В мире наступила эпоха экологически чистых лодок. В 2021 году рынок электрических яхт и катеров оценивался в $5 млрд, а в 2031-м, по прогнозам, он вырастет до $16,64 млрд и будет увеличиваться ежегодно на 12,9%. Про стоимость электрической лодки и возможность собрать ее своими руками читайте в нашем материале.

Все большее количество запретов появляется в отношении лодок на бензиновых двигателях. В Амстердаме власти запретили с 2025 года все лодки в центре города с бензиновыми и дизельными двигателями.

Тем временем компании, которые занимаются производством электрической лодки, расширяют линейку своих продуктов. Также активно развивается рынок электрических лодочных двигателей.

Электрический буй и электрическая лодка от испанского производителя Magonis

Компоненты электрической лодки

Электрическая лодка – это судно с электроприводом. В процессе разработки электроники для лодок учитывайте главные компоненты ее электрической системы:

  • электрическое зарядное устройство – контролирует и управляет зарядами в соответствии с емкостью аккумулятора,
  • аккумулятор — отвечает за накопление энергии для движения электрических лодок,
  • контроллер трансформатора — статическое электрическое устройство, передающее энергию между двумя цепями,
  • контроллер двигателя — превращает постоянный ток в переменный,
  • электродвигатель, позволяющий лодке работать.
Электрическая лодка Arc Boat

Электрические лодки работают на чистой энергии и не загрязняют окружающую среду благодаря аккумуляторам. Аккумуляторы на таких лодках подобны тем, что используются в электромобилях.

Рынок электрических лодок разделяется:

По движению— чисто электрические
— гибридные
По типу батареи— свинцово-кислотный аккумулятор
— литий-ионный аккумулятор
— батарея на основе никеля
По диапазону— менее 50 км
— 50-100 км
— 101–1000 км
— более 1000 км
По силе— ниже 5 кВт
— от 5 до 30 кВт
— более 30 кВт
По перевозке— пассажирские лодки
— грузовые лодки
Главные игроки на рынкеОжидается, что главными игроками, которые будут способствовать росту рынка электрических лодок, станут:
— ABB LTD,
— Aquawatt Green Marine Technologies,
— Boesch Motorboote AG,
— Boote Marian GmbH,
— Candela Technology AB,
— Corvus Energy,
— Domani Yachts.

Электрическая лодка Arc

Лодка Arc вдохновлена моделью Tesla. Разработчики стремились создать скоростной катер высокого класса, конкурирующий с лучшими в отрасли. Он имеет 500 лошадиных сил и скорость 64 км/ч. Питается от 800-вольтовой батареи на 200 кВт/ч. На сегодняшний день это самый мощный электрический коммерческий водный транспорт. Аккумулятор на лодке втрое больше Tesla Model Y и весит 1360 кг. Чтобы столь большая батарея поместилась в лодке, разработчики предусмотрели специальный корпус.

Электрическая лодка Arc Boat

В компании решили работать с алюминиевым корпусом вместо более распространенного стекловолокна. Такое решение объяснили тем, что алюминиевый корпус более легкий, прочный и позволяет хорошо тестировать и совершенствовать форму в поисках наиболее оптимальной. Компания видит свою миссию в электрификации морской отрасли.

Кормовая часть электрической лодки Arc Boat

Двигатель и аккумулятор расположены под полом лодки. Интегрированное программное обеспечение объединяет все на борту и обновляется через беспроводной интернет. Встроенные динамики премиум-класса и беспроводные зарядные устройства для телефонов. Среднее время использования лодки – 3-5 часов.

Элементы дизайна электрической лодки Arc Boat

Модель Arc стоит от 300 тысяч долларов. Стратегия компании состоит в том, чтобы продать небольшое количество лодок по высокой цене и инвестировать в массовое производство более дешевых вариантов.

Электрическая лодка Arc Boat
Электрическая лодка Arc Boat

Электрическая лодка Naiver

Электрическую лодку Navier 30 создали два инженера Массачусетского технологического института. Они использовали электрическую технологию подводного крыла, позволяющую летать над водой. Максимальная скорость – 30 узлов, запас хода – 75 морских миль при движении со скоростью 20 узлов.

