Energetické úspory v dopravě

Podobné dokumenty
6 Brzdy kolejových vozidel

Dvouzdrojová vozidla pro regionální železnici

Simulace železničních sítí

Použitím elektrické energie pro pohon kol vozidel vzniká druh dopravy nazvaný elektrická vozba.

Elektrochemické články v elektrické trakci železniční (Rail Electromobility)

Územně technická studie Nová trať Litoměřice Ústí nad Labem státní hranice SRN Připomínky ŽESNAD.CZ

8 Zatížení mostů větrem

Stručný návod k obsluze programu Vlaková dynamika verze 3.4

Koncept provozu elektrických dvouzdrojových vozidel v regionální železniční dopravě v Kraji Vysočina

Příloha č. 1 Výpočet měrných provozních nákladů

L Oj [km] R j [m] l j [m] 1 0, , , , , , , , , ,0 600

Možnosti úspory trakční elektrické energie a motorové nafty závislé na železniční infrastruktuře

Automatické vedení vlaku na síti SŽDC

NESTACIONÁRNÍ ŘEŠENÍ OCHLAZOVÁNÍ BRZDOVÉHO KOTOUČE

VÝZKUMNÁ ZPRÁVA K OVĚŘENÉ TECHNOLOGII. Návrh malého městského low-cost dopravního prostředku pro jednu osobu

Případ data vozidla data trati 1. konstantní mění se 2. mění se konstantní

Zkušenosti s provozem trolejbusu s trakčními bateriemi v městské hromadné dopravě

Špičkové technologie v kolových a kolejových vozidlech, které přispívají ke snížení energetické náročnosti a představují SMART řešení

Elektromobilita v Plzni dnes a zítra E-mobility in Pilsen today and tomorrow

Obsah. Spotřeba bateriových elektrických vozidel - simulační software, str. 1/9

PROJEKTOVÁNÍ KOLEJOVÉ DOPRAVY

Moderní trakční pohony Ladislav Sobotka

Zkušenosti s provozem parciálního trolejbusu

1. ÚVOD. Vladislav Křivda 1

BIOMECHANIKA. 9, Energetický aspekt pohybu člověka. (Práce, energie pohybu člověka, práce pohybu člověka, zákon zachování mechanické energie, výkon)

Mechanická práce a. Výkon a práce počítaná z výkonu Účinnost stroje, Mechanická energie Zákon zachování mechanické energie

1.1.1 Rozdělení vozidel

POSTUPY SIMULACÍ SLOŽITÝCH ÚLOH AERODYNAMIKY KOLEJOVÝCH VOZIDEL

Zkušenosti z provozu trolejbusu s bateriovým pomocným pohonem v BBG Eberswalde. SOLARIS Trollino 18 AC - BAT

SIMULACE JEDNOFÁZOVÉHO MATICOVÉHO MĚNIČE

ORGANIZACE A ŘÍZENÍ MHD cvičení z předmětu 12OMHD LS 2014/2015

Zkušenosti DPP s nízkoemisními vozidly Ing. Karel Březina

Jak moc VYSOKOrychlostní železnice v ČR?

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

STRATEGIE ŘÍZENÍ TOKU ENERGIE PRO POHON VOZIDLA S PNEUMATICKY HYBRIDNÍM MOTOREM Energy Management Strategies for Hybrid Pneumatic Engine

Automatické vedení vlaku na síti SŽDC

mechanická práce W Studentovo minimum GNB Mechanická práce a energie skalární veličina a) síla rovnoběžná s vektorem posunutí F s

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

EKONOMIKA DOPRAVNÍHO PODNIKU Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Přípravný kurz z fyziky na DFJP UPa

Centrum kompetence drážních vozidel (CKDV)

Lineární činitel prostupu tepla

Správa železniční dopravní cesty, státní organizace. Železniční svršek ZAŘAZENÍ KOLEJÍ A VÝHYBEK DO ŘÁDŮ

SIMULACE PRÁCE VEŘEJNÉHO LOGISTICKÉHO CENTRA SIMULATION OF FREIGHT VILLAGE WORKING

KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Vize dopravy ČR s akcentem na železniční dopravu. Ing. Luděk Sosna, Ph.D. Ředitel Odboru strategie Ministerstvo dopravy

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE ALTERNATIVNÍ POHONY VOZIDEL

SKLADBA NÁKLADŮ V ŽELEZNIČNÍ OSOBNÍ DOPRAVĚ A JEJICH VÝPOČET STRUCTURE AND CALCULATION OF PASSENGER RAILWAY TRANSPORT COSTS

