Hybridi- ja sähköveneet: opas 2020
Kun kaasu-/sähköhybridiautot, kuten Tesla ja Prius, ovat kasvattaneet suosiotaan ja tulleet käytännöllisemmiksi vaihtoehdoiksi valtavirran kuluttajille, venevalmistajat ovat alkaneet seurata esimerkkiä. Kokeneet veneilijät arvostavat yleensä luonnollista vesiympäristöä ja ekosysteemiä ympärillään. Ekotietoisuus on syvään juurtunut veneilyn elämäntyyliin aina vuoroveden seuraamisesta villieläinten kanssa elämiseen. Uudet teknologisesti edistykselliset venemallit tekevät kaasu-/sähköhybridikäyttöisestä propulsiosta nyt paitsi toteuttamiskelpoista myös nautinnollista.
Tässä oppaassa tutustumme joihinkin venemerkkeihin, -malleihin, -moottoreihin, -valmistajiin, -valmistajiin ja propulsiojärjestelmiin, jotka alkavat lämmittää aurinko-, sähkö-/sähkö-/kaasuvene- ja vaihtoehtoisten energialähteiden markkinoita vuonna 2019 – ja tuovat kestävyyden merenkulkualan etusijalle.
Miten hybridi-sähkövene toimii?
Hybridi-moottoriveneen käyttövoimajärjestelmä on mikä tahansa polttomoottorin ja sähkömoottorin yhdistelmä. Sähkö voidaan tuottaa jollakin seuraavista tai niiden yhdistelmällä: polttomoottorigeneraattori, tuuligeneraattori, hinattava vesigeneraattori tai aurinkopaneelit. Aurinkopaneeleilla varustettu puhtaasti sähköinen ratkaisu on kadehdittava, koska sen hiilijalanjälki on olematon ja käyttökustannukset alhaiset, ja erilaiset versiot näistä järjestelmistä ovat saaneet jalansijaa vaihtoehtoista energiaa käyttävissä aluksissa. Sekä energian varastointi- että aurinkopaneeliteknologian kehitys on vähentänyt kustannuksia ja fyysistä jalanjälkeä, mikä tekee aurinkoenergialla toimivista propulsiojärjestelmistä entistä käyttökelpoisempia veneissä.
Mitkä ovat hybridi- ja sähkökäyttöisiin veneisiin liittyvät edut?
Sähkömoottorikäyttöisellä propulsiovoimalla on lukuisia etuja, muun muassa se, että se on hiljaisempi, tehokkaampi alhaisemmilla nopeuksilla ja vähemmän haiseva. Sen odotetaan myös alentavan omistuksen kokonaiskustannuksia vähentämällä tai poistamalla öljyn ja voimansiirtonesteen vaihtotarpeet, suodattimen ja siipipyörän vaihdot sekä käynnistinongelmat. Myös talvikunnossapitoa on vähemmän. Lisäksi toisin kuin diesel- tai kaasumoottorit, sähkömoottorit tuottavat täyden vääntömomentin välittömästi, joten veneet pääsevät nopeammin vauhtiin. Jälkimarkkinakonversioissa (jotka muodostavat tällä hetkellä leijonanosan markkinoista) voidaan käyttää olemassa olevia vetoakseleita ja komponentteja, joten uudelleenkäyttöönotto säästää kustannuksia.
Hybridi- ja sähkömoottoriveneet ja nykyiset merenkulkumarkkinat
Kuten mainittiin, nyt kun hybridi- ja puhtaasti sähkökäyttöiset propulsiojärjestelmät ovat yleistyneet autoteollisuudessa, myös hybridi- tai sähkömoottoriveneet alkavat yleistyä. Silti merenkulkuala on suhteellisen pieni markkinarako, jolla on taipumus pikemminkin seurata kuin johtaa muita teollisuudenaloja innovaatioiden suhteen. Tällä hetkellä vain alle 2 prosentissa veneistä on sähkö- tai hybridikäyttöinen voimanlähde. Tämä hidas sopeutuminen johtuu osittain veneilyyn liittyvistä erityiskysymyksistä. Veneiden käyttötiheys ja -vaihtelu on erilainen kuin autojen, ja markkinoilla on monia segmenttejä (lautat, purjeveneet, pienet nopeat höyläalukset, pitkien matkojen risteilyjahdit jne. Muutamat yritykset pyrkivät kuitenkin muuttamaan kaiken tämän.
