Přečtěte si: Smart city a elektromobilita pro praktický užitek a jejich aktuální výzvy
|
|
|
Přečtěte si: Smart city a elektromobilita pro praktický užitek a jejich aktuální výzvy |
 
      |
Nápověda k článkům 9Víte, jak fungují elektromobily a elektrobusy?
Elektromobilem rozumíme automobil, k jehož pohonu slouží elektromotor. Elektrickou energii získává elektromobil z akumulátorů (baterií) nebo z palivových článků. Někdy se o elektromobilech hovoří pouze v souvislosti s automobily poháněnými elektřinou z baterií, zatímco je-li zdrojem palivový článek, mluví se o vodíkových automobilech. Baterie pro elektromobily se dobíjejí buďto z domácích zásuvek nebo ze speciálních dobíjecích stanic. Domácími zásuvkami rozumíme obvyklý zdroj jednofázového střídavého proudu 230 V (zásuvka pro běžné domácí spotřebiče) nebo třífázového střídavého proudu 400 V („motorový proud“), sloužící i k jiným účelům než k dobíjení elektromobilu. Elektromobily dobíjené z domácích zásuvek se někdy nazývají zásuvkové („plug-in“) elektromobily. Ale pozor: dobíjení zásuvkových elektromobilů obyčejným kabelem bez zvláštních přídavných zařízení je sice technicky možné a tento způsob dobíjení je považován za jednoduchý a levný, je však velmi nebezpečný! Proto se používá dobíjecí kabel doplněný ochrannými zařízeními, především zvláštním zemnicím vodičem. Nejbezpečnější způsob dobíjení elektromobilu z běžné elektrické rozvodné sítě v budovách je prostřednictvím 400V zásuvky na samostatném elektrickém okruhu, určeném pouze k dobíjení elektromobilu. Takovýto elektrický okruh má již v sobě zabudována potřebná ochranná zařízení, a dobíjení tak neohrožuje elektromobil, ostatní spotřebiče ani nepřináší rizika ohrožení lidských životů a zdraví. Protože akumulátor pracuje se stejnosměrným proudem, musí být u zásuvkových elektromobilů součástí vybavení vozidla další zařízení (usměrňovač), které střídavý proud ze zásuvky převede na stejnosměrný proud o potřebném napětí pro nabíjení akumulátoru. Technicky nejdokonalejším způsobem dobíjení elektromobilů jsou rychlonabíjecí stanice se speciálními standardizovanými zásuvkami, které nabíjejí akumulátory přímo stejnosměrným proudem. Rychlonabíjecími stanicemi se tato zařízení nazývají kvůli době potřebné k dobití akumulátoru: Zatímco u zásuvkových elektromobilů je doba dobití baterie podle přenášeného výkonu a množství dobíjené energie obvykle 1–8 hodin (v nejlepších případech cca 30 minut), u rychlonabíjecí stanice to může být cca 15–30 minut. Problémem elektromobilů je kapacita baterií, která omezuje jejich dojezd. Údaje výrobců se liší a často bývají nadsazeny (resp. vztahovány k ideálním podmínkám). Praktický dojezd bývá v nejlepších případech kolem 100 km. Jakmile je nutnou používat elektřinu také k vytápění nebo klimatizaci, dojezd významně klesá. Toto omezení elektromobilů má vliv i na jejich rozšíření do běžného provozu, které stále nenaplňuje optimistická očekávání. Kromě snahy o zvyšování kapacity baterií se průmysl snaží řešit tento problém dvěma způsoby: hybridními pohony a využitím palivových článků jako zdroje elektrické energie. Hybridním pohonem rozumíme kombinaci baterie a spalovacího motoru pro pohon vozidla. U paralelního hybridního pohonu je na vozidle souběžně spalovací motor s přímým převodem na kola a elektromotor s baterií, napojený na mechanický převod, takže vozidlo může pohánět buďto spalovací motor nebo elektromotor. U sériového hybridního pohonu naproti tomu pohání spalovací motor generátor, který dobíjí baterii. Ta dodává elektřinu pro elektromotor, který je jediným zdrojem pohonu. Na rozdíl od paralelního hybridu tak může sériový hybrid používat regenerativní brzdění, při němž se pohybová energie automobilu přeměňuje zpět na elektrickou, a ta dobíjí baterii. Oproti elektromobilům