Як гібридні вітрильні яхти поступово стають реальністю

Кожен моряк знайомий з надсадним кашлем дизельного двигуна та їдким запахом його вихлопу. Для деяких це ознака того, що пригода починається, для інших – запевнення, що на борту все гаразд. Традиційний двигун — можливо, найважливіша характеристика безпеки вашого човна, але його дні можуть бути пораховані.

Настає електрична яхтова революція. І хоча використання електромоторів в морському виробництві йде набагато повільніше, ніж в автомобілебудуванні, прогрес досягнуто.

Ринок поки що відносно малий. Безумовний лідер у виробництві електродвигунів, Torqeedo, минулого року здійснив продажів на 25 мільйонів євро, більшість з яких було для поромів та невеликих човнів, що використовують підвісні мотори. Але компанія також пропонує цілий ряд двигунів для яхт водотоннажністю від 2 до 50 тонн, або приблизно 20-60 футів загальної довжини.

Однак яхтсмени не поспішають у придбанні новинок, тому є вагома причина: якщо ви плануєте перетнути океан і можете зіткнутися з важкими умовами на воді, ви покладаєтеся на свій двигун, який допоможе вам уникнути небезпеки або пробитися через безнадії – а іноді такі умови тривають кілька днів.

Навіть за нинішнього врожаю просунутих літій-іонних батарей запас ходу електричної системи вимірюється десятками миль, а чи не сотнями. Таким чином, 35-футовий монохал з літієвим акумулятором в 10 кВт (чотири пристрої загальною вагою 96 кг) має у своєму запасі всього 24 морські милі при швидкості 3.8 вузлів або менше 16 морських миль на повному «газі».

Незважаючи на неймовірну неефективність двигунів внутрішнього згоряння, які розсіюють більше енергії у вигляді тепла та шуму, ніж на рух, дизель все ще залишається вдесятеро «енергоємнішими» за батареями.

Avon Marine та Torqeedo випускають електродинги eJET 450

«Якщо ви подивіться на круїзерів, що бороздять відкриті моря, то, звичайно, побачите дизель, — каже засновник і генеральний директор Torqeedo, Крістоф Баллін. – І це нормально, що деякі моряки віддають перевагу повністю електричному двигуну».

Але це не означає, що електромотори не цікавлять яхтсменів – це не так. Найбільш оптимальним шляхом для сучасного сейлору буде комбінування дизеля та електрики у гібридній силовій установці.

За такого підходу традиційний двигун замінений електромотором, підключеним до літієвого акумулятора. Вони можуть бути заряджені за допомогою гідрогенерації (коли хід під вітрилом обертає гвинт та створює енергію для батарей) або за допомогою сонця та вітру. Але коли потрібні тривалі періоди роботи, електроенергію забезпечує автономний генератор постійного струму, який може бути встановлений будь-де на борту.

Така установка рекомендована фінською компанією Oceanvoltяка спеціалізується на ринку круїзного сейлінгу з діапазоном електродвигунів від 3.7 кВт до 15 кВт (приблизно від 10 к.с. до 45 к.с. в термінах двигуна внутрішнього згоряння).

«Для яхтсменів, що йдуть навколо світу, ми рекомендуємо гібридну систему з резервною генераторною установкою для підтримки безперервного енергозабезпечення за необхідності», - говорить генеральний директор Oceanvolt Маркус Мустелін. «Гвинт, який обертається під час плавання і заряджає батареї (відбираючи 0.2-0.4 вузла в залежності від човна та умов), дозволяє бути практично незалежним від генератора та використовувати його тільки для резерву».

Перевага цієї системи у тому, що генератор потрібен лише на довгих переходах, тому човен цілком безшумно маневрує в портах та на якірних стоянках.

А добре спроектований і правильно підібраний генератор набагато ефективніше перетворює дизельне паливо на електрику, ніж двигун, спочатку не призначений для цієї мети. Деякі моряки віддають перевагу вбудованій гібридній системі, подібній до запропонованої. Hybrid-Marineяка монтується до наявного дизеля.

Їх легше модифікувати, і багато з них мають ті ж характеристики, що і повна гібридна система, але є недолік, який полягає в тому, що вам, як і раніше, потрібно місце для двигуна.

«Електромагнетизм»

Досі більшість установок робилася шляхом переоснащення існуючих яхт. Але все більше яхтобудівників прагнуть включити електричну пропульсивну установку як початкове обладнання. Hanse Yachts, третій за величиною у світі виробник яхт, є, мабуть, найпередовішим на сьогодні, і пропонує Hanse 315 в базі з електричним приводом на пере рулі.

Система займає менше місця, ніж стандартний дизель, набагато тихіше і не створює вібрації та викидів. Але Hanse визнає, що загалом виявилася поки що розчаровує.

Технологія зустріла більше інтересу серед тих, хто ходить озерами. Інноваційна молода німецька марка Bente пристосовує мотори Torqeedo до своєї успішної 24-футової моделі, спочатку створеної для німецьких «Зелених озер».

