Más batería

Nov 02, 2023

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Mientras trabajaba en esta historia sobre embarcaciones comerciales de propulsión eléctrica, me llamó la atención este titular de Popular Mechanics: "La batería que finalmente desbloqueará el almacenamiento de energía sin masa".

¿Qué es, me preguntaba, el almacenamiento de energía sin masa?

Resulta que el almacenamiento de energía sin masa incorpora lo que alguna vez llamamos una "batería" en la estructura de un vehículo, embarcación o avión. No hay necesidad de una batería separada, de ahí el término sin masa, ya que el almacenamiento de energía no agrega peso.

Sería como si los dos por cuatro fueran también pilas.

En marzo de 2021, ScienceDaily informó sobre una investigación realizada en la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia sobre tecnología de batería que incluía un electrodo negativo de fibra de carbono y un electrodo positivo hecho de papel de aluminio recubierto de fosfato de hierro y litio, separados por una tela de fibra de vidrio, todos los cuales está "impregnado con un electrolito de batería estructural para una función mecánica y eléctrica combinada".

La iteración de 2021 de esta batería tiene una densidad de energía de 24 Wh/kg, que es solo alrededor del 20 % de las baterías de iones de litio no estructurales. Pero Leif Asp, profesor de Chalmers y líder del proyecto de batería estructural, dijo que el desarrollo continuo podría alcanzar una densidad de energía de 75 Wh/kg con una rigidez de 75 GPa. "Esto haría que la batería fuera tan fuerte como el aluminio, pero con un peso comparativamente mucho menor", dijo.

La utilidad de una batería estructural es clara. La demanda de embarcaciones de emisiones bajas o nulas está creciendo de manera constante, y las embarcaciones que funcionan con baterías son una consideración obvia. Pero debido a que las baterías de hoy en día son relativamente voluminosas y pesadas, el problema tanto para los barcos como para los aviones ha sido empaquetar suficiente energía de la batería para cargas pesadas de pasajeros/carga a alta velocidad y/o largas distancias.

Pero es la misión de un barco lo que define la posible configuración de potencia. Si viaja lentamente solo en distancias cortas, como algunos barcos turísticos o transbordadores, las baterías por sí solas podrían funcionar bien. Tal es el caso de dos barcos turísticos de 600 pasajeros propiedad y operados pordoncella de la niebla , Niagara Falls, NY Los catamaranes de aluminio totalmente eléctricos de 90'×33' comenzarán su tercera temporada la próxima primavera. Los dos barcos realizan excursiones regulares de 20 minutos y luego recargan sus baterías del 60% al 80% en siete minutos gracias a dos conexiones masivas de energía en tierra mientras los pasajeros suben y bajan.

En muchas, si no en la mayoría de las situaciones, aprovechar la red local para ese tipo de pico de jugo sería un desafío, pero las operaciones de Maid of the Mist están adyacentes a los generadores hidroeléctricos de las Cataratas del Niágara, por lo que hay mucha electricidad constante y libre de carbono.

Los dos barcos, James V. Glynn y Nikola Tesla, fueron diseñados porServicios de datos de propulsión, Marblehead, Mass., y construido porBarcos de hamburguesas , Manitowoc, Wisconsin, en 2019-2020. Los barcos se entregaron en secciones modulares y se ensamblaron en las instalaciones de mantenimiento de Maid of the Mists en Niagara Falls. El paquete de potencia y control fue diseñado y suministrado porABB Marina y Puertos . El equipo esencial incluye conexiones manuales de carga de batería de tierra a barco Cavotec, y cada embarcación recibe energía de un par deSistemas de potencia de lanza Paquetes de baterías de iones de litio que proporcionan un total de 316 kWh. No hay generadores a bordo.

Los barcos están funcionando bien. "No hay un barco eléctrico de este tamaño en América del Norte", dijo Christopher Glynn, presidente de Maid of the Mist Corp. "Es muy silencioso. Sin ruido de motor, sin vibraciones, sin gases de escape. Es realmente espectacular".

Otra vía para usar la energía de la batería en los barcos es reducir aún más el peso del barco. El uso de materiales de fibra de carbono para la construcción de embarcaciones reduce significativamente el peso, lo que permite a los diseñadores agregar hidroalas que levantan la embarcación completa parcial o totalmente fuera del agua mientras está en marcha. Los barcos de la America's Cup obtienen la increíble velocidad que logran gracias a la construcción de fibra de carbono y los hidroalas.

Con eso, y propulsados ​​por grandes alas verticales, los barcos pueden acelerar a 60 mph o más, lo que puede ser tres o cuatro veces la velocidad del viento.

Cuando el casco y su carga vuelan por encima de la superficie, la resistencia al agua se reduce drásticamente, lo que permite velocidades más rápidas con menos potencia. La misma combinación de construcción ligera e hidroalas se está empezando a aplicar al sector de los buques de pasajeros, tanto en Suecia como en los EE. UU.

