Innowacyjne zasobniki kondensatorowe z Instytutu Elektrotechniki w Międzylesiu oszczędzają energię


            Efektywne wykorzystywanie energii elektrycznej do napędzania pojazdów trakcyjnych stało się obecnie jednym z priorytetowych działań na rzecz ograniczenia zużycia energii w komunikacji. W wypadku pojazdów, takich jak tramwaje, trolejbusy lub lokomotywy, źrodłem oszczędności jest wykorzystywanie energii traconej w fazie hamowania.


           
W uproszczonym modelu przemian energetycznych, energia kinetyczna pojazdu podczas hamowania przetwarzana jest na energię elektryczną przez silnik pracujący jako prądnica. Energia ta oddawana jest do sieci trakcyjnej. Podczas pracy prądnicowej silnika, napięcie na odbierakach pojazdu jest wyższe niż napięcie sieci zasilającej. Kiedy napięcie na odbierakach przekroczy maksymalne napięcie robocze sieci trakcyjnej, energia elektryczna powstająca z hamowania przesyłana jest do rezystorów, w których zamienia się w energię cieplną i jest tracona. Ten rodzaj rekuperacji energii zastosowano po raz pierwszy w tramwajach produkowanych w drugiej połowie lat siedemdziesiątych dla niemieckiego miasta Hannower, 

           

                 Inne ulepszone rozwiązanie, polegające na wykorzystaniu prawie całości energii traconej podczas hamowania elektrodynamicznego, zostało przedstawione w opracowaniu "Kondensatorowe zasobniki energii dla pojazdów komunikacji miejskiej", którego autorami są trzej pracownicy Zakładu Trakcji Elektrycznej Instytutu Elektrotechniki z Międzylesia: Marcin Gąsiewski, Paweł Giziński
i Marcin Żuławnik. Głównym elementem zaprezentowanej innowacji jest bateria superkondensatorów, w których magazynowany jest nadmiar energii elektrycznej powstałej podczas hamowania. Parametry zaawansowanych technologicznie zasobników energii, jakimi są superkondensatory, umożliwiają dla pojemności 8,2 F i napięcia 750V zmagazynować 0,64 kWh energii, natomiast dla napięcia 350V energię 0,14 kWh. Podczas eksploatacji z baterii można wykorzystać energię 0,45 kWh. Energia zgromadzona w zasobniku może być wykorzystywana w fazie rozruchu pojazdu, a także umożliwia kontynuację jazdy w wypadku braku zasilania zewnętrznego.

 

               Zasobniki kondensatorowe zostały wypróbowane w Warszawie w tramwaju model 116N, dzięki współpracy z firmą Tramwaje Warszawskie. Podczas testów wykonano przejazdy na trasie Młociny - Żerań Wschodni - Młociny, w celu określenia nominalnego zużycia energii podczas ruchu z zasilaniem tylko z sieci, z dołączonym zasobnikiem kondensatorowym oraz z zasobnikiem aktywnie obciążanym - zgodnie z patentem Instytutu Elektrotechniki. Dla przejazdów bez zasobnika tramwaj pobrał z sieci energię 530 kWh (2,91 kWh/km), natomiast zwrócił do sieci trakcyjnej energię 53 kWh (0,29 kWh/km). W ruchu z zasobnikiem kondensatorowym tramwaj pobrał 460 kWh (2,53 kWh/km), a oszczędność w stosunku do wariantu bez zasobnika wyniosła 97 kWh. W wariancie trzecim, z aktywnie obciążanym zasobnikiem energii, pobrana ilość energii wyniosła tylko 385 kWh (2,12 kWh/km), a oszczędność w stosunku do tradycyjnego napędu zamknęła się sumą 165 kWh.

 

              Próby z zasobnikami kondensatorowymi wykonano także w dwóch typach trolejbusów. Pierwszy test został przeprowadzony w Kownie na Litwie, gdzie przy udziale firmy Autrolis, zasobnik współpracował z napędem trolejbusu Jelcz M121. Drugi test odbył się w
Lublinie. Wykonano tam jazdy trolejbusem Jelcz PR110 zaopatrzonego w kondensatorowy i akumulatorowy zasobnik energii. Po przejechaniu bez zasilania z sieci 2 km, z prędkością 15 km/h, akumulatory pojazdu były rozładowane w 47%. W wykonaniu ostatniego testu Instytut Elektrotechniki współpracował z MPK Lublin.  


             Testowe jazdy próbne wykazały, że zastosowanie napędu z kondensatorowym zasobnikiem energii przynosi - w wypadku tramwajów - zmniejszenie zużycia energii o około 0,9 kWh/km, co daje oszczędność roczną na poziomie 45 MWh (przy rocznym przebiegu 50 tysięcy kilometrów), oraz zmniejszenie nawet do 60% poboru prądu szczytowego z podstacji trakcyjnych. Ponadto energia zwrócona podzas hamowania stanowi 40% energii pobranej podczas rozruchu, podczas gdy pojazd bez zasobnika zwraca jedynie 10% energii pobranej. Niezwykle istotną zaletą jest eliminacja problemów z tamowaniem ruchu. Tramwaj bez zasilania z sieci jest w stanie przejechać od 500 do 800 metrów, co umożliwia, w awaryjnych przypadkach, zjazd ze skrzyżowania lub dojazd do przystanku, oraz wyklucza zatrzymanie się pojazdu pod izolatorem międzysekcyjnym. Trolejbus wyposażony w zasobnik i akumulatory może przebyć nawet część trasy korzystając wyłącznie z autonomicznego zasilania. 

