Mehr Batterie

Jun 13, 2023

AKTIE

Während ich an dieser Geschichte über elektrisch angetriebene Handelsschiffe arbeitete, fiel mir diese Schlagzeile von Popular Mechanics auf: „Die Batterie, die endlich die masselose Energiespeicherung freischaltet.“

Was, fragte ich mich, ist masselose Energiespeicherung?

Es stellt sich heraus, dass die masselose Energiespeicherung das, was wir einst „Batterie“ nannten, in die Struktur eines Fahrzeugs, Schiffs oder Flugzeugs integriert. Es ist keine separate Batterie erforderlich, daher der Begriff „masselos“, da die Speicherung der Energie kein zusätzliches Gewicht mit sich bringt.

Es wäre, als ob Zwei-mal-Vierer auch Batterien wären.

Im März 2021 berichtete ScienceDaily über an der Technischen Universität Chalmers in Schweden durchgeführte Forschungsarbeiten zur Batterietechnologie, die eine negative Elektrode aus Kohlefaser und eine positive Elektrode aus mit Lithiumeisenphosphat beschichteter Aluminiumfolie umfassten, die alle durch ein Glasfasergewebe getrennt waren ist „mit einem strukturellen Batterieelektrolyten für eine kombinierte mechanische und elektrische Funktion imprägniert.“

Die Version 2021 dieser Batterie hat eine Energiedichte von 24 Wh/kg, was nur etwa 20 % der nichtstrukturellen Lithium-Ionen-Batterien entspricht. Leif Asp, Professor an der Chalmers University und Leiter des Strukturbatterieprojekts, sagte jedoch, dass eine weitere Entwicklung eine Energiedichte von 75 Wh/kg bei einer Steifigkeit von 75 GPa erreichen könnte. „Damit wäre die Batterie etwa so stark wie Aluminium, aber vergleichsweise viel leichter“, sagte er.

Der Nutzen einer Strukturbatterie liegt auf der Hand. Die Nachfrage nach emissionsarmen oder emissionsfreien Schiffen wächst stetig, und batteriebetriebene Boote sind eine offensichtliche Überlegung. Da die heutigen Batterien jedoch relativ sperrig und schwer sind, war es sowohl für Boote als auch für Flugzeuge ein Problem, genügend Batterieleistung für Hochgeschwindigkeits- und/oder Langstreckenfahrten oder schwere Passagier-/Frachtladungen unterzubringen.

Aber es ist die Mission eines Bootes, die die mögliche Leistungskonfiguration definiert. Wenn Sie nur über kurze Strecken langsam reisen, wie etwa auf einigen Ausflugsbooten oder Fähren, könnten Batterien allein gut funktionieren. Dies ist der Fall bei zwei Ausflugsbooten für 600 Passagiere, deren Eigentümer und Betreiber das Unternehmen istMagd des Nebels , Niagara Falls, NY Die vollelektrischen, 90 x 33 Fuß großen Aluminium-Katamarane werden im nächsten Frühjahr in ihre dritte Saison starten. Die beiden Boote unternehmen regelmäßig 20-minütige Ausflüge und werden dann über zwei große Landstromanschlüsse in sieben Minuten von 60 % auf 80 % aufgeladen, während die Passagiere ein- und aussteigen.

In vielen, wenn nicht den meisten Situationen wäre es eine Herausforderung, das örtliche Stromnetz für diese Art von Saftspitze anzuzapfen, aber die Betriebe von Maid of the Mist befinden sich in der Nähe der Wasserkraftgeneratoren der Niagarafälle, sodass ausreichend kohlenstofffreier Strom zur Verfügung steht.

Die beiden Boote James V. Glynn und Nikola Tesla wurden von entworfenAntriebsdatendienste, Marblehead, Mass., und gebaut vonBurgerboote , Manitowoc, Wisconsin, im Jahr 2019–2020. Die Boote wurden in modularen Abschnitten geliefert und in der Wartungsanlage von Maid of the Mists in Niagara Falls zusammengebaut. Das Leistungs- und Steuerungspaket wurde von entworfen und geliefertABB Marine und Häfen . Zur Grundausstattung gehören manuelle Cavotec-Batterieladeanschlüsse vom Land zum Schiff, und jedes Schiff wird von zwei Anschlüssen mit Strom versorgtSpear Power Systems Lithium-Ionen-Akkus mit insgesamt 316 kWh. Es gibt keine Bordgeneratoren.

Die Boote funktionieren gut. „In Nordamerika gibt es kein Elektroboot dieser Größe“, sagte Christopher Glynn, Präsident von Maid of the Mist Corp. „Es ist sehr leise. Kein Motorgeräusch, keine Vibrationen, keine Abgase. Es ist wirklich spektakulär.“

Eine weitere Möglichkeit, Batteriestrom auf Booten zu nutzen, besteht darin, das Schiffsgewicht weiter zu reduzieren. Durch die Verwendung von Kohlefasermaterialien für den Schiffsbau lässt sich das Gewicht erheblich reduzieren, sodass Konstrukteure Tragflügelboote hinzufügen können, die das gesamte Schiff während der Fahrt teilweise oder vollständig aus dem Wasser heben. Die unglaubliche Geschwindigkeit, die die America's-Cup-Boote erreichen, ist der Kohlefaserkonstruktion und Tragflügelbooten zu verdanken.

Damit und angetrieben durch große vertikale Flügel können die Boote auf 60 Meilen pro Stunde oder mehr beschleunigen, was der drei- oder vierfachen Windgeschwindigkeit entsprechen kann.