Moottori- ja apupurjeveneet kulkevat tyypillisesti diesel- tai bensiinipolttoainetta käyttävillä sisä- tai perämoottoreilla. Näihin tarkoituksiin on alettu panostaa yhä enemmän sähkömoottoreihin – eli puhtaisiin sähkömoottoreihin, jotka saavat virtansa suurista akkupankeista.
Kuten missä tahansa uudessa teknologiassa on omaksumiskäyrä. Varhaisia omaksujia ovat teknologit, visionäärit ja puuhastelijat, ja heidän osuutensa markkinoista on vain noin 15 prosenttia. Merenkulkualalla nämä ovat kaukopurjehtijoita, jotka tarvitsevat tehokasta kestävyyttä ja autonomiaa, mutta he ovat myös lauttoja ja vesitakseja, jotka liikennöivät vesistöissä, joissa polttomoottorit eivät ole sallittuja. Sitten tulevat perävaunulliset hinattavat veneet, hinaajat ja kalastusveneet sekä charter-veneet, jotka täyttävät 25-75 jalkaisten keskitehoisten veneilyn makean pisteen.
Mitkä ovat merenkulun hybridi- ja sähköveneilyn ongelmat?
Koska sähköinen voimanlähde on merenkulkumarkkinoilla vasta lapsenkengissään, käytettävissä olevia ratkaisuja on vähän ja ne ovat kalliita. Toistaiseksi useimmat sähköveneet ovat olleet hitaita ja pieniä, ja niiden kantama on ollut hyvin rajallinen, mutta tämä on muuttumassa. Ongelmana on myös infrastruktuuri, joka on sama kuin autoteollisuudessa: Mikä on näiden uusien alusten kantama ja missä ne ladataan? Aivan kuten Tesla, jota et luultavasti ottaisi mukaan maantieajelulle, vene saattaa tarvita lähellä toisiaan sijaitsevia latausasemia nopeaa ”tankkausta” varten.
Sähkö- ja hybridiveneilyn taustalla oleva teknologia
Harjattomien kestomagneettisähkömoottoreiden käyttö ja edistysaskeleet litiumioniakkujen teknologiassa ovat mahdollistaneet harppauksia veneiden sähkökäyttöön siirtymisessä. Litiumioniakut ovat puolet painavampia kuin lyijyakut ja kestävät kolme kertaa pidempään, ja edistysaskeleet niiden tehokkuudessa ja vakaudessa ovat olleet merkittäviä.
Saksalainen sähkömoottorivalmistaja Torqeedo liittoutui BMW:n kanssa ja ”marinisoi” autonvalmistajan i3- ja i8-sarjan akut käytettäväksi erilaisissa veneissä. He lisäsivät vankan vaimennuskehyksen iskujen minimoimiseksi, tuuletusjärjestelmän kaasujen kanavoimiseksi turvallisesti ja IP67-standardin mukaisen vesitiiviyden. Uusien akkujen kapasiteetti (energiatiheys) on kasvanut 31 % edelliseen samankokoiseen malliin verrattuna, ja niiden pohjapinta-ala (noin 5′ x 3′ x 6″) mahtuu pienimpiinkin moottoritiloihin.
Sarja- ja rinnakkaishybridiveneet
Veneissä taistelee tällä hetkellä kaksi lähestymistapaa – sarja- ja rinnakkaishybridit. Sarjahybridijärjestelmään on integroitu kantamaa pidentävä generaattori. Moottori käyttää generaattoria, joka pyörittää vetoakseliin liitettyä sähkömoottoria – moottorin ja vetoakselin välillä ei ole mekaanista yhteyttä. Rinnakkaisessa järjestelmässä moottorin ja vetoakselin välillä on suora mekaaninen yhteys, mutta se pyörittää myös ylimääräistä sähkömoottoria, joka toimii generaattorina – samalla akselilla.
