Jokainen purjehtija tuntee dieselmoottorin märän yskän ja pakokaasun pistävän hajun. Joillekin se on merkki siitä, että seikkailu on alkamassa, toisille se on vakuutus siitä, että veneessä on kaikki hyvin. Perinteinen moottori on ehkä veneen tärkein turvaominaisuus, mutta sen päivät saattavat olla luetut.
Sähköpurjehduksen vallankumous on tulossa – ja vaikka käyttöönotto merenkulkualalla on osoittautunut paljon hitaammaksi kuin automaailmassa maissa, edistystä on tapahtunut.
Markkinat ovat vielä suhteellisen pienet. Selvä markkinajohtaja Torqeedon myynti oli viime vuonna 25 miljoonaa euroa, josta suurin osa lautoilla ja kompakteilla perämoottoreilla. Se tarjoaa myös valikoiman saildrive- ja pod drive -moottoreita jahteille, joiden tilavuus on 2-50 tonnia tai noin 20-60 jalkaa LOA.
Mutta purjehtijat ovat olleet hitaita omaksumaan, ja hyvästä syystä: jos suunnittelet valtameren ylittämistä tai vaikeiden olosuhteiden kohtaamista avomerellä, luotat moottoriin, joka auttaa sinua ohittamaan vaaran tai kulkemaan läpi ankeuden – joskus päiväkausia kerrallaan.
Oceanvolt AXC-sarja on modulaarinen akselivetojärjestelmä (10 kW:sta 40 kW:iin), joka sopii perinteisen dieselmoottorin tilalle
Jopa nykyisillä edistyksellisillä litiumioniveneakkuilla sähköisen järjestelmän toimintasäde mitataan kymmenissä meripeninkulmissa, ei sadoissa. Niinpä 35-jalkaisen yksirunkoisen veneen, jossa on 10 kWh:n litiumakku (neljä kappaletta, jotka painavat yhteensä 96 kg), kantama olisi vain 24 meripeninkulmaa 3,8 solmun nopeudella tai alle 16 meripeninkulmaa täydellä kaasulla.
Kun otetaan huomioon polttomoottoreiden uskomaton tuhlaus, sillä polttomoottorit haihduttavat enemmän energiaa lämpönä ja meluna kuin ne tuottavat työntövoimaa, diesel on edelleen kymmenen kertaa energiatiheämpi kuin akut.
Täysin hiilikuitupohjaisessa ylellisessä päiväpurjeveneessä Yamilassa käytetään Oceanvolt SD8 8 kW:n sähköistä saildrive-järjestelmää. Kuva: Tobias Stoerkle
”Kun tarkastellaan bluewater-risteilijöitä, niissä on tietysti diesel”, sanoo Torqeedon perustaja ja toimitusjohtaja, tohtori Christoph Ballin. ”Ja on oikein, että harva rannikkopurjehtija valitsee pelkän sähkömoottorin.”
Mutta se ei tarkoita, että sähkö ei kiinnostaisi risteilypurjehtijoita – kaukana siitä. ”Tavallisten” purjehtijoiden tavallisempi reitti on diesel- ja sähkömoottorin yhdistäminen hybridipurjehduksessa.
Tässä mallissa moottori korvataan sähkömoottorilla, joka on kytketty litiumakkupankkiin. Tätä voidaan ladata vesivoimalla – kun nopeus purjehduksen aikana kääntää potkuria ja lataa akut takaisin – sekä aurinko- tai tuulivoimalla. Mutta kun tarvitaan pidempiä jaksoja teholla, sähköä tuottaa itsenäinen tasavirtageneraattori, joka voidaan asentaa minne tahansa aluksella.
Tällaista asetelmaa suosittelee suomalainen Oceanvolt, joka on keskittynyt risteilypurjehdusmarkkinoille akseli- ja purjevetomoottoreilla, jotka ovat peräisin 3:sta.7 kW:sta 15 kW:iin (noin 10 hv:stä 45 hv:iin dieselmoottorilla mitattuna).
