О перспективах электрификации существующего и будущего флота прогулочных судов сказано немало. Этот процесс идет давно, и, помимо опытных образцов, уже есть целый ряд серийных моделей. Но так ли хорошо мы понимаем все нюансы электрических пропульсивных систем и не слишком ли торопимся перенять опыт автомобильной отрасли? Эти вопросы обсуждали на семинаре «Будущее морских пропульсивных систем» в рамках проекта IBEX 365 Education, где выступили представители североамериканской ассоциации производителей прогулочных судов и эксперты, занимающиеся вопросами повышения экологичности техники для активного отдыха.
.jpg)
Сейчас в сфере регулирования всевозможных вредных выбросов наступило весьма интересное время. В контексте потенциальных новых законов ряд стран начал запрещать транспортные средства с ДВС в центральных районах крупных городов. Например, по каналам в исторических кварталах Амстердама уже пять лет как нельзя ходить под двухтактными моторами, а с 2025 года там и вовсе запретят лодки с ДВС. Морская отрасль пытается угнаться за той интенсивной электрификацией, которая сейчас охватила автомобильный мир. От индустрии прогулочных судов ждут «озеленения» даже при том, что ее вклад в общий объем загрязнений невелик. Яхты представляют собой необязательные для жизни вещи, поэтому общество хочет видеть их экологически нейтральными. Яхтенная отрасль, уже вошедшая в фазу перехода к альтернативному топливу, может успешно завершить ее лишь в том случае, если производители станут действовать сообща, причем не только разрабатывая новаторские технологии, но и влияя на нормотворчество.
Сейчас перед нами стоит несколько важных задач. Во-первых, мы должны определить уникальные для прогулочных судов параметры электрификации и немного отстраниться от автопрома. Во-вторых, нужно лучше понять, для каких типов судов электрификация вообще имеет смысл и какую роль в снижении выбросов парниковых газов может сыграть жидкое низкоуглеродное топливо (биотопливо).
В последние годы на рынке появляется все больше электрических и гибридных лодок, и это очень хорошо, но в реальности мы еще долго не откажемся от ископаемого топлива. Почему? Прежде всего, потому, что у прогулочных судов сравнительно длинный срок службы. В США зарегистрировано порядка 12 млн моторных лодок, и ежегодно из эксплуатации выводят в среднем лишь около 1,7% из них, тогда как для автопарка это значение составляет 6% в год.
Второй сдерживающий фактор — низкая плотность энергии в существующих аккумуляторах. Например, если машина с батареей на 100 кВт·ч обладает запасом хода в районе 350 миль, то катер с таким же аккумулятором в режиме глиссирования пройдет всего 35 миль. Другими словами, для движения по воде требуется в 10 раз больше энергии. Чтобы лучше оценить эту разницу, представьте, что вам приходится буксировать лодку на трейлере по нескончаемому подъему в гору.
Все разрабатываемые сейчас законы сводятся к тому, чтобы уменьшить суммарный выброс парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла транспортных средств. Любопытно, что при производстве электрического автомобиля с аккумуляторными батареями выбрасывается в полтора раза больше углекислого газа, чем при изготовлении такого же автомобиля с ДВС. Однако к концу срока эксплуатации, соответствующего пробегу 150 000 миль, электромобиль в общей сложности произведет на 40% меньше CO2. Объемы выбросов парниковых газов у электрической и бензиновой машин сравняются уже через два года эксплуатации на пробеге порядка 32 000 миль. Исследования на эту тему показывают, что экологические преимущества легковых электромобилей по сравнению с машинами, оборудованными ДВС, проявляются через 1–3 года использования, а объем их суммарных выбросов на протяжении всего жизненного цикла оказывается ниже на 40–70%.
