Hibrid és elektromos csónakok: 2020-as útmutató
Amint a hibrid gáz/elektromos autók, például a Tesla és a Prius népszerűsége nőtt, és egyre praktikusabbá váltak a mainstream fogyasztók számára, a csónakgyártók is elkezdték követni a példát. A tapasztalt hajósok általában nagyra értékelik az őket körülvevő természetes vízi környezetet és ökoszisztémát. Az árapályok követésétől kezdve a vadon élő állatokkal való együttélésig a környezettudatosság mélyen beleivódott a csónakos életmódba. Az új, technológiailag fejlett hajómodellek most már nemcsak megvalósíthatóvá, hanem élvezetessé is teszik a hibrid gáz/elektromos meghajtást.
Ebben az útmutatóban megnézünk néhány olyan hajómárkát, modellt, motort, gyártót és meghajtási rendszert, amelyek 2019-ben kezdik felhevíteni a napenergia, az elektromos/gáz és az alternatív energia piacát – a fenntarthatóságot a hajózási ipar élvonalába helyezve.
Hogyan működik egy hibrid elektromos hajó?
A hibrid tengeri meghajtórendszer egy belsőégésű motor és egy elektromos motor bármilyen kombinációja. Az elektromos áramot a következők egyikével vagy kombinációjával lehet előállítani: belsőégésű motoros generátor, szélgenerátor, vontatott vízgenerátor vagy napelemek. A tisztán elektromos megoldás napelemekkel irigylésre méltó a nulla szén-dioxid-kibocsátás és az alacsony üzemeltetési költségek miatt, és e rendszerek különböző változatai egyre nagyobb teret nyernek az alternatív energiával működő hajókon. Az energiatárolási és a napelemes technológia fejlődése csökkentette a költségeket és a fizikai lábnyomot, így a napenergia-meghajtási rendszerek egyre inkább megvalósíthatóvá váltak a hajókon.
Milyen előnyökkel járnak a hibrid és elektromos hajók?
Az elektromos motoros meghajtás számos előnnyel jár, többek között csendesebb, alacsonyabb sebességnél hatékonyabb és kevésbé büdös. Várhatóan csökkenti a teljes tulajdonlási költséget is, mivel csökkenti vagy megszünteti az olaj- és váltófolyadékcserék, a szűrő- és járókerékcserék, valamint az indítóproblémák szükségességét. Kevesebbet kell téliesíteni is. Ráadásul a dízel- vagy benzinmotorokkal ellentétben az elektromos motorok azonnal teljes nyomatékot biztosítanak, így a hajók gyorsabban felszállnak. Az utángyártott átalakítások (amelyek jelenleg a piac oroszlánrészét teszik ki) felhasználhatják a meglévő hajtótengelyeket és alkatrészeket, így költségmegtakarítás érhető el az újbóli meghajtás során.
Hybrid és elektromos csónakok és a jelenlegi tengeri piac
Amint említettük, most, hogy a hibrid és tisztán elektromos meghajtási rendszerek elterjedtek az autóiparban, a hibrid vagy elektromos csónakok is kezdenek teret nyerni. Mégis, a tengeri világ egy viszonylag kis réspiac, amely az innováció tekintetében inkább követi, mint vezeti a többi iparágat. Jelenleg a hajóknak csak kevesebb mint 2 százaléka rendelkezik elektromos vagy hibrid meghajtással. Ez a lassú alkalmazkodás részben a hajózás egyedi problémáinak köszönhető. A hajók használatának gyakorisága és szórása eltér az autókétól, és a piac számos szegmensben (kompok, vitorlások, kis, nagy sebességű gyaloglók, nagy távolsági sétahajók stb.) eltérő módon használják a hajókat, ami megnehezíti az összes alkalmazásnak megfelelő megoldás megalkotását. Néhány vállalat azonban megpróbál mindezen változtatni.
A motoros és segédvitorlás hajókat jellemzően dízel- vagy benzinüzemű belső- vagy külsőmotorok hajtják. Ezekre a célokra egyre nagyobb vonzerővel bírnak az elektromos motorok – azaz a tisztán elektromos motorok, amelyeket nagy akkumulátortelepek táplálnak.