”Maailmanympärysmatkaristeilijän tapauksessa suosittelemme hybridijärjestelmää, jossa on varavoimageneraattori, joka tukee jatkuvaa ajoa tarvittaessa”, sanoo Oceanvoltin toimitusjohtaja Markus Mustelin. ”Regeneroiva potkuri, joka pyörii purjehduksen aikana ja lataa akkuja (uhraamalla 0,2-0,4 solmun verran veneestä ja olosuhteista riippuen), mahdollistaa lähes riippumattoman käytön generaattorista ja käyttää sitä vain varavoimana.”
Ipswichissä sijaitseva modernien klassikoiden rakentaja Spirit Yachts on aloittanut tähänastisen suurimman projektinsa rakentamisen, 34 metrin pituisen sluupin, Spirit 111:n….
Sähköisen propulsioinnin edelläkävijä Torqeedo voitti tänään (15.11.) vuoden suurimman merenkulkulaitepalkinnon -…
Tämän järjestelmän etuna on, että generaattoria tarvitaan vain pidemmillä matkoilla, joten vene manööveröi edelleen äänettömästi satamiin ja ankkuripaikkoihin.
Ja hyvin suunniteltu ja oikein mitoitettu generaattori muuttaa dieselin paljon tehokkaammin sähköksi kuin moottori, jota ei ole alun perin suunniteltu tähän tehtävään. Jotkut purjehtijat valitsevat Hybrid-Marinen tarjoaman kaltaisen in-line-hybridijärjestelmän, joka ruuvataan kiinni olemassa olevaan dieseliin.
Nämä ovat helpompia jälkiasentaa, ja niillä on monia samoja ominaisuuksia kuin täyshybridijärjestelmällä, mutta haittapuolena on se, että moottori on edelleen koteloituna jonnekin lähelle veneen keskiosaa.
Sähkömagneettisuus
Tähän asti suurin osa liiketoiminnasta on hoidettu jälkiasennuttamalla olemassa olevia jahteja. Mutta yhä useammat jahdinrakentajat pyrkivät sisällyttämään sähköisen propulsioinnin alkuperäisvarusteisiin. Maailman kolmanneksi suurin venevalmistaja Hanse Yachts on ehkä edistynein – se tarjoaa Hanse 315 -mallinsa lähtötasoa sähköisellä peräsinvetovaihtoehdolla.
Järjestelmä vie vähemmän tilaa kuin vakiodiesel, on paljon hiljaisempi ja tärinä- ja päästötön. Hanse myöntää kuitenkin, että käyttöönotto on ollut pettymys.
Tekniikka on herättänyt enemmän kiinnostusta järvipurjehtijoiden keskuudessa. Innovatiivinen nuori saksalainen tuotemerkki Bente on asentanut Torqeedo-moottoreita menestyksekkääseen 24-jalkaiseen malliinsa, joka on alun perin suunniteltu Saksan ”vihreille järville”.
Kaukana kotimaassaan jollaspesialisti RS Sailing on päättänyt asentaa sisäänvedettävän sähkömoottorivetoisen voimansiirron uuteen RS21-köliveneeseensä. Järjestelmä on jo ristitty ”näkymättömäksi gennakeriksi”, ja se perustuu Torqeedon Travel 1003 -perämoottoriin.
Matalan painon käyttövoiman houkutus on houkutellut myös isompia kilpaveneitä. Katsokaa vaikka Maliziaa, IMOCA 60 -alusta, jota valmistellaan vuoden 2020 Vendée Globe -kilpailuun kevyellä Torqeedo-järjestelmällä.
”Päästöttömän maailmanympärimatkan tekeminen kisaolosuhteissa ja samalla oman energian tuottaminen on täysin inspiroiva konsepti”, sanoo Malizian kippari Boris Herrmann.
Sähkökäyttöinen vene on menestynyt hyvin myös luksusluokan veneissä, joissa litiumioniakkujen osuus veneen kokonaiskustannuksista on pienempi. 50-jalkaiseen Privilege 5 -katamaraaniin ja hiilikuituiseen Gunboat 60 -veneeseen on jälkiasennettu Torqeedo-sarja, kun taas Oceanvolt on mukana Swan 57 -veneessä ja täysin hiilikuituisessa Agile 42 -veneessä.