je dojezd hybridních automobilů výrazně delší, podle typu a vybavení se pohybuje ve stovkách km. Bývá však zpravidla kratší než u klasického automobilu se spalovacím motorem. Vzhledem k tomu, že při rozjezdu, kdy je motor v největším záběru, funguje elektrický pohon, je celková spotřeba paliva a s ní i ekologický dopad provozu u hybridního automobilu srovnatelně menší než u klasických automobilů. Hybridní elektromobily jsou dnes na trhu rozšířenější než elektromobily. Uplatní se zejména v městském provozu, kdy jsou časté rozjezdy a zastavení. Z povahy hybridního pohonu ovšem vyplývá, že jejich příznivý vliv na životní prostředí není tak velký jako u elektromobilu. Neomezenému rozšíření elektromobilů a hybridních automobilů do každodenního provozu brání kromě jiného i jejich cena, která je vyšší než u běžného automobilu kvůli dodatečnému vybavení a menším počtům vyráběných kusů. V rámci osvěty je proto elektřina z rychlonabíjecích stanic někde poskytována zdarma, aby se povzbudil zájem uživatelů. Využití vodíkových palivových článků jako zdroje elektřiny pro pohon elektromobilů je stále spíše ve fázi průmyslového výzkumu a jednotlivých vývojových projektů. První sériově vyráběné elektromobily s palivovými články se nicméně již objevují na běžném trhu, prozatím v omezených sériích. Na rozdíl od akumulátorů umožňují dnes palivové články elektromobilu dojezd téměř 600 km, přičemž jejich provoz je nezávislý na okolní teplotě (teplo se při provozu palivového článku naopak vyvíjí). Takovýto dojezd je již srovnatelný s hybridními i čistě spalovacími pohony a přitom při provozu nevznikají žádné škodlivé emise. Hlavní problémy vodíkových elektromobilů bránící jejich významnému rozšíření jsou dva: Jednak je to konstrukce palivových článků, které využívají jako katalyzátor platinu, a jsou tudíž poměrně nákladné. Dále pak je to potřeba plnicích stanic na vodík s normalizovanými technickými parametry pro bezpečný provoz a s dostatečně hustou obchodní sítí, která prozatím nikde neexistuje. S ohledem na příznivé provozní vlastnosti je však vodíková elektromobilita předmětem intenzivního výzkumu a provozních zkoušek a očekává se její významné rozšíření po roce 2025. Elektrobusy rozumíme autobusy, které ke svému pohonu používají elektromotor, ale na rozdíl od trolejbusů využívají jako zdroj elektřiny baterie (akumulátory) nebo vodíkové palivové články. Elektrobusy se uplatní hlavně v městském provozu s kratší ujetou vzdáleností a častějšími rozjezdy a zastaveními. Elektrobusy využívají některé technologie společné s elektromobily. Nejsou však tolik omezeny přípustným objemem a hmotností energetických zařízení jako osobní elektromobily, a alternativní pohony tudíž u nich nabízejí více různých příležitostí k využití. Elektrobusy s akumulátory se dělí do dvou kategorií: Noční elektrobusy mají dostatečně velkou kapacitu baterií, aby jim vystačila na celodenní provoz. Dobíjejí se přes noc v garáži, kdy je lze odstavit na potřebnou delší dobu. Oportunitní (příležitostné) elektrobusy mají kapacitu baterií menší než noční elektrobusy, a musí se proto dobíjet z dobíjecích stanic na trase. Dobíjení ovšem netrvá tak dlouho jako u nočních elektrobusů. Dobíjecí stanice je třeba rozmístit tak, aby byla jejich poloha co nejméně citlivá na konkrétní trasy autobusů a jejich změny, tedy například do velkých přestupních stanic. Dobíjecí technologie musí být volena tak, aby byly akumulátory nabity na potřebnou kapacitu během běžného pobytu v takovéto přestupní stanici. S ohledem na potřebnou velikost a hmotnost baterií jsou noční elektrobusy dražší a uvezou méně cestujících. Na rozdíl od oportunitních elektrobusů však nejsou závislé na rozmístění dobíjecích stanic na trase. K dobíjení elektrobusů se používají výkonné nabíjecí stanice, uvedené