Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Technická, ekologická a sociální analýza.  Energie jako fyzikální veličina a její druhy  Zákony zachování  Dopravní prostředek jako konvertor jiných.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Technická, ekologická a sociální analýza.  Energie jako fyzikální veličina a její druhy  Zákony zachování  Dopravní prostředek jako konvertor jiných."— Transkript prezentace:

1 Technická, ekologická a sociální analýza

2  Energie jako fyzikální veličina a její druhy  Zákony zachování  Dopravní prostředek jako konvertor jiných druhů energie na makrokinetickou  V případě tepelných motorů změna neuspořádané formy energie na uspořádanou  Účinnost konverze  Ekologické hledisko konverze

3  Čerpání energie z prostředí během pohybu ◦ Trolejová vozidla ◦ Sluneční pohon ◦ Plachetnice ◦ Lanovky  Přeprava zásoby energie ◦ Mechanická (gyrobus, elastická energie) ◦ Chemická (obvykle oxidace uhlíkatých paliv, akumulátory) ◦ Elektrická (kapacitory, supravodiče) ◦ Jaderná (námořní doprava)

4  Původně v hračkách. Nízká hustota energie v deformovaném kovu, únava materiálu.  Elastická energie ve stlačeném plynu má větší rozmezí pracovních hodnot (omezení tlakem zkapalnění).  Pohon stlačeným vzduchem byl v historii několikrát využit v tramvajích, autobusech apod.  Princip přeměny elastické energie pomocí tepelného cyklu – MDI motor (Guy Négre).  Nádrže ze skelných vláken na 90 m 3 vzduchu, stlačeného na 30 MPa. Venkovní vzduch se ve válci adiabaticky stlačuje na teplotu 400  C. Do zahřátého vzduch se elektronicky vstřikuje stlačený vzduch z nádrží s pokojovou teplotou. Rozpínání stlačeného vzduchu, který vstupuje do válce, tlačí na píst a vykonává mechanickou práci.  Patentovaná mechanická složená ojnice, která dovolí pístu setrvat déle v horní úvrati pro dokonalejší ohřátí vstřikovaného vzduchu.  Deklaruje se výkon 35kW s dojezdem až 200km při rychlosti 50 km/h.  Zjednodušená termodynamická analýza principu pohonu zpochybňuje možnost uvedeného dojezdu. Předváděné prototypy měly ve skutečnosti dojezd 10 km. Podivný způsob získávání investorů a barnumská reklama celý projekt značně zpochybňují.

5  Pro přepravu energie je důležitá veličina hmotnostní hustoty energie – množství přeměnitelné energie uchovatelné v hmotnostní jednotce media (palivo, baterie...)  Jednotka J/kg, resp. Wh/kg (=3600J/kg) ◦ Dřevo 15MJ/kg ◦ Uhlí 25MJ/Kg ◦ Nafta 35MJ/kg ◦ Lithiový článek cca 700kJ/kg

6 Maximální teoretická účinnost  = (T 2 -T 1 )/T 2 Spalovací proces mimo pracovní prostor ◦ Parní stroj (složitý, ztráty při transportu pracovního media, nízká účinnost) ◦ Turbíny (nutné vysoké teploty spalování, tepelná zátěž materiálů, vysoký podíl NO x, účinnost až 40%)  Spalovací s vnitřním spalováním ◦ Zážehové (dvoutaktní, čtyřtaktní, Wankelův) ◦ Vznětové (účinnost až 35%, vyšší tepelné namáhání)  Reaktivní ◦ Proudové (nižší účinnost, hlučné, spolehlivé) ◦ Náporové (vývojová fáze) ◦ Raketové (pevná paliva, tekutá paliva, iontové)

7 Vysoká účinnost, ekologicky čisté, dnes patrně nejperspektivnější  Stejnosměrné – střídavé  Synchronní – asynchronní  Rotor s permanentním magnetem – elektromagnetem  Lineární (maglev)  Problémy s jiskřením a opotřebením stykacích ploch řeší synchronní motor s permanentním magnetem. Nevýhodné konstantní otáčky.  Moderní motory s permanentním magnetem ze slitin vzácných zemin na bázi samaria a kobaltu. Dnes nejsilnější slitiny Nd 2 Fe 14 B galvanizované Zn nebo Ni. Unesou více než tisícinásobek vlastní váhy, velmi lehké, možnost zabudování přímo do kol vozidla.  Rotační magnetické pole řízené mikroprocesorovým systémem umožňuje proměnné otáčky tis/min.  Účinnost 90% i více (účinnost spalovacích motorů včetně ztrát na převodech 30%)  Odpadá nutnost převodového mechanizmu. Zabudování motorů do kol je z hlediska odpružení poněkud diskutabilní.