Mint minden új technológiánál, itt is van egy elfogadási görbe. A korai alkalmazók a technológusok, a látnokok és a barkácsolók, és ők a piacnak csak mintegy 15%-át teszik ki. A tengerészetben ezek a távolsági hajósok, akiknek hatékony fenntarthatóságra és autonómiára van szükségük, de ők a kompok és a vízi taxik is, amelyek olyan vízterületeken közlekednek, ahol a belső égésű motorok nem engedélyezettek. Ezután jönnek a pótkocsis vontatóhajók, a tenderkocsik és a halászhajók, valamint a charterhajók, amelyek a 25-75 láb közötti középkategóriás teljesítménypiacot töltik ki.
Melyek a tengeri hibrid és elektromos hajózás problémái?
Miatt az e-hajtás még gyerekcipőben jár a tengeri piacon, kevés a rendelkezésre álló megoldás, és ezek drágák. Eddig a legtöbb elektromos csónak lassú és kicsi volt, és nagyon korlátozott hatótávolsággal rendelkezett, de ez kezd megváltozni. Az infrastruktúra problémája is fennáll, ami az autóiparban is: Mekkora ezeknek az új hajóknak a hatótávolsága, és hol lehet őket feltölteni? Akárcsak egy Tesla, amelyet valószínűleg nem vinnénk országjáró körútra, egy hajónak is szüksége lehet egymáshoz közeli töltőállomásokra a gyors “tankoláshoz”.
Az elektromos és hibrid csónakázás mögött álló technológia
A kefe nélküli állandó mágneses elektromotorok használata és a lítium-ion akkumulátor-technológia fejlődése lehetővé tette, hogy a tengeri elektromosság felé való rohamban ugrások történjenek. A lítium-ion akkumulátorok fele olyan nehezek, mint az ólom-sav akkumulátorok, és háromszor olyan hosszú élettartamúak, és jelentős előrelépések történtek a hatékonyságuk és stabilitásuk terén.
A német elektromos motorgyártó, a Torqeedo összefogott a BMW-vel, és “hajózhatóvá tette” az autógyártó i3 és i8 sorozatú akkumulátorait különböző hajókban való használatra. Hozzáadtak egy robusztus csillapító keretet az ütések minimalizálása érdekében, egy szellőzőrendszert a gázok biztonságos elvezetéséhez és az IP67-es szabvány szerinti vízszigetelést. Az új akkumulátorok 31%-os kapacitásnövekedést (energiasűrűség) kínálnak az előző, hasonló méretű modellhez képest, és alapterületük (nagyjából 5′ x 3′ x 6″) még a legkompaktabb motorterekben is elfér.
Soros és párhuzamos hibrid csónakok
A vízen jelenleg két megközelítés küzd egymással – a soros és a párhuzamos hibridek. A soros hibrid rendszer egy hatótávnövelő generátort integrál. A motor hajtja a generátort, amely egy, a hajtótengelyhez csatlakoztatott villanymotort hajt – a motor és a hajtótengely között nincs mechanikus kapcsolat. A párhuzamos rendszerben közvetlen mechanikus kapcsolat van a motor és a hajtótengely között, de egy további elektromos motort is meghajt, amely generátorként működik – ugyanazon a tengelyen.
A hatótávnövelő teljesítmény-visszanyerés megvalósítható egy szabadon forgó hajócsavarral, ami könnyen megvalósítható egy mozgó vitorláson, és megvalósítható egy motoros hajón egyszerre csak egy motor használatával. A brit motorgyártó, a Hybrid Marine egy harmadik lehetőséget kínál: egy multimódos rendszert, amely a soros és a párhuzamos megközelítés legjobb tulajdonságait kombinálja kuplungok és fogaskerekek elrendezésével.
Teljesen elektromos tengeri meghajtási rendszerek
A Torqeedo Deep Blue 100i motorja az első teljesen integrált belső elektromos meghajtási rendszer, amely két változatban kapható: 2400 fordulat/perc a gyorsabb gördülő hajókhoz és 900 fordulat/perc a nehezebb, 120 lábig terjedő vízkiszorítású hajókhoz. Az egész rendszer középpontjában a kormánytól a hajócsavarig a biztonság áll, és kibővítette a célpiacot a hajó mérete, sebessége és tipikus használata szempontjából.
Az átfogó meghajtási rendszer a feszültségek összetett kombinációja, és ez bonyolítja a dolgokat a vízen. Például egy belső motoros telepítés a következőket tartalmazhatja:
400 VDC a meghajtáshoz autóipari akkumulátortechnológiával
110/240 VAC a szállodai terhelésekhez váltakozó áramra
24 VDC a fedélzeti elektromossághoz
12 VDC a nagyobb akkumulátorok és a generátor/távhosszabbító “felébresztéséhez”
kétirányú kapcsolás a 24 és 400 V-os hálózatok között
Ez rengeteg technológia a helyérzékeny hajótestekbe. Ez növeli a bonyolultságot és a költségeket is.