Välimatkaa laajentava tehon regenerointi voidaan toteuttaa vapaasti pyörivällä potkurilla, mikä on helppo toteuttaa liikkuvassa purjeveneessä, ja se voidaan toteuttaa käyttämällä vain yhtä moottoria kerrallaan moottoriveneessä. Brittiläinen moottorivalmistaja Hybrid Marine tarjoaa kolmannen vaihtoehdon: multimode-järjestelmän, jossa yhdistyvät sarja- ja rinnakkaislähestymistapojen parhaat puolet kytkin- ja hammaspyöräjärjestelyllä.
Täysin sähköiset merenkulun propulsiojärjestelmät
Torqeedon Deep Blue 100i -moottori on ensimmäinen täysin integroitu sisäpohjainen sähköinen propulsiojärjestelmä, jota on saatavana kahtena versiona – 2400 rpm nopeampiin höyläysveneisiin ja 900 rpm raskaampiin syrjäytysveneisiin, joiden pituus on korkeintaan 120 jalkaa. Koko järjestelmän painopiste ruorista potkuriin on turvallisuudessa, ja se on laajentanut kohdemarkkinoita veneen koon, nopeuden ja tyypillisen käytön suhteen.
Kokonaisvaltainen propulsiojärjestelmä on monimutkainen jännitteiden yhdistelmä, ja se tekee asioista monimutkaisia vesillä. Esimerkiksi yksi sisämoottoriasennus voi sisältää kaikki seuraavat:
400 VDC käyttövoimaa varten autojen akkutekniikkaa käyttäen
110/240 VAC vaihtovirtaan kytkettyjä hotellin kuormia varten
24 VDC laivasähköä varten
12 VDC isompien akkujen ja generaattorin/alueiden pidentäjän ”herättämiseksi”
kaksisuuntainen kytkentä 24- ja 400 V:n verkkojen välillä
Tämä on paljon tekniikkaa pakattavaksi tilantarpeen vuoksi ahtaaseen rungon sisään. Se lisää myös monimutkaisuutta ja kustannuksia.
Sähkö- ja hybridimerenkulkumoottoreiden valmistajat
Tälle markkinalle on keskittynyt muun muassa saksalainen Torqeedo, joka tukee sähkömoottoreiden tutkimusta. Toinen kilpailija on New Yorkin Ateenasta kotoisin oleva Elco, joka Torqueedon tavoin tarjoaa sekä sisä- että ulkolaitojen sähkömoottoreita. Ei pidä myöskään unohtaa klassisia Minn Kotan uistelumoottoreita, jotka ovat pitäneet kalastajat päästöttöminä jo vuosikymmeniä.
Muita toimijoita moottorimarkkinoilla ovat suomalainen OceanVolt, italialainen Diesel Center, amerikkalainen Electric Yacht ja brittiläinen Hybrid Marine. Kalifornialainen Electroprop myy valmiiksi pakattuja 6 ja 21 kW:n järjestelmiä, jotka veneenrakentajat voivat pudottaa olemassa oleviin konehuoneisiinsa. Ruotsalainen dieselmoottorijätti Volvo Penta lupaa tuoda vuonna 2021 markkinoille sähkömoottorit, jotka asennetaan niiden dieseleiden ja IPS-koteloiden väliin, ja se tekee yhteistyötä ranskalaisen katamaraaninrakentajan Fountaine Pajot’n kanssa hybridivoimalla varustetun Lucia 40 -purjeveneen parissa.
Monet toimijat etsivät kaikki merenkulun vaihtoehtoisten energialähteiden tappajasovellusta. On todennäköistä, että muutamat jäävät henkiin, kun taas toiset ostetaan tai häviävät yhä kilpaillummilla markkinoilla.
Aurinkoveneilyn huippukonseptimallit
Täysin sähkökäyttöiset veneet edistyvät huomattavasti, mutta ne ovat vielä pieni osa veneilymarkkinoista. Voimakkaasti mainostetut konseptimallit auttavat kuitenkin lisäämään tietoisuutta vaihtoehtoisista energiaratkaisuista, ja yksi tällainen puolestapuhuja on Touranor SolarPlanet, 102-jalkainen katamaraani, jossa on aaltoja läpäisevä runko. Futuristinen sveitsiläinen SolarPlanet maksoi 15 miljoonaa euroa, kun se laskettiin vesille vuonna 2010, ja se kiersi maapallon 585 päivässä pelkästään yläkannen 500 aurinkopaneelin tuottamalla sähköllä. Vaikka mallin huippunopeus oli 14 solmua, keskimääräinen nopeus maapallon ympäri oli 5 solmua.