Yleiskuva Gunboat Moonwave -veneeseen asennetusta Torqeedo Deep Blue -voimansiirtojärjestelmästä
Gunboat Moonwave -veneeseen asennettu Torqeedo Deep Blue -voimansiirtojärjestelmä
Gunboat Moonwave -veneeseen on asennettu kaksi kappaletta 25 kW:n tehoista Deep Blue -moottoriturbiinimoottoria, joista molemmat pystyvät regeneroitumaan purjehduksen aikana. Aluksella on edelleen generaattori, joka pidentää akkujen kantamaa avomerellä, mutta ”he eivät enää käytä generaattoria – se on vain hätätapauksia varten”, Torqeedon Ballin sanoo.
Spirit Yachts suunnittelee sähköistä propulsiovoimaa myös tänä kesänä vesille laskettavaan Spirit 111 -lippulaivaansa. Neljän suuren 40 kW:n litiumakun ja 100 kW:n moottorin ansiosta jahti pystyy toimimaan äänettömästi tuntikausia, vaikka siinä on myös 100 kW:n dieselgeneraattorikapasiteetti.
”Todellinen painopiste ei ole propulsiossa”, selittää Spiritin johtaja Nigel Stuart, ”vaan siinä, että kaikki toimii sopusoinnussa keittiön varusteista ja lämpimästä vedestä lämmitykseen, ilmastointilaitteisiin, hydrauliikkaan jne.”. Brittiläinen telakka rakentaa myös 65-jalkaista alusta, jossa käytetään Oceanvolt-hybriditeknologiaa, ja uutta 44-jalkaista alusta, joka on puhtaasti sähkökäyttöinen.
Yhtäältä kilpa-alukset ja toisaalta korkealuokkaiset risteilijät, mutta keskellä on jonkinlainen aukko. Torqeedon omien sanojen mukaan risteilypurjehtijat eivät ole olleet sähköisen vallankumouksen suuressa keskiössä, mutta kaikki tämä on muuttumassa. ”Aloitimme purjehduksen kanssa hieman myöhään”, Ballin myöntää, ”mutta seuraavien viiden-kahdeksan vuoden aikana siihen puututaan isosti.”
Täysin integroitu sähköinen voimansiirtojärjestelmä antaa voiman uudelle 111-jalkaiselle Spirit Yachtsin lippulaivalle
Mitä se oikeastaan tarkoittaa? No, ensinnäkin se tarkoittaa järjestelmäintegraatiota. Jos se ei kuulosta vallankumoukselliselta, niin kuvittele aluksella oleva järjestelmä, jossa aurinkopaneelit, vesigeneraattorit, akut, generaattorit ja moottorit toimisivat saumattomasti yhdessä pitääkseen jahdin riittävällä sähköllä ympäri vuorokauden. ”Siitä ihmiset ovat valmiita maksamaan: runsaasta energiasta ja lämmityksestä tai ilmastointilaitteista läpi yön”, Ballin sanoo.
Hybridipurjehduksen tulevaisuus
Torqeedo suunnittelee lähitulevaisuudessa uutta aluetta laajentavaa tasavirtageneraattoria nimenomaan hybridipurjeveneille. Sen nykyinen yksikkö on WhisperPowerin rakentama, ja se tuottaa 25 kW, mikä on liikaa tehoa veneisiin, joissa käytetään pod-käyttöjärjestelmää.
Generaattori suunnitellaan toimimaan optimaalisilla kierrosluvuilla, kun taas älykäs tasavirta tasajännitteeksi -muunnos irrottaa akkujännitteen latausjännitteestä paljon suuremman hyötysuhteen aikaansaamiseksi.
Veneiden, aivan kuten autojenkin kohdalla, akkukapasiteetin kohdalla on kyse läpimurrosta, joka tulee tekemään eron kaiken. Ennen kuin sähköllä kuljettava toimintasäde yltää dieselillä kuljettavaan toimintasäteeseen, epäilijöitä on paljon. Ballinin mukaan se ei todennäköisesti tapahdu vielä vuosikymmeneen tai pidempään.
”Teoriassa laboratorioissa on testattu akkuja, jotka ovat kymmenen kertaa litiumia tehokkaampia”, hän selittää. ”Ja jos se onnistuu, bensiini on mennyttä. Mutta yritämme yhdistää pitkän aikavälin vision ja lyhyen aikavälin ajattelutavan.”
