Vesille sähkö-tuuli -hybridillä

Omat kokemukseni vesillä liikkumiseen rajoittuvat lähinnä Tukholman ja Tallinnan laivoihin, sekä viime kesäiseen tunnin souteluun mökkijärvellä. Ehkä juuri siksi olikin mielenkiintoista lähteä tutustumaan veneiden sähköistyksen saloihin, Autovouhotuksen ensimmäisellä veneilyaiheisella kirjoituksella.

Suunnilleen kaikissa soutuvenettä isommissa vesikulkineissa on jonkinlainen moottori. Joissain useitakin. Vaikka veneen pääasiallinen käyttövoima olisi purjeet, tarvitaan moottoria satama-altaissa ja tyynen kelin varalle.

Kova kulutus vesillä

Veneiden polttoaineenkulutus vaihtelee suuresti. Moottoriveneiden polttoaineenkulutus voi olla autoilevan mittapuulla päätä huimaavaa. Siinä missä kuusi litraa bensaa riittää siirtämään puolitoista tonnia terästä maantiellä sata kilometriä, kulutetaan neljänsaataakiloisen alumiiniveneen tankista vähintään 30-40 litraa menovettä vastaavalla matkalle. Toisaalta hissuksiin etenevä kymmenen kertaa painavampi matkavene voi viedä puolet tästä.

Vesi on liikkumista vastustavana elementtinä raskasta, eikä se painu kasaan kuten ilma auton rungon painamana.

Autoilija tietää, että nopeuden nosto kasvattaa jonkin verran keskikulutusta. Veneilijää kiusaa sama ilmiö – paitsi että polttoaineen kulutuksen kasvu nopeuden noston myötä on paljon voimakkaampaa.

Maantiellä pyörivä rengas pyörii suunnilleen samoilla energiahäviöillä nopeudesta riippumatta, mutta vedessä pyörivän potkurin hyötysuhde alkaa laskea kierrosluvun noustessa. Potkurin veteen tekemä paine ei suuntaudukkaan enää vain venettä työntäväksi voimaksi, vaan vettä pärskyy muihinkin suuntiin. Potkurin lapojen ja veden väliin syntyy energiaa hukkaavaa kitkaa ja täristävää kavitaatiota.

Nopeuden kasvaessa myös veneen edestä pitää syrjäyttää nopeammin vettä, mikä vaatii suurempia keula-aaltoja tai veneen nostoa liukuun tai plaaniin, jolloin vene ikäänkuin liitää aaltojen huippuja takoen.

Vene varustetaan moottorilla

Auto ja moottori ostetaan yhdellä kertaa, eikä autoihin tavallisesti vaihdeta moottoria. Veneilijä ostaa veneen ja varustaa sen usein hyvinkin mielivaltaisesti – vain lompakon rajoittamana. Veneen elinkaaren aikana sen rungossa voi olla useita moottoreita, joita vaihdetaan sitä mukaa kun vanha on ajettu loppuun.

Voisiko uusi moottori olla sähkömoottori, jota ruokkisi akku?

Veneiden sähkömoottorit eivät ole uusi idea, mutta niitä ei ole kaupallistettu paljoakaan. Yksi harvoista järjestelmätoimittajista on suomalainen Oceanvolt, joka toimii samassa talossa Teslan kanssa Vantaan Vetokujalla.

Oceanvoltin perustuotteena on purjeveneiden ja monirunkoveneiden voimapaketit, joko uusiin paatteihin tai vanhojen polttomoottoreiden tilalle.

Moottoriveneen tehonkulutus on suurta ja akut ovat kalliita, joten mitä vähemmän moottoria tarvitaan veneen liikutteluun, sitä mielekkäämpää sähkön käyttäminen on. Lisäksi pieniä ja tehokkaita sähkömoottoreita puoltaa joidenkin veneiden ahtaat ja raskaalle dieselille hankalat tilat.

Oceanvoltin venemoottorien tehot ovat kolmen ja 15 kilowatin välistä. Vertailun vuoksi sähköautojen moottoritehot lähtevät noin 80 kilowatista ja päättyvät Teslan parhaimmillaan reilun puoleen megawatin yhteistehoon.

Ja siinä missä akkujen tuoma lisäpaino on myrkkyä sähköauton kantamalle ja suorituskyvylle, ei painon lisäys veneissä ole niin kriittistä. Merivesi myös toimii luonnollisena jäähdyttimenä, jolloin akuston lämpöhallinta on helpompaa.