Электрическая лодка Navier 30 на подводных крыльях

Лодка имеет три выдвижных крыла, расположенных у носа и с обеих сторон кормы. Может преодолевать волны до 1,2 метра. Цена – от 300 тысяч долларов. Лодка рассчитана для рыбалки, семейных прогулок и катания на водных лыжах.

Модель электрической лодки Navier 30 на подводных крыльях

Разработчики предусмотрели три варианта лодки: с кабиной, крышей и полностью открытый вариант конструкции.

Электрическая лодка Navier 30 на подводных крыльях

Электрическая лодка E-Motion 180

Лодка E-Motion 180 от компании Vision Marine является первым в мире скоростным катером с литиевым двигателем. E-Motion 180 имеет максимальную скорость 96 км/ч и мощность двигателя 180 лошадиных сил.

Ориентировочный запас хода составляет 112 км с крейсерской скоростью 32 км/ч или 3,5 часа. Эти факторы зависят от погодных условий и нагрузки.

Лодка E-Motion 180 компании Vision Marine
Лодка E-Motion 180 компании Vision Marine

Стартапы на рынке электрических лодок

Среди лучших стартапов, работающих на рынке, отличаются:

  • VINSSEN,
  • Candela Speed Boat,
  • Aquawatt.

VINSEN

VINSEN – южнокорейский производитель электрических лодок, основанный в 2017 году. Прогулочное судно Hydrogenia длиной 8,2 метра разработано на водородном топливном элементе.

Лодка Hydrogenia от стартапа VINSEN
Лодка Hydrogenia от стартапа VINSEN

В лодку интегрирована система управления, есть сидячие места для пяти человек. Корпус изготовлен из алюминия или стеклопластика в зависимости от пожеланий клиента. Консоль предлагают закрытого и открытого типа и в разных цветах. Компания работает над технологиями хранения энергии в лодках.

Лодка Hydrogenia от стартапа VINSEN
Лодка Hydrogenia от стартапа VINSEN

Candela Speed Boat

Шведская фирма Candela строит электрические лодки на подводных крыльях для путешествий на дальние расстояния. Корпус лодки, изготовленный из углеродного волокна, чрезвычайно прочен и легок. Ультразвуковые датчики, гироскопы, акселерометры и GPS являются частью цифровых элементов лодки, которые используются для отслеживания местоположения, скорости и ускорения судна.

Модель лодки от компании Candela
Модель лодки от компании Candela

Aquawatt

Aquawatt занимается исследованием и разработкой солнечных и электрических силовых установок для малых лодок и яхт. Компания предлагает электрические подвесные и внутренние двигатели, а также литиево-ионные аккумуляторы. Стартап создает двигатели и другие компоненты трансмиссии для лодок и кораблей, работающих от аккумуляторов. Также имеет свой производственный цех, где собирает электрические лодки.

Электрическая лодка компании Aquawatt
Электрическая лодка компании Aquawatt
Электрическая лодка компании Aquawatt
Электрическая лодка компании Aquawatt

Тренды в дизайне электрической лодки

Более двух третей мирового рынка электрических лодок в 2021 году приходилось на пассажирские лодки. Поскольку они преимущественно используются для отдыха, разработчики предпочитают спокойный и привлекательный дизайн электрических лодок. В то же время по прогнозам грузовые электрические лодки покажут высокий рост на уровне 14,8% в 2022-2032 годах.

Модель электрической лодки Sunreef 80 Eco компании Sunreef Yachts, Польша
Модель электрической лодки Sunreef 80 Eco компании Sunreef Yachts, Польша

Этапы разработки электрической лодки: особенности конструкции 

Главным требованием в процессе конструкции электрической лодки является эффективность. Электрические двигатели очень эффективны, чем не могут похвалиться лодки, работающих на ископаемом топливе. К примеру, эффективность двигателя прогулочного катера на ископаемом топливе для швартовки составляет от 2-3% до 14%.

Читайте также: Производство ховербордов и летающих ранцев: ожидания vs реальность

Эффективность необходимо проверять на каждом компоненте электрической лодки.

