ŁODZIE ELEKTRYCZNE: Wyzwania projektowe motorowych łodzi elektrycznych — perspektywa projektanta
Wyzwania projektowe motorowych łodzi elektrycznych
Projektowanie łodzi motorowych to kompromis. Każdy, kto pracuje w tej branży, wie o tym doskonale. Ale gdy do gry wchodzą łodzie elektryczne i napęd elektryczny, ten kompromis nabiera zupełnie nowego wymiaru. Od kilku lat zajmuję się projektowaniem elektrycznych jednostek motorowych w przedziale od 5,5 do 10 metrów i chciałabym podzielić się tym, z czym jako projektant mierzę się na co dzień.
Motorowe łodzie elektryczne — problem technologiczny czy inżynierski?
Często słyszę pytanie: dlaczego łodzie elektryczne wciąż są niszą? Czy technologia napędu elektrycznego dla łodzi jeszcze nie jest gotowa? Odpowiedź jest prostsza i jednocześnie bardziej skomplikowana niż mogłoby się wydawać. Technologia istnieje i jest coraz bardziej zaawansowana. Problem polega na czymś innym — na tym, jak pogodzić fizyczne, finansowe i użytkowe ograniczenia, które działają jednocześnie i najczęściej przeciwko sobie.
Baterie do łodzi elektrycznych są za ciężkie albo za drogie. Kadłub łodzi elektrycznej musi być odpowiednio zaprojektowany pod konkretny zakres prędkości. Silniki elektryczne do łodzi o wysokich mocach wymagają wyższego napięcia, którego nie każdy klient chce na swojej łodzi. Klient chce komfortu, ale komfort to masa, a masa ogranicza zasięg elektrycznej łodzi. I tak dalej — każde z tych ograniczeń pociąga za sobą kolejne.
Przestrzeń i baterie do łodzi elektrycznych — pierwszy dylemat projektowy
Na małej łodzi elektrycznej miejsca jest po prostu mało. Żeby osiągnąć sensowną autonomię pływania łodzi elektrycznej, potrzeba dużej pojemności bateryjnej, a duża pojemność to duża masa i duża objętość. Na jednostce o długości 5,5 metra nie ma tu zbyt wiele do negocjowania — miejsca po prostu brak.
Na większych elektrycznych łodziach motorowych, do 10 metrów, sytuacja wcale nie jest prostsza — bo wraz z wielkością łodzi rosną też oczekiwania klienta. Klient chce komfortu, przestrzeni mieszkalnej, dodatkowej kabiny, miejsca na schowki. I tu pojawia się klasyczny dylemat projektowy przy projektowaniu łodzi elektrycznych: kolejna kabina czy miejsce na baterie? Schowki czy większy zasięg łodzi elektrycznej?
Baterie do łodzi elektrycznych — lekkie i kompaktowe — są drogie. Te tańsze są za ciężkie, żeby je zastosować bez istotnego wpływu na pływalność jednostki. Efekt jest taki, że ceny małych łodzi elektrycznych są znacznie wyższe niż ich spalinowych odpowiedników — i to jest jeden z realnych problemów rynkowych łodzi elektrycznych. A mając mniej baterii mamy mniejszy zasięg łodzi elektrycznej, a mając droższe baterie mamy mniejszy budżet na ich ilość. Bezpośrednią konsekwencją tego kompromisu jest więc zasięg — i to zasięg, którego klient oczekuje, a który przy obecnym stanie technologii bateryjnej w elektrycznych łodziach motorowych do 10 metrów jest po prostu trudny do osiągnięcia.
Moc silnika elektrycznego a masa łodzi
Silniki elektryczne do łodzi przy niskim napięciu zasilania oferują stosunkowo małe moce. Duże moce silników elektrycznych istnieją, ale wymagają znacznie wyższego napięcia — a nie każdy klient chce mieć na swojej łodzi elektrycznej instalację wysokiego napięcia. Jednocześnie zwolenników szybkiego pływania na łodziach elektrycznych, do którego potrzeba dużej mocy, jest wielu. To realne wyzwanie projektowe przy projektowaniu elektrycznych łodzi motorowych, z którym technologia jeszcze się mierzy.
