Łodzie hybrydowe i elektryczne: Przewodnik 2020
Jak hybrydowe samochody gazowe/elektryczne, takie jak Tesla i Prius, zyskały na popularności i stały się bardziej praktycznymi opcjami dla konsumentów głównego nurtu, producenci łodzi zaczęli podążać za tym przykładem. Doświadczeni żeglarze mają tendencję do doceniania naturalnego środowiska wodnego i ekosystemu wokół nich. Od podążania za pływami do współistnienia z dziką przyrodą, bycie świadomym ekologicznie jest głęboko zakorzenione w żeglarskim stylu życia. Nowe, zaawansowane technologicznie modele łodzi sprawiają, że hybrydowy napęd gazowo-elektryczny jest teraz nie tylko wykonalny, ale i przyjemny.
W tym przewodniku przyjrzymy się niektórym markom łodzi, modelom, silnikom, producentom i systemom napędowym, które zaczynają rozgrzewać rynek energii słonecznej, elektrycznej/gazowej i alternatywnej w 2019 roku – przynosząc zrównoważony rozwój na czoło przemysłu morskiego.
Jak działa hybrydowa łódź elektryczna?
Morski hybrydowy układ napędowy to dowolna kombinacja silnika spalinowego i silnika elektrycznego. Energia elektryczna może być wytwarzana przez jeden lub kombinację następujących elementów: generator silnika spalinowego, generator wiatrowy, holowany generator wodny lub panele słoneczne. Rozwiązanie czysto elektryczne z panelami słonecznymi jest godne pozazdroszczenia ze względu na zerowy ślad węglowy i niskie koszty operacyjne, a różne wersje tych systemów zyskują coraz większą popularność na statkach napędzanych alternatywnymi źródłami energii. Postępy zarówno w technologii magazynowania energii jak i paneli słonecznych zmniejszyły koszty i fizyczny ślad czyniąc systemy napędowe zasilane energią słoneczną bardziej wykonalnymi do zastosowania na łodziach.
Jakie są korzyści związane z łodziami hybrydowymi i elektrycznymi?
Istnieją liczne korzyści z napędu elektrycznego w tym, że jest on cichszy, bardziej wydajny przy niższych prędkościach i mniej śmierdzący. Oczekuje się również obniżenia ogólnych kosztów posiadania poprzez zmniejszenie lub wyeliminowanie potrzeb wymiany oleju i płynów przekładniowych, wymiany filtrów i wirników oraz problemów z rozrusznikiem. Mniej jest też konieczności zimowania. Dodatkowo, w przeciwieństwie do silników wysokoprężnych lub gazowych, silniki elektryczne natychmiast dostarczają pełny moment obrotowy, dzięki czemu łodzie szybciej wzbijają się w powietrze. Aftermarket konwersji (które obecnie stanowią lwią część rynku) mogą korzystać z istniejących wałów napędowych i komponentów, więc jest oszczędność kosztów przy re-powering.
Hybrydowe i elektryczne łodzie i obecny rynek morski
Jak wspomniano, teraz, że hybrydowe i czysto elektryczne systemy napędowe rozprzestrzeniły się w branży motoryzacyjnej, hybrydowe lub elektryczne łodzie zaczynają zyskiwać parę. Nadal, świat morski jest stosunkowo niewielki rynek niszowy, który ma tendencję do naśladowania, a nie prowadzić inne branże w zakresie innowacji. Obecnie tylko mniej niż 2 procent łodzi wyposażonych jest w napęd elektryczny lub hybrydowy. Ta powolna adaptacja jest częściowo spowodowana wyjątkowymi problemami związanymi z żeglarstwem. Łodzie mają inną częstotliwość i zmienność użytkowania niż samochody, a rynek ma wiele segmentów (promy, żaglówki, małe szybkie strugarki, duże jachty wycieczkowe, etc.), gdzie łodzie są używane w różny sposób, co sprawia, że trudno jest zbudować jedno rozwiązanie pasujące do wszystkich zastosowań. Jednak kilka firm stara się to zmienić.
Łodzie motorowe i pomocnicze napędzane są zazwyczaj silnikami stacjonarnymi lub zaburtowymi wykorzystującymi olej napędowy lub benzynę. Coraz większą popularnością cieszą się silniki elektryczne do tych celów – tj. silniki czysto elektryczne zasilane przez duże baterie akumulatorów.