Tämän vaikuttavan suorituksen jälkeen vene lahjoitettiin tutkimuskäyttöön. Tämänkaltaiset veneet voivat olla ainutkertaisia, mutta ne auttavat valaisemaan sitä, mitä vaihtoehtoisen energian käyttövoimalla voidaan saavuttaa ja mihin suuntaan veneily on menossa.
Esimerkkejä sähkö- ja hybridiveneistä
Moottorien suunnittelussa ja akkuteknologiassa tapahtuneiden edistysaskeleiden ansiosta sähköinen käyttövoima on saavuttamassa veneilymarkkinoiden moninaisia markkinasegmenttejä pienistä höyläysveneistä suuriin risteilyjahteihin sekä moottori- että purjeveneillä. Jotkut tunnetut veneenrakentajat ovat jo kastaneet varpaansa näihin vaihtoehtoisten voimanlähteiden vesille.
Hinckley Dasher -sähkövene
Hinckley Dasher on tyylikäs ja tyylikäs täyssähköinen luksusvene. Michael Petersin suunnittelema 28-jalkainen Hinckley Dasher rakennettiin alusta alkaen sähkökäyttöön. Hartsilla täytetyssä rakenteessa sekoitetaan epoksia ja hiilikuitua synteettiseen ytimeen, joten muotoilu painaa vain 6 500 kiloa. Ja paino on kriittinen tekijä sähköisessä liikkumisessa.
Dasherin käyttövoimana on kaksi 40 kWh:n BMW i3 -litiumioniakkua, jotka ohjaavat kahta 80 hv:n suoraa akselia sisältävää sisäperämoottoria. Nämä ovat samoja akkuja, joita käytetään BMW i3 -autossa, ja niiden pitäisi kestää 9 vuotta tai 9 000 sykliä. Huippunopeus on 23 solmua tai matkanopeus 8,5 solmua. Suurin toimintasäde 20 solmun nopeudella on 40 meripeninkulmaa. Neljä tuntia riittää lataukseen nollasta täyteen kapasiteettiin, mikä on hieman nopeampaa kuin Teslalla.
Greenline-hybridijahdit
Greenline on ollut johtava diesel-sähköisten hybridi- ja aurinkovoimalla toimivien jahdin alalla jo vuosia. Greenline on ekologinen merkkipaalu jahdinrakentajien keskuudessa, ja sen hybridivetojärjestelmissä yhdistyvät sekä perinteinen että innovatiivinen teknologia. Greenline-hybridijahtimallistoa on tällä hetkellä saatavana kahdeksan eri mallia, mukaan lukien tyylikäs NEO-urheiluvene, perhehytillä risteilevät 33, 39 ja 40 sekä 45 Fly, 48 Fly, 48 Coupe ja 65 OC. Kaikissa näissä malleissa saavutetaan alan johtava polttoainetaloudellisuus.
SILENT-YACHTS
SILENT-YACHTS rakentaa yhtiön omien sanojensa mukaan maailman ensimmäisiä ja ainoita täysin aurinkoenergiaa hyödyntäviä, merellä kulkevia tuotantojahteja. Nämä innovatiiviset veneet on suunniteltu toimimaan täysin pelkästään aurinkoenergialla, mikä tarjoaa vallankumouksellisen vaihtoehtoisen puhtaan energiaratkaisun. Yhtiö väittää, että sen erityinen komponenttikokoonpano takaa, että aurinkopaneelit tuottavat keskivertopäivänä enemmän virtaa kuin propulsiovoiman kokonaiskulutus matkanopeudella. Veneenrakentaja mainostaa myös, että kaikki kodinkoneet voivat saada virtansa aurinkopaneeleista, eikä niiden käyttämiseen tarvita ylimääräistä dieseliä tai generaattoria.
