У світі настала епоха екологічно чистих човнів. 2021 року ринок електричних яхт і катерів оцінювався в $5 млрд, а в 2031-му, за прогнозами, він зросте до $16,64 млрд і збільшуватиметься щороку на 12,9%. Про вартість електричного човна та можливість зібрати його своїми руками читайте у нашому матеріалі.
Дедалі більше заборон з’являється щодо човнів на бензинових двигунах. В Амстердамі влада заборонила з 2025 року всі човни в центрі міста з бензиновими та дизельними двигунами.
Тим часом компанії, що займаються виробництвом електричного човна, розширюють лінійку своїх продуктів. Також активно розвивається ринок електричних човнових двигунів.
Компоненти електричного човна
Електричний човен – це судно з електроприводом. У процесі розробки електроніки для човнів враховуйте основні компоненти її електричної системи:
- електричний зарядний пристрій – контролює та керує зарядами відповідно до ємності акумулятора,
- акумулятор – відповідає за накопичення енергії для руху електричних човнів,
- контролер трансформатора – статичний електричний пристрій, що передає енергію між двома ланцюгами,
- контролер двигуна – перетворює постійний струм на змінний,
- електродвигун, що дозволяє човну працювати.
Електричні човни працюють на чистій енергії та не забруднюють навколишнє середовище завдяки акумуляторам. Акумулятори на таких човнах подібні до тих, що використовуються в електромобілях.
Ринок електричних човнів поділяється:
| За рухом | – суто електричні – гібридні |
| За типом батареї | – свинцево-кислотний акумулятор – літій-іонний акумулятор – акумулятор на основі нікелю |
| За діапазоном | – менш як 50 км – 50-100 км – 101–1000 км – понад 1000 км |
| За силою | – нижче 5 кВт – від 5 до 30 кВт – більш як 30 кВт |
| За перевезенням | – пасажирські човни – вантажні човни |
| Головні гравці на ринку | Очікується, що головними гравцями, які сприятимуть зростанню ринку електричних човнів, стануть: – ABB LTD, – Aquawatt Green Marine Technologies, – Boesch Motorboote AG, – Boote Marian GmbH, – Candela Technology AB, – Corvus Energy, – Domani Yachts. |
Електричний човен Arc
Човен Arc натхненний моделлю Tesla. Розробники прагнули створити швидкісний катер високого класу, який конкурує з найкращими в галузі. Він має 500 кінських сил та швидкість 64 км/год. Живиться від 800-вольтової батареї на 200 кВт/год. На сьогоднішній день це найпотужніший електричний комерційний водний транспорт. Акумулятор на човні втричі більший за Tesla Model Y і важить 1360 кг. Щоб настільки велика батарея помістилася у човні, розробники передбачили спеціальний корпус.
У компанії вирішили працювати з алюмінієвим корпусом замість більш поширеного скловолокна. Таке рішення пояснили тим, що алюмінієвий корпус легший, міцніший і дозволяє добре тестувати та удосконалювати форму у пошуках найбільш оптимальної. Компанія вбачає свою місію в електрифікації морської галузі.
Двигун та акумулятор розташовані під підлогою човна. Інтегроване програмне забезпечення об’єднує все на борту та оновлюється через бездротовий інтернет. Вбудовані динаміки преміум-класу та бездротові зарядні пристрої для телефонів. Середній час використання човна – 3-5 годин.
Модель Arc коштує від 300 тисяч доларів. Стратегія компанії полягає в тому, щоб продати невелику кількість човнів за високою ціною та інвестувати у масове виробництво дешевших варіантів.
Електричний човен Naiver
Електричний човен Navier 30 створили два інженери Массачусетського технологічного інституту. Вони використовували електричну технологію підводного крила, що дозволяє літати над водою. Максимальна швидкість – 30 вузлів, запас ходу – 75 морських миль під час руху зі швидкістю 20 вузлів.
Човен має три висувні крила, розташовані біля носа і з обох боків корми. Може долати хвилі до 1,2 метрів. Ціна – від 300 тисяч доларів. Човен розрахований для риболовлі, сімейних прогулянок та катання на водних лижах.
Розробники передбачили три варіанти човна: з кабіною, дахом та повністю відкритий варіант конструкції.
Електричний човен E-Motion 180
Човен E-Motion 180 від компанії Vision Marine є першим у світі швидкісним катером із літієвим двигуном. E-Motion 180 має максимальну швидкість 96 км/год та потужність двигуна 180 кінських сил.
Орієнтовний запас ходу становить 112 км із крейсерською швидкістю 32 км/год або 3,5 години. Ці фактори залежать від погодних умов та навантаження.
Стартапи на ринку електричних човнів
Серед найкращих стартапів, що працюють на ринку, відрізняються:
- VINSSEN,
- Candela Speed Boat,
- Aquawatt.
