Elektrochemické články v elektrické trakci železniční (Rail Electromobility) J. Opava
Ústav ekonomiky a managementu dopravy a telekomunikací Fakulta dopravní ČVUT Praha
J. J. Opava Opava
Ústav Ústavekonomiky ekonomikyaamanagementu managementudopravy dopravyaa telekomunikací telekomunikací Fakulta Fakulta dopravní dopravní ČVUT ČVUT Praha Praha, 17. března 2011
Praha, 12. června 2012
Praha, 17. března 2011
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
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
Porovnání pohonu se spalovacím motorem a elektromotorem napájeným Li-baterií Spalovací motor
Elektromotor s Li-baterií
11 000
měrný obsah energie ve Wh/kg
2-3
poměrná hmotnost nositele energie v %
<5
obnova energetické zásoby v minutách
15 – 25
energetická účinnost trakčního pohonu v %
150 - 200
~ 10 - 20 101 – 102 80 - 90
omezení trakčního výkonu
jen výkonem spalovacího motoru
bez omezení
Praha, 12. června 2012
též výkonem energetického nositele
životnost nositele energie
1000 -2000 cyklů (~ 10 let)
J. Opava, FD ČVUT
4
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
12.6.2012
5
První generace akumulátorových trakčních vozů v Německu je v provozu v létech 1907 až 1964
J. Opava,
FD CVUT Praha
12.6.2012
6
Ve 20. létech 20. století vzniká v Německu druhá generace akumulátorových trakčních vozů a …
J. Opava,
FD CVUT Praha
12.6.2012
7
… 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
12.6.2012
8
V 50. létech 20. století vzniká v Německu třetí generace akumulátorových trakčních vozů
J. Opava,
FD CVUT Praha
12.6.2012
9
Celkem 230 nových trakčních vozů jev provozu u DB do 90. let 20. století
J. Opava, FD CVUT Praha
12.6.2012
10
•
Moderní regulační a měničová technika na bázi výkonových polovodičových prvků
•
Nové konstrukce 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
elektrických
trakčních
motorů,
včetně
J. Opava, FD ČVUT
11
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
Praha, 12. června 2011
J. Opava, FD ČVUT
13
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
14
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
15
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
16
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
17
Způsob Nabíjení normální (AC)
>3h
Nabíjení zrychlené (AC)
< 3h
Nabíjení rychlé (DC)
Výměna akumulátoru umístěného ve vozidle
Praha, 12. června 2012
Doba úplné obnovy [h]
≤ 0,1 ÷ 0,3 h
≤ 0,1 ÷ 0,2 h
J. Opava, FD ČVUT
18
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
19
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
20
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
21
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
22
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
23
Zdrojový systém
Vznětový motor
energetický vstup
motorová nafta z rafinérie 84 MJ/100 km
ztráty při transportu energetického média a energetických přeměnách
energie na vstupu do vozidla účinnost energetických přeměn ve vozidle spotřeba energie na obvodu hnacích kol
5% z energetického vstupu
Elektrochemický akumulátor
Vodíkový palivový článek
elektrická energie 28,5 MJ/100 km
elektrická energie 88 MJ/100 km
12 % z energetického vstupu
28 % při elektrolýze z energetického vstupu 50 % při zkapalňování vodíku a manipulaci z energie na vstupu do vozidla
80 MJ/100 km
25 MJ/100 km
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
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
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
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
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
Praha, 12. června 2012
J. Opava, FD ČVUT