Digitální učební materiál

Možnosti zvyšování traťových rychlostí u SŽDC

Časová dostupnost krajských měst České republiky

Eurotrans, Brno Po Brně - zeleně. Překlad pro Brňáky: Po štatlu bez rychny

ČESKOSLOVENSKÝ PRŮMYSL A VOZIDLA PRO VYSOKORYCHLOSTNÍ DOPRAVU

Požadavky dopravce na dopravní cestu

BILLER & BURDA s.r.o. AUTORIZOVANÝ PRODEJ A SERVIS KOMPRESORŮ ATLAS COPCO

SÍLY MEZI KOLEM A KOLEJNICÍ A JEJICH MĚŘENÍ. Železniční dopravní cesta 2010 Pardubice

Elektromobily současnosti

Pokyny pro řešení příkladů z předmětu Mechanika v dopravě pro obor. Pozemní doprava AR 2006/2007

43A111 Návrh řízení podvozku vozidla pomocí lineárního elektrického pohonu.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ KATEDRA KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ DISERTAČNÍ PRÁCE

ELEKTRICKÉ LOKOMOTIVY

Základní pojmy Rovnoměrný přímočarý pohyb Rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb Rovnoměrný pohyb po kružnici

ŽELEZNIČNÍ TRATĚ A STANICE

Přednáška č. 9 ŽELEZNICE. 1. Dráhy

Pokyny pro řešení příkladů z předmětu Mechanika v dopravě pro obor. Dopravní prostředky. ak. rok. 2006/07

Aplikovaný výzkum v rámci Centra kompetence drážních vozidel (CKDV)

Regionální železniční doprava

ENERGETICKÉ POŽADAVKY NA GRAFIKON VLAKOVÉ DOPRAVY

Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera

Dopravní technika technologie

SEMI-AKTIVNĚ ŘÍZENÉ TLUMENÍ PODVOZKU VYSOKORYCHLOSTNÍHO VLAKU

PPD č. 5/2018. Účinnost od 1. října Bc. Jiří Svoboda, MBA v. r. generální ředitel

Vliv vysokorychlostní železnice na mobilitu

Koncepce dopravy na trati Praha - Vrané n. V. - Čerčany / Dobříš

PROGRAM REKUPERACE. Tabulky Úspora emise znečišťujících látek při využití rekuperace...4 Úspora emisí skleníkových plynů při využití rekuperace...

ELEKTRICKÉ LOKOMOTIVY

Vliv elektrifikace trati Klatovy Železná Ruda na jízdní doby a spotřebu energie

Práce a výkon při rekuperaci

Postup řešení: Výkon na hnacích kolech se stanoví podle vztahu: = [W] (SV1.1)

Systémové řešení elektromobility ve městech

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA TECHNOLOGIÍ A MĚŘENÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Obr. V1.1: Schéma přenosu výkonu hnacího vozidla.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Doprava cukrovky z meziskladů do cukrovaru

PRÁCE A ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

AŽD Praha. AŽD Praha s.r.o. VyužitíAVV. v rychlíkové a nákladní dopravě. Dr. Ing. Ivo Myslivec Dr. Ing. Aleš Lieskovský. AŽD Praha s.r.o.

LIBERALIZACE ODVĚTVÍ DOPRAVY A SOUVISEJÍCÍ EVROPSKÝ LEGISLATIVNÍ RÁMEC

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA

Selected article from Tento dokument byl publikován ve sborníku

Bruno Ježek, Jan Vaněk, Karel Antoš, Miroslav Procházka. FVZ UO Hradec Králové

Téma 13, Úvod do dynamiky stavebních konstrukcí dynamiky

Postrková služba SŽDC

Návrh koncepce železnič ní dopravy v Praze a okolí. Gymnázium J. S. Machara, Brandýs nad Labem - oktáva

1 BRZDY A BRZDNÁ ZAŘÍZENÍ AUTOMOBILŮ

SEŠITOVÝ JÍZDNÍ ŘÁD. 701 nákladní pro tratě

WP22: Human Centered Cabin Design (modely lidských faktorů a optimalizace hardwaru kabiny) Vedoucí konsorcia podílející se na pracovním balíčku

Řešení vnější aerodynamiky kolejových vozidel

Popis stávajícího stavu traťového úseku Praha-Krč Vrané nad Vltavou. Semestrální práce

Vliv zastavení spojů RS Tomáš Pospíšil, Jan Hrabáček

1) Jakou práci vykonáme při vytahování hřebíku délky 6 cm, působíme-li na něj průměrnou silou 120 N?

