Исследователи из Университета CESMAG и Национального открытого и дистанционного университета Колумбии разработали модель перевода речного транспорта в отдаленных районах страны на электролодки, работающие на возобновляемой энергии. Это решение может кардинально изменить транспортную систему в регионах, где реки служат основными дорогами.
На тихоокеанском побережье Колумбии реки фактически выполняют функцию автомобильных дорог – по ним перевозят людей, включая школьников, сельскохозяйственную продукцию и рыбу. Однако почти весь речной транспорт работает на бензиновых двигателях, что создает серьезные проблемы для удаленных сообществ: высокие затраты на топливо, сложности с его доставкой и загрязнение окружающей среды. В некоторых районах топливо может стоить в несколько раз дороже, чем в крупных городах.
Ученые предложили заменить бензиновые двигатели электрическими и генерировать электроэнергию для их зарядки с помощью автономной энергосистемы. Такая микросеть может включать солнечные панели, аккумуляторы и гидрокинетическую турбину, использующую энергию речного течения.
Для понимания энергетических потребностей транспорта исследователи изучили существующие маршруты на реке Мира. С помощью GPS они записали скорости движения и длины маршрутов, чтобы построить математическую модель энергопотребления. Выяснилось, что водный транспорт обладает высокой нелинейностью: небольшое увеличение скорости приводит к резкому росту потребления энергии. Например, увеличение скорости примерно на 50% может потребовать почти четырехкратного увеличения мощности двигателя.
На основе этих данных ученые рассчитали энергопотребление для ежедневных маршрутов общей протяженностью более 30 км. Для таких маршрутов достаточно двух электролодок: одной малой мощности около 1,1 киловатта для коротких переправ и другой мощностью около 4 киловатт для более длительных поездок. В сумме они требуют примерно 5,7 кВт·ч электроэнергии в день – столько же, сколько потребляет небольшой дом.
Исследователи смоделировали два варианта энергосистемы для зарядной станции. Первый вариант использует только солнечные панели и аккумуляторы. Второй, гибридный, сочетает солнечную энергию с турбиной, установленной в реке. Расчеты показали, что полностью солнечная система дешевле, но гибридная система надежнее, так как может генерировать энергию даже ночью или в пасмурную погоду благодаря постоянному речному течению.
Сравнение электролодок с обычными бензиновыми показало впечатляющие результаты. Стандартная лодка с двигателем мощностью около 20 лошадиных сил сжигает сотни галлонов бензина в год и выбрасывает в атмосферу более трех тонн углекислого газа. Электролодки, особенно использующие возобновляемую энергию, практически не производят таких выбросов.
Экономические расчеты демонстрируют, что первоначальные инвестиции в электролодки окупаются относительно быстро. Срок окупаемости составляет менее двух лет для малой модели и около пяти лет для более мощной. При этом более мощная электролодка может развивать скорости и время в пути, сопоставимые с обычными бензиновыми судами.
Это исследование открывает новые перспективы для устойчивого развития отдаленных регионов, где речной транспорт играет ключевую роль в жизни местных сообществ.