Втім, великі яхти також цікавляться пропульсивними установками з малою вагою. Досить поглянути на Malizia, IMOCA 60, що готується до Vendee Globe 2020 року з полегшеною системою від Torqeedo.

«Кругосвітня гонка, не просто позбавлена шкідливих викидів, а й виробляє власну енергію – це дуже надихаюча концепція», — вважає шкіпер Malizia Борис Херрманн.

Електрика також досягає успіху на елітному ринку, де на літій-іонні акумулятори припадає менша частка загальної вартості човна. 50-футовий катамаран Privilege 5 та човен з карбону Gunboat 60 були модифіковані за допомогою комплекту Torqeedo, в той час як установка Oceanvolt з'являється на борту Swan 57 і повністю карбоновий Agile 42.

Moonwave має дві 25кВт установки Deep Blue, здатних заряджатися на ходу під вітрилами. На борту все ще є генератор, щоб забезпечити запас електроенергії для відкритого моря, але "вони практично не використовують генератор, залишаючи його для екстрених випадків", - говорить Баллін з Torqeedo.

Spirit Yachts також розробляє електричну установку для свого флагмана Spirit 111, який має бути представлений цього літа. З чотирма великими 40-кіловатними літієвими акумуляторами на борту і двигуном потужністю 100 кВт, яхта зможе безшумно працювати годинами, хоча вона також має в резерві дизель-генератор потужністю 100 кВт.

«Наша увага сфокусована не на рушійній силі як такій, — пояснює директор Spirit Найджел Стюарт, - але на гармонійній роботі обладнання, від камбуза та гарячої води до опалення, кондиціювання повітря, гідравліки тощо» Британська верф також будує 65-футовик з використанням гібридної технології Oceanvolt і 44-футовик, що має лише електродвигун.

Spirit Yachts: Як і навіщо власники яхт використовують екотехнологію?

Але між гонками з одного боку і просунутими круїзерами з іншого, є щось подібне до провалу по центру. За визнанням Torqeedoяхтсмени не були в центрі уваги електричної революції, але це повинно змінитися. "Ми трохи запізнилися із сейлінгом, - зізнається Баллін, - але в найближчі п'ять-вісім років це буде виправлено".

Що це насправді означає? По-перше, це означає системну інтеграцію. Якщо це не звучить досить революційно, уявіть собі установку на борту, де сонячні панелі, гідрогенератори, акумулятори, генератори і мотори працюють без збоїв, щоб забезпечити цілодобове постачання яхти достатньою потужністю. «Це те, за що люди готові платити: достатньо енергії, зокрема. - На обігрів або кондиціювання повітря протягом ночі», - говорить Баллін

.Майбутнє гібридного сейлінгу

В найближчому майбутньому Torqeedo планує використовувати новий генератор постійного струму спеціально призначений для гібридних вітрильних човнів. Його існуючий зразок розроблено WhisperPower та забезпечує потужність 25 кВт.

Генератор буде спроектований для роботи на оптимальних оборотах, тоді як «розумний» перетворювач буде відокремлювати напругу акумулятора від зарядної напруги для більшої ефективності.

З човнами, як і з автомобілями, прорив, який матиме вирішальне значення, пов'язаний із ємністю батареї. доки запас ходу на електроустановці не зрівняється з дизельним, буде багато скептиків. І це навряд чи відбудеться протягом десяти чи більше років, за словами Балліна.

«Теоретично, у лабораторіях тестувалися батареї, які вдесятеро ефективніші за літію, – пояснює він. - І якщо це станеться, то бензинова ера закінчиться. Але зараз ми намагаємось поєднати довгострокове бачення з короткостроковими перспективами».

Тим часом поширена технологія заснована на літії-марганці-кобальті, і процес технологічного розвитку додає 5-8% щороку. Наприклад, BMW нещодавно оголосила про те, що її акумулятор i3 наступного покоління, що використовується системою Deep Blue від Torqeedo, зможе підтримувати потужність в 40 кВт/год - збільшення на 33% при тому ж розмірі, вазі та майже такій самій вартості.

Інший напрямок розвитку пов'язаний з гвинтом. У більшості круїзерів використовують складний або звичайний гвинт, призначений для дизельних двигунів. Але дослідження Torqeedo показує, що високий крутний момент електродвигуна оптимальний для гвинтів зі змінним кроком.

Суперяхта Snowflake з DynaRig-озброєнням та вітрилами на сонячній енергії

І все ж саме Oceanvolt перейнявся питанням гвинтів спеціально для електродвигунів зі своєю системою Servo Prop, Яка, як стверджується, на 30% ефективніше при установці спереду, на 100% краще на кормі та на 300% ефективніше в режимі регенерації.