Смоделированная электрическая лодка

Общая эффективность системы

Умножьте все компоненты по отдельности:

  • КПД гребного винта
  • Эффективность подшипника
  • Эффективность сальника
  • Эффективность упорного подшипника
  • КПД редуктора
  • КПД двигателя
  • Эффективность контроллера
  • Эффективность проводки
  • Эффективность батареи.

Особенности создания электричкой лодки

Эффективность судна равна умноженной общей эффективности системы на эффективность корпуса.

Если вы повысите эффективность одного компонента, например, гребного винта, с 60% до 80%, то вы повысите эффективность всей системы на 33% (20-процентный прирост нужно разделить на 60% и умножить на 100).

На электрической лодке нужно использовать гребной винт самого большого диаметра с максимально возможным шагом. Это необходимо, потому что электродвигатели имеют плоскую кривую крутящего момента. Если вы поставите большой гребной винт на лодку, работающую на ископаемом топливе, она не сможет вращать его на низких оборотах, и двигатель заглохнет. 

Это лишь одна из многих областей, в которых электрические лодки более эффективны, чем их аналоги, работающие на ископаемом топливе. Поэтому выбор двигателя при проектировании лодки очень важен. 

Парусники, работающие на ископаемом топливе, имеют наивысшую эффективность при полной мощности и, следовательно, наиболее эффективны при полностью открытом дросселе.

Электрические лодки имеют самый высокий КПД при минимальной мощности, поэтому они эффективны при плавании на малых скоростях и при моторном плавании.

Электрическая лодка Sunreef Supreme 70 Eco на солнечных батареях
Электрическая лодка Sunreef Supreme 70 Eco на солнечных батареях

Трудности создания электрической лодки: размещение компонентов

Расположите батареи внизу и по центру лодки и проверьте ватерлинию перед их установкой. Некоторые конструкторы используют батареи, чтобы сбалансировать лодку.

Идеальное размещение компонентов включает:

  • Двигатель установлен максимально высоко.
  • Контроллер установлен вне теплового пространства двигателя.
  • Провода переменного тока соединены в жгуты, чтобы компенсировать электромагнитные помехи, и разделены для защиты.
  • Провода постоянного тока проложены в отдельных кабелепроводах.
  • Дисплей установлен внутри кабины.
  • Дроссель установлен внутри водонепроницаемого отсека.
  • Контактор может быть установлен в любом месте между батареями и контроллером.
  • Реле вентилятора установлено рядом с контактором для простоты подключения.
  • Провода датчика эффекта Холла и датчика температуры двигателя не находятся в одном жгуте с проводами переменного тока, их следует монтировать на максимально возможном расстоянии.
  • Все кабели контроллера должны выходить из нижней части контроллера.
  • Аккумуляторы располагайте как можно ближе к контроллеру, сохраняя при этом надлежащий дифферент лодки.

Схема подключения электрического двигателя 48 вольт

Схема электрического двигателя на 48V

Как установить пропеллер на электрическую лодку?

Горизонтально лучше

Чем более горизонтально расположен карданный вал, тем лучше. Горизонтальный вал толкает лодку вперед. Гребной вал, наклоненный вниз, толкает лодку вперед только за счет горизонтальной составляющей общей силы. Остальная сила толкает лодку вверх.

На большинстве прогулочных лодок угол наклона гребного винта уменьшен в пользу внутренней компоновки. Предполагается, что в будущем, когда электрические лодки будут проектироваться с нуля, строители лодок воспользуются преимуществами небольших размеров электродвигателей и разработают лодки с более горизонтальными гребными валами.

Чем больше пропеллер электрической лодки, тем эффективнее

Чем больше пропеллер, тем он эффективнее. Пропеллеры большего размера имеют меньшее скольжение, которое представляет собой разницу между теоретическим расстоянием, которое преодолевает винт, и фактическим расстоянием, которое преодолевает винт.

Шаг — это теоретическое расстояние, которое пропеллер преодолевает за один оборот. Наиболее эффективные гребные винты имеют отношение шага к диаметру 1,3:1.

