Ученые из Университета CESMAG и Национального открытого и дистанционного университета Колумбии предложили способ перевести речной транспорт в удаленных районах страны на электрические лодки, работающие от возобновляемых источников энергии. Для этого они разработали модель, которая позволяет рассчитать энергопотребление таких лодок и определить, какой мощности должна быть система их зарядки
Во многих районах тихоокеанского побережья Колумбии реки фактически выполняют роль дорог. По ним перевозят людей, школьников, сельскохозяйственную продукцию и рыбу. Однако такие перевозки почти полностью зависят от бензиновых двигателей. Для удаленных поселков это означает высокую стоимость топлива, проблемы с его доставкой и загрязнение окружающей среды. В некоторых местах топливо может стоить в несколько раз дороже, чем в крупных городах.
Исследователи предложили использовать вместо бензиновых двигателей электрические, а электроэнергию для их зарядки вырабатывать на месте – с помощью небольшой автономной энергосистемы. Такая микросеть может включать солнечные панели, аккумуляторы и гидрокинетическую турбину, которая производит электричество за счет энергии течения реки.
Чтобы понять, сколько энергии потребуется для работы такого транспорта, ученые сначала изучили реальные маршруты лодок на реке Мира. С помощью GPS они записали скорость движения и длину поездок, а затем построили математическую модель потребления энергии. Оказалось, что для водного транспорта характерна сильная нелинейность: небольшое увеличение скорости приводит к резкому росту потребляемой мощности. Например, рост скорости примерно на 50% может потребовать почти четырехкратного увеличения мощности двигателя.
На основе этих данных ученые рассчитали энергопотребление для ежедневных маршрутов общей длиной более 30 км. Для их обслуживания достаточно двух электрических лодок – одной небольшой мощностью около 1,1 киловатта для коротких переправ и второй — мощностью около 4 киловатт для более длинных поездок. В сумме им требуется примерно 5,7 кВт·ч. электроэнергии в сутки, примерно столько же, сколько потребляет небольшой дом за один день.
Затем исследователи смоделировали два варианта энергосистемы для зарядной станции. Первый вариант основан только на солнечных панелях и аккумуляторах. Второй – гибридный: он сочетает солнечную генерацию с турбиной, установленной в реке. Расчеты показали, что полностью солнечная система дешевле, но гибридная оказывается более надежной, поскольку может вырабатывать энергию даже ночью или в пасмурную погоду благодаря постоянному течению реки.
Отдельно ученые сравнили эксплуатацию электрических лодок с традиционными бензиновыми. Оказалось, что обычная лодка с двигателем мощностью около 20 лошадиных сил ежегодно сжигает сотни галлонов бензина и выбрасывает в атмосферу более трех тонн углекислого газа. Электрические лодки, особенно при использовании возобновляемой энергии, практически не создают таких выбросов. Кроме того, их эксплуатация значительно дешевле: расходы на электричество могут быть в десятки раз ниже затрат на топливо.
Экономические расчеты показывают, что первоначальные вложения в электрические лодки окупаются сравнительно быстро. Для небольшой модели срок окупаемости составляет менее 2 лет, а для более мощной – около 5 лет. При этом более мощная электрическая лодка может обеспечивать скорость и время поездки, сопоставимые с традиционными бензиновыми судами.
