より多くのバッテリー

Nov 02, 2023

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電動商船に関するこの記事に取り組んでいるときに、 Popular Mechanics のこの見出しが私の目に留まりました。「ついに大容量エネルギー貯蔵のロックを解除するバッテリー」。

無質量エネルギー貯蔵とは何でしょうか?

質量のないエネルギー貯蔵は、かつて「バッテリー」と呼ばれていたものを車両、船舶、航空機の構造に組み込んでいることが判明しました。 別個のバッテリーを必要としないため、エネルギーの貯蔵によって重量が増加しないため、「マスレス」という用語が生まれました。

あたかもツーバイフォーも電池であるかのようです。

2021年3月、サイエンスデイリーは、スウェーデンのチャルマーズ工科大学で行われた電池技術に関する研究について報じた。その電池技術には、炭素繊維の負極とリン酸鉄リチウムでコーティングされたアルミニウム箔で作られ、ガラス繊維布で分離された正極が含まれている。 「機械的機能と電気的機能を組み合わせた構造電池電解質が含浸されている」。

このバッテリーの 2021 年版のエネルギー密度は 24 Wh/kg ですが、これは非構造リチウムイオンバッテリーの約 20% にすぎません。 しかし、チャルマーズ大学の教授で構造電池プロジェクトのリーダーであるレイフ・アスプ氏は、開発を続ければ剛性75GPaでエネルギー密度75Wh/kgに達する可能性があると述べた。 「これにより、電池の強度はアルミニウムとほぼ同じになるが、重量は比較的軽量になるだろう」と同氏は述べた。

構造電池の有用性は明らかです。 低排出またはゼロ排出の船舶に対する需要は着実に増加しており、バッテリー駆動のボートは当然の検討事項です。 しかし、今日のバッテリーは比較的かさばって重いため、高速や長距離、または重い乗客や貨物の積載に十分なバッテリー電力を搭載することが、ボートと飛行機の両方にとって問題となっています。

しかし、可能な動力構成を定義するのはボートの使命です。 遊覧船やフェリーなど、短距離のみをゆっくりと移動する場合は、バッテリーだけでも問題なく動作します。 が所有・運営する 600 人乗りの観光船 2 隻も同様です。霧のメイド 、ニューヨーク州ナイアガラフォールズ 全電気式の90フィート×33フィートのアルミニウム双胴船は、来春から3シーズン目を迎える。 2 隻のボートは定期的に 20 分間の航行を行い、乗客が乗り降りする間に 2 つの大規模な陸上電力接続により 7 分間でバッテリーを 60% から 80% まで充電します。

ほとんどの状況ではないにしても、多くの場合、この種の電力急増のために地元の送電網を利用するのは困難ですが、霧の乙女号の操業はナイアガラの滝の水力発電機に隣接しているため、安定したカーボンフリーの電力が豊富にあります。

2 隻のボート、ジェームズ V. グリンとニコラ テスラは、推進データサービスマサチューセッツ州マーブルヘッドにあり、によって建設されました。バーガーボート 、2019年から2020年にかけてウィスコンシン州マニトウォック。 ボートはモジュール式のセクションで納品され、ナイアガラの滝にある霧の乙女号のメンテナンス施設で組み立てられました。 電源および制御パッケージは、によって設計および供給されました。ABB マリン アンド ポート 。 必須の機器には手動の Cavotec 陸上から船舶へのバッテリー充電接続が含まれており、各船舶は一対のバッテリーから電力を受け取ります。スピアパワーシステム合計 316 kWh を供給するリチウムイオン バッテリー パック。 船内には発電機はありません。

ボートは順調に進んでいます。 メイド・オブ・ザ・ミスト・コーポレーションのクリストファー・グリン社長は、「北米にはこのサイズの電気ボートはない。とても静かだ。エンジン音も振動も排気ガスもない。本当に壮観だ」と語った。

ボートでバッテリー電源を使用するもう 1 つの方法は、船舶の重量をさらに軽減することです。 船舶の建造に炭素繊維材料を使用すると重量が大幅に削減され、設計者は航行中に船舶全体を部分的または全体的に水面から持ち上げる水中翼を追加できるようになります。 アメリカズ カップのボートは、カーボンファイバー構造と水中翼船のおかげで驚くべきスピードを実現します。

これと大きな垂直翼の動力により、ボートは風速の 3 ～ 4 倍に相当する時速 60 マイル以上まで加速できます。

船体とその積荷が水面上を飛行すると、水の抵抗が劇的に減少し、より少ない電力でより速い速度が可能になります。 軽量構造と水中翼船の同じ組み合わせが、スウェーデンと米国の両方で旅客船部門に適用され始めています。