Solar Powered Boats by Soel Yachts
Alankomaalainen Soel Yachts rakentaa aurinko- ja hybridi-aluksia, mukaan lukien merisukkuloita. Uudesta-Seelannista peräisin oleva Soel Cat 12 näyttää ponttoniveneeltä, jonka kovakattoon on asennettu aurinkokenno, johon mahtuu jopa16 matkustajaa. Malli toimii kahdella 30 kW:n sähkömoottorilla, ja se voi kulkea kahdeksan solmun nopeudella kuuden tunnin ajan pelkästään varastoidulla virralla. Auringonpaisteessa matkustusmatka pitenee 7,5 tuntiin kahdeksan solmun nopeudella. Kuuden solmun nopeudella toimintasäde on 24 tuntia (ja noin 150 meripeninkulmaa), joten vene voi kulkea yöllä, kun energiaa ei tuoteta tai varastoida. Maksiminopeus on 14 solmua.
Frascher Mirage 740
Itävaltalainen Frauscher Mirage 740 Air oli aiemmin saatavana Mercuryn 350-hevosvoimaisella perämoottorilla, mutta nykyään se on saatavana Torqeedon Deep Blue -järjestelmällä, jossa yhdistyvät korkean kierrosluvun omaava 100 kW:n harjaton sisämoottori ja kaksi BMW i3 -sarjan 40 kW:n akkua. Suurikapasiteettiset litiumakut on pinottu päällekkäin moottoritilan perään. Frauscher sopii erinomaisesti alueille, joilla lataus (tavallisella maasähköllä) on saatavilla, ja sen järjestelmä voi ladata 75 prosentin kapasiteettiin alle 1,5 tunnissa. Huippunopeus on 24 mph nopeudella 2200 rpm. Toimintasäde on noin 20 meripeninkulmaa. (Tällä hetkellä sähkövoimapaketti lisää Frauscherin perushintaan 120 000 dollaria.)
Muut aurinko- ja sähköveneet
Muihin sähköveneisiin (joissa joissakin on aurinkopaneelit) kuuluvat Q Yachts Q30 tender ja Secret 33 -vesitaksi. Duffy Boats on rakentanut sähkökäyttöisiä huviristeilijöitä jo 50 vuoden ajan. Näet monia näistä vuokrauspalvelussa turistialueilla cocktail-risteilyillä yhdessä heidän pääkilpailijansa Learin kanssa.
ElectraCraft valmistaa sähköisten ponttoniveneiden linjaa, ja Greenline Yachtsilla Sloveniasta on suuri valikoima hybridi- tai sähkökäyttöisiä malleja 30-65 jalasta. Greenline Hybrid 33 risteilee jopa 6 solmun nopeudella sähköllä, jossa on kuusi 1,3 kW:n paneelia kovakannessa ja litiumioniakkupankki, tai jopa 15 solmun nopeudella 150 hv:n dieselmoottorilla.
Polttoainetehokkuus hybridiveneiden moottoreissa
Polttoainetehokkaat polttomoottorit hybridi-virtaratkaisuja tukeviin veneisiin
Hybridiratkaisussa tarvitaan edelleen jonkinlainen polttomoottori (ensisijaisena käyttövoimana tai generaattorina). Perinteiset dieselmoottorivalmistajat ovat yhä enemmän keskittyneet parantamaan moottoriensa polttoainetehokkuutta sekä sisä- että perämoottorisovelluksissa, ja niistä on tullut ihanteellinen kumppani hybridiratkaisuissa.
Volvo Penta esitteli juuri D4- ja D6-dieselmoottorinsa, jotka on muotoiltu uudelleen pienemmän koon (painonsäästöjen vuoksi), vähäisempien päästöjen (ympäristönsuojelun vuoksi) ja paremman taloudellisuuden (polttoaineen kuluttavan hyötysuhteen vuoksi) vuoksi. Samaan aikaan perämoottorivalmistajat, kuten Evinrude ja Yamaha, ovat rakentaneet suurempia moottoreita, joissa on enemmän vääntöä mutta parempi kulutus. Vaikuttaa siltä, että koko maailma yrittää keventää hiilijalanjälkeään, vaikka ei poistaisikaan sitä kokonaan.