Sillä välin vallitseva teknologia perustuu litium-mangaani-koboltti-akkuihin, ja tasainen kehitysprosessi tekee siitä 5-8 prosenttia parempaa joka vuosi. Esimerkiksi BMW on juuri ilmoittanut, että sen seuraavan sukupolven i3-akku, jota Torqeedon Deep Blue -järjestelmä käyttää, pystyy pitämään sisällään 40 kWh:n tehon – 33 %:n lisäys samassa koossa, painossa ja lähes samoissa kustannuksissa.
Torqeedo Cruise 2.0 FP Pod Drive soveltuu pienille jahdille enintään 4 tonnin painoon asti – myös kokoontaitettava potkuri on mahdollista asentaa
Muuten kehityskohteena on potkurin ympärillä. Useimmissa cruising-järjestelmissä käytetään dieselmoottoreille suunniteltua taittopotkuria tai sulkupotkuria. Torqeedon omat tutkimukset osoittavat kuitenkin, että sähkömoottorin tasaisen suuri vääntömomentti hyödynnetään parhaiten potkureilla, joissa on muuttuva jako.
Oceanvolt on kuitenkin ratkaissut tämän ongelman nimenomaan sähkömoottoreita varten Servo Prop -järjestelmällään, jonka se väittää olevan 30 % tehokkaampi edessä, 100 % parempi takana ja 300 % tehokkaampi regenerointitilassa.
Oceanvoltin mukaan tämä potkuri pumppaa akkujen tehoa noin 500 W vain 5 solmun nopeudella – mikä on 30-jalkaisen yksirunkoisen veneen keskimääräinen nopeus. Kuuden solmun nopeudella se nousee noin 800 W:iin, ja isomman valtameriristeilijän hyvin hallittavissa olevalla 7 solmun nopeudella päästään 1,2 kW:iin.
”Uusi teknologia voi harvoin kilpailla hinnalla vakiintuneen teknologian kanssa sen alkuvaiheen kasvuvaiheessa”, Mustelin sanoo. ”Olemme kuitenkin ohittaneet tämän, ja nykyään sähköjärjestelmiä tarjotaan varsin kilpailukykyiseen hintaan. Kun tähän lisätään vielä se, että sähköjärjestelmä on lähes huoltovapaa, omistuksen kokonaiskustannukset ovat kääntymässä sähköisten hyväksi.”
Et siis ehkä kuule niiden lähestyvän, mutta odota näkeväsi yhä enemmän sähkökäyttöisiä veneitä vesillä vallankumouksen jatkuessa.
Vääntömomenttikysymys
Keskeinen osa sähkökäyttöisen propulsioinnin kannattavuutta perustuu ajatukseen, jonka mukaan pienemmällä moottorilla voidaan saada aikaan sama työ kuin isommalla dieselillä. Tähän liittyy kaksi tekijää. Ensinnäkin dieselmoottori ei muunna tehokkaasti kemiallista energiaa työntövoimaksi, vaan tuottaa paljon lämpöä ja melua. Toiseksi sähkömoottorin vääntömomenttiominaisuudet ovat paljon paremmat kuin dieselin.
Mustelin sanoo, että Oceanvoltin 10 kW:n moottori ”päihittää helposti” 30 hv:n dieselin. ”Tyypillisesti veneen maksiminopeus on hieman alhaisempi (0,5kt-1,0kt) kuin vastaavalla dieselmoottorilla, mutta samalla vene säilyttää nopeuden paremmin kovalla merellä ja vastatuulessa suuremman vääntömomentin ansiosta. Ohjattavuus on paljon parempi ahtaissa venesatamatiloissa.”
Tämä johtuu siitä, että polttomoottorit saavuttavat huipputehon (ja maksimivääntömomentin) vain pienellä nopeusalueella. Vääntömomentti on pyörimisvoiman mitta – veneen tapauksessa potkurin kohdalla.
Dieselmoottori kehittää optimaalisen vääntömomentin välillä 1 800-2 000 kierrosta minuutissa, kun taas sähkömoottorit tuottavat sen 0:sta noin 2 000 kierrokseen minuutissa. Tämän ansiosta sähkömoottorit voivat käyttää tehokkaampia potkureita, jotka ovat ohuempia ja jyrkempiä.
Moottorikäyttöisiä:
Se on vaatinut vuosia kehitystyötä ja yli 10 miljoonan dollarin rahoituksen, mutta tunnettu venejärjestelmien asiantuntija Nigel Calder on auttanut suunnittelemaan niin tehokkaan vaihtovirtageneraattorin, että se poistaa generaattorin tarpeen aluksella.