Jak w przypadku każdej nowej technologii, istnieje krzywa adaptacji. Wcześni nabywcy to technolodzy, wizjonerzy i majsterkowicze, którzy stanowią tylko około 15% rynku. W żegludze morskiej, są to żeglarze, którzy potrzebują wydajnego zrównoważonego rozwoju i autonomii, ale są to również promy i taksówki wodne, które działają na akwenach, gdzie silniki spalinowe nie są dozwolone. Następnie przychodzą przyczepy holownicze, przetargi i łodzie rybackie, jak również łodzie czarterowe, aby wypełnić słodki punkt żeglarstwa 25-75 stóp rynku średniego zakresu mocy.
Jakie są problemy z morskimi łodziami hybrydowymi i elektrycznymi?
Ponieważ napęd elektryczny jest w powijakach na rynku morskim, dostępnych rozwiązań jest niewiele i są one drogie. Jak dotąd większość łodzi elektrycznych była powolna, mała i miała bardzo ograniczony zasięg, ale to się zmienia. Istnieje również problem infrastruktury, który jest taki sam jak w motoryzacji: Jaki jest zasięg tych nowych jednostek pływających i gdzie można je ładować? Podobnie jak Tesla, której prawdopodobnie nie zabrałbyś na wycieczkę po kraju, łódź może potrzebować stacji ładowania położonych blisko siebie, aby szybko „zatankować”.
Technologia kryjąca się za elektrycznym i hybrydowym żeglarstwem
Użycie bezszczotkowych silników elektrycznych z magnesami stałymi i postępy w technologii akumulatorów litowo-jonowych pozwoliły na dokonanie skoków w pędzie do elektryczności morskiej. Akumulatory litowo-jonowe są o połowę cięższe od akumulatorów kwasowo-ołowiowych i wytrzymują trzy razy dłużej, a postępy w ich skuteczności i stabilności są znaczące.
Niemiecki producent silników elektrycznych, Torqeedo, współpracował z BMW i „marinizował” akumulatory serii i3 i i8 producenta samochodów do użytku w różnych łodziach. Dodano wytrzymałą ramę tłumiącą, aby zminimalizować wstrząsy, system odpowietrzania, aby bezpiecznie odprowadzać gazy i wodoszczelność zgodną ze standardem IP67. Nowe akumulatory zapewniają 31% wzrost pojemności (gęstości energii) w stosunku do poprzedniego modelu o podobnej wielkości, a ich wymiary (około 5′ x 3′ x 6″) można zmieścić nawet w najbardziej kompaktowych przestrzeniach silnikowych.
Seryjne i równoległe łodzie hybrydowe
Obecnie na wodzie walczą ze sobą dwa podejścia – hybrydy szeregowe i równoległe. Szeregowy system hybrydowy zawiera generator zwiększający zasięg. Silnik napędza generator, który zasila silnik elektryczny podłączony do wału napędowego – nie ma żadnego mechanicznego połączenia między silnikiem a wałem napędowym. System równoległy posiada bezpośrednie połączenie mechaniczne pomiędzy silnikiem a wałem napędowym, ale napędza również dodatkowy silnik elektryczny, który działa jako generator – na tym samym wale.
Regeneracja mocy rozszerzającej zakres może być zrealizowana przez swobodnie obracającą się śrubę napędową, co jest łatwe do wykonania na poruszającej się łodzi żaglowej i może być zrealizowane przy użyciu tylko jednego silnika w tym samym czasie na łodzi motorowej. Brytyjski producent silników, Hybrid Marine, oferuje trzecią opcję: system wielotrybowy, który łączy w sobie najlepsze z podejść szeregowych i równoległych z układem sprzęgieł i przekładni.
W pełni elektryczne morskie systemy napędowe
Silnik Deep Blue 100i firmy Torqeedo jest pierwszym w pełni zintegrowanym pokładowym elektrycznym systemem napędowym, który jest dostępny w dwóch wersjach – 2400 obr/min dla szybszych łodzi strugarskich i 900 obr/min dla cięższych statków wypornościowych do 120 stóp. Cały system, od steru do śruby, koncentruje się na bezpieczeństwie i rozszerza rynek docelowy pod względem wielkości, prędkości i typowego wykorzystania statku.
Wszechstronny system napędowy jest złożoną kombinacją napięć, a to komplikuje sprawy na wodzie. Na przykład, jedna instalacja silnika stacjonarnego może zawierać wszystkie z następujących elementów:
400 VDC dla napędu wykorzystującego technologię akumulatorów samochodowych
110/240 VAC dla obciążeń hotelowych na prąd zmienny
24 VDC dla elektryki pokładowej
12 VDC do „obudzenia” większych akumulatorów i generatora/wydłużacza zasięgu
bi-kierunkowe przełączanie pomiędzy sieciami 24 i 400V
To dużo technologii do upakowania w kadłubach o małej przestrzeni. To również zwiększa złożoność i koszty.