グリーン シティ フェリースウェーデンのストックホルムに本拠を置く民間企業である同社は、Beluga24 と呼ばれる 2 つの排出ガスフリーオプションでフォイルアシストのカーボンファイバー双胴船を建造中です。 1 つはバッテリーのみを使用し、もう 1 つは長距離ルート用に水素燃料電池で駆動します。 どちらも147人の乗客と28台の自転車を運ぶことができます。 同社は昨年夏、主要サプライヤーを発表した。

「排出ガスのない旅客フェリーを建造する鍵となるのは、軽量船体技術、エネルギー効率の高い設計、効率性と軽量性の両方を備えた推進システムを組み合わせることです」とGreen City Ferries CEOのFredrik Thornell氏は述べています。 「とコラボレーションすることで、BAEシステムズパワートレインにはハミルトンジェット、ジェットと船舶制御にはハミルトンジェット、エカンディアバッテリーと燃料電池システムに関しては、ベルーガ 24 が排出ガスなしで高速走行できるようにする、非常に革新的で技術的なソリューションを組み合わせています。」

このクラスの最初の 2 隻は生産中で、納入は 2023 年頃とされており、ストックホルムを拠点とする旅客運航は 2024 年初めに開始される予定です。フォイル補助船体技術は、ニック・デ・ワールの船体技術によって開発されました。テクニクラフトデザインニュージーランドで。

もう一つのスウェーデンの会社は、カンデラもストックホルムのフェリーシステムをターゲットにしていますが、小型ボートが水中翼船で完全に飛行しており、これは数年前からカンデラの専門となっています。 娯楽用の水中翼船から始まり、現在は輸送用の旅客船を販売しています。 カンデラのエリック・エクランド氏は、「航跡はエネルギーが行き着く場所だ」と語った。 「それは摩擦によるものです。私たちのボートには後流がほとんどありません。」

全長 12 メートルの P-12 (ビーム幅 4.5 メートル) は、炭素繊維製の 30 人乗り/1 オペレーターの双胴船水中翼船です。 積み下ろしは船首の上で行います。 航行速度は 25 ～ 27 ノットになるように設計されており、船尾にある水中ポッドによって駆動され、内部の電気モーターが反対側のプロペラ セットを回転させます。 バッテリー容量は252kWhとなる。 カンデラ氏は、サービスとバッテリーの放電状態に応じて、充電には90分から3.2時間かかると述べた。

ストラットとフォイルのセンサーは、ボートのバランスを常に保ち、「比類のない乗客の快適さ」を提供する「飛行制御」システムにデータを送信します。 騒音も排気ガスも乱気流もありません。 船酔いもなし。

ピュージェット湾地域では、パートナー、営利団体、非営利団体からなるコンソーシアムが、同様の完全水中翼を備えたバッテリー駆動の高速乗用猫の開発のための資金調達を積極的に求めています。 チームを率いるのは、グロステンシアトルに本拠を置く海事技術コンサルティング会社であるビーカー・ボートと、現在ワシントン州アナコーテスに本拠を置くエンジニアリングおよび設計会社であるビーカー・ボート。社名の由来となったポール・ビーカーは、アメリカズカップの炭素繊維水中翼船のエンジニアリング成功の立役者でした。

このプロジェクトについてはまだすべてが机上にありますが、現在の計画では全長 27.5 メートル (90 フィート)、乗客定員 150 人が予定されています。 巡航速度は30ノット、航続距離は30海里となる。 船の中央にある単一のメインフォイルが主揚力を生成し、車高とロール制御を提供します。 フラップ付きエレベーターアセンブリを備えたツインの独立した後部推進器が船を押して操縦します。

陸上充電は、2.5mW 負荷の電池エネルギー貯蔵システム (BESS) と 1 kV 充電器によって提供されることが期待されています。

予備作業が完了したため、このパートナーシップは、1:5 スケールのプロトタイプの建設とテスト、海岸インフラの許可レベルの設計、および建設のための詳細な船舶設計のための州と連邦の資金提供を追求しています。

ワシントン大学で英文学の学位を取得し（Go Dawgs!）、かつてシアトルの PI でジャーナリズムの経験を持ち、ワシントンとアラスカで商業漁師として海上での経験を積んだブルース バルスは、ワークボートの姉妹誌であるアラスカ・フィッシャーマンズ・ジャーナルやナショナル・フィッシャーマンでの勤務を含む、商業海洋貿易ジャーナリズムでのキャリア。 ブルースは、2015 年 5 月に退職するまで、WorkBoat の技術編集者として 16 年間勤務しました。彼は、シアトルの北約 32 マイルにあるピュージェット湾のウィッビー島に住んでいます (ホークスに行こう!)。