8  Ukazatel množství dlouhodobého výkonu vztažený na jednotku hmotnosti.  Vztahuje se nejen na zásobník energie, ale na celou pohonnou soustavu (výkon spalovacího motoru roste s počtem válců, objemem ap.)  Principiálně nelze energetickou kapacitu čerpat libovolným způsobem, rychlejší čerpání – vyšší výkon obvykle vyžaduje vyšší hmotnost i v případě, že je celková kapacita soustavy stejná.  Akumulátory typicky nejsou schopny dodávat vysoké hodnoty proudů – nutnost paralelního uspořádání.  Špičkový výkon vyžaduje jiné principy než dlouhodobý výkon – hybridní uspořádání nemusí být přechodové, ale naopak cílové řešení

9  Pro rozmezí povolené rychlosti je postačující dlouhodobý výkon 35 kW  V městském provozu dokonce jen 10 kW  Potřeby akcelerace zejména v městském provozu řeší např. hybridní pohon  Pro rychlost nad 120 km/h roste odpor prostředí s třetí mocninou rychlosti

10 AkumulátorHustota energie (Wh/kg) Počet nabíjecích cyklů Samovybíjení (%/měsíc) VýhodyNevýhodyNiCd Levné, široký teplotní interval Jedovaté, paměťový efekt NiMH Vyšší kapacita, nejedovaté Citlivé na vysoké teploty, dražší Li-IonAž Rychlé nabití, bez paměťového efektu Drahé, citlivé na přehřátí a přebití Li-PolAž Velmi lehké, tvarovatelné Drahé, citlivé na přehřátí a přebití Pb LevnéNo comment Super kondenzátor Až Až 10 kW/kg, účinnost 98%, sekundové nabití „Nízká“ kapacita, ale překotný vývoj Hustota energie organických paliv cca 5-10 kWh/kg

11  Ultrakapacitory, superkapacitory  Princip založen na zvýšení povrchu elektrod pomocí porézního uhlíku. V současnosti jsou již komerčně dostupné.  Obrovská kapacita desítek faradů.  Keramický princip texaské firmy EEStor dosahuje dokonce hustotu energie 350Wk/kg, tj. mnohonásobně vyšší než lithiové baterie. Jejich EESU (52kWh, 150 kg) založená na speciálně slinutém prášku barya a titanu s vysokou permitivitou má prý přijít na trh v roce 2008 a rychle vytlačit baterie.  V současnosti prý technologii koupila Lockheed-Martin a monopolně ji hodlá používat pro armádní účely.  KDYBY vše, co tvrdí media, byla pravda, budou od příštího roku jezdit elektromobily s dojezdem 500 km za zlomek ceny dnešních paliv. Zajímavé, že uvedené informace je schopna šířit např. i CNN bez dalších komentářů.

12  Palivové články jsou v současnosti technologicky velmi vyspělá a bezpečná zařízení.  Jejich komerčnímu rozšíření braní prozatím jejich velmi vysoká cena daná stupněm vývoje, převážně kusovou výrobou a v neposlední řadě cenou použitých materiálů.  U nízkoteplotních palivových článku je to především cena fluorovaných membrán a platiny  U vysokoteplotních cena materiálů schopných odolat vysokým teplotám a korozivnímu prostředí.  Průmyslový palivový článek potřebuje být pro správnou činnost chlazen.  Životnost palivových článků je u současných produktů garantována na tis. hodin ( 5000 hodin = automobil - 2 hodiny jízdy denně, 365 dní v roce, 7 let).  Hustota výkonu se u nejjednoduššího PEM palivového článku pohybuje nad hranicí 0,125 kW/kg (8kg/kW nepřetržitého výkonu)

