Чому зараз варто оновити човнове електрообладнання

Останнім часом набуває все більшого поширення оснащення човнів літієвими батареями. Нові круїзні човни якісного ряду, такі як Arcona, ще при будівництві обладнуються ними.

Гоночні човни також не відстають у цьому питанні. Будь то найкращі яхти IMOCA 60 та Fast 40 або невеликі IRC-яхти, що беруть участь у морських перегонах RORC.

Головними перевагами такої уваги до літієвих батарей є їх невеликі розміри та вага, а також радикально збільшена кількість циклів заряду-розряду. Зазвичай найкращі літієві батареї для човнів витримують у чотири-п'ять разів більшу кількість циклів порівняно зі свинцево-кислотними батареями з глибоким циклом.

Все перераховане вище – важливі фактори в скороченні довгострокових витрат. Однак важливо розуміти, що вони окупляться не відразу, а протягом п'яти-шести років, коли термін служби звичайних човнових акумуляторів також закінчиться.

Необхідно врахувати, що літієва човнова батарея не замінить кислотно-свинцеві батареї. Вам потрібно провести комплексне та уніфіковане оновлення систем керування човновими батареями та регулювання всіх джерел заряду, щоб виключити можливість теплового розгону, що створює загрозу пожежі, що самопідтримується.

І все ж таки економічна вигода від установки літієвих батарей є не єдиною мотивацією для власників човнів. Просто вони більше підходять сучасним складним яхтам із великим енергоспоживанням.

Крім того, літієві батареї можуть дозволити, наприклад, залишити кондиціонер увімкненим протягом всієї ночі без відключення генератора. А також перейти від газового приготування їжі на індукційне або бензинового на електричне.

Додатковою перевагою цих перетворень є підвищення безпеки, оскільки вони усувають потенційні джерела спалаху.

Хоча хімічний склад літієвої човнової батареї активніший, ніж у звичайних батареях, і може створити тепловий розгін з подальшим виникненням неконтрольованої пожежі.   

Звичайно, такий розвиток подій має дуже малий ступінь ймовірності. Але завжди потрібно знати про небезпеку і вживати необхідних запобіжних заходів.

Безпечні системи

Правильно спроектована установка матиме три всеосяжні лінії захисту від теплового розгону. В основу системи покладено те, що окремі елементи кожної батареї мають електроніку, яка підтримує баланс заряду між сусідніми осередками та запускає ізоляцію осередку у разі перегріву.

На наступному рівні кожен батарейний модуль також має складнішу вбудовану систему управління батареями, яка також може вимкнути пристрій. Теоретично, контроль рівня заряду акумулятора та рівня заряду батареї є допоміжним засобом, якого ніколи не слід вдаватися.

Кожен акумуляторний модуль також взаємодіє із загальною системою управління батареями човна, яка є першою лінією захисту. Ця всеосяжна система повинна попереджати користувача, якщо він наближається до експлуатаційних меж, та автоматично знижувати швидкість заряду або розряду, щоб знизити навантаження на акумулятор. При необхідності вона також ізолює певні акумуляторні модулі.

Швидка розрядка, як і швидка зарядка, можуть спричинити проблеми. Тому всі елементи системи заряджання повинні бути частиною системи керування акумулятором. Наприклад, стандартні регулятори генератора змінного струму розраховані на зарядку при 14,4 В (або 28,8 В для морських систем на 24 В), але літій-іонно-фосфатна батарея з номінальною напругою 12 В досягає 12,8 В при повній зарядці вона складається з чотирьох осередків по 3,2 замість шести осередків 2,2 для стандартної свинцево-кислотної батареї. Таким чином, стандартний режим заряджання призведе до перезаряджання літієвих блоків, що може призвести до перегріву і потенційно скоротити термін їх служби.

Ось чому необхідно застосовувати загальносистемний підхід, що включає управління живленням, заряджання та моніторинг. Всі елементи з самого початку повинні бути спроектовані так, щоб бути сумісними з літієвим накопичувачем енергії, і мати розмір, що відповідає кожній установці.

Враховуючи важливість дотримання вищезазначених умов, а також той факт, що стандарти встановлення та використання літій-іонних батарей на морських суднах ще не розроблені, купувати обладнання все ж таки краще у надійних постачальників.

Хоча, в інтернет-магазинах можна придбати недорогі осередки без торгової марки, які не оснащені вбудованими системами безпеки або управління.

Деякі уточнення щодо літієвих човнових батарей

Щоб запобігти пошкодженню акумуляторів при зберіганні в повністю зарядженому стані, багато виробників допускають максимальний заряд не більше 90%. Так само багато хто не допускає розряду нижче 10-20% від загальної ємності, що частково відображає швидкість саморозряду батареї при зберіганні, яка може досягати 3% на місяць. Тому на практиці варто розраховувати на те, що можна використовувати лише 70% номінальної ємності літій-іонного акумулятора.

Це, звичайно, набагато краще, ніж звичайні свинцево-кислотні альтернативи, де в реальних умовах є лише 30% від номінальної ємності, але не з таким великим запасом, як можуть запропонувати деякі постачальники літієвих човнових батарей.

Щодо хімічного складу акумуляторів, ми, швидше за все, побачимо літій-іонно-фосфатні (LiFePO4) акумулятори — хімічний продукт, який був відкритий наприкінці 1990-х років і рекламувався для обслуговування або запуску акумуляторів. Вони відмінно підходять для цієї мети і зазвичай мають хорошу ціну.

