5 :\ Elektrická vozidla s palivovými články >
Pětisedadlový experimentální automobil je poháněn třífázovým elektromotorem o výkonu 55 kW/75 k, který mu dokáže udělit rychlost až 140 km·h-1. Energii motoru dodává systém, který tvoří celkem 200 samostatných palivových článků sériově pospojovaných do zásobníkové sady o rozměrech pouze 590 × 270 × 500 mm. Svými kompaktními rozměry tak zabírá sada palivových článků přibližně stejné místo jako běžný spalovací motor. Stálý výkon sady palivových článků činí 80 kW (109 k), ale špičkový krátkodobý výkon může vystoupat i o polovinu na 120 kW (163 k). Do palivových článků se řízeně dodává vodík. Do doby, než bude vybudována taková infrastruktura plnicích stanic, která by byla schopná dostatečně pokrývat poptávku po palivu – vodíku, vidí Opel a GM řešení v palubních reformátorech, ve kterých se bude vodík získávat z benzínu. Konstruktérům konceptu HydroGen 1 se podařilo zvýšit jeho akční rádius mezi doplňováním paliva až na 400 km. Palivové články použité v systému HydroGen 1 dokázaly opakovaně startovat a pracovat i při teplotách minus 40 °C. Vodík je ve voze uložen ve speciální nádrži z ušlechtilé oceli o průměru 400 milimetrů a délce jednoho metru, extrémně podchlazený až na –253 °C. Koncept HydroGen 1 má speciální válcovou nádrž, která je pokrytá několika vrstvami izolačního materiálu na bázi tkanin ze skelných vláken, a tato izolace má srovnatelné termoizolační schopnosti jako vrstva tradičního polystyrénu silná devět metrů. Do nádrže se vejde asi 75 litrů zkapalněného vodíku. Výzkumníci z GAPC však hledají další způsoby uložení vodíku ve voze. Jedna z metod počítá např. se zachycováním atomů vodíku na povrchu extrémně malých dutých uhlíkových vláken. Jiný způsob využívá principu ukládání vodíku v mikObr. 5.21 General Motors + Opel Hydrogen 1 roskopických mezerách ve stlačeném metalickém prášku, v jehož struktuře lze obdobně bezpečně uložit potřebný objem vodíku, který do sebe materiál „nasaje“ jako houba. Podle vývojářů GM a Opelu je příprava cenově dostupného ekologického systému pohonu s palivovými články, otázkou několika málo příštích let. Daimler AG – autobus na palivové články V rámci globální iniciativy „Shaping Future Transportation“ společnosti Daimler AG vznikl nový městský linkový autobus, který je dalším významným krokem na cestě k jízdě bez emisí a k úspoře zdrojů. Nový Mercedes-Benz Citaro FuelCELL Hybrid (obr. 5.22) navazuje na vynikající zkušenosti s 36 autobusy na palivové články. U projektu CUTE však byl v centru zájmu test způsobilosti pohonu na palivové články. Proto byl dieselový motor nahrazen pohonem na palivové články, aby byla zabezpečena maximální možná stabilita ve zbývající části vozidla. Na kompromisy, které jsou s tím spojeny, nemusí nové Citaro FuelCELL Hybrid přistupovat – jeho pohonná technika byla vyvinuta úplně nově a již využívá všechny podstatné prvky Citara G BlueTec Hybrid. K identickým komponentům obou vozidel patří například nápravy s elektrickými motory v nábojích kol, lithium-iontové akumulátory a elektricky poháněné veškeré vedlejší agregáty. Základem Citara FuelCELL Hybrid je osvědčená stavebnice městského autobusu MercedesBenz Citaro. Pohonnou látku pro palivové články tvoří vodík. Díky hybridnímu pohonu s vybroušenou regulací spotřeba vodíku u hybridního autobusu Citaro FuelCELL Hybrid v porovnání
98
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS192112
Příklad vozidel s palivovými články
s dosavadními autobusy na palivové články významně klesla. To představuje výhodu s ohledem na šetření zdrojů a na snižování emisí při výrobě vodíku. Devizou Citara FuelCELL Hybrid je jeho ekologický provoz. Během jízdy nedochází k emisím škodlivin a jízda je téměř nehlučná. Díky tomu je vhodný především pro nasazení v městských centrech. Citaro FuelCELL Hybrid je již anoncovaný logický krok na cestě k veřejné dopravě bez emisí a díky tomu i důležitý stavební kámen pro mobilitu budoucnosti.