Moottoriin asennettuna, vaihtovirtageneraattorin kakkospaikalle, Integrel voi tuottaa viisi- tai kymmenkertaisen tehon. Järjestelmän takana on vähintään 10 kWh:n lyijyakut (litium on myös vaihtoehto) sekä Victronin laturit ja invertterit.
”Jos käynnistät moottorin, se lataa akut; jos ajat moottorin ollessa tyhjäkäynnillä, se tietää, että se on itsenäisessä generaattorikäytössä, ja siirtyy siihen algoritmiin”, Calder selittää. ”Se tulee todennäköisesti halvemmaksi kuin generaattorin asentaminen, ja se eliminoi läpiviennit, jäähdytyspiirit, pitkät käyntiajat ja huollon.”
Järjestelmän avulla voit käyttää aluksella kaikenlaisia mukavuuksia, jotka normaalisti vaatisivat generaattorin: kuumasta vedestä tarpeen mukaan kahvinkeittimiin ja pakastimiin. ”Uskomme vilpittömästi, että tämä järjestelmä tulee syrjäyttämään generaattorit lähes kaikissa veneissä, joissa on tällä hetkellä generaattori tai jotka haluaisivat generaattorin”,
lisää Calder.
Kokeet osoittivat, että kun moottori on vaihteella ja alhaisilla kierrosluvuilla, Integrel voi tuottaa noin 2 kW:n tehon lisäämättä polttoaineen kulutusta tai alentamatta nopeutta – se yksinkertaisesti hyödyntää moottorin hukkaan menevää kapasiteettia. Tämä tarkoittaa, että se toimii jahdin olemassa olevan moottorin kanssa – ei tarvitse ylimitoittaa – ja se on jo asennettu menestyksekkäästi uuteen Southerly 480:een, Malo 46:een ja samankokoiseen Hallberg-Rassyyn.
Tapaustutkimus: Dufour 382 Alcyone
Dufourin vuonna 2016 rakentama Alcyone varustettiin välittömästi ammattimaisesti jälkiasennuksena Oceanvoltin SD15-saildrive-moottorilla, jota syötetään 14 kWh:n litiumakkupankista. Omistajat Michael Melling ja Diana Kolpak speksasivat myös 8kWh DC-generaattorin kantaman laajentamiseksi. Moottorin ja akkujärjestelmän varustelu maksoi 30 600 euroa, minkä lisäksi generaattori maksoi 13 744 euroa, ja asennuskustannukset olivat noin 8 000 euroa.
He vuokraavat venettä Vancouverin lähistöllä Desolation Soundin ja sitä ympäröivien alueiden tutkimiseen, jossa hiljainen ja puhdas käyttövoima on myyntivaltti. ”Mikään ei pilaa purjehduksen – tai syrjäisen ankkuripaikan – iloa enempää kuin dieselmoottorien melu ja haju”, he selittävät. ”Oceanvolt-järjestelmän asentaminen uuteen veneeseemme on vapauttanut meidät siitä. Se on tulevaisuuden tapa.”
Charter manager Merion Martin sanoi, että muutos on ollut suosittu myös charter-asiakkaiden keskuudessa, ja lisäsi: ”Järjestelmän tärkein etu on se, että se kuluttaa jatkuvasti noin 40 prosenttia vähemmän polttoainetta kuin tavallinen dieselmoottori viikon vuokrauksen aikana. Tehonhallintajärjestelmän ymmärtäminen vaatii kuitenkin hieman totuttelua, ja järjestelmään liittyvät monet komponentit voivat tehdä vianetsinnästä haastavaa.”
Jos nautit tästä….
Yachting World on johtava kansainvälinen lehti bluewater-risteilijöille ja offshore-purjehtijoille. Joka kuukausi meillä on käytännöllisiä artikkeleita, jotka auttavat sinua suunnittelemaan ja valmistautumaan purjehdusunelmiesi toteuttamiseen.Kehitä tietämystäsi kuukausi kuukaudelta tilauksella, joka toimitetaan kotiovellesi – ja vieläpä alennettuun kansihintaan. Katso uusimmat tarjouksemme nyt.