VINSEN
VINSEN – південнокорейський виробник електричних човнів, заснований у 2017 році. Прогулянкове судно Hydrogenia довжиною 8,2 метра розроблене на водневому паливному елементі.
У човен інтегрована система керування, є сидячі місця для п’яти осіб. Корпус виготовлений з алюмінію чи склопластику залежно від побажань клієнта. Консоль пропонують закритого та відкритого типу та в різних кольорах. Компанія працює над технологіями зберігання енергії у човнах.
Candela Speed Boat
Шведська фірма Candela будує електричні човни на підводних крилах для подорожей на далекі відстані. Корпус човна, виготовлений із вуглецевого волокна, надзвичайно міцний і легкий. Ультразвукові датчики, гіроскопи, акселерометри та GPS є частиною цифрових елементів човна, які використовуються для відстеження розташування, швидкості та прискорення судна.
Aquawatt
Aquawatt займається дослідженням та розробкою сонячних та електричних силових установок для малих човнів та яхт. Компанія пропонує електричні підвісні та внутрішні двигуни, а також літієво-іонні акумулятори. Стартап створює двигуни та інші компоненти трансмісії для човнів та кораблів, що працюють від акумуляторів. Також має свій виробничий цех, де збирає електричні човни.
Тренди в дизайні електричного човна
Понад дві третини світового ринку електричних човнів у 2021 році припадало на пасажирські човни. Оскільки вони здебільшого використовуються для відпочинку, розробники віддають перевагу спокійному та привабливому дизайну електричних човнів. Водночас, за прогнозами, вантажні електричні човни покажуть високе зростання на рівні 14,8% у 2022-2032 роках.
Етапи розробки електричного човна: особливості конструкції
Головною вимогою у процесі конструкції електричного човна є ефективність. Електричні двигуни дуже ефективні, чим не можуть похвалитися човни, що працюють на викопному паливі. Наприклад, ефективність двигуна катера на викопному паливі для швартування становить від 2-3% до 14%.
Читайте також: Виробництво ховербордів і літаючих ранців: очікування та реальність
Ефективність потрібно перевіряти на кожному компоненті електричного човна.
Загальна ефективність системи
Помножте всі компоненти окремо:
- ККД гребного гвинта
- Ефективність підшипника
- Ефективність сальника
- Ефективність завзятого підшипника
- ККД редуктора
- ККД двигуна
- Ефективність контролера
- Ефективність проводки
- Ефективність батареї.
Особливості створення електричкою човна
Ефективність судна дорівнює помноженій загальній ефективності системи на ефективність корпусу.
Якщо ви підвищите ефективність одного компонента, наприклад, гребного гвинта, з 60% до 80%, то ви підвищите ефективність всієї системи на 33% (20% приріст потрібно розділити на 60% і помножити на 100).
На електричному човні потрібно використовувати гребний гвинт найбільшого діаметра з максимально можливим кроком. Це необхідно, бо електродвигуни мають плоску криву крутного моменту. Якщо ви поставите великий гребний гвинт на човен, що працює на викопному паливі, він не зможе обертати його на низьких оборотах, і двигун заглухне.
Це лише одна з багатьох сфер, у яких електричні човни ефективніші, ніж їхні аналоги, що працюють на викопному паливі. Тому вибір двигуна під час проектування човна дуже важливий.
Вітрильники, що працюють на викопному паливі, мають найвищу ефективність при повній потужності і, отже, найефективніші при повністю відкритому дроселі.
Електричні човни мають найвищий ККД за мінімальної потужності, тому вони ефективні під час плавання на малих швидкостях і під час моторного плавання.
Труднощі під час створення електричного човна: розміщення компонентів
Розташуйте батареї внизу та по центру човна і перевірте ватерлінію перед їхнім встановленням. Іноді конструктори використовують батареї, щоб збалансувати човен.
Ідеальне розміщення компонентів містить:
- Двигун встановлений максимально високо.
- Контролер встановлений поза тепловим простором двигуна.
- Провід змінного струму з’єднаний у джгути, щоб компенсувати електромагнітні перешкоди, і розділений для захисту.
- Провід постійного струму прокладено в окремих кабелепроводах.
- Дисплей встановлений усередині кабіни.
- Дросель встановлений усередині водонепроникного відсіку.
- Контактор може бути встановлений у будь-якому місці між батареями та контролером.
- Реле вентилятора встановлено поряд із контактором для простоти підключення.
- Провід датчика ефекту Холла і датчика температури двигуна не знаходяться в одному джгуті з проводами змінного струму, їх варто монтувати на максимально можливій відстані.
- Усі кабелі контролера мають виходити з нижньої частини контролера.
- Акумулятори розташовуйте якнайближче до контролера, зберігши належний диферент човна.
Схема підключення електричного двигуна 48 вольт
Як встановити пропелер на електричний човен?