При виде этих данных может появиться желание одним махом запретить все лодки на ископаемом топливе. Но стоит ли это делать? Меня часто спрашивают, зачем мы в BRP продолжаем работать с ДВС, а не меняем системы на электрические. Дело в том, что все не так просто…
Вернемся к примеру выше: если с пробегом автомобиля все более или менее ясно, то с яхтами сложнее. Считается, что за свою «жизнь» среднестатистическая лодка нарабатывает порядка 350 моточасов (в среднем 35 в год). Чтобы оценить эффективность электрической пропульсивной системы и суммарный объем выброшенных ею парниковых газов (производство + эксплуатация), нам потребовалось создать математическую модель. На входе мы учитываем количество побочного углекислого газа при производстве батарей, электроэнергии, двигателя и привода, модель и срок эксплуатации судна, его мощность и другие параметры. На выходе же получаем количество моточасов, через которое сравняются суммарные выбросы электрической лодки и лодки с ДВС.
Возьмем, например, электрический подвесник мощностью 20 л. с., который работает 3,25 часа от одной зарядки (обычная модель эксплуатации) и которому требуется батарея на 10 кВт·ч. Допустим, за 10 лет он наработает указанные 350 часов. В первый год у него будет на 11% больше СО2, чем у такого же бензинового подвесника, но к концу срока эксплуатации его общие выбросы окажутся меньше на треть. Это вполне приемлемо и даже хорошо.
Но если мы возьмем электромотор мощностью 150 л. с. с батареей на 75 кВт·ч и будем использовать его по той же схеме, то картинка окажется уже не такой радужной. Из-за более емкой батареи при производстве упомянутой пропульсивной системы выбрасывается почти на 250% больше углекислого газа, и паритет с бензиновым подвесником по этому параметру наступит лишь через девять лет эксплуатации. Суммарный же объем СО2 в конце жизненного цикла у лодки с таким электромотором будет меньше всего на 9%.
Кто-то скажет, что 35 моточасов в год для мотора, на который потрачена уйма денег, — слишком мало, и в реальности пользоваться им будут гораздо больше. Мы посчитали то же самое для 60‑часовой ежегодной эксплуатации, и в этом случае ситуация улучшается. Баланс по выбросам наступает через пять лет, и к концу жизненного цикла электромотор оказывается на 35% более «чистым».
Смоделируем еще один сценарий, в котором такой же 150‑сильный подвесник сопряжен с менее емким аккумулятором (35 кВт·ч). От одной зарядки он работает порядка полутора часов, и если исходить из наработки 60 ч/год, то уже через два года он сравняется по выбросам с аналогичным бензиновым подвесником, и к концу срока эксплуатации у него «за душой» будет на 61% меньше СО2. Такие результаты не могут не радовать и близки к показателям, которые мы наблюдаем у автомобилей, однако платить за это приходится сокращением дальности хода.
Еще один нюанс связан с зарядкой аккумуляторов. Обычные литий-ионные батареи рассчитаны на 300–500 полных зарядных циклов, после чего начинают деградировать. Чтобы электромобиль с запасом хода 350 миль проехал 150 000 миль, его батарею потребуется зарядить примерно 430 раз. Лодочные батареи придется заряжать гораздо чаще, и, чтобы избежать их быстрой деградации, по идее, нужно использовать более емкие аккумуляторы. Однако это не только лишний побочный углекислый газ, но и больший вес. Один галлон (3,7 л) бензина по суммарной энергии примерно равен батарее на 33 кВт·ч, однако из-за тепловых потерь в двигателе полезной оказывается лишь ее треть, то есть 11 кВт·ч. Если пересчитать это на «пальчиковые» батарейки (типоразмера АА), то получится 2820 штук, которые будут весить 70 кг, то есть в 25 раз больше, чем галлон бензина! Таким образом, типичный танк на 30 галлонов в пересчете на батареи будет весить больше двух тонн, и на яхте вместо пассажиров придется возить аккумуляторы. В общем, проблема электрификации прогулочного флота кроется не в самих электромоторах, а в несовершенных батареях, ограничения которых сейчас все пытаются преодолеть.
Кроме того, у нас еще нет достаточной статистики по отказам используемых в море батарей. Агрессивная среда, коррозия, удары и вибрация на воде создают условия эксплуатации, отличные от дорожных, и если батареи придется менять до окончания срока службы электрических лодок, то вопрос их экологичности останется открытым.
