Elektrochemické články v elektrické trakci železniční (Rail Electromobility)

Transkript

1 Elektrochemické články v elektrické trakci železniční (Rail Electromobility) J. Opava Ústav ekonomiky a managementu dopravy a telekomunikací Fakulta dopravní ČVUT Praha J. Opava Ústav ekonomiky a a managementu dopravy a telekomunikací Fakulta dopravní ČVUT Praha Praha, 17. března 2011 Praha, 12. června 2012 Praha, 17. března 2011

2 vysoká energetická účinnost příznivý poměr hmotnosti pohonného systému k trakčnímu výkonu (bez energetického nositele) nulové emise bezhlučný provoz schopnost vysokého krátkodobého přetížení Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 2

3 jednoduchý přenos výkonu od trakčního motoru na hnací kola nízká údržbová náročnost pohonného systému nezávislost na dovozu palivo-energetických surovin možnost využívat alternativně vyráběnou elektrickou energii rekuperace pohybové a potenciální energie nízká spotřeba mazacích olejů Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 3

4 Porovnání pohonu se spalovacím motorem a elektromotorem napájeným Li-baterií Spalovací motor Elektromotor s Li-baterií měrný obsah energie ve Wh/kg poměrná hmotnost nositele energie v % ~ < 5 obnova energetické zásoby v minutách energetická účinnost trakčního pohonu v % omezení trakčního výkonu jen výkonem spalovacího motoru též výkonem energetického nositele bez omezení životnost nositele energie cyklů (~ 10 let) Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 4

5 V 90. letech a na přelomu 19. a 20. století prvé pokusy s kolejovými vozy napájenými z akumulátorů 1899 Nusle - Zbraslav Paříž Peine - Ilseder.J. Opava, FD CVUT Praha

6 První generace akumulátorových trakčních vozů v Německu je v provozu v létech 1907 až 1964 J. Opava, FD CVUT Praha

7 Ve 20. létech 20. století vzniká v Německu druhá generace akumulátorových trakčních vozů a J. Opava, FD CVUT Praha

8 v bývalé ČSR jsou uváděny do provozu první akumulátorové posunovací lokomotivy celkem 15 lokomotiv zůstalo v provozu až do 60. let J. Opava, FD CVUT Praha

9 V 50. létech 20. století vzniká v Německu třetí generace akumulátorových trakčních vozů J. Opava, FD CVUT Praha

10 Celkem 230 nových trakčních vozů jev provozu u DB do 90. let 20. století J. Opava, FD CVUT Praha

11 Moderní regulační a měničová technika na bázi výkonových polovodičových prvků Nové konstrukce elektrických trakčních motorů, včetně nových materiálů Existence vysokokapacitních elektrochemických sekundárních článků na bázi lithia Konstrukční materiály a technologie pro lehkou a vysoce pevnou stavbu kolejových vozidel Stále rostoucí ceny ropných surovin pro výrobu motorových paliv a mazacích olejů Příznivější provozní režim kolejových vozidel v porovnání s provozními podmínkami automobilů Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 11

12 Podstatně nižší jízdní vozidlový odpor nízká měrná energetická spotřeba (Wh/tkm) efektivní rekuperace brzdové energie Dráhový charakter provozního programu a plánované jízdní režimy předvídatelný režim vybíjení a plánované nabíjení Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 12

13 Praha, 12. června 2011 J. Opava, FD ČVUT 13

14 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 14

15 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 15

16 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 16

17 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 17

18 Způsob Nabíjení normální (AC) Nabíjení zrychlené (AC) Nabíjení rychlé (DC) Výměna akumulátoru umístěného ve vozidle Doba úplné obnovy [h] > 3 h < 3 h 0,1 0,3 h 0,1 0,2 h Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 18

19 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 19

20 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 20

21 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 21

22 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 22

23 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 23

24 Zdrojový systém Vznětový motor Elektrochemický akumulátor energetický vstup ztráty při transportu energetického média a energetických přeměnách motorová nafta z rafinérie 84 MJ/100 km 5 % z energetického vstupu elektrická energie 28,5 MJ/100 km 12 % z energetického vstupu Vodíkový palivový článek elektrická energie 88 MJ/100 km 28 % při elektrolýze - z energetického vstupu 50 % při zkapalňování vodíku a manipulaci - z energie na vstupu do vozidla energie na vstupu do vozidla 80 MJ/100 km 25 MJ/100 km účinnost energetických přeměn ve vozidle spotřeba energie na obvodu hnacích kol 50 MJ/100 km (0,4 kg vodíku/100 km) 25 % 80 % 40 % 20 MJ/100 km 20 MJ/100 km 20 MJ/100 km Zdroj: Doc. Vysoký, FD ČVUT Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 24

25 Rostoucí ceny ropy jsou a budou ekonomickou motivací zavádění železniční elektromobility. Vývoj konstrukčně optimalizovaných akumulátorových vozidel vyžaduje aplikaci velmi lehkých a přitom vysoce pevných mechanických struktur. Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 25

26 Významným faktorem rozšiřování železniční elektromobility je zvýšení energetických výkonových a životnostních parametrů akumulátorů při snižování jejich měrné ceny. Rychlé nabíjení by bylo pro stávající energetickou infrastrukturu kritické a vyžadovalo by nejen zvýšení jejího instalovaného lokálního výkonu, ale rovněž vybudování velmi nákladných nabíjecích stanic (DC). Dále zapříčiňuje snižováni životnosti akumulátorů. Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 26

27 Vodíkové palivové články nejsou z energetického hlediska výhodnější než elektrochemické sekundární články. Zavedením železniční elektromobility vznikne multidisciplinární odvětví průmyslové a marketingové. Vytváří se tak příležitost pro připravené a znalostně i technologicky vyspělé subjekty. Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 27

28 Zvážit účelnost založení koordinačního orgánu pro obecnou elektromobilitu s cílem podporovat uplatňování českých subjektů na domácích i evropských vývojových a výrobních programech a vytvářet politické, ekonomické a společenské prostředí pro akceptaci elektromobility v jejím nejširším měřítku v České republice. Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT 28

29 Praha, 12. června 2012 J. Opava, FD ČVUT