Elektryczne i hybrydowe producenci silników morskich
Producenci, którzy skupili się na tym rynku obejmują Torqeedo z siedzibą w Niemczech, który dotuje badania silników elektrycznych. Innym pretendentem jest firma Elco z Athens w stanie Nowy Jork, która, podobnie jak Torqueedo, oferuje zarówno silniki elektryczne stacjonarne, jak i zaburtowe. Nie możemy również zapominać o klasycznych silnikach trolingowych Minn Kota, które od dziesięcioleci utrzymują wędkarzy w stanie bezemisyjnym.
Inni gracze na rynku silników to fiński OceanVolt, włoski Diesel Center, amerykański Electric Yacht i brytyjski Hybrid Marine. Kalifornijska firma Electroprop sprzedaje gotowe systemy o mocy 6 i 21 kW, które konstruktorzy łodzi mogą wstawić do istniejących maszynowni. Szwedzki gigant w dziedzinie silników wysokoprężnych, Volvo Penta, zapowiada wprowadzenie w 2021 r. silników elektrycznych zainstalowanych w linii pomiędzy silnikami wysokoprężnymi a poduszkami IPS i współpracuje z francuskim producentem katamaranów, Fountaine Pajot, nad żaglowcem Lucia 40 z napędem hybrydowym.
Jest wielu graczy, którzy szukają zabójczej aplikacji w dziedzinie alternatywnych napędów morskich. Jest prawdopodobne, że kilku z nich przetrwa, podczas gdy inni zostaną kupieni lub znikną na coraz bardziej konkurencyjnym rynku.
Cutting-edge Concept Designs in Solar Boating
Łodzie w pełni elektryczne czynią wielkie postępy, ale nadal stanowią niewielką część rynku żeglarskiego. Jednak mocno promowane projekty koncepcyjne pomagają zwiększyć świadomość na temat alternatywnych rozwiązań energetycznych, a jednym z takich orędowników jest Touranor SolarPlanet, 102-stopowy katamaran z kadłubem przebijającym fale. Futurystyczny szwajcarski SolarPlanet kosztował 15 milionów euro, gdy został zwodowany w 2010 roku i opłynął kulę ziemską w 585 dni wyłącznie dzięki energii elektrycznej generowanej przez 500 paneli słonecznych umieszczonych na jego górnym pokładzie. Chociaż maksymalna prędkość projektu wynosiła 14 węzłów, średnia prędkość wokół globu wynosiła 5 węzłów.
Po tym imponującym wyczynie, łódź została przekazana do badań. Łodzie takie jak ta mogą być jednorazowe, ale pomagają rzucić światło na to, co można osiągnąć w alternatywnych napędach energetycznych i kierunku, w którym zmierza żeglarstwo.
Przykłady łodzi elektrycznych i hybrydowych
Dzięki postępowi zarówno w projektowaniu silników jak i technologii akumulatorów, napęd elektryczny dociera do różnych segmentów rynku żeglarskiego od małych łodzi strugarskich do dużych jachtów turystycznych zarówno motorowych jak i żaglowych. Niektórzy znani producenci łodzi już zanurzyli palce w tych alternatywnych wodach mocy.
Hinckley Dasher Electric Boat
Smukły i stylowy, Hinckley Dasher jest w pełni elektrycznym luksusowym jachtem. Zaprojektowany przez Michaela Petersa, 28-stopowy Hinckely Dasher został zbudowany od podstaw z myślą o napędzie elektrycznym. Konstrukcja z żywicy to połączenie włókien epoksydowych i węglowych z syntetycznym rdzeniem, dzięki czemu projekt waży zaledwie 6500 funtów. A waga jest krytyczna w mobilności elektrycznej.
Dasher jest napędzany przez dwa akumulatory litowo-jonowe 40 kWh BMW i3 napędzające dwa silniki stacjonarne o mocy 80 KM. Są to te same akumulatory, które zastosowano w samochodzie BMW i3 i powinny wystarczyć na 9 lat lub 9000 cykli. Oczekuje się, że osiągnie 23 węzły prędkości maksymalnej lub będzie płynąć z prędkością 8,5 węzła. Maksymalny zasięg przy prędkości 20 węzłów będzie wynosił 40 mil. Cztery godziny to wszystko, co jest potrzebne do naładowania od zera do pełnej pojemności, czyli trochę szybciej niż Tesla.
