В 1983 году в Канаде при подготовке к трансатлантической гонке парусных судов по проекту английского архитектора Найджела Айренса фирма Huot et Dupuis построила полностью композитный катамаран Formula Tag. В то время это был самый большой катамаран длиной 24,5 метра.

Уже через год он поставил рекорд по наибольшему расстоянию, пройденному парусным судном за 24 часа. После этого у Formula Tag было еще много скоростных достижений. Спустя десять лет после постройки катамаран на кубке Жюля Верна побил рекорд самого быстрого кругосветного плавания на парусном судне. Через 13 лет получил приз за самое быстрое пересечение северной Атлантики полностью женским экипажем.

Уже в новом тысячелетии катамаран поставил рекорд по пересечению южной Атлантики, а в 2013 году стал первым в мире судном с автономными средствами производства водорода на борту.

Переход на зеленую сторону

В 2013 году многократный участник трансатлантических гонок Викторьен Эруссар загорелся идеей создать полностью экологически чистое судно, оборудованное возобновляемыми и автономными источниками энергии. Так появился проект Energy Observer, который призван привлечь внимание общественности к новым техническим решениям, исследованиям работы экологически чистой возобновляемой энергии и поиску инновационных решений для сохранения окружающей среды.

Для этого после переоборудования катамаран ушел в семилетнюю кругосветную экспедицию, во время которого в 2019 году посетил и Россию.

Выбор судна для модернизации пал на канадский катамаран-рекордсмен Formula Tag. Проект, который под свое кураторство взяла французская комиссия по альтернативным источникам энергии, нашел отклик среди множества компаний, в том числе таких крупных, как Toyota. И в 2017 году обновленное судно спустили на воду.

Новый облик

При переоборудовании катамарану увеличили длину корпусов до 30,5 метра. А на палубном мосту расположились каюты экипажа, камбуз, кают-компания и две ветряные турбины, которые затем заменили на турбопаруса.

Все техническое оборудование, помимо баков для хранения водорода, заняло пространство внутри корпусов.

Энергия солнца

202 квадратных метра площади катамарана покрыли гибкими солнечными панелями трех типов, в том числе и двухсторонними для производства энергии из света, отраженного от воды и белых корпусов судна.

Некоторые из них оснащены нескользящим покрытием, чтобы позволить экипажу безопасно передвигаться по корпусам катамарана в открытом море.

Средняя производительность колеблется от 65 кВт•ч в сутки в северных морях до 110 кВт•ч в сутки в южных при пиковой мощности 21 кВт. Все панели соединяет почти 7 километров кабелей.

Энергия ветра

На судне установлены два вращающихся на 360° роторных паруса (или турбопаруса) площадью 32 квадратных метра, которые используют энергию ветра на основе эффекта Магнуса.

Они позволяют сокращать затраты энергии и при полном ходе на парусах использовать электродвигатели в режиме рекуперации.

Энергия воды

При движении катамарана на роторных парусах электродвигатели мощностью 41 кВт преобразовываются в гидрогенераторы. Они отвечают за выработку водорода во время плавания, питая опреснительную установку обратного осмоса и электролизер, где морская вода разделяется на газообразный водород и кислород.

Устройство может производить до 4 кубометров чистого водорода в час, при этом потребляя 3,66 литра деионизированной воды.

Полученный водород хранится в восьми специальных резервуарах емкостью 332 литра под давлением 350 бар. В общей сложности такое количество водорода эквивалентно 230 литрам топлива, а чистая энергия составляет 1 МВт•ч.

Сердцем такой энергетической цепи служит водородный топливный элемент, основанный на принципе протонообменной мембраны и разработанный инженерами CEA-Liten. Он обеспечивает 20 кВт чистой электроэнергии.

Внутри него водород высвобождает электроны, которые затем реагируют с кислородом для производства электроэнергии, оставляя в качестве побочного продукта реакции только тепло и воду. Поэтому процесс здесь чрезвычайно чистый: не образуется никаких дополнительных соединений, например CO2 или других вредных веществ.

Аккумуляторы

Кратковременное хранение электроэнергии осуществляется комплектом литий-ионных аккумуляторов двух типов. Основные, емкостью 112 кВт•ч, питают электродвигатели от сети в 400 вольт. А второстепенные, емкостью 18 кВт•ч, питают 24-вольтовую низковольтную сеть, бытовые приборы и электронику: бортовой компьютер, электронную навигацию, освещение и системы безопасности.

В этой системе работают и несколько преобразователей мощности для равномерной подачи энергии или разных источников.

Вес элементов хранения энергии — это серьезная проблема.

Аккумуляторная батарея весит 1400 килограмм при емкости 112 кВт•ч, тогда как аккумуляторная батарея и топливный элемент вместе весят в общей сложности 1700 килограмм при емкости 1000 кВт•ч. Это означает, что 1 кВт•ч энергии «весит» 12,5 килограмма при хранении в батареях и только 1,7 килограмма — при хранении в виде водорода.

Другими словами, при одинаковом весе система хранения запаса водорода может хранить в 7,35 раза больше энергии, чем аккумуляторные батареи. Для судна столь небольших габаритов это значительное преимущество в мобильности и автономности.

Автоматизация

В Energy Observer настраиваются три основных режима питания: в обычной навигации солнечная или ветровая энергия напрямую приводят в действие двигательную установку. Литий-ионные батареи вступают в действие, если происходит кратковременное падение производительности, к примеру в пасмурную погоду. Для более длительных перерывов, например ночью, топливный элемент берет на себя управление и продлевает автономию за счет преобразования запасов водорода в электричество.

Существуют и сценарии, направленные на перезарядку батарей и пополнение запасов водорода.

Когда уровень заряда аккумуляторных батарей опускается до 30%, большая часть вырабатываемой электроэнергии используется для ее перезарядки. А когда уровень заряда превышает 90% или катамаран стоит на месте, энергия используется для восстановления запасов водорода.

Команда может автоматически изменять мощность двигателя и, следовательно, скорость, чтобы поддерживать стабильный уровень заряда.

Резюме

Катамаран Energy Observer — это не просто уникальное судно. Скорее это медиаплатформа, которая призвана продемонстрировать всем модель будущего лучшего мира. Один из его возможных вариантов.

И работы в этом направлении у судна много. Так, в планах Energy Observer на 2023 год посещение Бразилии, Карибских островов и восточного побережья США.

В 2024 году катамаран Energy Observer задействуют в организации Олимпийских игр: он будет присутствовать в Париже и Марселе.

А опыт, который был получен во время многолетней эксплуатации катамарана, использовали при создании ролкера-контейнеровоза нового поколения на водороде, получившего название Energy Observer 2.

При длине 120 метров, ширине порядка 22 метров и максимальной осадке около 5,5 метра Energy Observer 2 будет иметь дедвейт 5000 тонн и сможет принять на борт до 240 TEU. А еще различные виды автотехники — как легковые машины, так и грузовики, для которых предусмотрено порядка 480 погонных метров погрузочного пространства.
Судно оснастят четырьмя жесткими крыловидными мачтами площадью по 1450 квадратных метров каждая, солнечными батареями, а также двигателями на водородных топливных элементах мощностью в 2,5 МВт (около 3400 л. с.). Это обеспечит судну дальность плавания 4000 миль при скорости до 12 узлов.

И в отличие от остальных концепт-проектов судов на водороде идея Energy Observer 2 базируется на приличном опыте эксплуатации Energy Observer 1 в самых разных условиях. Что в конечном счете может сыграть в пользу именно этого пути зеленого будущего.