Блог

Mar 20, 2023

Что на самом деле означает повышение плотности энергии аккумуляторов для грузовиков, кораблей и самолетов?

Будущее всего наземного транспорта и очень много авиации и морского транспорта.

Будущее всего наземного транспорта, а также огромного количества авиации и морского судоходства, которое будет электрическим, низкоуглеродистым, тихим и менее вонючим, уже в пределах досягаемости. Было бы грубо не протянуть руку и не схватить его обеими руками.

К

Опубликовано

В тот момент, когда я пишу это, мне осталось около 30 часов до того, как я буду сидеть на сцене с людьми, чья основная работа связана с энергией для кораблей, перед большой аудиторией мировых технических лидеров крупного европейского частного судоходного концерна. Они проводят свой ежегодный технический саммит и пригласили меня обсудить с другими участниками дискуссии и их экспертами вопрос о том, как на самом деле произойдет декарбонизация судоходства.

Конечно, как я им скажу, у них есть совершенно веские причины задаться вопросом, какого черта я там делаю. В отличие от почти всех остальных присутствующих в комнате, я не производю, не продаю и не покупаю топливо для кораблей. Я не покупаю, не продаю и не управляю судами. Я не проектирую корабли, как это делают многие из зрителей. Я не указываю требования к мощности для кораблей, опять же, это делают участники.

Морские перевозки мегатонн ископаемого топлива до заправки, диаграмма автора

Но я здесь, потому что сделал для морского судоходства то же, что сделал для авиации, водорода, стали, V2G и сетевых систем хранения данных. Я потратил много времени, изучая проблемное пространство, сравнивая все предполагаемые решения, прогнозируя кривые спроса и предложения в разумном сценарии на десятилетия, а затем делясь своими мыслями с подтверждающими доказательствами. Поскольку многое из этого связано с энергетикой, это означает, что то, что я изучаю в одной области, применимо и в другой. Мне легче обмениваться идеями, чем людям, которые проводят все свое время, работая в одной области.

Конечно, это означает, что мне нужно быть очень осторожным, чтобы не стать ярким примером синдрома Даннинга-Крюгера, и иногда я совершаю ошибки, на которые меня ссылаются, но в основном это преодолимые проблемы, лишь с небольшим побочным эффектом случайного унижения. .

Какое это имеет отношение к плотности энергии батареи? Что ж, один из людей, которые завтра будут на сцене, — представитель Echandia Marine AB. Их основная работа — установка аккумуляторов на корабли, и я считаю, что это важный шаг в декарбонизации моря. По моему прогнозу на 2100 год, все внутренние суда и две трети каботажных морских перевозок будут работать на батареях, и эти батареи будут все чаще заряжаться электричеством с низким или нулевым выбросом углерода. Для дальних перевозок в этом столетии по-прежнему потребуется жидкое топливо, поскольку замена 16 000 тонн бункерного топлива аккумуляторами для перевозки через Тихий океан вряд ли произойдет к 2100 году.

Материал Echandia представляет собой очень специфическую точку морского диапазона. Его аккумуляторная система рассчитана на 40 морских миль (мили), то есть около 74 километров. Это звучит не так уж и много, но это покрывает множество путешествий на больших лодках и кораблях.

В системе используются литий-титан-оксидные батареи (LTO). Это то, что компания считает полезным и востребованным на данном этапе пути к декарбонизации. Этот химический состав не имеет особенно высокой плотности энергии, но имеет хорошую частоту циклов и хорош для приложений с большим энергопотреблением. Хорошо подходит для современных морских требований по крутящему моменту и мощности.

Краткое отступление: когда мы говорим о плотности энергии и батареях, мы говорим о ватт-часах на килограмм (Втч/кг). Дизель потребляет около 9007 Втч/кг. Авиационное топливо Jet-A расходует около 7778 Втч/кг. Обычно их так не представляют, потому что люди, которые продают или используют ископаемое топливо в транспорте, не используют единицы электроэнергии.

Большие морские и большие реактивные двигатели — абсурдно эффективные звери, настолько хорошие, насколько это возможно. Десятилетия целенаправленных инноваций, требовательных клиентов и блестящих инженеров приведут к такому результату. Но циклы Карно, Дизеля и Брайтона имеют жесткие термодинамические ограничения, с которыми они сталкиваются. Большие морские двигатели преобразуют около 50% энергии топлива в поступательное движение. Современные реактивные двигатели превращают 55% потребляемого ими керосина в полезную энергию, по крайней мере, когда они находятся на высоте 30 000–38 000 футов и работают на оптимальной крейсерской скорости.