Elektromos és hibrid hajómotorok gyártói
Az erre a piacra összpontosító gyártók közé tartozik a németországi székhelyű Torqeedo, amely támogatja az elektromos motorok kutatását. Egy másik versenyző az Elco a New York állambeli Athensból, amely a Torqueedóhoz hasonlóan bel- és kültéri villanymotorokat is kínál. Nem szabad megfeledkeznünk a klasszikus Minn Kota pergetőmotorokról sem, amelyek évtizedek óta emissziómentesen tartják a horgászokat.
A motorpiac további szereplői közé tartozik a finn OceanVolt, az olasz Diesel Center, az amerikai Electric Yacht és a brit Hybrid Marine. A kaliforniai székhelyű Electroprop előre csomagolt 6 és 21 kW-os rendszereket értékesít, amelyeket a hajóépítők a meglévő motortermeikbe dobhatnak be. A svéd dízelmotor-óriás, a Volvo Penta 2021-re ígéri a dízelek és az IPS podok közé sorba szerelt elektromos motorok bevezetését, és a francia katamaránépítővel, a Fountaine Pajot-val együtt dolgozik egy Lucia 40-es vitorláson, amely hibrid meghajtással rendelkezik.
Sok szereplő keresi a gyilkos alkalmazást a tengeri alternatív energiahajtás területén. Valószínű, hogy néhányan túlélnek majd, míg másokat felvásárolnak vagy eltűnnek az egyre élesedő versenypiacon.
A napelemes csónakázás élvonalbeli koncepciótervei
A teljesen elektromos meghajtású hajók nagy előrelépést tesznek, de még mindig csak kis részét teszik ki a csónakázási piacnak. A nagy népszerűségnek örvendő koncepciótervek azonban segítenek felhívni a figyelmet az alternatív energiamegoldásokra, és az egyik ilyen szószóló a Touranor SolarPlanet, egy 102 láb hosszú, hullámtörő hajótesttel rendelkező katamarán. A futurisztikus svájci SolarPlanet 15 millió euróba került, amikor 2010-ben vízre bocsátották, és 585 nap alatt megkerülte a Földet, kizárólag a felső fedélzetén lévő 500 napelem által termelt elektromos energiával. Bár a konstrukció csúcssebessége 14 csomó volt, a Föld körüli átlagsebesség 5 csomó volt.
A lenyűgöző teljesítmény után a hajót kutatási célokra adományozták. Lehet, hogy az ehhez hasonló hajók egyszeri példányok, de segítenek rávilágítani arra, hogy mit lehet elérni az alternatív energiahajtás terén, és milyen irányba halad a hajózás.
Példák elektromos és hibrid hajókra
A motortervezés és az akkumulátor-technológia terén elért fejlődésnek köszönhetően az elektromos meghajtás a hajózási piac különböző szegmenseit éri el a kis gördülőhajóktól a nagy motoros és vitorlás sétahajókig. Néhány jól ismert hajóépítő már megmártózott ezekben az alternatív meghajtású vizekben.
Hinckley Dasher elektromos hajó
A Hinckley Dasher elegáns és elegáns, egy teljesen elektromos luxusjacht. A Michael Peters által tervezett 28 láb hosszú Hinckley Dasher az alapoktól kezdve elektromos meghajtásra épült. A gyantával átitatott építés epoxi és szénszálas anyagokat vegyít szintetikus maggal, így a dizájn mindössze 6500 fontot nyom. A súly pedig kritikus az elektromos mobilitásban.
A Dasher meghajtásáról két darab 40 kWh-s BMW i3 lítiumion akkumulátor gondoskodik, amelyek két darab 80 lóerős, egyenes tengelyű, beépített motort hajtanak. Ezek ugyanazok az akkumulátorok, amelyeket a BMW i3 személygépkocsiban használnak, és 9 évig vagy 9000 ciklusig tartanak. A hajó várhatóan 23 csomós végsebességet ér el, vagy 8,5 csomós sebességgel halad. A maximális hatótávolság 20 csomós sebességgel 40 mérföld lesz. Négy óra elegendő a nulláról a teljes kapacitásig történő feltöltéshez, ami egy kicsit gyorsabb, mint egy Tesla.
