NOWOCZESNE ŹRÓDŁA ENERGII

Transkrypt

1 NOWOCZESNE ŹRÓDŁA ENERGII Kierunki zmian układów napędowych (3 litry na 100 km było by ideałem) - Bardziej efektywne przetwarzanie energii (zwiększenie sprawności cieplnej silnika z samozapłonem do 44%) - Zmniejszenie masy samochodu, oporów toczenia oraz oporów aerodynamicznych (cx = 0,22) - Wprowadzenie odzysku energii do 50% traconej Nowoczesne układy napędowe to: - Silniki dwusuwowe nowej generacji - Turbiny gazowe nowej generacji - Ogniwa paliwowe - Napędy elektryczne i hybrydowe Silniki dwusuwowe: - Obecnie stosowane w okrętownictwie jako silnik główny wolnoobrotowy (100 obr/min.) - Zalety: prostsza konstrukcja, duże wskaźniki mocy, niski koszt budowy i napraw, równomierna praca, duża sprawność, lepsza ochrona środowiska - Bezpośredni wtrysk (jak w silnikach z ZS), niższa temperatura, mniejsze straty wymiany ładunku

2 TURBINY GAZOWE a) Zalety - Bardzo mała masa do mocy - Brak szybkozużywających się części - Spokojna praca - Mniejsze zużycie oleju - Mniejsza wrażliwość na jakość paliwa - Mniejsza emisja związków szkodliwych b) Wady - Niska sprawność (20%) - Duża zależność sprawności od obciążenia W przypadku gdy turbina ma wirnik ceramiczny to możemy stosować wyższe temperatury, ponad 750 o C i osiągać sprawność 40%.

3 OGNIWO PALIWOWE - Wysoka sprawność - Brak szkodliwego oddziaływania na otoczenie Budowa: - Składa się z anody i katody rozdzielonych elektrolitem, który przepuszcza jony a blokuje elektrony - Obecnie osiąga się 0,6 1 V przy gęstości 0,1 15 A/cm 2 Schemat budowy ogniwa paliwowego: 1 wodór 2 przepływ elektronów 3 ładowanie (odbiornik energii) 4 tlen 5 katoda 6 elektrolit 7 anoda 8 woda 9 jony hydroksylowe Na anodzie dochodzi do rozpadu wodoru na jon wodorowy (+) i elektron (-), jon dyfunduje przez porowatą elektrodę i elektrolit do katody, w katodzie elektrony rekombinują z jonami wodoru I pobierają tlen wytwarzając wodę. Reakcje: anoda: 2H 2 -> 4H + + 4e - katoda: 4e - + 4H + + O 2 -> 2H 2 O

4 Napędy elektryczne (tab. 3.3) - Bateria ołowiane samochodów starczały na 60 km - Baterie sodowo-siarkowe pozwalają przejechać 160 km - Największa wada to ich ciężar

5

6 Zalety ogniwa: - Brak ruchomych części, czyli brak drgań i hałasu - Brak biegu jałowego Ogniwa stosowane są w statkach kosmicznych, wodnych, podwodnych i urządzeniach przenośnych. W roku 1959 pierwszy raz użyto ogniwa do napędu ciągnika. Wady ogniwa: - Duży koszt energii (opłacalność osiągniemy przy produkcji 1 kw energii za 50 dolarów). Przy spalaniu węglowodorów problem wywołuje węgiel: - Ogniwa mogą być zasilane benzynami - Do ogniwa doprowadzany jest jedynie wodór - Węgiel jest usuwany w filtrach lub spalany

