Zastosowanie zasobników chłodu metodą poprawy efektywności energetycznej autobusów elektrycznych

Transkrypt

1 Zastosowanie zasobników chłodu metodą poprawy efektywności energetycznej autobusów elektrycznych Opracował: mgr inż. Michał Aftyka Opiekun: dr hab. Inż. Wojciech Jarzyna, prof. PL

2 Plan prezentacji 1. Cele badawcze 2. Zasada działania podstawowego układu klimatyzacji, 3. Zjawiska fizyczne zachodzące w podstawowych układach klimatyzacji. 4. Opis stanowiska badawczego 5. Sposoby gromadzenia chłodu. 6. Prezentacja wstępnych wyników badań 7. Wnioski

3 Cel badania Celem prowadzonych badań jest oszacowanie korzyści energetycznych wynikających z zastosowanych zasobników chłodu oraz układów przetwarzania energii. 1. Wyznaczenie zdolności do gromadzenia chłodu 2. Wyznaczenie współczynnika chłodniczego, 3. Badania w stanach przejściowych: - przy zmiana prędkości obrotowej sprężarki, - przy zmiana nominalnego przepływu glikolu, - przy zmiana nastaw elektrozaworów, - przy wydajność wentylatorów, - przy skokowa zmiana kierunku przepływu energii,

4 Schemat stanowiska badawczego

5 Sprężarka typu copeland scroll (sprężarka spiralna) - Sterowanie U/f - Mała wrażliwość na skropliny - przepływ czynnika bez pulsacji - rozległy zakres pracy - niezawodność

6 Skraplacz Parownik

7 Zawór rozprężny sterowany elektrycznie

8 Stanowisko badawcze 3 1. Zbiornik czynnika chłodniczego 2. Zawór rozprężny 3. Parownik 4. Sprężarka 5. Skraplacz 6. Zasobnik chłodu 7. Zasobnik ciepła 6 5 7

9 Zasada działania Bilans energetyczny: 9

10 Lewobieżny obieg Lindego Przemiany: 1-2 izentropowe sprężanie pary suchej, 2-3 izobaryczne oziębienie pary przegrzanej, 4-1 izobaryczno izotermiczne parowanie pary mokrej, 10

11 q w q d Parownik Skraplacz Sprężarka q d = h 1 h 4 q w = h 2 h 3 l t = h 2 h 1 11

12 Sprawność obiegu chłodniczego Współczynnik wydajności chłodniczej: EER c = Q w L = h 1 h 4 h 2 h 1 Q w - moc chłodnicza, L moc sprężarki, h- entalpia EER c 8,8 EER, z ang. energy efficiency rating 12

13 Magazyn chłodu

14 Możliwości magazynowania chłodu

15 Czas pracy agregatu: Moc pobrana z sieci: Wyniki badań 140 [min] 10,84 [kwh] Moc zakumulowana w zasobniku chłodu: 13,34 [kwh] Współczynnik wydajności chłodniczej: EER c = 13,34 10,84 [kwh]=1,23

16 Odczyt z amperomierza i watomierza Odczyt z miernik energii Odczyt ze sterownika układu Lp. minuty pracy P1 [W] I1 [A] Pc[W] Pc[kWh] T1 [C] T2 [C] ΔT [C] V [m3] ΔV[m3] V p [m3/h] Q [kwh] Todp [C] Tsk [C] Przegrza nie [C] Otw zawor [%] ,28 12,7 0,42 67,6 0 0,85 0 0,4 13,6 13, , ,84-3,49 8,95 12,44 67,69 0,09 0,74 1, ,1 3,7 13,7 76, , ,84-6,61 5,97 12,58 67,81 0,12 0,66 1, ,4-0,6 10, , ,82-8,24 3,82 12,06 67,92 0,11 0,63 1, ,6-2,1 11,2 64, ,8-9,98 2,08 12,06 68,03 0,11 0,59 1, ,1-3,9 10,3 64, , ,81-12,32 0,65 12,97 68,12 0,09 0,54 1, ,4-6,2 10,5 60, , ,79-12,88-0,48 12,4 68,2 0,08 0,52 0, ,6 10, , ,78-12,88-1,29 11,59 68,3 0,1 0,5 1, ,2-8,9 11,1 50, , ,77-14,1-2,06 12,04 68,38 0,08 0,48 0, ,2-9,1 11,4 52, , ,78-15,68-2,73 12,95 68,47 0,09 0,45 1, ,1-9,7 11, , ,77-15,94-3,08 12,86 68,53 0,06 0,44 0, ,9-9,7 11, , ,75-14,71-3,54 11,17 68,61 0,08 0,46 0, ,8-13,3 11, , ,72-12,63-3,8 8,83 68,69 0,08 0,48 0, ,1-14,9 10,6 42, , ,7-6 -3,8 2,2 68,77 0,08 0,48 0, ,1-34, , ,67-4,72-2,68 2,04 68,84 0,07 0,46 0, ,7-29,7 8,7 11 Parametry glikolu 10,84 13,34525