Наразі в автомобільній промисловості використовуються батареї з таким хімічним складом: літій-нікель-марганець-кобальт. Завдяки цьому вони краще реагують на високі швидкості заряду та розряду, що також робить їх найкращим вибором для електричного руху на воді.

Оскільки тільки Torqeedo поставила понад 100 000 електричних приводів для використання на морі, включаючи величезну кількість підвісних електричних двигунів, LiMNC-батареї становлять основну частину літієвих човнових батарей, що використовуються на плаву. Зберігання акумуляторів LiMNC у повністю зарядженому стані скорочує термін їх служби, тому режими заряджання повинні це враховувати. Оскільки автомобільна промисловість продовжує знижувати вартість LiMNC-акумуляторів, ми, ймовірно, побачимо ширше використання цього хімічного складу у майбутньому.

Також важливими є температурні характеристики батарей. У той час як автомобільні акумулятори мають системи нагрівання та охолодження (зазвичай працюють від системи змінного струму автомобіля), щоб підтримувати температуру осередків в діапазоні 0–45° C, це не стосується інших типів акумуляторів. Навіть у помірному кліматі температура у машинному відділенні може легко досягати 60°C влітку; в той час, як низькі зимові температури можуть призвести до того, що акумулятор не зможе запустити двигун.

Швидкість заряду та розряду

Яким би не був хімічний склад батареї, важливо, щоб він відповідав режимам заряду та розряду. Якщо потрібно швидко заряджати акумулятори від великого генератора змінного струму, вони повинні мати високу швидкість прийому заряду.

Так само при роботі з великими навантаженнями (наприклад, кондиціонер, що працює в нічний час) перевірте відповідність зазначеної швидкості розряду батареї або перевищення максимальної потужності, що споживається системою кондиціонування повітря при запуску.

При оновленні наявної електричної установки не потрапляйте в пастку заміни подібного на подібне з точки зору доступної потужності. Однією з переваг переходу на літієві батареї для човнів є можливість працювати з ширшим спектром енергоємних приладів, тому подумайте про додаткове обладнання, яке ви, можливо, захочете додати в наступні кілька років: наприклад, про кавомашини, індукційні плити, морозильники, установки води, компресори для дайвінгу і т.д.

Більший акумуляторний блок також дозволяє краще використовувати гнучкі способи заряджання акумуляторів, наприклад, під час руху в штиль, що скорочує кількість разів, коли головний двигун або генераторна установка повинні працювати для заряджання акумуляторів.

Минулого року на виставці METS Кен Віттамор, керуючий директор компанії Triskel Marine, яка розробила надефективну систему зарядки Integrel, розповів аудиторії, що 20 років тому типова круїзна яхта споживала близько 1 кВтг електроенергії на день. Сьогодні його Hallberg-Rassy 42, оснащений електричним кухонним обладнанням, водонагрівачем та тендерним підвісним двигуном, споживає 5-6 кВтг на день.

Човен аналогічного розміру із кондиціонером може подвоїти ці цифри. Кондиціонери багатокорпусних 50-60-футових яхт можуть споживати 20-30 кВт год на день. Для порівняння: середній будинок у Північній Європі споживає в середньому близько 10-12 кВтг на день.

Доказом ефективності та різноманітності доступних зараз систем зарядки є те, що таке велике споживання енергії часто може бути досягнуто без використання генератора. Це, у свою чергу, робить круїзні яхти більш стійкими з точки зору надійності та їхньої здатності довше залишатися самодостатніми без необхідності дозаправки.

Заглядаючи наперед

В останні роки виробники намагалися збільшити щільність енергії та, відповідно, ємність батарей, без збільшення їх розмірів та вартості.

Віце-президент з управління програмами Torqeedo Томас Відеманн, враховуючи труднощі впровадження новітніх літієвих технологій, прогнозує, що короткострокові вигоди протягом наступних двох-чотирьох років можуть бути досягнуті за рахунок оптимізації способу заряджання літієвих човнових батарей, включаючи більш ефективні та економічні форми. роботи. Сонячна енергія, наприклад, продовжує падати в ціні, у той час як ширше коло компаній тепер пропонує панелі нестандартних розмірів та форм, які можна адаптувати до доступного простору палуби чи даху кабіни.

Заглядаючи у майбутнє, можна сказати, що автомобільна промисловість докладає величезних зусиль збільшення загального терміну служби акумуляторів. Сьогодні виробники автомобілів зазвичай дають гарантію на акумулятори своїх електромобілів на 200 000 км (125 000 миль) або вісім років. Проте нещодавній звіт журналу Economist показав, що вже є три компанії — одна в Китаї та дві в Північній Америці, які планують випустити серійну батарею, якою вистачить один мільйон миль. Це показник, необхідний для автобусів і вантажівок з електроприводом, але така технологія може стати незамінною для яхт, і прослужити стільки ж, скільки і саме судно.

Свинцево-кислотні акумулятори ще не здають в брухт

Свинцево-кислотні батареї ще рано скидати з рахунків. Ця технологія також розвивається останніми роками, тому що є ще багато човнів, для яких такі батареї підходять. Крім того, вони допомагають уникнути гуманітарно-екологічних проблем, пов'язаних із видобуванням кобальту. І їх переробка досить проста та економічна, на відміну від переробки літій-іонних батарей.

08.12.2020