Размышляя об электрификации, не стоит забывать о том, что можно очень легко сократить объем выбросов СО2 на треть, просто используя современное жидкое биотопливо. В США ежегодно продают 146 млрд галлонов бензина, и прогулочные суда потребляют лишь 0,5% от этого объема. В то же время годовая реализация биоэтанола в стране составляет 16 млрд галлонов. Авиация и морская отрасль могут значительно выиграть от биотоплива, которым, кстати, можно заправлять существующую технику.
В заключение приведу один исторический факт. В начале 1970‑х, в период нефтяного эмбарго, администрация президента Картера запретила людям отдыхать на прогулочных лодках, что очень пагубно отразилось на состоянии американской яхтенной индустрии. Причиной запрета стало не фактическое излишнее потребление топлива, а восприятие общества, считавшего, что яхты жгут много горючего. Сейчас мы находимся в похожей ситуации, когда есть риск запрета прогулочных судов с ДВС даже при том, что их вклад в совокупный объем парниковых газов ничтожно мал.
По мере электрификации автомобилей пользователи все больше свыкаются с электричеством и готовы перейти к электрическим лодкам, однако ожидают, что у них будут сходные с традиционными прогулочными судами эксплуатационные характеристики. Со временем цены на электрические транспортные средства пойдут вниз, но пока даже маломощные пропульсивные системы для небольших лодок обходятся по меньшей мере вдвое дороже. Кроме того, бытует общее заблуждение, что организовать сеть электрозаправок в маринах очень легко, поскольку там уже проведено береговое питание. На деле же существующие сети далеко не всегда соответствуют потребностям электрического флота, и их модификация влечет за собой ряд сложностей.
В яхтенной индустрии понимают, что у нас сейчас гораздо больше вопросов, чем ответов, и что одна из приоритетных задач — доносить до власти на всех уровнях специфику яхтинга и рассказывать чиновникам о новых технологиях. Зачастую они даже не задумываются на эту тему, но когда вникают, то готовы всячески содействовать.
Для яхтенной индустрии США разработаны добровольные стандарты по электрификации судов. Стандарт ABYC E‑30 для электрических пропульсивных систем охватывает проектирование, производство и установку пропульсивных систем постоянного (рабочее напряжение 60–1000 В) и переменного (рабочее напряжение 300–1000 В) тока. Он вступил в силу 31 июля 2022 года. Второй стандарт ABYC E‑13 для литий-ионных батарей оговаривает выбор и установку аккумуляторов на прогулочные суда, а также проектирование и испытания управляющих систем (BMS) для батарей с общей емкостью более 600 Вт·ч. Он вступит в силу 31 июля 2023 года. В Европе есть аналогичные стандарты для маломерных судов длиной до 24 м: ISO 16315:2016 и ISO/TS 23625 (оба находятся на рассмотрении). Они во многом схожи с американскими, и это не случайно, так как экспертные группы по обе стороны Атлантики стараются максимально привести в соответствие требования к производителям и системным интеграторам. Кроме того, существуют ISO 8665–2 (стандарты мощности электрических пропульсивных систем) и нормативы Береговой охраны США по электрификации судов, которые после одобрения появятся на сайте.
Какие выводы можно сделать из сказанного? Во-первых, если вы собираетесь использовать лодку сравнительно редко, то лучше не торопиться с переходом на электродвижение, поскольку производству аккумуляторов пока неминуемо сопутствуют существенные выбросы парниковых газов. Во-вторых, нужно четко понимать, насколько электрификация обоснована для вашей конкретной модели эксплуатации, и помнить, что переход на электричество в первую очередь имеет смысл для лодок с маломощными моторами и определенным режимом использования.
Наиболее разумная стратегия по уменьшению выбросов состоит в том, чтобы разнообразить виды низкоуглеродного топлива, не переставая оптимизировать пропульсивные системы и обводы корпуса. Долгое время скорость прогулочных яхт повышали, преимущественно наращивая мощность двигателей, и сейчас, когда приходится задумываться об эффективном использовании энергии, на корпуса и облегчающие движение по воде приспособления стоит обратить особое внимание.