17 Qu [kwh] 16 Qu = f(t) 14 y = -3E-06x 3 + 0,0001x 2 + 0,126x - 0, t [min] Ciepło zgromadzone w zasobniku chłodu w funkcji czasu

18 Vp [m3/h] Vp [m3/h]=f(t) 0,9 0,8 0,7 0,6 y = -2E-07x 3 + 7E-05x 2-0,0089x + 0,8348 0,5 0,4 0,3 0,2 0, t [min] Przepływ glikolu przez zasobnik chłodu w funkcji czasu

19 EER EER=f(t) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, t[min] Współczynnik wydajności chłodniczej w funkcji czasu

20 Zysk ekonomiczny Zgromadzona energia 13,34 kwh Moc klimatyzacji autobusu 14kW Przyjmując, że akumulator kwasowo-ołowiowy o napięciu 12V i pojemności 18Ah kosztuje 100zł Prąd klimatyzatora autobusu 14000W/48= 291A. Wynika stąd, że akumulatorów musi być co najmniej 24 ponieważ wykorzystujemy jedynie 70% pojemności aby uzyskać żywotność 1500cykli.

21 Porównanie napędu klimatyzacji Elektryczny Zasobnik chłodu NAZWA CENA NAZWA CENA Akumulatory kwasowo-ołowiowe 24x18Ah 48V zł Zasobnik chłodu 500 zł Spreżarka, wymienniki płytowe skraplacz, Prostownik 800 instalacja 1900 RAZEM zł RAZEM zł KOSZTY INWESTYCYJNE 100% KOSZTY INWESTYCYJNE 70% Cena za moc pobraną do naładowania 24x18Ah przez 8h to 19,2kW 9,21 zł Cena za moc pobrana przez 16h pracy autobusu na dobę 147,36 zł 4 420,80 Cena za moc pobrana przez klimatyzację przez 30dni zł Cena za moc pobraną do akumulacji zasobnika chłodu to 13,34kW Cena za moc pobrana przez 16h pracy autobusu na dobę Cena za moc pobrana przez klimatyzację przez 30dni 6,40 zł 102,40 zł 3 072,00 zł KOSZTY EKSPLOATACYJNE 100% KOSZTY EKSPLOATACYJNE 70% Żywotność akumulatorów przy wykonaniu dziennym 16 cykli ładowania 110dni Żywotność zasobnika chłodu 30lat ŻYWOTNOŚĆ 1,50% ŻYWOTNOŚĆ 100%

22 Wnioski Uruchomienie pilotażowej instalacji i zgromadzenie 14kWh energii chłodu. Udało się wyznaczyć sprawność i w najlepszych warunkach instalacja osiągnęła współczynnik wydajności chłodniczej 1,8. Przewidujemy, że uda się poprawić współczynnik wydajności chłodniczej do 3,6-4. Z obliczeń wynika, że jesteśmy w stanie zgromadzić 44kWh energii chłodu. Zastosowana technologia ma potencjał aplikacyjny z powodów niskich kosztów eksploatacji.

23 Literatura Zenon Bonca, Waldemar Targański: Badanie chłodziarki sprężarkowej. Wiesław Pudlik: Termodynamika. Podręcznik dla studiujących na kierunkach: Mechanika i Elektronika, PG, Gdańsk 2011 Dariusz Nanowski: Druga zasada termodynamiki w analizie obiegów lewobieżnych, Praca doktorska. 23

24 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