Volvo Penta Hybrid Electric Prototype– Yksi vaihtoehto tulevaisuuteen

Veneilyn sähköistyminen on monilta osin kiven takana, mutta Volvo Penta uskoo vahvasti sen tapahtuvan, tavalla tai toisella. Yhtenä purona päämäärää kohti virtaa hybridi.

Kulkuneuvojen sähköistyminen on iso trendi, jolta veneetkään eivät välty. Matkan varrella on kuitenkin vielä monta mutkaa. Kaupallisesti pisimmällä ollaan soutuveneissä, joihin pienet sähköperämoottorit sopivat kuin nenä päähän. Toisaalta ihan tavallisten liukuvarunkoisten moottoriveneiden massasähköistyminen ei vielä nykytekniikalla ja -hinnoilla ole kovinkaan realistista.

Autoissa erilaiset hybridivaihtoehdot ovat osoittautuneet suosituiksi ja toimiviksi välivaiheen vaihtoehdoiksi. Ne toteuttavat eräänlaista porttiteoriaa, joka johtaa polttomoottoriautoilusta täyssähköautoiluun. Varsinkin lataushybridit tarjoavat hyvän maistiaisen sähköautoilusta ilman huolta niiden rajoitteista. Vähäpäästöisinä ja taloudellisina lataushybridit ovat hyötyneet myös verokohtelusta, mikä on tehnyt joissakin autoluokissa niiden hinnoista suorastaan houkuttelevia.

Venemarkkinoilla hybridit loistavat kuitenkin poissaolollaan, kuten myös tukiaiset.

Prototyyppiasteella

Volvo Pentalla on ollut kaupallisessa koekäytössä jo parin vuoden ajan kaksi erilaista dieselsähköhybridiratkaisua. Toinen niistä on sarjahybriditekniikalla varustettu autolautta, toinen rinnakkaishybriditekniikalla varustettu charteralus.

Ensimmäisen huviveneprototyypin Volvo Penta on toteuttanut rinnakkaishybriditekniikalla ja yhteistyössä ranskalaisen venevalmistajajätin Beneteaun kanssa. Perustaksi on poimittu sen merkki- ja mallivalikoimasta lähes 12-metrinen ja tuplakoneinen Jeanneau NC 37, joka on suunniteltu alkujaan puhtaasti polttomoottoriveneeksi.

Ajatus liukuvarunkoisesta lataushybridiveneestä on kaunis ja se menee jotakuinkin näin: liikkeelle lähdetään ja uppoumanopuksilla liikutaan täyssähköisesti, minkä lisäksi sähkömoottorit avustavat myös liukuun nostossa. Plaanissa matka taittuu HVO-biopolttoainetta käyttävällä dieselmoottorilla kuten ennenkin, ilman tarvetta murehtia toimintasäteen riittävyydestä.

Satamamanööverit ja uppoumanopeudet sujuvat sähköajotilassa jouhean hiljaisesti ja päästöttömästi. Dieseleitä tarvitaan matkantekoon liukunopeuksilla.

Ylimääräisenä bonuksena hybridijärjestelmä poistaa erillisen polttomoottorigeneraattorin tarpeen, sillä ajoakusta riittää virtaa sähkölaitteiden pyörittämiseen myös silloin, kun veneessä oleskellaan ja yövytään siellä, missä töpseliä ei saa kytkettyä maasähköön. Kaikki nämä ja monen muunkin toiveen Volvo Pentan hybridiprototyyppi täyttää.

Polttomoottorivene perustana

Jeanneau NC 37:aan toteutetun voimalinjan perustana ovat 320-hevosvoimaiset D4-dieselit. Moottorin ja DPI-vetolaitteen välissä on noin 25 sentin mötikkä, 60 kilowatin tehoinen sähkömoottori. Se tekee nelisylinterisen D4-moottorin jalanjäljestä kutakuinkin kuusisylinterisen D6-moottorin kokoisen. Sähkömoottori voidaan sovittaa perävetolaitteen ohella myös IPS-vetolaitteen tai suoran akselivedon yhteyteen.

Tässä tapauksessa yhteistehoa sähköajoon on siis käytössä vanhoina yksikköinä ilmaistuna noin 165 hevosvoimaa. Se riittää NC 37:n manöveeraamiseen ja uppoumanopeuksilla liikuttamiseen enemmän kuin hyvin. Satamakäsittely sujuu sähköllä itseasiassa paremmin kuin polttomoottoreilla, luonnollisesti hiljaisen hienostuneesti ja paikallispäästöittä. Bonuksena tulee sähkömoottorien välitön vääntö, mikä tekee nurkkapyörityksestä miellyttävän jouheaa. Erityisen hyvin sähköajo toimii yhteen joystick-hallintalaitteen kanssa.

