Hynova 40 — серийная яхта на водороде

Яхты и окружающая среда
Следующая статья

Bentley Flying Spur: денди на российских дорогах

Предыдущая статья

Аквабайк и гидрофлайт — на чемпионате России по водно-моторному спорту

Серийные яхты на водородных топливных ячейках стали реальностью: живой пример — Hynova 40.

Споры о том, имеет ли смысл строить прогулочные суда на водороде и приживется ли этот вид топлива в яхтенной индустрии, идут уже не первый год и продлятся еще долго. Пока производители суперяхт колдуют над подобными проектами под плотной завесой секретности, французская верфь Hynova уже готова предложить рынку 40-футовые лодки с водородно-электрической пропульсивной системой.

«Рекс» в море

Одним из самых известных «водородных» яхтенных проектов стал французский катамаран Energy Observer, создатели которого продемонстрировали возможность длительного автономного плавания с использованием энергии, получаемой исключительно из возобновляемых источников. В 2017 году на Energy Observer установили первую маринизированную систему водородных топливных элементов, с которой он прошел по Европе, но постепенно экспедиции удлинялись, на борту появлялось новое оборудование, и потребность в энергии росла. Тогда команда разработчиков EODev обратилась к инженерам Toyota, и они вместе создали для катамарана новую систему под названием Range EXtender H2, или REXH2. В ее основу лег топливный блок от водородного автомобиля Toyota Mirai, который модернизировали, «оморячили» и несколько месяцев гоняли на испытательном стенде Toyota в Бельгии. Все это делалось по наитию, так как достаточного опыта эксплуатации чувствительных топливных ячеек в условиях вибрации, крена и высокой влажности еще не накоплено. В феврале этого года Energy Observer с REXH2 был готов отправиться через Атлантику, но задержался из-за погоды. Потом грянула пандемия, нарушившая планы, но позволившая испытать REXH2 в «боевых условиях»: катамаран месяцами оставался в море, довольствуясь лишь электричеством от солнечной энергии и водорода.

Важно понимать, что REXH2 предназначена для работы в связке с одной или несколькими аккумуляторными батареями, которые выступают буфером для распределения и хранения энергии. В этом случае топливная ячейка позволяет уменьшить общее количество батарей и снизить вес пропульсивной системы при тех же ее габаритах. Теоретически на маленьких лодках можно вообще обойтись без них. Учитывая, что одна система позволяет объединить до 10 блоков REXH2, что эквивалентно 800 кВт энергии, топливные ячейки также снижают стоимость пропульсивной системы по сравнению с чисто электрической схемой и повышают ее экологичность при условии, что используется «зеленый» водород.

REXH2 пригодна не только для водородно-электрических, но также для дизель-водородно-электрических гибридов, и является весьма эффективным инструментом для снижения объема вредных выбросов. Сейчас разработчики заняты выводом этой системы на рынок, чтобы верфи смогли приобретать REXH2 и интегрировать ее в свои лодки.

Эй, Нова!

Energy Observer — проект, безусловно, интересный, но весьма радикальный, и для демонстрации жизнеспособности водородных лодок команда EODev объединилась с французской компанией Hynova. Вместе они спроектировали вполне традиционный 12-метровый тендер Hynova 40, первый корпус которого уже почти готов и сойдет на воду в сентябре.

Хлоя Заид, генеральный директор Hynova

Я не инженер и не научный работник, а яхтенный капитан. И у меня есть мечта — ходить на лодках, не нанося вреда нашей планете. Именно поэтому мы решили создать и запустить в производство экологичные яхты на водородных топливных ячейках. Позаимствовав технологии у разных компаний, мы разработали новаторский концепт, который, надеюсь, сможет повлиять на ментальность людей и ускорить переход яхтенной индустрии на экологичное топливо.

Гибридная пропульсивная система Hynova 40 состоит из двух частей: электрической и водородной. В первую входят три литий-железо-полимерные батареи мощностью 88 кВт производства немецкой EVE System с собственной системой управления (BMS) и охлаждения (сертификация Bureau Veritas). Суммарное количество производимой ими энергии составляет 120 кВт·ч, а напряжение шины — 614 В (постоянный ток). При габаритах 1,3×0,9×0,3 м каждая батарея весит 400 кг, и запасенная в них энергия через откалиброванные инверторы (ток до 450 А) поступает на два электромотора Borg Warner мощностью по 210 кВт.

Водородная часть пропульсивной системы включает три легких композитных баллона высокого (до 350 бар) давления Hexagon Type 4 на 7,5 кг сжатого газа каждый, топливную ячейку REXH2, систему охлаждения забортной водой и два электронных блока, отвечающих за контроль и безопасность. REXH2 вырабатывает 70 кВт постоянного тока, который поступает в DC/DC-конвертер, выполняющий роль выпрямителя и сглаживающий пики. Выходит из него оптимальный для заряда батарей ток напряжением 600 В. Весит вся эта конструкция порядка 400 кг и занимает около кубического метра.