7 NAPĘDY HYBRYDOWE Sprawność silnika spalinowego ma charakter rosnący od zera, stały po osiągnięciu średniej mocy i zmniejszający się w bardzo wysokich obciążeniach. Silnik elektryczny ma stała moc, a to oznacza, że łatwo jest wyznaczyć obszary jego pracy przy małych i bardzo dużych mocach. Silnik spalinowy W ruchu miejskim silnik spalinowy pracuje 10% czasu całkowitego. W pojeździe realizowany jest rozdział mocy z dwóch silników (silnik tłokowy lub turbina) na napęd pojazdu względnie magazynowanie energii - silnik może pracować na maksymalnym obciążeniu lub na optymalnym obciążeniu. Silnik elektryczny Moc Odzyskiwanie energii kinetycznej podczas hamowania, gdy silnik elektryczny pracuje jako prądnica i ładuje akumulatory. Możliwa jest praca wyłącznie silnika elektrycznego w obszarach szczególnie chronionych ekologicznie. Napędy hybrydowe dzielą się na: a) szeregowe: sumowanie mocy, bez przekładni mechanicznych, niższa sprawność (iloczyn sprawności) b) równoległe: wyższa sprawność, możliwość maksymalizacji mocy, gdy pracują oba silniki, nie potrzeba dodatkowej prądnicy do ładowania akumulatorów.

8

9 TRAKCJA SPALINOWA - Jednostkowe zużycie paliwa jest mniejsze niż w transporcie drogowym - Brak przeszkód do optymalizacji ruchu Czynniki wpływające na zużycie energii: a) Charakter pracy lokomotywy ruch liniowy lub manewrowy (w ruchu manewrowym 50% czasu to bieg jałowy) b) Konwersja energii w lokomotywie wykorzystanie energii z maksymalną sprawnością przy uwzględnieniu charakterystyki trakcyjnej lokomotywy i wielkości mocy pobieranej na pracę urządzeń pomocniczych c) Racjonalizacja pracy urządzeń i układów pomocniczych chłodzenia silnika, smarowania, zasilania paliwem, zasilania powietrzem, kontrola spalin, chłodzenie prądnicy i silników elektrycznych trakcyjnych, zasilanie sprężonym powietrzem i inne d) Stan techniczny lokomotywy dbałość o stan techniczny oraz kondycję maszynisty e) Racjonalne prowadzenie pociągu zależnie od umiejętności maszynisty pozwala na zminimalizowanie o 10% energii, a wykorzystanie ukształtowania terenu doje oszczędność do 20% Optymalizacja transportu powinna obejmować: - Formujemy skład, który zużył by minimalną energię mając do dyspozycji lokomotywy określonej serii - Mając skład należy dobrać lokomotywę zużywającą minimalną energię dla jego transportu

10

11

12 Jakość niezbędnej energii zależy od: - Charakteru oporów ruchu (prędkość, rodzaj lokomotywy i wagonów) - Masa lokomotywy i wagonów - Charakterystyka toru (wzniesienia, spadki, długość trasy) - Rozkład jazdy (czas przejazdu i dopuszczalne prędkości) - Charakterystyka trakcyjna lokomotywy (zmiana siły pociągowej w funkcji prędkości i masy) TRAKCJA ELEKTRYCZNA Czynniki wpływające na zużycie energii: - dokładnie tak samo jak w trakcji spalinowej a) Proces rozruchu zależy od rodzaju prądu stały czy przemienny (w Polsce stały) Przy prądzie przemiennym rozruch i regulacja są wysoko sprawne i odbywają się przez falownik)

13 Przy prądzie stałym stosowane jest bardzo trudne, co wynika z faktu, że sterowanie odbywa się strumieniem magnetycznym - stosowany jest rozruch impulsowy b) Proces hamowania przy dużych odległościach między przystankami straty hamowania są rzędu 20% Wyróżniamy trzy typy: - Klasyczne klocki hamulcowe - Elektrodynamiczne silnik pracuje jako prądnica obciążona hamulcem w postaci kół i hamulców tarczowych c) Elektrodynamiczne z odzyskiem energii: - Akumulacja energii w pojeździe (jak w układach hybrydowych samochodów) - Pobieranie energii przez inny pojazd trakcyjny - Przekazywanie energii do zasobników stacjonarnych Sumaryczne zużycie energii przez trakcję elektryczną: - Rodzaje pojazdów trakcyjnych - Odległości międzyprzystankowe - Wielkość spadków i wzniesień - Rodzaj i natężenie oświetlenia - Ogrzewanie pomieszczeń - Prędkość jazdy