Greenline Hybrid Yachts
Greenline od lat jest liderem w dziedzinie hybrydowych jachtów spalinowo-elektrycznych oraz jachtów zasilanych energią słoneczną. Greenline łączy w swoich systemach napędu hybrydowego zarówno tradycyjną jak i innowacyjną technologię. Linia jachtów Greenline Hybrid jest obecnie dostępna w ośmiu różnych modelach, w tym eleganckiej łodzi sportowej NEO, rodzinnych jachtów kabinowych 33, 39 i 40, a także 45 Fly, 48 Fly, 48 Coupe i 65 OC. Wszystkie te modele osiągają wiodącą w branży wydajność paliwową.
SILENT-YACHTS
SILENT-YACHTS buduje to, co firma nazywa pierwszym i jedynym w pełni zrównoważonym pod względem wykorzystania energii słonecznej, oceanicznym jachtem produkcyjnym na świecie. Te innowacyjne łodzie są zaprojektowane tak, aby były całkowicie zasilane wyłącznie energią słoneczną, oferując rewolucyjne alternatywne rozwiązanie w zakresie czystej energii. Firma twierdzi, że specjalna konfiguracja komponentów gwarantuje, że panele słoneczne będą generować więcej energii w ciągu przeciętnego dnia, niż wynosi całkowite zużycie energii do napędu przy prędkości rejsowej. The boat builder touts również, że wszystkie urządzenia gospodarstwa domowego mogą być zasilane przez panele słoneczne, nie wymagając dodatkowego oleju napędowego lub generatora do pracy.
Solar Powered Boats by Soel Yachts
Soel Yachts, holenderska firma, buduje słonecznych i hybrydowych statków, w tym morskich wahadłowców. Soel Cat 12 z Nowej Zelandii wygląda jak łódź pontonowa z baterią słoneczną na hardtopie, która przewozi do 16 pasażerów. Model ten, napędzany dwoma silnikami elektrycznymi o mocy 30 kW, może pływać z prędkością ośmiu węzłów przez sześć godzin wyłącznie na zmagazynowanej energii. W pełnym słońcu zasięg rejsu zwiększa się do 7,5 godziny przy prędkości ośmiu węzłów. Przy sześciu węzłach zasięg wynosi 24 godziny (i około 150 mil morskich), dzięki czemu łódź może pracować w nocy, kiedy nie jest wytwarzana ani magazynowana energia. Maksymalna prędkość wynosi 14 węzłów.
Frascher Mirage 740
Austriacki Frauscher Mirage 740 Air był wcześniej dostępny z silnikiem Mercury 350 KM z napędem rufowym, ale dziś może być wyposażony w system Deep Blue firmy Torqeedo, który łączy bezszczotkowy silnik stacjonarny o wysokiej prędkości obrotowej 100 kW z dwoma akumulatorami BMW i3 Series 40 kW. Akumulatory litowe o dużej pojemności są ułożone jeden nad drugim w komorze silnika na rufie. Frauscher doskonale sprawdza się w miejscach, gdzie dostępne jest ładowanie (za pomocą zwykłego zasilania z lądu), a jego system może naładować akumulatory do 75% pojemności w czasie krótszym niż 1,5 godziny. Prędkość maksymalna wynosi 24 mph przy 2200 obr/min. Zasięg wynosi około 20 mil. (Obecnie pakiet elektryczny dodaje 120 000 dolarów do podstawowej ceny Frauscher’a.)
Inne łodzie solarne i elektryczne
Inne łodzie elektryczne (niektóre z bateriami słonecznymi) obejmują Q Yachts Q30 tender i Secret 33 water taxi. Duffy Boats buduje linię elektrycznych łodzi rekreacyjnych od 50 lat. Zobaczysz wiele z nich w wypożyczalni w obszarach turystycznych na rejsach koktajlowych wraz z ich głównym konkurentem, Lear.
ElectraCraft produkuje linię elektrycznych łodzi pontonowych, a Greenline Yachts ze Słowenii ma duży wybór hybrydowych lub elektrycznych modeli napędowych od 30 do 65 stóp. Greenline Hybrid 33 pływa z prędkością do 6 węzłów na napędzie elektrycznym dzięki sześciu panelom o mocy 1,3 kW na hardtopie i baterii litowo-jonowej lub z prędkością do 15 węzłów przy użyciu 150-konnego diesla.
Wydajność paliwowa w silnikach łodzi hybrydowych
Wydajne paliwowo silniki spalinowe dla łodzi, które obsługują rozwiązania hybrydowe
W rozwiązaniu hybrydowym nadal istnieje potrzeba zastosowania jakiejś formy silnika spalinowego (do napędu głównego lub jako generatora). Coraz częściej tradycyjni producenci silników wysokoprężnych skupiają się na poprawie wydajności paliwowej swoich silników zarówno w zastosowaniach stacjonarnych, jak i zaburtowych i stają się idealnym partnerem w podejściach hybrydowych.