Wenn der Rumpf und seine Ladung über der Oberfläche fliegen, wird der Wasserwiderstand drastisch verringert, was höhere Geschwindigkeiten mit weniger Leistung ermöglicht. Die gleiche Kombination aus Leichtbauweise und Tragflächenbooten wird sowohl in Schweden als auch in den USA zunehmend auf den Passagierschiffsektor angewendet

Grüne Stadtfähren , ein privates Unternehmen mit Sitz in Stockholm, Schweden, baut ein Paar folienunterstützter Karbonfaser-Katamarane in zwei emissionsfreien Varianten namens Beluga24. Einer ist nur batteriebetrieben, der andere wird für längere Strecken mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben. Beide können 147 Passagiere und 28 Fahrräder befördern. Das Unternehmen gab im vergangenen Sommer wichtige Lieferanten bekannt.

„Der Schlüssel zum Bau einer emissionsfreien Passagierfähre liegt in der Kombination von leichten Rumpftechnologien, energieeffizientem Design und einem Antriebssystem, das sowohl hocheffektiv als auch leicht ist“, sagte Fredrik Thornell, CEO von Green City Ferries. „Durch die Zusammenarbeit mitBAE-Systemefür den Antriebsstrang, HamiltonJet für die Jets und Schiffssteuerungen undEchandia„Für die Batterie- und Brennstoffzellensysteme verfügen wir über eine Kombination aus hochinnovativen und technischen Lösungen, die es der Beluga 24 ermöglichen, emissionsfrei mit hohen Geschwindigkeiten zu reisen.“

Die ersten beiden der Klasse sind in Produktion, die Auslieferung soll irgendwann im Jahr 2023 erfolgen, der Passagierbetrieb in Stockholm soll Anfang 2024 beginnen. Die folienunterstützte Rumpftechnologie wurde von Nik de Waal entwickeltTechnicraft-Designin Neuseeland.

Ein weiteres schwedisches Unternehmen,Candela , zielt ebenfalls auf das Stockholmer Fährsystem ab, jedoch mit kleineren Booten, die vollständig auf Tragflügelbooten fliegen, was seit mehreren Jahren eine Spezialität von Candela ist. Es begann mit Freizeit-Tragflügelbooten und vermarktet nun Passagierboote für den Transit. „Im Kielwasser fließt die Energie hin“, sagte Erik Eklund von Candela. „Das liegt an der Reibung. Unsere Boote haben fast keinen Nachlauf.“

Die 12 Meter lange P-12 (4,5 Meter Breite) ist ein Katamaran-Tragflügelboot aus Kohlefaser für 30 Passagiere und einen Bediener. Das Be- und Entladen erfolgt über den Bug. Die Betriebsgeschwindigkeit ist auf 25 bis 27 Knoten ausgelegt und wird von Unterwasserkapseln am Heck angetrieben, deren interne Elektromotoren gegenüberliegende Propellersätze antreiben. Die Batteriekapazität beträgt 252 kWh. Laut Candela würde das Aufladen je nach Service und Batterieentladungszustand 90 Minuten bis 3,2 Stunden dauern.

Sensoren an den Streben und Folien geben Daten an das „Flugkontrollsystem“ weiter, das das Boot jederzeit im Gleichgewicht hält und „unübertroffenen Passagierkomfort“ bietet. Kein Lärm, keine Abgase, keine Turbulenzen. Keine Seekrankheit.

Im Puget Sound-Gebiet bemüht sich ein Konsortium aus Partnern, Profit- und Non-Profit-Partnern aktiv um die Finanzierung der Entwicklung einer ähnlichen batteriebetriebenen Hochgeschwindigkeits-Passagierkatze mit vollständigen Tragflügelbooten. Das Team wird geleitet vonGlosten, das in Seattle ansässige maritime technische Beratungsunternehmen, und Bieker Boats, ein Ingenieur- und Designunternehmen mit Sitz in Anacortes, Washington. Paul Bieker, der Namensgeber des Unternehmens, war maßgeblich an der erfolgreichen Entwicklung der Kohlefaser-Tragflügelboote für den America's Cup beteiligt.

Für dieses Projekt steht noch alles auf dem Papier, aber die aktuellen Pläne sehen eine Gesamtlänge von 27,5 Metern (90 Fuß) mit einer Kapazität von 150 Passagieren vor. Die Reisegeschwindigkeit beträgt 30 Knoten bei einer Reichweite von 30 Seemeilen. Ein einzelnes Hauptflügelprofil mittschiffs sorgt für Primärauftrieb und sorgt für Fahrhöhe und Rollkontrolle. Zwei unabhängige Heckantriebe mit Klappen-Höhenruder schieben und steuern das Schiff.

Das Laden an Land soll voraussichtlich über ein Batterieenergiespeichersystem (BESS) mit einer 2,5-mW-Last und 1-kV-Ladegeräten erfolgen.

Nachdem die Vorarbeiten abgeschlossen sind, strebt die Partnerschaft staatliche und bundesstaatliche Mittel für den Bau und die Erprobung eines Prototyps im Maßstab 1:5, den Genehmigungsentwurf für die Infrastruktur an Land und den detaillierten Schiffsentwurf für den Bau an.

Mit einem Abschluss in englischer Literatur von der University of Washington (Go Dawgs!), journalistischer Erfahrung beim einstigen Seattle PI und Erfahrung auf See als Berufsfischer in Washington und Alaska hat Bruce Buls eine geschmiedete Karriere Karriere im kommerziellen Marine-Fachjournalismus, einschließlich Stationen beim Alaska Fishermen's Journal und National Fisherman, den Schwesterpublikationen von WorkBoat. Bruce war 16 Jahre lang technischer Redakteur bei WorkBoat, bevor er im Mai 2015 in den Ruhestand ging. Er lebt auf Whidbey Island im Puget Sound, etwa 20 Meilen nördlich von Seattle (gehen Sie zu „Hawks!“).