Oceanvolt каже, що такий гвинт може давати близько 500 Вт в акумлятори всього за 5 вузлів — середній темп 30-футової однокорпусної яхти. При 6 вузлах показник зростає приблизно до 800 Вт, при 7 – для більшого океанського круїзера ви отримуєте 1.2 кВт.

"Нова технологія на своєму старті рідко може конкурувати за ціною з вже існуючою", - говорить Мустелін.

Однак ми зробили це, і сьогодні електричні системи пропонуються досить конкурентоспроможної вартості. Якщо додати до цього те що, що електрична система мало потребує обслуговування, загальна вартість володіння перетворюється на користь електрики».

Таким чином, ви можете не чути їхнього «тихого ходу», але чекайте побачити все більше і більше човнів з електричним приводом на воді в міру продовження "електричної революції".

Питання крутного моменту

Ключова частина привабливості електричного двигуна спирається на ідею, що менший двигун може виконати ту саму роботу, як і більший дизель. Тут є два моменти. По-перше, дизельний двигун не є ефективним перетворювачем енергії у тягу, створюючи багато тепла та шуму в процесі. По-друге, характеристики крутного моменту у електродвигуна набагато кращі, ніж у дизеля.

Мустелін каже, що 10-кіловатний двигун Oceanvolt "легко перевершує" дизель в 30 к.с. «Як правило, максимальна швидкість човна буде дещо нижчою (на 0,5 — 1,0 вузол), ніж при використанні зіставного дизельного двигуна, але в той же час човен підтримуватиме швидкість краще в умовах неспокійного моря та зустрічного вітру через більш високого моменту, що крутить. Також і маневреність буде набагато кращою в обмеженому просторі марин».

Так відбувається тому, що двигуни внутрішнього згоряння досягають пікової потужності (і максимального моменту, що крутить) тільки в невеликому діапазоні швидкостей.  Обертаючий момент є показником сили обертання, у разі човна – обертання гвинта. Дизельний двигун розвиває оптимальний крутний момент при 1800-2000 об/хв, тоді як електродвигуни розвивають його від 0 до 2000 об/хв. Це дозволяє електродвигунам використовувати гребні гвинти з більш високим ККД, які тонші і мають крутіший крок.

Альтернатор на «стероїдах»

На його розробку знадобилися роки і понад 10 мільйонів доларів, але відомий експерт з яхт Найджел Калдер допоміг розробити альтернатор, настільки потужний, що він усуває потребу в генераторі на борту.

Встановлений на двигуні, Integrel може виробляти потужність у п'ять-десять разів більшу. За системою стоїть не менше 10 кВт/год свинцево-кислотних акумуляторів (літієві можливі опціонально), а також зарядних пристроїв та інверторів Victron.

«Якщо ви використовуєте двигун, він заряджає акумулятори; якщо ви в нейтралці, він знатиме, що працює в автономному режимі генератора, і переключиться на цей алгоритм, – пояснює Калдер. – Це, ймовірно, буде дешевшим, ніж установка генератора, та усуває проблему наскрізних корпусів, контурів охолодження, тривалої роботи та технічного обслуговування».

Кейс для прикладу: Dufour 382 Alcyone

Побудований компанією Dufour у 2016 році, Alcyone був відразу ж переоснащений двигуном SD15 Oceanvolt з літієвим акумулятором 14 кВт/год. Власники Майкл Меллінг та Діана Ковпак також отримали генератор постійного струму потужністю 8 кВт/год збільшення запасу ходу. Витрати на обладнання склали 30600 євро для двигуна і акумуляторної системи, плюс додатково 13744 євро для генератора, а вартість установки склала близько 8000 євро.

Вони здають човен у чартер неподалік Ванкувера, щоб досліджувати місця, де безшумний, чистий рух – умова продажу. «Ніщо так не псує радість від плавання чи стоянку, як шум і запах дизельних двигунів», — пояснили вони. – Встановлення системи Oceanvolt у нашому новому човні позбавила нас від цього. Це шлях майбутнього».

Менеджер з чартерів Меріон Мартін сказала, що конверсія також виявилася популярною серед чартерних клієнтів, додавши: «Основною перевагою установки є те, що вона споживає приблизно на 40% менше палива, ніж стандартний дизельний двигун протягом тижневого чартеру. Але сама система вимагає деякого звикання, а пошук та усунення несправностей можуть виявитися непростим завданням».

Мала електрифікація яхт

Тим часом електродвигуни активно з'являються на борту яхт. Йдеться про підвісників Torqeedo і E-propulsion які компанія Інтерпарус постачає для яхтових тендерів своїх клієнтів. За словами Саші Горона, керівника Інтерпарус Яхтинг, 80% яхтсменів комплектують свої тузики електричними підвісними двигунами. Їх влаштовує легкість двигуна, простота використання та тиша під час руху.

Звертайтеся до нас з усіх питань і ми поділимося з вами досвідом експлуатації цих двигунів.

+33 644 14 21 68 WhatsApp, Саша Горон

29.08.2019