>
Obr. 5.22 Schéma pohonu u autobusu MercedesBenz Citaro FuelCELL Hybrid [44]
New Holland – traktor na vodík Italské automobilky Iveco a Fiat jsou známy především díky výrobě osobních, případně nákladních automobilů. Kromě toho se ale zabývají také výrobou traktorů. Traktory představují okrajovou, ale důležitou součást jejich nabídky. V Paříži na mezinárodním zemědělském veletrhu SIMA Innovation Awards 2009 odhalila společnost New Holland, spadající právě pod Fiat, nový traktor NH2 (obr. 5.23) poháněný palivovými články, resp. vodíkem. NH2 má vycházet z oblíbeného modelu T6000, ovšem interní dieselový motor je nahrazen elektromotorem, lithium-iontovými bateriemi a vodíkovými palivovými články. Výkon traktoru je 120 koní a zvládne všechno, co starší model T6000. New Holland vnímá traktory jako přirozeného „partnera” vodíkové technologie. Palivové články totiž mohou být znovu naplněny na centrální doplňovací stanici na farmách, které si mohou vodík vyrábět samy, např. skrze solární elektrárnu, větrnou elektrárnu nebo z biomasy a skladovat jej v podzemních nádržích. Zemědělci jsou vůbec z hlediska energetické nezávislosti jednou z nejsnáze přizpůsobitelných skupin a traktor na vodík Obr. 5.23 New Holland NH2 [45] je v tom jen dalším krokem. Railway Technical Research Institute – lokomotiva na vodík Japonský ústav Railway Technical Research Institute (RTRI) úspěšně provedl test světově první lokomotivy poháněné palivovými články (obr. 5.24). Její vývoj začal už v roce 2001 a hlavním cílem bylo zredukovat emise a hluk. Výzkumníci postavili lokomotivu, která kombinovala palivové články, vysokotlaké nádrže na vodík a měnič, který převáděl energii. V roce 2003 se poprvé uskutečnily testy 30 kW modulu a začal vývoj 100 kW modulu. Ten byl v roce 2009 úspěšně namontován na testovací zařízení a odzkoušen. Obr. 5.24 První lokomo va na palivové články [46]
99
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS192112
5 :\ Elektrická vozidla s palivovými články >
V průběhu dalších dvou let se RTRI chystá vyvinout systém na palivové články pro komerční použití. České vozidlo s palivovým článkem Vývoj vozidel s palivovými články se provádí i v České Republice. Od roku 2005 vyvíjí Ústav jaderného výzkumu v Řeži autobus s pohonem na palivové články. V roce 2009 začaly provozní zkoušky v běžném provozu. Projekt vodíkového autobusu úzce souvisí s otevřením první vodíkové čerpací stanice v Neratovicích, viz kapitola 3.4.2. Vozidlo kombinuje tři druhy pohonu, primárním zdrojem energie je palivový článek na stlačený vodík (50 kW), sekundární zdroje tvoří Li-ion akumulátor (10 kWh, 40 kW) a ultrakapacitor (1,2 kWh, 200 kW). Tok energií je vyřešen tak, aby motor autobusu využíval vždy nejvýhodnější kombinaci energií. Výsledek vhodné kombinace energie se projevil delším dojezdem na jedno natankování, než mají obdobné vodíkové autobusy jinde ve světě. Samozřejmostí je rekuperace energie při brzdění vozidla, případně jízdy z kopce. Takto získaná energie je akumulována v Li-on bateriích a ultrakapacitorech. Li-on baterie jsou schopny uchovávat větší množství energie po delší dobu, avšak potřebují delší dobu na akumulaci energie. Ultrakapacitory jsou schopné ve velmi krátkých dobách akumulovat značné množství energie a také ho i rychle vydat. Energie z Li-on baterií a ultrakapacitorů se využívá při akceleraci vozidla, kdy již nedostačuje vlastní výkon palivového článku. Vhodným využitím energie vozidla mohlo dojít k použití relativně malého palivového článku s elektrickým výkonem 50 kW. Základní parametry vodíkového autobusu jsou uvedené v tab. 5.3. Tab. 5.3 Základní technické údaje vodíkového autobusu Základní technické údaje Délka
12 metrů
Hmotnost
14 tun
Podvozek
IRISBUS Citelis
Primární zdroj energie
50 kW
Typ
PEM vodíkový palivový článek
Sekundární zdroje energie
Li-ion akumulátor o kapacitě 10 kWh (max. dodávaný výkon 40 kW), ultrakapacitory (4 × 18F, max. 200 kW, 1,2 kWh)
Skladování vodíku
4 kompozitní tlakové nádrže (celkem 800l, 30 MPa ~ 20 kg H2) na střeše
Doba tankování plné nádrže
10 minut
Dojezd na jedno natankování
300 km
Maximální rychlost
65 km·h-1 (elektonicky omezena)
Spotřeba vodíku
7,5 kg/100 km, (ekvivalent 20 l na y/100 km)
100
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS192112