Żeby układ napędowy elektrycznej łodzi o małej mocy miał w ogóle sens, łódź elektryczna musi być możliwie jak najlżejsza. A to łatwo powiedzieć, trudniej wykonać. Sama konstrukcja elektrycznej jednostki pływającej wraz z wyposażeniem i układem napędowym daje określoną wagę wyjściową, od której trudno zejść — szczególnie na wczesnych prototypach łodzi elektrycznych. Im cięższa łódź elektryczna, tym mniejsza prędkość i większe zużycie mocy i baterii, co bezpośrednio przekłada się na zasięg i osiągi. Efekt jest taki, że elektryczna wersja łodzi oferuje wyraźnie mniejsze osiągi niż spalinowa — i automatycznie zawęża grono potencjalnych nabywców łodzi elektrycznych. To problem nie tylko inżynierski, ale i rynkowy.
Hydrodynamika a łodzie elektryczne — najważniejsze wyzwanie projektowe
I tu dochodzimy do sedna sprawy. Żeby elektryczna łódź motorowa mogła pływać efektywnie, kadłub musi być zaprojektowany z myślą o konkretnym zakresie prędkości. Fizyka jest tu prosta i bezwzględna: kadłub wypornościowy i ślizgowy to dwa różne światy. Nie da się zaprojektować jednego kadłuba łodzi elektrycznej, który sprawdzi się równie dobrze w obu przypadkach.
Tymczasem coraz więcej producentów łodzi elektrycznych chce oferować ten sam kadłub z silnikiem spalinowym o wysokiej mocy i z silnikiem elektrycznym jako opcją zamienną. A większość dostępnych i przystępnych cenowo silników elektrycznych do łodzi oferuje małe moce — i tu właśnie zaczyna się problem projektowy.
Kadłub łodzi zaprojektowany pod osiągi ślizgowe zachowuje się na napędzie elektrycznym zupełnie inaczej niż klient by się spodziewał, a efektywność energetyczna elektrycznej łodzi jest daleka od optymalnej — podobnie jak w przypadku napędu spalinowego na jednostkach ślizgowych przy małych prędkościach. Łódź ślizgowa na niskich prędkościach płynie, ale nieefektywnie. Z kolei łódź wypornościowa z napędem elektrycznym nigdy nie popłynie efektywnie przy wysokich prędkościach — lub w ogóle ich nie osiągnie. I to jest właśnie ten punkt, w którym kompromis projektowy przy projektowaniu łodzi elektrycznych staje się najbardziej widoczny.
Łodzie elektryczne — projektowanie — system naczyń połączonych
Każde z tych wyzwań projektowych przy budowie łodzi elektrycznych z osobna byłoby do osiągnięcia. Problem polega na tym, że one wszystkie działają naraz i wzajemnie na siebie wpływają: masa łodzi elektrycznej ogranicza zasięg, zasięg wymaga baterii, baterie zajmują miejsce i podnoszą cenę łodzi elektrycznej, cena i komfort decydują o tym, kto to kupi i czy w ogóle kupi, a do tego nie istnieje uniwersalny kształt kadłuba łodzi elektrycznej, który spełni wszystkie te wymagania jednocześnie.
Branża elektrycznych łodzi motorowych ma już za sobą sporo doświadczeń i wiemy coraz więcej. Ale jeszcze wiele przed nami — i zrozumienie tych wyzwań przez projektantów, producentów i inżynierów to klucz do tego, żeby oferować rynkowi elektryczne łodzie motorowe, które faktycznie spełnią oczekiwania użytkowników.
Dlaczego mimo wszystko warto projektować łodzie elektryczne?
Bo cisza. Pływanie elektryczną łodzią wśród natury to zupełnie inne doświadczenie niż to, do którego przyzwyczaiły nas jednostki spalinowe. Brak hałasu silnika, brak zapachu spalin — słyszysz wodę, wiatr, otoczenie. To coś, czego nie da się przecenić. I właśnie dlatego warto elektryczne łodzie motorowe projektować jak najlepiej.
Nasze łodzie elektryczne
Jeśli temat elektrycznych łodzi motorowych jest Ci bliski i szukasz doświadczonego projektanta — zapraszam do zapoznania się z naszym portfolio projektów łodzi elektrycznych motorowych. Projektujemy łodzie elektryczne zarówno jednokadłubowce, jak i katamarany, w przedziale od 5,5 do 10 metrów. Jeśli masz pytania lub chcesz porozmawiać o swoim projekcie — chętnie porozmawiam.
POZDRAWIAM!!!
Na zdjęciach CANNA One – zaprojektowana przez Intuition Yachts | Zbudowany przez CANNA Boats
Zdjęcia wykonane przez : ALAN DĄBROWSKI
Więcej o naszej filozofii projektowania i projektach: Intuition Yachts
Dowiedz się więcej o CANNA Boats: cannaboats.com