Горизонтально краще
Що горизонтальніше розташований карданний вал, то краще. Горизонтальний вал штовхає човен уперед. Гребний вал, нахилений вниз, штовхає човен уперед лише за рахунок горизонтальної складової загальної сили. Решта сил штовхає човен вгору.
На більшості прогулянкових човнів кут нахилу гребного гвинта зменшений на користь внутрішньої компонування. Передбачається, що в майбутньому, коли електричні човни проектуватимуться з нуля, будівельники човнів скористаються перевагами невеликих розмірів електродвигунів і розроблять човни з більш гребними валами.
Що більший пропелер електричного човна, тим ефективніше
Що більше пропелер, тим ефективніше. Пропелери більшого розміру мають менше ковзання, що дорівнює різниці між теоретичною відстанню, яка долає гвинт, і фактичною відстанню, що долає гвинт.
Крок – це теоретична відстань, яку пропелер долає за один оборот. Найефективніші гребні гвинти мають відношення кроку до діаметра 1,3:1.
Як спроектувати електричний човен
Електричну яхту або катер треба проектувати електричними від початку
Розробка дизайну з самого початку має передбачати, що човен буде електричним. Якщо ви модернізуєте човен електродвигуном замість традиційного двигуна внутрішнього згоряння, ви ніколи не досягнете максимальної ефективності. Човен має бути спроектований з думкою, що він буде саме електричний.
Проектувальник має із самого початку поставити такі питання:
- Як використовуватиметься власником його човен?
- Човен матиме водоізомісний чи глісуючий корпус?
- Яку вагу човна ставити як «мету»?
- На яку технологію будівництва спиратися?
- Якою буде швидкість ходу?
- Які необхідні максимальні характеристики?
- Який діапазон використання двигуна?
- Який електродвигун ставити, з якими акумуляторами та якою системою зарядки?
Але найголовніше питання – скільки коштуватиме човен?
Ви можете спроектувати найкращий електричний човен у світі, але якщо початкова вартість або вартість його використання занадто висока, ви нікуди не подінетесь. Ви зробите просто гарний прототип, і не більше.
Складання електричного катера: скільки коштує
Без урахування витрат на роботу зі складання, матеріали для конструкції електричного човна коштуватимуть приблизно $11 000:
| · Морський двигун потужністю 5 кВт з електроприводом: | $5000 |
| · 4 батареї West Marine 4D (по $599 кожна): | $2396 |
| · 4 батареї West Marine 8D (по $689 кожна): | $2756 |
| · Кабелі батареї 30 футів x 2/0 ($12/30 см): | $360 |
| · 2 зарядні пристрої Pro Mariner Quad ($425 кожне): | $950 |
| · Матеріали для встановлення батареї (ремені для кріплення акумулятора, труби ПВХ, скловолокно): | $100 |
| Разом матеріали: | $11,562 |
5 причин, чому вигідно використовувати електричний човен
Миттєвий крутний момент
Електродвигуни можуть розвивати повний крутний момент за мілісекунду. Щоб завести човен, потрібно багато кінських сил. У човнах на дизелі чи бензині вони зазвичай виробляються двигуном внутрішнього згоряння, але для видачі цієї потужності потрібно більше часу. А човни з електроприводом можуть забезпечити великий приріст потужності, що робить їх ідеальним для катання на воді.
Доступність електричного човна
Електричні двигуни надзвичайно дешеві в експлуатації. Ви можете зарядити човен, використовуючи навіть домашню розетку.
Тихо працює
Ви можете почути вереск, але не рев під час ранкової риболовлі, коли відпливаєте від місцевої човнової рампи на своєму електричному човні. Шумове забруднення – це те, про що мало хто замислюється, доки не відчуєте переваги поїздок на електричному транспортному засобі і не турбує людей і природу.
Не залишає хімічних забруднень
Немає залишків нафти з трюмних вод, які б потрапити до океану з електродвигунами. Двигун просто нагрівається. Ви можете бути впевнені, що не забруднюєте океан або озера, катаючись на своєму електричному човні.
Ідеально для довкілля
Заряджання електричного човна, ймовірно, згодом стане ще більш екологічним, оскільки можна буде використовувати енергію вітру, води чи сонця.
Висновки
Покладатися на електрифікацію яхт, човнів та катерів варто. Окупність витрат від початкових вкладень є. Між вартістю палива та електрики є «дельта» 2,6 євро за пройдену милю на користь повністю електричного руху. З урахуванням додаткових витрат на технічне обслуговування звичайного двигуна, економія становить не менш як 3 євро на милю. Це означає відшкодування 3000 євро за кожні 1000 миль пробігу та скорочення викиду вуглекислого газу на 5400 кг. Також ви забудете про технічне обслуговування, шум і неприємні запахи на борту. Але головна перевага повністю електричної системи все ж таки стосується довкілля.