Ajotiloja on kolme: Electric, Hybrid ja Power. Lisäksi valikosta löytyy erikseen valittava Generate-lataustila, jolloin dieselit varaavat akkuihin virtaa. Sähköajo on rajoitettu 10 solmun nopeuteen. Hybriditilassakin lähtökohtana on sähköajo, mutta 10 solmun nopeudessa tai akun varaustilan sitä vaatiessa dieselit hörähtävät käyntiin. Vastaavasti kun nopeutta alennetaan alle 10 solmuun, sammuvat dieselit automaattisesti. Start-stop-toiminto toimii jo protoveneessä varsin sivistyneesti, kuten oheisesta videolinkistä voi todeta.

Power-tilassa dieselit käyvät aina ja käytössä on myös sähkömoottorien hetkellinen noin 90 kilowatin huipputeho. Se tulee tarpeeseen, sillä hybriditilassa liukuun nousu on turhan verkkaista, mitä varsin korkealla oleva liukukynnys korostaa. Käytännössä kaikki taistelutehot tarvittaisiin käyttöön myös hybriditilassa silloin, kun kaasukahvat lyödään pohjaan, jotta liukuun nousu olisi aina mahdollisimman nopeaa ja sujuvaa. 

Tehokkaiden lataushybridi- tai sähköautojen kaltaista hämmästyttävää kiihtyvyyttä edes power-ajotila ei tarjoa. Kiihtyvyydeksi paikaltaan 25 solmun nopeuteen mitattiin 12,9 sekuntia. Hybridiajotilassa sama otti 19,8 sekuntia, mikä on liukukynnyksen ylitykseen jo pieni ikuisuus. Ainakin NC 37:n kohdalla dieselmalli on hybridiä nopeampi ja kiihtyvämpi. Kiihtyvyyseroon saattaa vaikuttaa se, ettei hybridimoottoreissa ole niihin normaalisti kuuluvaa alavääntöä tuottavaa kompressoriahdinta, jonka sähkömoottorin on ajateltu korvaavan.

Toinen suorituskykyä alentava sekä polttoaineen- ja virrankulutusta lisäävä seikka on sähkölisukkeiden paino. Jo pelkästään ajoakku painaa 600 kiloa. Akuston nestejäähdytys ja valvontajärjestelmä, invertteri ja sähkömoottorit nostavat sähkötekniikan kokonaispainon jo 800 kiloon. Se ei voi olla tuntumatta edes 37-jalkaisessa matkamoottoriveneessä.

Ajoakun kapasiteetti on 67 kilowattituntia, mikä riittää kolmen tunnin ajoon viiden solmun nopeudella. Toimintamatkaksi sähköllä tulee siis noin 15 meripeninkulmaa, mutta matka jatkuu dieselillä (tai mieluummin biodieselillä).

Toinen neljän akun ryhmistä on sijoitettu yhdessä BMS-akkujenvalvontajärjestelmän kanssa turkin alla olevaan laitaruumaan. Ajoakuston jakaminen osiin helpottaa asennustilan löytämistä mutta monimutkaistaa järjestelmää.

Ajoakuston nestejäähdytysjärjestelmä vaatii oman tilansa ja asentamisensa.

60 kilowatin sähkömoottori lymyää letkujen takana moottorin ja vetolaitteen välissä.

Iso ajoakku on haaste paitsi sen painon, myös sijoituksen kannalta. Varsinkin kun kyseessä on olemassa olevan polttomoottoriveneen konversio. Siksi ajoakusto on kasattu kahdeksasta akkumoduulista, jotka on jaettu kahteen neljän moduulin ryhmään. Niitä toinen on sijoitettu paapuurin puolen makuukajuutan vuoteen alle, toinen styyrpuurin laidalla lattian alla olevaan säilytystilaan. Akuston jakaminen tarkoittaa luonnollisesti lisätöitä kaapelointiin ja akkujen jäähdytysjärjestelmään. Ihan yksinkertaisesta kokonaisuudesta konversiossa ei siis ole kyse.

Monineuvoista latausta

Akkujen ladattavuuteen on kiinnitetty paljon huomiota. Käytännössä tapoja on kaksi, maasähkö ja dieselmoottorit.

Pistokelatausta varten järjestelmässä on 20 kilowattitunnin laturi eli optimitilanteessa akku täyttyisi reilussa kolmessa tunnissa. Tavallisilla kahdeksan (1,68 kW) tai 16 ampeerin (3,68 kW) yksivaihelatausvirroilla suuren akun täyttymiseen menee kuitenkin huomattavasti paljon pidempään eli noin vajaat 40 tai 20 tuntia. Joistakin satamista saattaa saada 16 ampeerin kolmivaihevirtaa, jolloin latausaika muuttuu jo kohde- ja matkaveneily-ystävällisemmäksi noin kuudeksi tunniksi.