13  Účinnost pohonu respektuje celý výrobní proces paliva včetně těžby, zpracování i distribuce  Následně celkovou účinnost vozidla zahrnující ztráty v motoru, převodovém zařízení i všech ostatních systémech nezbytných pro provoz vozidla.  Součin dílčích účinností  Ztráty ve výrobě a distribuci paliva - Well to Tank analýza (WtT)  Ztráty ve vozidle - Tank to Wheel analýza (TtW).

14  Profesor Sibrandus Stratingh z Groningen (Holandsko) navrhl malý elektromobil postavený jeho asistentem Christopherem Beckerem již v roce  Do roku 1900 držely elektromobily všechny rychlostní a dálkové rekordy. Camille Jenatzy překonává hranici 100 km/h 29. dubna 1899 v elektromobilu doutníkového tvaru.  Bateriové elektromobily v USA od Anthony Electric, Baker, Detroit, Edison, Studebaker, aj. dominovaly na počátku 20. staletí. Vzhledem k technologickým nedostatkům (neexistence polovodičové technologie) dosahovaly max. rychlost kolem 32 km/h a byly úspěšně prodávány jako městská vozítka horní třídě. Později prosluly jako dámské vozy, neboť byly jednodušeji řiditelné a nevyžadovaly natočení motoru klikou. Reklama na elektromobil z r. 1912

15  Hlavní výhody elektromobilů ◦ účinnost motoru, jednoduchá konstrukce, využití kinetické energie jedoucího vozidla pro rekuperaci energie  Nevýhody ◦ nízká hustota energie (krátký dojezd), drahé akumulátory, obtížné dobíjení  Výhody klasického pohonu se spalovacími motory ◦ dlouhý dojezd, snadné doplňování energie  Hybridní pohon - spojení výhodných vlastnosti obou koncepcí ◦ podstatně lehčí než elektromobil, vyšší instalovaný výkon, který je plně využitelný pro akcelerace. Při rovnoměrném pohybu pracuje spalovací motor v režimu s maximální tepelnou účinností a koncepce hybridního pohonu umožňuje rekuperaci energie při brzdění motorem ◦ úspora paliva v městském provozu až o 50%

16 Paralelně k hnacímu motoru je přes soustavu spojek připojen elektrický motorgenerátor. Vhodnou momentovou charakteristikou elektrického motoru lze zaručit dostatečný moment celého soustrojí na kolech vozidla v širokém rozsahu uvažovaných rychlostí. Převodová skříň může být velmi jednoduchá a základní převod by měl odpovídat nejpravděpodobnější předpokládané rychlosti vozu a současně i takové poloze pracovního bodu pro spalovací motor, kdy má nejvyšší termodynamickou účinnost. Toyota Prius, Lexus H aj.

17 Spalovací motor (ICE – Internal Combustion Engine) pevně spojený s generátorem. Má jen dva stavy: zapnuto – vypnuto. Je provozován zásadně v oblasti své nejvyšší termodynamické účinnosti a jeho výkon je navržen tak, aby zajišťoval střední hodnotu nutného výkonu pro požadovanou ustálenou rychlost vozidla. Pohonná náprava nebo nápravy vozidla jsou pevně spojeny s jedním nebo několika trakčními elektromotory. Vhodná akumulátorová baterie, která zajišťuje veškeré požadované výkonové špičky v obou směrech při akceleraci i regenerativním brzdění. Protože motorgenerátor není pevně spojen s hnací nápravou, lze celý pohonný systém vozidla navrhnout modulárně a návrh jeho umístění na vozidle je mnohem volnější oproti paralelní koncepci. Příklad: GM Volt Pro hybridní pohony je důležitější výkonová hustota než hustota energie! Superkondenzátory – bezkonkurenční