Volvo Penta właśnie wprowadziło swoje silniki wysokoprężne D4 i D6, które zostały przekonfigurowane w celu uzyskania mniejszych rozmiarów (dla oszczędności wagi), niższej emisji (dla środowiska) i lepszej ekonomii (dla wydajności zużycia paliwa). Tymczasem producenci silników zaburtowych, tacy jak Evinrude i Yamaha, konstruują większe silniki z większym momentem obrotowym, ale lepszym przebiegiem. Wydaje się, że cały świat stara się zmniejszyć swój ślad węglowy, nawet jeśli nie wyeliminuje go całkowicie.
Rozwiązania hybrydowe dla łodzi żaglowych
Duże łodzie żaglowe są często zasilane energią pomocniczą, szczególnie podczas dokowania, kotwiczenia lub wypływania na długie bezwietrzne trasy. Żaglowce rejsowe stały się pionierem w zakresie rozwiązań wykorzystujących energię słoneczną do zaspokojenia potrzeb energetycznych na pokładzie dla obciążeń hotelowych, takich jak chłodzenie, klimatyzacja i oświetlenie. Jednakże, napęd był wyzwaniem. W 2010 roku Lagoon, producent katamaranów produkcyjnych, eksperymentował z konstrukcją spalinowo-elektryczną, ale pojawiły się problemy, głównie z powodu niewystarczających możliwości magazynowania energii (baterii) w tamtym czasie. Lagoon buduje lwią część katamaranów żaglowych w czarterze, które są umiejscowione w egzotycznych miejscach, gdzie paliwo jest na wagę złota, a rozwiązanie hybrydowe byłoby przełomem w branży czarterowej.
Producent silników zaburtowych, OceanVolt, zasila wszelkiego rodzaju łodzie żaglowe, w tym regatowce żaglowe JBoats, luksusowe jachty jednodniowe Alerion oraz łodzie, które są często spotykane w czarterach, takie jak Dufour 382 i wielokadłubowiec Voyage 480. W międzyczasie seria Cruise firmy Torqeedo obejmuje modele z regulacją przepustnicy i systemem zarządzania akumulatorem opartym na GPS, który stale informuje o pozostałym zasięgu przy zmiennych prędkościach i wymaga tylko dwóch 24-woltowych akumulatorów litowo-jonowych. Te silniki zaburtowe są dobrze dostosowane do mniejszych, lżejszych łodzi żaglowych do manewrowania w bliskim sąsiedztwie i na krótkich dystansach, ale łodzie motorowe również na tym skorzystały.
Na krawędzi tnącej, ekskluzywny konstruktor katamaranów żaglowych Gunboat uruchomił Moonwave, który testuje hybrydową elektrownię z zapasowym generatorem diesla. Dzięki bateriom BMW i8, Moonwave wykorzystuje energię elektryczną do napędu, jak również do swoich dużych potrzeb hotelowych, co sprawia, że trudno jest pozostać całkowicie elektrycznym przez dłuższy czas.
Przyszłość żeglarstwa hybrydowego i elektrycznego
Technologia może być skomplikowana, a wskaźnik adopcji może nadal wynosić poniżej 2%, ale zmiany zachodzą w coraz szybszym tempie, w miarę jak wprowadzane są przełomowe odkrycia w dziedzinie baterii, konstrukcji silników i lekkich materiałów do budowy kadłubów. Szybkie, czyste, ciche i efektywne cenowo łodzie elektryczne, hybrydowe i solarne będą wkrótce w zasięgu żeglarzy na całym świecie.
Written by: Zuzana Prochazka
Zuzana Prochazka jest pisarką i fotografem, która jest freelancerem dla kilkunastu magazynów żeglarskich i stron internetowych. Posiada patent USCG 100 Ton Master, Zuzana pływała, czarterowała i dowodziła flotyllami w wielu częściach świata, a także udziela się jako prezenter na temat miejsc i tematów związanych z czarterem. Jest przewodniczącą komisji New Product Awards, oceniającej innowacyjne łodzie i sprzęt na targach NMMA i NMEA, a obecnie pełni funkcję byłego prezesa Boating Writers International. Współpracuje z Boats.com i YachtWorld.com, a także regularnie bloguje na swojej stronie poświęconej recenzjom łodzi, TalkoftheDock.com.
Więcej od: Zuzana Prochazka
Powiązane
Właściciele łodzi kompensują koszty posiadania, wystawiając swoje statki na przyjaznym dla użytkownika portalu Boatsetter…
.