Tarpeen tullen akustoa voi ladata tehokkaasti myös polttomoottorin latausajotilalla. Silloin latausteho nousee 1 500 r/min maksimityhjäkäyntinopeudella jopa 60 kilowattiin tunnissa. Hieman maltillisempi 1 200 r/min kierroslukukin tuottaa vielä 32­–33 kilowatin latauksen, eli akku täyttyy kahdessa tunnissa.

Tällä tavoin akun lataamiseen kuluu noin 22 litraa dieseliä, mikä on enemmän kuin 15 meripeninkulman ajaminen viiden solmun nopeudella dieselmoottorien voimin. Säästöä tämä lataustapa ja sähköajo ei siis tarjoa, mutta mahdollistaa pitkäkestoisetkin viipymiset luonnonsatamissa, vaikka ilmastointilaite ja muut sähkölaitteet olisivat jatkuvasti käytössä.

Dieselit voi kytkeä lataamaan myös matka-ajossa, jolloin hyödynnetään joka tapauksessa syntyvää ”hukkavirtaa”. Silti lataustoiminto lisännee jonkin verran myös kulutusta. Protoveneessä esimerkiksi 20 solmun matkanopeudella polttomoottorit käyvät 2 800 kierrosta minuutissa ja kuluttavat yhteensä noin 80 litraa dieseliä tunnissa, mutta tuottavat myös reilun 13 kilowattitunnin lataustehon. Vertailun vuoksi mainittakoon, että tavallinen polttomoottori-NC 37 kuluttaa vastaavalla nopeudella noin 60 litraa tunnissa.

Äkkiseltään yhtälö vaikuttaa siis melko haastavalta. Hybridi-NC 37 on paljon polttomoottorisisartaan painavampi, ja siksi hitaampi ja epätaloudellisempi. Lisäksi järjestelmä on etenkin ajoakuston ja sen jäähdytysjärjestelmän takia melko haastava asennettava. Kaikkiin näihin voi olettaa toki löytyvän helpotusta ja parannusta, kun lähtökohtana on venemalli, jossa hybritekniikka on huomioitu jo suunnitteluvaiheessa.

Toisaalta prototyypissä ratkottavana olevat ”murheet” unohtuvat kun koneet sammuvat. Pinttyneelle moottoriveneilijälle moottorien sammuminen kesken ajon on vielä pieni järkytys, mutta lähes äänetön lipuminen uppoumanopeuksilla koukuttaa ihan samalla tavalla kuin sähköajo lataushybridiautolla. Pian moottorin käynnistyminen aiheuttaa jo pienen harmituksen. Ehkä veneilyn tulevaisuus on sittenkin sähköinen, mutta siihen menee vielä aikaa.

Volvo Penta ei ole asettanut hybrivaihtoehdon markkinoille tulolle vielä edes tarkkaa ajankohtaa. Vähintään siihen kuuluu pari vuotta. Siihen mennessä pitää tutkia ja ratkoa vielä monia tekniikkaan ja kestävyyteen liittyviä haasteita, kuten kuinka paljon dieselmoottoreita rasittaa niiden kylmäkäynnistyminen kesken sähköajon jälkeistä kiihdytystä. 

Lehdistön lisäksi prototyyppiä pääsevät maistelemaan paitsi Volvo Pentan oma väki, myös venevalmistajakumppanit ja asiasta kiinnostuneet kuluttaja-asiakkaat. Pentan tarkoitus on kuunnella mielipiteitä, havaintoja ja toiveita herkällä korvalla. 

Yksi iso tekijä on tietysti hinta. Prototyypin perusteella hybridin valteiksi muodostuu hyvä käsiteltävyys, äänetön ja paikallispäästötön sähköajo uppoumanopeuksilla sekä ison akun tuoma mahdollisuus käyttää sähkölaitteita pitkään ja äänettömästi ilman verkkovirtaa ja dieselgeneraattoria. Kuinka paljon kuluttajat ovat näistä ominaisuuksista valmiita maksamaan?

Mitään virallista hinta-arviota Volvo Penta ei tulevalle hybridivoimalinjalle vielä anna. Käytännössä ajatus on, että jokainen hybridi tullaan suunnittelemaan ja toteuttamaan venevalmistajapartnerin kanssa tapauskohtaisesti, joten hintaan vaikuttaa sähkömoottorien teho ja etenkin ajoakuston koko. Täysin epävirallisen arvion mukaan prototyyppi-NC:ssä olevan hybridivoimalinjan arvo on tavalliseen dieseliin verrattuna noin kolminkertainen. Jokataoauksessa selvää on, että hinnassakin on vielä kehitettävää, jotta hybridistä saadaan kaupallisesti kiinnostava vaihtoehto.

www.volvopenta.com

• Teksti: Jan Sjölund
• Kuvat: Volvo Penta ja Jan Sjölund
• Video: Jan Sjölund