 

             Praca naukowców z Instytutu Elektrotechniki została uhonorowana specjalną nagrodą na Światowej Wystawie Innowacji, Badań i Nowych Technologii - "Brusseles Innova '2009" oraz złotym medalem Belgijskich i Międzynarodowych Targów Innowacji Technologicznych. Należy mieć nadzieję, że zasobniki z Międzylesia trafią do setek i tysięcy pojazdów trakcyjnych, bowiem dzięki nim możemy nie tylko zaoszczędzić energię, ale przede wszystkim przyczynić się do wzrostu bezpieczeństwa naszego środowiska naturalnego.


Krzysztof Sukiennik


"Kondensatorowe zasobniki energii dla pojazdów komunikacji miejskiej" autorstwa Marcina Gąsiewskiego, Pawła Gizińskiego i Marcina Żuławnika z Zakładu Trakcji Elektrycznej Instytutu Elektrotechniki w Międzylesiu - prezentacja przedstawiona podczas konferencji "Energia i czyste technologie" - 11 marca 2010 roku w Warszawie.

W artykule wykorzystano ilustracje z prezentacji autorów.

 

Prof. dr inż. Włodzimierz Chomczyk


CO NIE SPRZYJA POWSTAWANIU WYNALAZKÓW (Część II)


4. Co nie sprzyja powstawaniu wynalazków?


1.         Największym hamulcem wynalazczości jest brak narzędzi (aparatury pomiarowej) i środków finansowania prac doświadczalnych i prac pomocniczych, a także brak zapewnienia warunków egzystencji wynalazcy.


Wynalazca często ma dylemat: ograniczyć budżet rodzinny i inwestować w rozwój wynalazku, czy zaniechać dalszego prowadzenia badań. Badacz Optymista za zwyczaj obiera to pierwsze. Jednak po pewnym czasie może się to wiązać z wyrzutami sumienia.


2.         Obiecywane państwowe czy unijne środki na wynalazczość w przeważającej liczbie przypadków, a szczególnie dla wynalazców indywidualnych, których jest większość znajdują się na papierze lub tylko w słowach. Małe i średnie przedsiębiorstwa (MSP) w Polsce, które produkują ok. 70% towarów w kraju, często chcą wdrożyć dany wynalazek, ale na ogół na ten cel nie mają środków, a szczególnie gdy w rachubę wchodzi B+R. Tą drogą niektóre, w tym epokowe wynalazki idą w zapomnienie.


3.         Prawdziwy wynalazca i naukowiec na ogół chce pokazać, że dany problem naukowy potrafi rozwiązać i rozwiązuje, nawet nie zwracając uwagi na osobiste korzyści czy straty. Największą jednak motywacją wynalazcy jest rozwiązanie problemu, który może dać korzyści i zadowolenie całej społeczności. Jednak bez odpowiednich środków nie zawsze jest to możliwe.


4.        W Polsce o wdrożeniu wynalazków nie decydują ani twórcy wynalazków, ani potencjalni producenci. Twórcy wynalazków na ogół nie mają pieniędzy, a jeśli mieli, to wydali je na badania. Producenci MSP też nie mają pieniędzy na ten cel, a ponadto boją się ryzyka. Państwo ma pieniądze, ale przeznacza je na inne cele.


5.         Niemałym hamulcem wynalazczości jest zawiść i zazdrość innych.


6.         Niszczycielsko w zakresie wynalazczości działają także często wielcy potentaci  światowi, którzy opanowali określone branże, technologie i rynki zbytu dla swoich wytworów. Innowacje mogą zakłócić ich spokojny rytm, a co najważniejsze, doprowadzić do zmiany w podziale zysków.


7.         W wyniku braku środków do wykonania stanowisk badawczych i badań upadają nawet najlepsze wynalazki. Twórcy wynalazków (nawet tych na skalę światową) nieraz rezygnują z tego, co zostało wielkim wysiłkiem wynalazcy dokonane.


8.         Na powyższym żerują potentaci – posiadacze firm światowych, nie dopuszczając do wyjścia wynalazku na światło dzienne lub, wprost wykorzystując sytuację, biorą istotę wynalazku, traktując go jako swój własny.


Światowi potentaci mają środki i możliwości działania w stosunku do każdego wynalazku, zwłaszcza w stosunku do wynalazków na skalę światową. Wynalazca poza tym, co zrobił na polu twórczości, na ogół nie posiada żadnych atutów.

innowacje