorovém prostoru na zádi. Frauscher je ideální pro oblasti, kde je k dispozici dobíjení (běžným pobřežním napájením), a jeho systém dokáže nabít až 75 % kapacity za méně než 1,5 hodiny. Maximální rychlost je 24 mph při 2200 ot/min. Dojezd je přibližně 20 mil. (V současné době balíček elektrického napájení zvyšuje základní cenu modelu Frauscher o 120 000 dolarů.)
Další solární a elektrické čluny
Mezi další elektrické čluny (některé se solárními panely) patří tendr Q Yachts Q30 a vodní taxi Secret 33. Společnost Duffy Boats vyrábí řadu elektrických rekreačních křižníků již 50 let. Mnoho z nich uvidíte v půjčovnách v turistických oblastech na koktejlových plavbách spolu s jejich hlavním konkurentem, společností Lear.
ElectraCraft vyrábí řadu elektrických pontonových člunů a Greenline Yachts ze Slovinska má velký výběr modelů s hybridním nebo elektrickým pohonem od 30 do 65 stop. Greenline Hybrid 33 pluje rychlostí až 6 uzlů na elektrický pohon se šesti panely o výkonu 1,3 kW na pevné střeše a lithium-iontovou bateriovou bankou nebo rychlostí až 15 uzlů s použitím dieselového motoru o výkonu 150 koní.
Úspora paliva v motorech hybridních lodí
Spalovací motory pro lodě podporující hybridní řešení pohonu
V hybridním řešení je stále potřeba nějaká forma spalovacího motoru (pro primární pohon nebo jako generátor). Tradiční výrobci vznětových motorů se stále více zaměřují na zlepšování palivové účinnosti svých motorů v palubních i přívěsných aplikacích a stávají se ideálním partnerem v hybridních přístupech.
Volvo Penta právě představila své vznětové motory D4 a D6, které byly překonfigurovány pro menší rozměry (kvůli úspoře hmotnosti), nižší emise (kvůli životnímu prostředí) a lepší hospodárnost (kvůli účinnosti spotřeby paliva). Mezitím výrobci závěsných motorů, jako jsou Evinrude a Yamaha, vyrábějí větší motory s větším točivým momentem, ale lepší spotřebou. Zdá se, že celý svět se snaží snížit svou uhlíkovou stopu, i když ji neeliminuje úplně.
Hybridní řešení pro plachetnice
Velké plachetnice jsou často na pomocný pohon, zejména když kotví, kotví nebo se vydávají na dlouhé plavby za bezvětří. Plachetnice pro dálkovou plavbu jsou průkopníky řešení solární energie pro potřeby energie na palubě pro hotelové zátěže, jako je chlazení, klimatizace a osvětlení. Problémem však byl pohon. V roce 2010 stavitel produkčních katamaránů Lagoon experimentoval s diesel-elektrickou konstrukcí, ale objevily se problémy, především kvůli nedostatečným možnostem skladování energie (baterie) v té době. Lagoon staví lví podíl plachetních katamaránů v charteru, které mají základnu v exotických lokalitách, kde je palivo drahé, a hybridní řešení by pro charterový průmysl znamenalo změnu hry.
Výrobce palubních motorů, společnost OceanVolt, pohání nejrůznější plachetnice včetně závodních plachetnic JBoats, luxusních denních plachetnic Alerion a lodí, které jsou často k vidění v charteru, jako je Dufour 382 a vícetrupová loď Voyage 480. Mezitím řada závěsných člunů Cruise společnosti Torqeedo zahrnuje modely s ovládáním plynu a systémem správy baterií založeným na GPS, který při proměnlivých rychlostech neustále hlásí zbývající dojezd a vyžaduje pouze dvě 24voltové lithium-iontové baterie. Tyto závěsné motory se dobře hodí pro menší a lehčí plachetnice pro manévrování v těsné blízkosti a motorizaci na krátké vzdálenosti, ale přínos mají i motorové čluny.
Na špičkové úrovni uvedl na trh výrobce luxusních plachetnic Gunboat katamarán Moonwave, který testuje hybridní elektrickou elektrárnu se záložním dieselovým generátorem. S bateriemi BMW i8 využívá Moonwave elektřinu pro pohon i pro potřeby svého velkého hotelu, což ztěžuje možnost zůstat po dlouhou dobu zcela na elektřinu.
Budoucnost hybridního a elektrického jachtingu
Technologie je sice komplikovaná a míra jejího zavádění je stále nižší než 2 %, ale změny probíhají stále rychleji, protože se objevují průlomové poznatky v oblasti baterií, konstrukce motorů a lehkých materiálů pro stavbu trupů. Rychlé, čisté, tiché a cenově výhodné elektrické, hybridní a solární lodě budou brzy na dosah všem jachtařům.
Napsáno autorem: Zuzana Prochazka
Zuzana Prochazka je spisovatelka a fotografka, která pracuje na volné noze pro desítku vodáckých časopisů a webových stránek. Zuzana, držitelka titulu USCG 100 Ton Master, se plavila, pronajímala a vedla flotily v mnoha částech světa a působí jako moderátorka v oblasti charterových destinací a témat. Je předsedkyní výboru New Product Awards, který hodnotí inovativní lodě a vybavení na výstavách NMMA a NMEA, a v současné době působí jako bezprostřední bývalá prezidentka Boating Writers International. Přispívá na stránky Boats.com a YachtWorld.com a také pravidelně bloguje na svých stránkách s recenzemi lodí TalkoftheDock.com.
Více z: Zuzana Prochazka
Související
.