výše v souvislosti s elektromobily. Kromě toho existují i další možné způsoby, které se u elektromobilů zpravidla neuplatňují. Jedním z nich je bezkontaktní dobíjení, pracující na principu elektromagnetické indukce. Dobíjení probíhá tak, že elektrobus zastaví nad vinutím dobíjecí cívky umístěné pod povrchem vozovky. Elektrický proud, který začne při nabíjení cívkou protékat, vytvoří silné elektromagnetické pole, které indukuje střídavé napětí ve vodivé sběrnici na vozidle. Střídavý elektrický proud ze sběrnice je dále usměrňován a slouží k dobíjení baterií. Dalším možným způsobem je dobíjení pomocí pantografového sběrače na střeše elektrobusu s využitím odbočky tramvajového vedení nebo samostatného napájecího vodiče instalovaného ve stanicích pro tento účel. Na rozdíl od tramvaje (a podobně jako u trolejbusu) však musí být pantograf dvojpólový a k vedení pod napětím musí být přidán zemnicí vodič, aby se uzavřel elektrický okruh (u tramvaje se proud vrací zpět ke zdroji kolejnicemi). V ČR používá elektrobusy například Dopravní podnik Ostrava. Městské elektrobusy s palivovými články, tedy vodíkové autobusy, jsou v současné době ve stadiu průmyslového výzkumu a dlouhodobého ověřování v každodenním provozu s cestujícími. Oproti vodíkovým elektromobilům jsou tedy blíže významnějšímu rozšíření v praxi, mj. protože k jejich provozu stačí jedna plnicí stanice v garážích. Jeden takovýto elektrobus funguje i v ČR – jedná se o projekt TriHyBus v Neratovicích, kde je také umístěna zatím jediná vodíková plnicí stanice v ČR. Obdobně jako u osobních automobilů jsou i u autobusů používány sériové a paralelní hybridní pohony se všemi přednostmi a nedostatky uvedenými výše. Z hlediska budoucího vývoje uvádějí současné studie jako dlouhodobě nejperspektivnější směry vodíkové elektrobusy a oportunitní elektrobusy a jako krátkodobé řešení hybridní autobusy. Naproti tomu se dlouhodobě nepředpokládá další významný rozvoj trolejbusů. Důvodem je především jejich pevné trakční vedení (troleje), které je finančně velmi náročné na pořízení a údržbu a zároveň omezuje jízdu trolejbusu. Elektromobily a elektrobusy s akumulátory nebo palivovými články jsou nejčastěji uváděnými příklady elektromobility v silniční dopravě nezávislé na trolejích. Ve skutečnosti je však škála zařízení pro alternativní elektrické pohony širší, stejně jako oblasti využití těchto pohonů. Jako další zařízení pro potřebnou zásobu elektrické energie za jízdy je kromě akumulátoru ve světě rozšířený i superkapacitor, pracující na principu krátkodobého uchovávání elektrického náboje na porézních elektrodách. Méně obvyklým zařízením pro krátkodobé uchování elektrické energie je například elektromechanický setrvačník, který funguje jako elektromotor nebo jako generátor: Při brzdění vozidla jej roztočí přebytečná elektřina jako elektromotor, dále se otáčí vlastní setrvačností a stává se z něj generátor doplňující elektřinu potřebnou při rozjezdu. Akumulátory, palivové články a superkapacitory se na elektrobusech často kombinují, podle konkrétní konstrukce vozidla a požadovaných provozních vlastností, tak aby hospodaření s elektrickou energií bylo co nejúčelnější. Kromě osobních automobilů a autobusů se alternativní elektrické pohony využívají i u jednostopých vozidel (bicykly, motocykly) nebo v silniční nákladní dopravě a manipulační technice – u elektrických vozíků i nákladních automobilů. Alternativní pohony jsou zde v různých stadiích vývoje a praktického využívání, od známých zavazadlových elektrických vozíků na nádražích po pokusný provoz kamionů na palivové články v USA. redakce Proelektrotechniky.cz Ilustrační foto: archiv redakce
|
|
Naše tipy |
|
Copyright © 2012 – 2024 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services |
| |
Přečtěte si také:
