Чи є перспективним електропривод Домашня яхт-верф
Сайт створений для тих, хто мріє побудувати яхту своїми руками - яхту своєї мрії.
Чи перспективний електропривод?
30 років тому мені довелося пройтися на одній із перших «електролодок» стаффордширським каналом. Тоді це мені здалося останнім словом техніки, і я припустив, що в майбутньому подібні судна стануть дуже популярними. В наші дні цього поки не трапилося, але цілком імовірно, що новітні технології швидко сприяють втіленню ідеї прогулянкового електросудна в життя. Звичайно, поняття "практичність" залежить від особистих вимог конкретного користувача. Найсучасніші електричні силові установки плавно і безшумно пропрацюють щонайменше дві-три години до того, як знадобиться дозарядка, і цього може бути достатньо при короткочасній експлуатації. Прогрес у конструкції акумуляторів зробив їхню перезарядку можливою навіть на борту компактного судна.
Крім того, виникли пропульсивні системи, що використовують електропривод тільки тоді, коли потрібна безшумність ходу або заборонено забруднювати навколишнє середовище вихлопом. Ці гібридні установки поєднують електромотор та дизельний двигун, перемикання між якими відбувається натисканням кнопки. Вони схожі з автомобільними системами гібридного приводу, за одним важливим винятком: акумулятори автомобілів-гібридів дозаряджаються за рахунок енергії, виробленої генератором під час гальмування та руху під гору, що немислимо у морі чи озері.
Виходить, судна-гібриди не тільки не економічніші за звичайні – вихлопних газів вони викидають стільки ж. Фактично такі системи приводу вимагають більше палива, ніж звичайні двигуни внутрішнього згоряння, т.к. навіть при використанні електроприводу дизельна частина установки все одно єосновним пристроєм заряду акумуляторів. Підзарядка від берегового джерела теоретично економить дизельне паливо, але тривалість такого заряду дуже невелика, після чого знову доведеться пустити двигун двигун. Використання енергії сонця широкого застосування поки що не має, хоча кілька експериментальних суден вже ходять виключно на сонячних батареях.
Третій спосіб застосування електрики в морі – використання генератора для одержання енергії, що безпосередньо повідомляється головним електромоторам. Цей варіант найбільш ефективний і раціональний підтримки постійної крейсерської швидкості в далеких походах. У цьому випадку для поєднання двох систем приводу можливе встановлення акумуляторів.
Кожен із трьох описаних методів електроприводу має переваги та недоліки. Чисто електрична система, що використовує акумулятори як джерело живлення і заряджається з берега – найпростіша. Сучасні акумулятори, наприклад літій-іонні, мають заряд, достатній для плавання тривалістю дві-три години. Це досить стара технологія, яка вже багато років використовується рибалками у вигляді допоміжних підвісних моторів. Сучасні катери, що глісують, обладнані такими системами приводу, можуть підтримувати максимальну швидкість протягом приблизно 20 хвилин, і ще залишається запас, достатній для подальшого повернення малим ходом.
У цьому випадку важливий вибір двигуна, стаціонарного або підвісного. Спортивний катер Bolt 18, який випускається компанією Fairlie Yachts, розвиває швидкість до 25 уз і наводиться в рух 100-сильним електромотором, що живиться від літій-іонного акумуляторного блоку. Американська Regen Nautic, яка розробила систему приводу для цього судна, також може запропонувати підвісний електродвигун потужністюв 200 л.с. Норвезькі РИБи Goldfish під 140-сильним підвісним електромотором літають зі швидкістю 40 уз. Найважливішим завданням під час проектування таких судів є пропорційність ваги акумуляторів швидкісного потенціалу, т.к. надмірно важке судно особливо і не розженеться.
Автоматизація керування роботою системи приводу набагато покращує ККД двигуна. Така система подасть сигнал про низький рівень заряду акумулятора так само, як датчик палива показав відсутність солярки в баку звичайного катера. Електромотор може розташовуватися на кормі судна як вище, так і нижче за ватерлінію. Він може перебувати в маточині гвинта або бути частиною приводу, де статор вбудований у зовнішню поверхню гвинтового тунелю. В цьому випадку гвинт «вивернутого наввиворіт» двигуна взагалі не має маточини.
Гібридні системи також використовують комп'ютерні технології регулювання споживання електричного заряду. У цих «комбінованих» системах електромотори виконують роль генераторів під час роботи дизельного мотора. Тому, незважаючи на те, що «гібрид» звучить екологічно чистішим, насправді вони виділяють більше вихлопних газів у порівнянні з традиційними дизельними установками. Важливо і те, що гібридні установки дорожчі за традиційні системи приводу. При встановленні гібридної системи вартість судна зростає на 10%; крім того, збільшується і водотоннажність судна через додаткову вагу акумуляторів. Єдина перевага гібридної системи – можливість безшумної та безвихлопної експлуатації.
Слабкі продажі гібридних суден у різних виробників пояснюються, швидше за все, високою вартістю. Деякі виробники, наприклад Steyr і Nanni, пропонують інше рішення гібридного компонування: електромотор/генератор встановлюється між двигуном та редуктором. Така схемаДосить проста і подовжує систему приводу всього на 20 см. Перемикання з дизельного мотора на електричний проводиться кнопкою. Компанія Greenline підійшла до питання компонування гібридної системи приводу з іншого боку. Вона комплектує судно 165-сильним дизельним двигуном Volkswagen із електромотором-генератором, встановленим на карданний вал.
Таке суто гібридне компонування добре поєднується з конструкцією корпусу. Яхта розвиває швидкість 15 уз на дизельному ходу і витрачає всього 4 л/год при швидкості 7 уз, що порівняно з характеристиками традиційних яхт. В електричному режимі судно рухається електромотором потужністю 7 кВт. Унікальна риса Greenline у тому, що на даху рубки встановлені сонячні батареї. Вироблюваних ними 1.3 кВт електроенергії достатньо підтримки швидкості в 3.5 уз. Чисто електричний рух зручний у гаванях і внутрішніх водних шляхах, і це може стати запорукою існування даних широкопрофільних систем приводу.
Мабуть, найефективніше рішення - це система електроприводу, де генератор подає напругу прямо на електромотор, з'єднаний безпосередньо з гвинтом, таким чином рухаючи судно тільки за рахунок роботи генератора. Така система не безшумна, зате виявляється ефективніше альтернативних компоновок. Французька компанія Rhea Marine виробляє 8-метровий катер, здатний розвивати швидкість 24 уз у дизель-електричному режимі. Два 100-сильні електромотори досить компактні, а генератор можна розташувати навіть на палубі. Застосування дизель-генератора вигідніше прямого дизельного приводу, оскільки робочий режим генератора можна оптимізувати. До того ж генератор може живити всі електроприлади та бортові системи. Само собою, бажано мати і запаснийгенератор у разі поломки основного.
Компанія Lagoon однією з перших встановила електропривод на вітрильні катамарани. На цих суднах електромотори з'єднані безпосередньо з гвинтами обох корпусах. Електроенергія виробляється з допомогою дизель-генератора, встановленого в звуконепроникному контейнері в кокпіті, а система передачі від генератора до моторів управляється комп'ютером. Дане компонування коштує приблизно як два дизельні мотори при значній економії місця і можливості розташування генератора практично будь-де.
На даний момент еволюція технологій електроприводу, особливо в автомобільній індустрії, йде дуже швидко. Літій-іонні акумулятори, схожі на батареї для наручного годинника, колись були предметами розкоші. Сьогодні вони набагато доступніші, але все ж таки стандартні свинцево-кислотні акумулятори дешевші. Іншим фактором щодо високої вартості акумуляторів є їхня недовговічність – доведеться замінювати приблизно кожні 6–7 років.
Поруч із акумуляторами існують альтернативні накопичувачі електроенергії – суперконденсатори. Ці пристрої використовуються на болідах «Формули 1» (система акумуляції кінетичної енергії KERS). Суперконденсатори набагато легші і довговічніші за акумулятори. На сьогоднішній день вони знайшли застосування лише на електропаромах. Щоправда, запас ходу на них невеликий, лише півгодини. Зате зарядка суперконденсаторів досить проста і не вимагає багато часу.
Попри думку, що суднові електросистеми вимагають напруги від 12 до 24 вольт, сьогодні на морі застосовують мотори на 400-500 В змінного струму. Перевагою застосування високої напруги є висока ефективність електродвигунів, зменшення втрат при порівняльній компактності установки.400-вольтний електродвигун виробництва німецької компанії Siemens розвиває потужність 200 к.с. при довжині 50 см та діаметрі 20 см! Він набагато компактніший за дизельний двигун рівної потужності. Плюс до цього двигуна не потрібно потужної системи охолодження. Звичайно, як у будь-якій електросистемі, тут важливі якість електропроводки та повна водонепроникність.
Деякі виробники, наприклад, компанія Hydrosta з Данії, розробляють комбіновані електродвигунні установки. У такій системі, як і в системах Saildrive, гвинт, що працює, повертається навколо вертикальної осі на 360°, поєднуючи таким чином функції рульового управління і тяги.
Цей агрегат приводиться в дію 100-сильним електромотором надпалубним, з'єднаним безпосередньо з гвинтом вертикальним валом. У результаті привід та управління здійснюються одним агрегатом, що дозволяє контролювати напрямок та швидкість з неперевершеною точністю.
Чи можливо сконструювати судно з електричним приводом своїми руками? Приватній особі, звичайно ж, не під силу встановлення високовольтної системи приводу, це вимагає участі кваліфікованих фахівців з електродвигунів та електропроводки. Інакше справа з системами низької напруги. Голландська компанія Mastervolt продає кілька моделей систем електроприводу для малих суден, які можна встановити в приватному порядку.
Дизельні мотори використовуються в суднобудуванні вже багато років. Колись я працював на судні з дизель-електричним приводом, спущеним на воду 1934 року. На цьому судні чотири генератори живили два електромотори. Незважаючи на думку, що системи чистого електроприводу зеленіше традиційних моторів, мені здається, що в майбутньому з'являться системи дизель-електричного приводу суден зі зниженим викидомвихлопних газів. Електропривод – галузь, що розвивається, так що його потенціал у майбутньому.