18  E-Flex technologie, de facto sériový hybridní pohon  Li-ion akumulátor, 180kg, dojezd 60km, životnost 10 let  Výkon elektromotoru 120kW  Dobíjení 110V po dobu 6,5 hodin  Navíc litrový tříválec 50kW pro dobíjení  0 - 5l/100km  Cena 30 tis. USD  Nesmyslné spojení sportovních vlastností s úspornou technologií, předpokládaný prodej od 2010

19  Spalovací motor 1,5l, 57kW,110Nm  Elektromotor synchronní s permanentním magnetem 50kW, 400Nm  Akumulátor NiMH, 200V, 21kW  Kombinovaný výkon 82kW  Spotřeba 5l/100km prakticky nezávisí na typu provozu  Cena 22 tis. USD

20  Paralelní hybrid  Spalovací motor 1,3l, 70kW, 123 NM  Elektromotor relativně slabý 15kW, 103Nm  Spotřeba 5,2 l bez ohledu na typ provozu  Převodovka CVT s plynule měnitelným převodem  Cena 24 tis. USD

21  Čínská firma BYD produkující zejména akumulátory do mobilních telefonů (patrně v současnosti největší na světě)  Nová technologie lithium iron phosphate (LiFePo) známá rovněž jako A123  Hybridní vozidlo s akumulátorem 20kWh a špičkovým výkonem 120kW má deklarovaný dojezd 90km. Po vyčerpání kapacity je k dispozici paralelní spalovací motor.  Předpokládaná cena 6 tis. USD

22  Většinou nesmyslně předimenzované výkonově i výbavou.  Snaha o zdůvodnění vyšší ceny, která není kompenzována ekonomickým hlediskem úspory paliva.  Hybridní technologie v třídách SUV (Chrysler, Dodge, Lexus, Ford...)  Obvyklý efekt – neklesne spotřeba, ale vzroste krátkodobý výkon.  Vysoká popularita technologie zejména v USA, „závody“ v počtu ujeté vzdálenosti bez použití spalovacího agregátu, přestavby na delší dojezd (přidané akumulátory a nabíjecí adaptéry z el. sítě, tzv. „Plug-in hybrid“)  Vysoká popularita chystaného modelu GM Volt a vysoké prodeje modelu Toyota Prius.  Snížení hmotnosti vozidla pro kompenzaci hmotnosti akumulátoru použitím uhlíkatých vláken – až 1/3 původní hmotnosti (studie Toyota 1/x).  Kombinace hybridní technologie „plug-in“ s využitím alespoň podpůrných superkondenzátorů má již dnes vysokou naději na komerční úspěch a nelze ji ignorovat.  S vysokou pravděpodobností lze očekávat další vývoj akumulátorové a ultrakapacitorové technologie, která celý proces dále urychlí.

23  Reklamní adorace nových technologií nejsou zdaleka pravdivé. Přísliby umožňují získání dotací, grantů, zájmu medií.  Mediální informace jsou záměrně nadsazené pro zvýšení atraktivity a prodejnosti.  Ve skutečnosti by však podpora, která je poskytována naftové infrastruktuře, umožnila již dnes masové používání alternativních pohonů.  Tichá rezistence ze strany zainteresovaných stačí na tlumení drahého vývoje. Opadnutí zájmu o fosilní paliva by přinesl velké sociální problémy nejen zemím s patřičným přírodním bohatstvím.  Velké automobilky se snaží držet status quo, v němž dominují. Změna je riskantní a může znamenat pokles vlivu.  Malé firmy nemají finanční prostředky na vývoj a zejména na doprovodnou infrastrukturu, bez níž je vyvinutý prototyp neprodejný.  Na internetu je k dispozici mnoho analýz, které se zabývají cíleným utlumením vývoje slibných technologií.  Elektrická síť není dimenzována na prudký nárůst spotřeby (noční nabíjení vozidel „ze zásuvky“).  Alternativní pohony sice šetří životní prostředí a neobnovitelné zdroje, avšak energeticky jsou také náročné. Na druhé straně je výroba energie centrálním způsobem vždy efektivnější.

24

25


Stáhnout ppt "Technická, ekologická a sociální analýza.  Energie jako fyzikální veličina a její druhy  Zákony zachování  Dopravní prostředek jako konvertor jiných."

Podobné prezentace


Reklamy Google