Greenline Hybrid Yachts
A Greenline évek óta vezető szerepet tölt be a dízel-elektromos hibrid és napelemes jachtok területén. A jachtépítők között ökológiai mérföldkőnek számító Greenline a hagyományos és az innovatív technológiát ötvözi hibrid meghajtású rendszereiben. A Greenline Hybrid jachtcsalád jelenleg nyolc különböző modellben kapható, köztük a karcsú NEO sporthajó, a családi kabinos cirkáló 33, 39 és 40, valamint a 45 Fly, 48 Fly, 48 Coupe és a 65 OC. Ezek a modellek mindegyike iparágvezető üzemanyag-hatékonyságot ér el.
SILENT-YACHTS
A SILENT-YACHTS építi a cég által a világ első és egyetlen, teljesen napenergiával fenntartható, óceánjáró, sorozatgyártású jachtjának nevezett hajót. Ezeket az innovatív hajókat úgy tervezték, hogy teljesen kizárólag napenergiával működjenek, forradalmi alternatív tiszta energiamegoldást kínálva. A vállalat állítása szerint az alkatrészek különleges konfigurációja garantálja, hogy a napelemek egy átlagos napon több energiát termelnek, mint amennyit a hajó meghajtásához szükséges teljes fogyasztás cirkálósebességnél igényel. A hajóépítő azzal is henceg, hogy az összes háztartási készüléket a napelemekkel lehet működtetni, így nincs szükség további dízelre vagy generátorra a működéshez.
Solar Powered Boats by Soel Yachts
A holland Soel Yachts napelemes és hibrid hajókat épít, köztük tengeri siklókat. Az új-zélandi Soel Cat 12 úgy néz ki, mint egy pontonhajó a keménytetőn elhelyezett napelemes rendszerrel, amely akár16 utast is szállíthat. A két 30 kW-os villanymotorral hajtott modell hat órán át képes nyolc csomós sebességgel haladni kizárólag tárolt energiával. Napsütésben a hatótávolság 7,5 órára nő nyolc csomós sebességgel. Hat csomós sebességnél a hatótávolság 24 órára (és körülbelül 150 tengeri mérföldre) nő, így a hajó éjszaka is közlekedhet, amikor nem termel vagy tárol energiát. A maximális sebesség 14 csomó.
Frascher Mirage 740
Az osztrák Frauscher Mirage 740 Air korábban egy Mercury 350 lóerős farhajtással volt kapható, de ma már a Torqeedo Deep Blue rendszerével is kapható, amely egy nagy fordulatszámú, 100 kW-os kefe nélküli belső motor és két BMW i3 sorozatú, 40 kW-os akkumulátor kombinációja. A nagy kapacitású lítium akkumulátorok a motortér hátsó részében egymás fölött vannak elhelyezve. A Frauscher ideális olyan területeken, ahol a feltöltés (rendes parti árammal) elérhető, és a rendszere kevesebb mint 1,5 óra alatt képes 75 százalékos kapacitásig feltölteni. A csúcssebesség 24 mérföld/óra 2200 fordulat/perc fordulatszámon. A hatótávolság körülbelül 20 mérföld. (Jelenleg az elektromos energiacsomag 120 000 dollárral növeli a Frauscher alapárát.)
Más napelemes és elektromos hajók
A többi elektromos hajó (némelyik napelemes) közé tartozik a Q Yachts Q30 tender és a Secret 33 vízitaxi. A Duffy Boats az elmúlt 50 évben elektromos szabadidőcirkálók sorát építette. Sok ilyet látni fogsz a turisztikai területeken a koktélhajók bérleti szolgáltatásában a fő versenytársukkal, a Learrel együtt.
Az ElectraCraft elektromos pontoncsónakok sorát gyártja, és a szlovéniai Greenline Yachtsnak nagy választéka van hibrid vagy elektromos meghajtású modellekből 30 és 65 láb között. A Greenline Hybrid 33 akár 6 csomós sebességgel is hajózhat elektromos meghajtással, hat 1,3 kW-os panellel a keménytetőn és egy lítium-ion akkumulátorbankkal, vagy akár 15 csomós sebességgel egy 150 lóerős dízel segítségével.
A hibrid hajómotorok üzemanyag-hatékonysága
Tüzelőanyag-hatékony belső égésű motorok a hibrid meghajtású megoldásokat támogató hajókhoz
A hibrid megoldásokban továbbra is szükség van valamilyen belső égésű motorra (elsődleges meghajtáshoz vagy generátorként). A hagyományos dízelmotorgyártók egyre inkább a motorok üzemanyag-hatékonyságának javítására összpontosítanak mind a belső-, mind a külső motoros alkalmazásokban, és ideális partnerré váltak a hibrid megközelítésekben.