Parhaimmillaan katamaraaneissa ja purjeveneissä

Sähkömoottori on parhaimmillaan purjeveneessä. Satamassa liikehtimiseen riittää pienikin akkukapasiteetti ja akustot voidaan ripotella pitkin venettä parhaan painopisteen saavuttamiseksi.

Sähkömoottori vääntää hyvin aivan matalilta kierroksilta, mikä mahdollistaa matalan kierrosnopeuden ja siten hyvän hyötysuhteen veneen liikuttamiseen. Eihän satamissa kuitenkaan kovaa ajeta.

Veneiden ajoakkujen kapasiteetti vaihtelee huimasti käyttökohteen mukaan. Oceanvoltin Janne Kjellman kertoo omassa purjeveneessään olevan noin neljäntoista kilowatin akun, mikä riittää mukavasti satamasta lähtöön ja tuloon. Mutta onpa Oceanvolt toimittanut sadankin kilowatin akkuja isoihin pitkän matkan veneisiin.

Veneen ajoakkua voidaan käyttää myös veneen sähkölaitteiden ruokkimiseen. Parhaimmillaan kaasusta voidaan luopua keittiössä ja ottaa tilalle sähköinduktioliedet. Ja jos tuulet ovat suotuisat, voidaan ajomoottorista tehdä generaattori: etenevän veneen alla vesi pyörittää potkuria joka jauhaa sähköä veneen järjestelmille. Aivan kuten sähköautoilija lataa akkua alamäessä – paitsi että alamäki jatkuu niin pitkään kun tuulet ovat suotuisat.

Isommissa veneissä ja kaupallisessa käytössä sähkön tarve voi olla jo niin suuri, että akusto voidaankin mitoittaa vaikkapa vain vuorokauden tarpeisiin – ja ladata se kerran päivässä joko satamassa tai muutamassa tunnissa dieselgeneraattorilla. Polttoainetalous ei välttämättä päätä huimaa, mutta moottorin käyttötunnit ja matkustajien hermot säästyvät kun konetta ajetaan vain muutama tunti päivässä eikä koko ajan.

Kaupalliset agregaatit tuottavat pääasiassa 230 volttin vaihtovirtaa, eli samaa sähköä mitä esimerkiksi kotitalouksissa käytetään. Akkuja ladataan kuitenkin tasavirralla, joten Oceanvolt on kehittänyt oman diesel-generaattorin venekäyttöön. Generaattori hyödyntää suoraan samaa invertteriä, jolla veneen akut ladattaisiin maasähköön liittyneenä. Näin sähköjärjestelmän rakennetta on saatu yksinkertaistettua.

Generaattori-akku -yhdistelmä vapauttaa myös purjehtijan leiriytymään helpommin muuallekin kuin sähköistettyihin vierassatamiin ja mahdollistaa siten pidemmät risteilyt.

Akuston ja veneen sähköjärjestelmät ovat 48-volttisia, eli sähköautoista tuttuja korkeajännitteitä ei käytetä Oceanvoltin järjestelmissä. Korkeajännite ja suolainen merivesi sopivat huonosti yhteen. Ajoakut ladataan maissa ollessa tavallisesta sinisestä 16 ampeerin liitynnästä. DC-pikalataustekniikoita ei ainakaan toistaiseksi ole veneisiin olemassa.

Edukas käyttää – kallis ostaa, toistaiseksi

Sähköautoilijat tietävät myös, että sähköpeli maksaa enemmän kuin peruslaatuinen bensanpoltin mutta sen ajaminen ei maksa oikeastaan mitään. Sama pätee sähkö-purje hybridiveneisiin.

– Tällä hetkellä ratkaisumme maksaa noin kaksi ja puoli kertaa vastaavan diesel-moottorin hinnan verran, Kjellman kertoo.

Oceanvoltilla kuitenkin uskotaan hintojen nopeaan pudotukseen, jo vuoden pari kuluessa. Sähköveneilyn hinnan lasku selittyy ennenkaikkea akkujen hinnan pudotuksella.

Sähköveneissä ei kuitenkaan ole pakko olla purjeita. Täyssähköisiä moottoriveneitä kehitetään hyvää vauhtia ja ensi kesän vesille pitäisi päästä Suomalaisen Q Yachts Oy:n  moottoriveneellä, sekä ruotsalaisen Candela Speed Boatin vermeellä. Näistä lisää seuraavassa postauksessani.

Teksti: Tuomas Sauliala

Kuvat: Oceanvolt. www.oceanvolt.com

Kuulin Oceanvoltista ensimmäisen kerran jo pari vuotta sitten, mutta kipinä artikkelin kirjoitamiseen syntyi Tesla Clubin vierailulla Oceanvoltilla noin kuukausi sitten.