Transkript:

Energetické úspory v dopravě Jan Antoš i Astrakt: Jednou z hlavních možností, jak dosáhnout energetických úspor v dopravě, a s tím spojených úspor finančních, je v současné doě znovu-využití energie získané při rzdění vozidla. Takovýto proces opětovného získání energie nazýváme rekuperace. Nejefektivnější a v současné doě nejrozšířenější způso, jak takto získat energii, je její rekuperace ve formě energie elektrické pomocí elektromotorů. Rozšíření elektromotorů ve vozidlech v provozu je u nás ve větší míře zatím pouze v dopravě železniční, které ude proto věnován tento článek. Klíčová slova: rekuperační rzdění, železnice, simulace Astract: One of the major ways to achieve reduced energy usage in transportation and associated financial enefits is to reuse the energy otained when a vehicle is raked y an electric motor. Such recovery of energy is called recuperation and is only possile in the case of driving the vehicles with an electric propulsion. The most effective and most frequent method to gain energy this way nowadays is its recuperation in form of electric energy with the help of electro-motors. In our country, the extension of electric motors in operation is only in railway transport, which this article will e devoted to. Keywords: regenerative raking, railway, simulation 1. Základní druhy rzdění Pohyující se vozidlo má/získává vždy určité množství kinetické energie. Při rzdění dochází k úytku této mechanické energie a současně k její přeměně na jiné formy energie, nejčastěji na energii tepelnou. Tato mechanická energie tedy může ýt rekuperována a následně znovu použita, čímž dojde ke snížení nároků na přívod zcela nové energie a tím ke snížení celkových finančních nákladů na provoz. Rekuperovat mechanickou energii vozidla, resp. vlaku při jeho rzdění lze poměrně širokou paletou možností. V současné doě je v zásadě nejefektivnější a nejvíce rozšířenou možností přeměna této mechanické energie na energii elektrickou a tu pak znovu využít. V závislosti na průěhu zpomalení vozidla při rzdění rozlišujeme dva základní typy rzdění. Jsou jimi rzdění spádové a rzdění zpomalovací(resp. zastavovací). Oa tyto typy rzdění v tomto článku prozkoumáme z hlediska disponiilní energie, která při nich vzniká, a kterou lze tedy využít k rekuperaci. 1.1. Zpomalovací rzdění Zpomalovací rzdění je rzdění nenulovým zpomalením z určité počáteční do cílové rychlosti. Elektrická energie, která je při zpomalovacím rzdění k dispozici na sěrači vozidla, je dána oecným vztahem: i Ing. Jan Antoš, ČVUT FD, Ústav dopravních prostředků, Horská 3, 128 03 Praha 2, antosja2@fd.cvut.cz 1

V 2 2 2 rv rg E 1,072 10 M V1 V0 1 (1), ra kde: e... měrná disponiilní rzdné energie vozidla [Wh] E... disponiilní rzdné energie vozidla [Wh] M... celková hmotnost vlaku (lokomotivy a vozů) [t]... součinitel rotujících hmot [-] V 1... rychlost před začátkem rzdění [km/h] V... rychlost na konci rzdění [km/h] v 0 r...měrný vozidlový odpor vlaku [N/kN] r...měrný odpor vlaku ze zrychlení/zpomalení [N/kN] a r...měrný gravitační odpor vlaku [N/kN] g (pozn.: v této simulované situaci se vyskytuje pouze jediný traťový odpor, kterým je r g ) 1.2. Spádové rzdění Spádové rzdění je rzdění s nulovým zpomalením, tedy o konstantní rychlosti, kdy se rzdící vozidlo pohyuje na trati ve spádu a výsledná urychlující síla vozidla, která je využita pro přeměnu na energii elektrickou, je způsoena právě tímto sklonem trati. Elektrická energie, která je při spádovém rzdění k dispozici na sěrači vozidla je dána oecným vztahem: E 3 L 3 M 9,81 s rv 10 2,72510 M L s rv (2), 3,6 kde: E...množství disponiilní rzdné energie [kwh] M...hmotnost celé vlakové soupravy, lokomotivy a vozů [t] s... spád na trati [ ] L...dráha po kterou dochází k rzdění [km] r v... měrný vozidlový odpor vlaku [N/kN] Je uvažováno, že: s [ ] = rg [N/kN]. 2. Energetická simulace daných rzdění Pro simulaci jednotlivých druhů výše zmíněných rzdění yl použit simulační software, který vychází z již verifikované verze programu zvaného Ecalc. Schéma fungování tohoto simulačního softwaru je na orázku 1. 2