A Volvo Penta most mutatta be D4 és D6 dízelmotorjait, amelyeket kisebb méretre (a súlycsökkentés érdekében), alacsonyabb kibocsátásra (a környezetvédelem érdekében) és jobb gazdaságosságra (az üzemanyag-felvételi hatékonyság érdekében) alakítottak át. Eközben a külső motorok gyártói, mint az Evinrude és a Yamaha, nagyobb motorokat építettek, nagyobb nyomatékkal, de jobb futásteljesítménnyel. Úgy tűnik, az egész világ igyekszik csökkenteni a szén-dioxid-kibocsátást, még ha nem is szüntetik meg teljesen.
Hybrid megoldások vitorlásokhoz
A nagy vitorlások gyakran vannak segédhajtás alatt, különösen dokkoláskor, horgonyzáskor vagy hosszú, szélcsendes utakra való induláskor. A távolsági cirkáló vitorláshajók úttörő szerepet játszottak a napenergia-megoldásokban a fedélzeti energiaszükségletek, például a hűtés, a klímaberendezés és a világítás energiaigényének kielégítésére. A meghajtás azonban kihívást jelentett. 2010-ben a Lagoon, a sorozatgyártású katamaránok építője kísérletezett dízel-elektromos konstrukcióval, de kihívások merültek fel, elsősorban az akkori elégtelen energiatárolási (akkumulátor) képességek miatt. A Lagoon építi a bérelhető vitorlás katamaránok oroszlánrészét, amelyek egzotikus helyeken állnak, ahol az üzemanyag drága, és egy hibrid megoldás megváltoztatná a charter iparágat.
A belső motorokat gyártó OceanVolt mindenféle vitorlás hajót hajt, beleértve a JBoats vitorlás versenyzőket, az Alerion luxus egynapos vitorlásokat és olyan hajókat, amelyeket gyakran látni a charterben, mint a Dufour 382 és a Voyage 480 többtestű. Eközben a Torqeedo Cruise mellékmotor sorozatában gázkarral és GPS-alapú akkumulátor-kezelő rendszerrel ellátott modellek szerepelnek, amelyek változó sebességnél folyamatosan jelzik a hátralévő hatótávolságot, és mindössze két 24 voltos lítium-ion akkumulátort igényelnek. Ezek a külmotorok jól alkalmazhatók kisebb, könnyebb vitorlásokon a közeli manőverezéshez és a rövid távú motorozáshoz, de a motorcsónakok is profitálnak belőlük.
Az élvonalban az előkelő vitorlás katamaránokat építő Gunboat elindította a Moonwave-et, amely egy hibrid elektromos erőművet tesztel dízelgenerátoros tartalékkal. A BMW i8 akkumulátorokkal a Moonwave villamos energiát használ a meghajtáshoz, valamint a nagy szállodai igényeikhez, ami megnehezíti, hogy hosszú ideig teljesen elektromos maradjon.
A hibrid és elektromos hajózás jövője
A technológia bonyolult lehet, és az elfogadási arány még mindig 2% alatt van, de a változás gyorsuló ütemben történik, ahogy az áttörések az akkumulátorok szakértelme, a motortervezés és a könnyű hajótest-építőanyagok terén bevezetésre kerülnek. A gyors, tiszta, csendes és ár-érték arányos elektromos, hibrid és napelemes hajók hamarosan mindenhol elérhetővé válnak a hajósok számára.
Az író: Zuzana Prochazka
Zuzana Prochazka író és fotós, aki tucatnyi hajós magazinnak és weboldalnak dolgozik szabadúszóként. A USCG 100 tonnás mestereként Zuzana a világ számos pontján hajózott, bérelt és skippelt flottillákat, és előadóként szolgál a charter célállomásokról és témákról. Az NMMA és NMEA kiállításokon innovatív hajókat és felszereléseket bíráló New Product Awards bizottság elnöke, és jelenleg a Boating Writers International közvetlen korábbi elnöke. Közreműködik a Boats.com és a YachtWorld.com oldalakon, valamint rendszeresen blogol a TalkoftheDock.com nevű hajóértékelő oldalán.
Még több: Zuzana Prochazka
Related
A hajótulajdonosok a tulajdonlás költségeit azzal egyenlítik ki, hogy hajóikat a Boatsetter felhasználóbarát…