Transbordadores de la ciudad verde , una empresa privada con sede en Estocolmo, Suecia, está construyendo un par de catamaranes de fibra de carbono asistidos por aluminio en dos opciones libres de emisiones llamadas Beluga24. Uno es solo de baterías y el otro funciona con celdas de combustible de hidrógeno para rutas más largas. Cualquiera puede transportar 147 pasajeros y 28 bicicletas. La compañía anunció proveedores clave el verano pasado.

"La clave para construir un transbordador de pasajeros libre de emisiones es combinar tecnologías de casco liviano, diseño de eficiencia energética y un sistema de propulsión que sea altamente efectivo y liviano", dijo Fredrik Thornell, director ejecutivo de Green City Ferries. "Al colaborar conSistemas BAEpara el tren de potencia, HamiltonJet para los jets y los controles de la embarcación, yEchandíapara los sistemas de batería y celda de combustible, tenemos una combinación de soluciones técnicas altamente innovadoras que permitirán que el Beluga 24 viaje libre de emisiones a altas velocidades".

Los dos primeros de la clase están en producción y se cita la entrega en algún momento de 2023, y las operaciones de pasajeros con base en Estocolmo comenzarán a principios de 2024. La tecnología de casco asistido por láminas fue desarrollada por Nik de Waal.Diseño técnicoen Nueva Zelanda.

Otra empresa sueca,Candela , también tiene como objetivo el sistema de transbordadores de Estocolmo, pero con barcos más pequeños que vuelan completamente en hidroalas, que ha sido una especialidad de Candela durante varios años. Comenzó con hidroalas recreativas y ahora comercializa embarcaciones de pasajeros para tránsito. "La estela es a donde va la energía", dijo Erik Eklund de Candela. "Eso es por la fricción. Nuestros barcos tienen una estela casi nula".

El P-12 de 12 metros (manga de 4,5 metros) es un hidroala catamarán de fibra de carbono para 30 pasajeros/un operador. La carga y descarga se realiza sobre la proa. La velocidad de servicio está diseñada para ser de 25 a 27 nudos, impulsada por cápsulas submarinas en la popa con motores eléctricos internos que hacen girar juegos de hélices opuestos. La capacidad de la batería será de 252 kWh. Candela dijo que la carga tardaría entre 90 minutos y 3,2 horas, según el servicio y el estado de descarga de la batería.

Los sensores en los puntales y las láminas transmiten datos al sistema de "control de vuelo" que mantiene el equilibrio del barco en todo momento y proporciona una "comodidad inigualable para los pasajeros". Sin ruido, sin gases de escape, sin turbulencias. Sin mareos.

En el área de Puget Sound, un consorcio de socios, con y sin fines de lucro, está buscando activamente financiamiento para el desarrollo de un gato de pasajeros similar de alta velocidad, alimentado por batería, con hidroalas completas. El equipo está dirigido porglosten, la empresa de consultoría técnica marítima con sede en Seattle, y Bieker Boats, una empresa de ingeniería y diseño que ahora tiene su sede en Anacortes, Washington. Paul Bieker, homónimo de la empresa, fue un actor clave en el éxito de la ingeniería de los hidroalas de fibra de carbono de la America's Cup.

Todo está todavía sobre el papel para este proyecto, pero los planes actuales exigen una longitud total de 27,5 metros (90') con una capacidad de 150 pasajeros. La velocidad de crucero será de 30 nudos con un alcance de 30 millas náuticas. Un solo perfil principal en medio del barco creará sustentación primaria y proporcionará control de balanceo y altura de manejo. Los propulsores de popa gemelos e independientes con conjuntos de elevadores con aletas empujarán y dirigirán la embarcación.

Se espera que la carga en tierra sea proporcionada por un sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) con una carga de 2,5 mW y cargadores de 1 kV.

Con el trabajo preliminar completado, la asociación está buscando financiamiento estatal y federal para la construcción y prueba de un prototipo a escala 1:5, diseño a nivel de permiso para infraestructura costera y diseño detallado de embarcaciones para la construcción.

Con una licenciatura en literatura inglesa de la Universidad de Washington (Go Dawgs!), experiencia periodística en la antaño PI de Seattle y experiencia en el mar como pescador comercial en Washington y Alaska, Bruce Buls ha forjado una carrera en periodismo de comercio marítimo comercial, incluidas temporadas en Alaska Fishermen's Journal y National Fisherman, publicaciones hermanas de WorkBoat. Bruce pasó 16 años como editor técnico de WorkBoat antes de jubilarse en mayo de 2015. Vive en la isla Whidbey de Puget Sound, a unas 20 millas al norte de Seattle (¡vamos, halcones!).