Or. 1 - Schéma principu fungování simulačního softwaru (zdroj: autor) V následujících dvou vyraných příkladech je vždy jako vstup do simulace použit vlak s lokomotivou řady 363.5 o hmotnosti 89 t, jejíž měrný vozidlový odpor je dán vztahem: r lok 2 1,05 0,0104 V 0, V (3). 00025 Dále pak je jeho součástí zátěž(tj. vozy), jejíž měrný vozidlový odpor je dán vztahem: r zatez 2.1. Příklad - zpomalovací rzdění 2 0,98 0,0104 V 0,00021V (4) V tomto příkladě je zvolen vlak o hmotnosti zátěže 100 t, který rzdí konstantním zpomalením o velikosti a = - 0,1 m/s 2 postupně z počátečních rychlostí (V0 ) 120 km/h, 100 km/h, 80 km/h a 60 km/h vždy do rychlosti 40 km/h. Finanční úspory uvedené v taulce 1 jsou pak pouze orientační, určené pro případ cenové hladiny 4 Kč/kWh. Vzniklá úspora je v tomto případě vyjádřena jako asolutní, tedy pouze prosté celkové úspory v Kč pro jednotlivá rzdění, jelikož závislost produkce rekuperované energie na aktuální rychlosti není lineární a tím i na ostatních zde uvedených veličinách. Proto není možné při tomto zadání rozumně vztáhnout energetické úspory k nějaké třetí nezávislé veličině. 3

E [kwh] Ta. 1 Rekuperovaná energie při zpomalovacím rzdění - simulační výpočet (zdroj: autor) Rekuperovaná energie [kwh] Celkové odpovídající úspory [Kč] 120 40 km/h 19,486 77,9 100 40 km/h 13,800 55,2 80 40 km/h 8,397 33,6 60 40 km/h 3,628 14,5 V následujícím grafu jsou uvedeny výsledky rekuperované energie v tomto příkladě, a navíc jsou zde uvedeny i hodnoty pro jiné hmotnosti zátěže (200 t, 300 t, 400 t) při stejném zadání. Zpomalovací rzdění do V = 40 km/h 60 50 40 30 20 10 120 km/h 100 km/h 80 km/h 60 km/h 0 0 100 200 300 400 500 M (zátěž) [t] Or. 2 Disponiilní rekuperovaná energie pro různé zpomalovací rzdění (zdroj: autor) 2.2. Příklad - spádové rzdění V tomto příkladě je zvolen vlak o hmotnosti zátěže 200 t a 400 t, jedoucí konstantní rychlostí o velikosti 60 km/h neo 120 km/h na traťovém úseku o délce 5 km a spádu 20. Pro udržení konstantní rychlosti musí tento vlak rzdit a vytvoří tak rekuperovanou energii uvedenou v taulce 2. Pro případ cenové hladiny 4 Kč/kWh jsou pak finanční úspory na 1 km takovéhoto rzdění následující: 4

E [kwh] Ta. 2 Rekuperovaná energie při spádovém rzdění - simulační výpočet (zdroj: autor) 140 Rekuperovaná energie [kwh] Odpovídající úspory [Kč/km] 120 km/h, 400 t 95,579 76,5 120 km/h, 200 t 56,322 45 60 km/h, 400 t 115,410 92,3 60 km/h, 200 t 68,256 54,6 Spádové rzdění 20 120 100 80 60 40 20 120 km/h, 400t 120 km/h, 200 t 60 km/h, 400 t 60 km/h, 200 t 0 0 1 2 3 4 5 6 L [km] Or. 3 Disponiilní rekuperovaná energie pro různá spádová rzdění (zdroj: autor) 3. Závěr Finanční úspory uvedené v těchto modelových příkladech viz taulka 1 a 2 se na první pohled nezdají příliš vysoké. Je to způsoeno tím, že se zde jedná pouze o velice malou část z celkového jízdního cyklu vlaku, tedy pouze o jedno jediné zarzdění. V reálném provozu v závislosti na jeho charakteru dochází k rzdění ovykle častěji, a tím i k vyšším energetickým a s tím spojeným finančním úsporám. V některých specifických provozech, například v provozu metra, mohou takovéto úspory tvořit z celkové spotřeované trakční energie až 30 %, což v případě metra odpovídá až 15 % z celkových energetických nákladů na jeho provoz. Jelikož v systému metra tvoří trakční energie zhrua polovinu jeho celkové provozní energie. I přes tyto výhody zatím ohužel v českém železničním prostředí k rekuperaci energie příliš nedochází a to z technických důvodů, legislativních důvodů a v neposlední řadě také i kvůli malé poptávce ze strany dodavatelů elektrické energie. Jedinou větší výjimkou je trať č. 196 z Českých Budějovic do Lince, a to zejména díky značným sklonovým poměrům na tomto úseku. 5

Literatura [1] ANTOŠ J., Efektivita rekuperačního rzdění, teze k DP, ČVUT, Praha, 2018 [2] OPAVA J., Exact Calculations of Traction Energy Quantities, článek k 20. výročí založení FD ČVUT v Praze - 01.-30.09.2013, Praha, 2013, s. 225-230. ISBN 978-80-01-05320-1 6