Автономность и безопасность

В физике чудес не бывает, и принцип «тише едешь — дальше будешь» работает для Hynova 40 так же, как и для электрических лодок, однако показатели скорости и автономности тут довольно любопытные. В экономичном режиме, когда REXH2 питает электромоторы и одновременно заряжает батареи, лодка способна на скорости 6 узлов преодолеть 80 миль. Если прекратить зарядку батарей и всю энергию водорода направить только на двигатели, то скорость возрастет до 10 узлов, а запаса газа при этом хватит на 50 миль. Наконец, можно «пульнуть», одновременно подав на моторы энергию с батарей и REXH2: лодка разгонится до 25 узлов и пройдет 10 миль. Важно, что расход водорода при этом составит всего 20%, а значит, можно остановиться и зарядить батареи. Для этого понадобится полтора часа и 7 кг газа (один баллон), после чего можно продолжить движение без дозаправки.

Модель эксплуатации довольно непривычная, но если применить ее под конкретные задачи, то Hynova 40 может стать весьма интересным вариантом. Кроме того, на верфи сейчас изучают возможность оснащения лодки подводными крыльями, и предварительные расчеты говорят о том, что это поможет увеличить максимальную скорость и снизить потреб-ление энергии на 15%.

25 узлов

способна развивать Hynova 40 в режиме, когда на электромоторы поступает энергия одновременно
с водородной топливной ячейки
и аккумуляторных батарей

Таким образом, REXH2 позволяет «вытащить» из трех полных баллонов 740 кВт·ч энергии, а суммарный запас с учетом батарей составляет 860 кВт·ч. Чтобы получить его без водорода, понадобилось бы 21,5 батареи общим весом 8,6 т, тогда как сейчас вся пропульсивная система весит всего 3,8 т. Кроме того, у Hynova 40 предусмотрена возможность добавить баллоны, каждый из которых даст еще полтора часа автономности на крейсерской скорости.

Что касается безопасности водородно-электрической пропульсивной системы, то ее следует обеспечивать по двум направлениям. Во-первых, чтобы не допустить теплового разгона и возгорания батарей, их необходимо устанавливать в хорошо вентилируемом пространстве и обеспечивать достаточное охлаждение. Во-вторых, REXH2 нужно максимально защищать от ударов и вибрации, поэтому система монтируется на сайлент-блоках. Сами карбоновые баллоны не подвержены коррозии, сертифицированы для использования в море и оборудованы предохранительными клапанами (TPRD), которые предотвращают разрушение баллона при нагреве и превышении давления.

Систему контроля подачи водорода в Hynova разработали так, чтобы в случае внезапной утечки или отказа топливной ячейки лодка не вставала намертво, а переключалась на батареи и продолжала ход. По словам Хлои Заид, пространство, где расположены баллоны, полностью изолировано, а если газ все-таки начнет вытекать из системы (о чем должны будут предупредить многочисленные датчики), то это будет происходить медленно, и взрыва не произойдет. В случае же столкновения водородная лодка будет не многим опаснее, чем катер с полным баком бензина.

Перспективы

Одной из причин, сподвигших Хлою Заид на создание Hynova 40, стала необходимость. Дело в том, что ее семейная компания устраивает экскурсии для туристов в национальном природном парке Каланки в пригороде Марселя, и операторов, которые увеличивают флот, обязали инвестировать в экологичные лодки. В итоге Хлоя, которая ежедневно выходит в море, решила использовать это требование властей как повод изменить яхтинг к лучшему: первые три корпуса Hynova 40 останутся в ее компании.

Во Франции постепенно развивается водородная инфраструктура, и заправить подобную лодку можно, например, в порту Тулона или заказать доставку баллонов из Ле-Кастелле. Станция по производству «зеленого» водорода методом электролиза воды строится и на Лазурном Берегу в коммуне Синь (департамент Вар), и можно сказать, что водородная инфраструктура пока даже обгоняет судостроителей. Правда, следует отметить, что основным стимулом для ее развития выступают не лодки, но автомобили, для которых в ближайшие 10 лет построят около 400 водородных станций.

Для того чтобы донести свои идеи и продукт до широкой аудитории, Hynova приняла участие в соревновании Solar Energy Boat Challenge 2020, которое ежегодно проводит яхт-клуб Монако. В этом году из-за пандемии гонка прошла в «академическом» формате: участники защищали свои проекты перед членами жюри онлайн. Hynova выступила в номинации Open Sea Class и была отмечена призом зрительских симпатий Coup de Coeur. Готовы ли будут люди отдать миллион евро за 12-метровую лодку, покажет время, но пример Hynova 40 очень важен для яхтенной индустрии, которая взяла курс на экологию и должна на нем оставаться.

Дата:

24.08.2020

Текст

Антон Черкасов-Нисман

Фото

Energy Observer, Hynova Yachts

Следующая статья

Bentley Flying Spur: денди на российских дорогах

Предыдущая статья

Аквабайк и гидрофлайт — на чемпионате России по водно-моторному спорту

Новые материалы
Похожие статьи