Пропеллер на электрической лодке

Как спроектировать электрическую лодку

Электрическая яхта или катер должны проектироваться электрическими с самого начала

Разработка дизайна с самого начала должна предусматривать, что лодка будет электрической. Если вы модернизируете лодку электродвигателем вместо традиционного двигателя внутреннего сгорания, вы никогда не добьетесь максимальной эффективности. Лодка должна быть спроектирована с самого начала с мыслью, что она будет именно электрической.

Проектировщик должен с самого начала задаться такими вопросами:

  • Как будет использоваться владельцем его лодка?
  • Лодка будет иметь водоизмещающий или глиссирующий корпус?
  • Какой вес лодки ставить в качестве «цели»?
  • На какую технологию строительства опираться?
  • Какова будет скорость хода?
  • Какие требуемые максимальные характеристики?
  • Какой диапазон использования мотора?
  • Какой электродвигатель ставить, с какими аккумуляторами и какой системой зарядки?

Но самый главный вопрос – сколько будет стоить лодка?

Вы можете спроектировать лучшую электрическую лодку в мире, но если первоначальная стоимость или стоимость использования слишком высоки, вы никуда не денетесь. Вы сделаете просто хороший прототип, и всего лишь.

Проект электрической лодки круглой формы

Сборка электрического катера: сколько стоит

Без учета расходов на сборку материалы для конструкции электрической лодки обойдутся приблизительно в $11 000:

 Морской двигатель мощностью 5 кВт с электроприводом: $5000
 4 батареи West Marine 4D (по $599 каждая):  $2396
 4 батареи West Marine 8D (по $689 каждая): $2756
 Кабели батареи 30 футов x 2/0 ($12/30 см): $360
 2 зарядных устройства Pro Mariner Quad ($425 каждое): $950
 Материалы для установки батареи: (ремни для крепления аккумулятора, трубы ПВХ, стекловолокно) $100
 Итого материалы: $11,562
Процесс подзарядки электрической лодки

5 причин, почему выгодно использовать электрическую лодку

Мгновенный крутящий момент

Электродвигатели могут развивать полный крутящий момент за миллисекунду. Чтобы завести лодку, необходимо много лошадиных сил. В лодках на дизеле или бензине они обычно вырабатываются двигателем внутреннего сгорания, но для выдачи этой мощности требуется больше времени. Тем временем, лодки с электроприводом могут обеспечить большой прирост мощности, что делает их идеально подходящими для катания на воде.

Доступность электрической лодки

Электрические двигатели чрезвычайно дешевы в эксплуатации. Вы можете зарядить лодку, используя домашнюю розетку.

Смоделированная электрическая пассажирская лодка

Тихо работает

Вы можете услышать визг, но не рев во время утренней рыбалки, когда отплываете от местной лодочной рампы на своей электрической лодке. Шумовое загрязнение — это то, о чем мало кто задумывается до тех пор, пока не ощутите преимущества поездок на электрическом транспортном средстве или лодке, не беспокоя людей или природу.

Не оставляет химических загрязнений

Нет остатков нефти из трюмных вод, которые могли бы попасть в океан с электродвигателями. Он просто нагревается, как и любой другой двигатель. Вы можете быть уверены, что не загрязняете океан или озера, катаясь на своей электрической лодке.

Идеально для окружающей среды

Зарядка электрической лодки, скорее всего, со временем станет еще более экологичной, поскольку можно будет использовать энергию ветра, воды или солнца.

Пассажирский электрический паром Artemis EF-24
Пассажирский электрический паром Artemis EF-24

Вывод 

Полагаться на электрификацию яхт, лодок и катеров стоит. Окупаемость расходов от первоначальных вложений — есть. Между стоимостью топлива и электричества существует «дельта» в 2,6 евро за пройденную милю в пользу полностью электрического движения. Учитывая также дополнительные расходы на техническое обслуживание обычного двигателя, экономия составляет не менее 3 евро на милю. Это означает возмещение 3000 евро за каждые 1000 миль пробега и сокращение выброса углекислого газа на 5400 кг. Тогда вы забудете о техническом обслуживании, шуме и неприятных запахах на борту. Но главное преимущество полностью электрической системы все же касается окружающей среды.