Hybridiratkaisut purjeveneisiin
Suuret purjeveneet ovat usein apuvoiman varassa, varsinkin kun ne telakoituvat, ankkuroituvat tai lähtevät pitkille tuulettomille matkoille. Kaukomatkapurjeveneet ovat olleet edelläkävijöitä aurinkoenergiaratkaisuissa, jotka on tarkoitettu energiantarpeen tyydyttämiseen aluksella hotellien kuormien, kuten jäähdytyksen, ilmastointilaitteiden ja valaistuksen, yhteydessä. Propulsio on kuitenkin ollut haaste. Vuonna 2010 tuotantokatamaraanin rakentaja Lagoon kokeili diesel-sähkökäyttöistä mallia, mutta siihen liittyi haasteita, jotka johtuivat pääasiassa riittämättömistä energian varastointimahdollisuuksista (akku). Lagoon rakentaa leijonanosan charter-purjehduskatamaraaneista, jotka sijaitsevat eksoottisissa paikoissa, joissa polttoaine on kallista, ja hybridiratkaisu olisi käänteentekevä ratkaisu charter-teollisuudelle.
Sisämoottorivalmistaja OceanVolt käyttää moottoreita kaikenlaisiin purjeveneisiin, mukaan lukien JBoatsin purjehduskilpaveneet, Alerionin ylelliset päiväpurjeveneet ja veneet, joita näkee usein charter-markkinoilla, kuten esimerkiksi Dufourin 382:n ja monirunkoisen Voyage 480:n. Torqeedon Cruise-perämoottorisarjaan kuuluu malleja, joissa on kaasusäädin ja GPS-pohjainen akunhallintajärjestelmä, joka ilmoittaa jatkuvasti jäljellä olevan toimintasäteen vaihtelevilla nopeuksilla ja vaatii vain kaksi 24 voltin litiumioniakkua. Nämä perämoottorit sopivat hyvin pienempiin ja kevyempiin purjeveneisiin, joissa niillä voidaan manööveröidä lähietäisyydeltä ja ajaa lyhyitä matkoja, mutta myös moottoriveneet ovat hyötyneet niistä.
Edelläkävijä Gunboat lanseerasi Moonwaven, joka testaa hybridi-sähkövoimalaitosta, jossa on varavoimanlähteenä dieselgeneraattori. BMW i8 -akkujen avulla Moonwave käyttää sähköä propulsioon sekä suuriin hotellitarpeisiinsa, minkä vuoksi on vaikea pysyä täysin sähköisenä pitkiä aikoja.
Hybridi- ja sähköveneilyn tulevaisuus
Teknologia voi olla monimutkaista ja käyttöönottoprosentti vielä alle 2 %, mutta muutos tapahtuu kiihtyvällä vauhdilla, kun akkujen asiantuntemuksen, moottorin suunnittelun ja rungon kevyiden rakennusmateriaalien läpimurtoja otetaan käyttöön. Nopeat, puhtaat, hiljaiset ja kustannustehokkaat sähkö-, hybridi- ja aurinkoveneet ovat pian kaikkialla veneilijöiden ulottuvilla.
Kirjoittanut: Zuzana Prochazka
Zuzana Prochazka on kirjoittaja ja valokuvaaja, joka työskentelee freelancerina kymmenille veneilylehdille ja verkkosivustoille. USCG:n 100 tonnin päällikkönä Zuzana on risteillyt, vuokrannut ja kipparoinut laivoja eri puolilla maailmaa, ja hän toimii esitelmöitsijänä vuokrauskohteista ja -aiheista. Hän toimii puheenjohtajana New Product Awards -komiteassa, joka arvostelee innovatiivisia veneitä ja varusteita NMMA- ja NMEA-messuilla, ja hän on tällä hetkellä Boating Writers International -järjestön entinen puheenjohtaja. Hän osallistuu Boats.com- ja YachtWorld.com-sivustojen julkaisemiseen ja bloggaa säännöllisesti myös venearvostelusivustollaan TalkoftheDock.com.
Lisää osoitteesta: Zuzana Prochazka
Seuraavat
>
Veneenomistajat kompensoivat omistamisen kustannuksia listaamalla aluksensa Boatsetterin käyttäjäystävälliseen…
