RENOMAG

Elektromobily a elektromobilita

Zveřejněno: 25. 10.

Významné vynálezy v dějinách lidstva neměly a nemají jen pozitivní stránky při jejich využívání. S automobilem je to obdobné. Budoucí rozvoj automobilismu a dopravy není možný bez rozvoje lidského potenciálu, výzkumu a vývoje alternativních paliv, pohonů, řízení a dopravní infrastruktury. Výzkum a vývoj realizovaný v podmínkách vysoké školy si často klade za cíl probudit zájem o tuto problematiku mezi studenty, prohloubit jejich znalosti, zapojit je do inovačního procesu, evokovat souvislosti a navodit povědomí o skutečnosti, že alternativní pohony jsou realitou realizovatelnou v oprávněných případech již nyní.

Elektromobily a elektromobilita
Stanice pro výměnu a nabíjení baterií z roku 1900

Automobil je jedním z významných vynálezů v dějinách lidstva. Prapůvodně byl pokročilou dopravní alternativou ke koňským potahům či železnici a nabízel individualitu dopravy. Vzhledem k omezeným zásobám ropy a prohlubujícím se problémům se znečištěním životního prostředí bylo před více než třiceti lety započato další, intenzivní hledání alternativních zdrojů energie. Šlo a dosud jde o hledání zdrojů energií, jejichž využívání bude méně škodit životnímu prostředí a zajistí dlouhodobě udržitelnost současné dopravy a transportu.

Prototyp nástěnné nabíjecí stanice
Prototyp nástěnné nabíjecí stanice

Pozemní osobní doprava a alternativní pohony

Zaměříme-li se na pozemní osobní dopravu, je zde možno vybírat z několika druhů alternativních pohonů. Významnými alternativami k současnému majoritnímu využívání benzínu a nafty jsou paliva na bázi uhlovodíků a vodíku. Vyvíjejí se i pohony solární a pohony pracující se stlačeným vzduchem. Na významu nabývají pohony elektrické. Prosazení těchto alternativ doprovází řada problémů k vyřešení souvisejících s výkonem, trvanlivostí, dojezdem a náklady, ale také potřebnou dopravní infrastrukturou.

Je zřejmé, že „spalovat ropu” je značný luxus. Vznětové motory dnes mohou pracovat na chemicky připravené palivo například z řepky olejné – na bionaftu. Původně bylo toto palivo určeno pro zemědělské stroje a stroje pracující v uzavřených prostorách. Oproti palivu na bázi ropy má přednosti v jiném charakteru produktů spalovacího procesu a jejich rychlé biologické odbouratelnosti.

Elektromobil

Elektromobil je poháněn elektrickým motorem a během provozu oproti vozidlům se spalovacími motory neprodukuje žádné škodliviny. Elektromotor je napájen z elektrochemických akumulátorů. Všeobecným názorem je, že rozvoji elektrických pohonů v dopravě brání v současnosti malý dojezd, dlouhá doba nabíjení, nízká životnost, velká hmotnost a vysoká cena vestavěných elektrochemických akumulátorů. Právě zde na úrovni elektrochemických akumulátorů je nutno hledat majoritní zatížení životního prostředí škodlivinami. Významnými výhodami jsou, vedle zmiňovaných nulových emisí do ovzduší při provozu, jeho tichý provoz, nízké náklady na údržbu a do budoucna především možnost sekundárního využití jeho trakční baterie.

Problém omezeného dojezdu elektromobilu je možno řešit již v současnosti dvěma způsoby. Rozvojem nabíjecí infrastruktury nebo hybridizací zástavbou jednotky pro prodloužení dojezdu. Tato může být realizována přídavnou baterií, generátorem elektrické energie se spalovacím motorem, turbínou nebo palivovým článkem provozovaným na uhlovodíkové/vodíkové palivo.

Prototyp nabíjecí stanice vestavěné do sloupu veřejného osvětlení – nabíjení elektromobilu Peugeot 106 Electric
Prototyp nabíjecí stanice vestavěné do sloupu veřejného osvětlení – nabíjení elektromobilu Peugeot 106 Electric

Doba nabíjení akumulátorů

Doba nabíjení akumulátorů se s jejich překotným vývojem v poslední době neustále zkracuje. Přáním potenciálních uživatelů je čas nabíjení obdobný času tankování současných vozidel v časovém intervalu jednotek minut. Tato představa má však střet nikoli na úrovni techniky elektromobilu, ale především na úrovni kapacity dodávky energie z infrastrukturní sítě. Zájmem jejího provozovatele je v čase rovnoměrná dodávka bez výkyvů ve výrobě či spotřebě. Odběr elektrické energie na úrovni až 50 kWh po dobu 15 min (nabíjecí proud 130 A při napětí 360 V) u současného elektromobilu při stochastickém nabíjení tisíců elektromobilů tyto zájmy narušuje. Proto i významná aktivita dodavatelů elektrické energie v oblasti rozvoje nabíjecí infrastruktury s možností budoucího strategického ovlivňování dodávky energie pro nabíjení.

I tyto aspekty však mají řešení v podobě v minulosti známých přepřahacích stanic. Vozidla mohou být vybavena technologií robotizované výměny trakční baterie. Tato technologie realizovaná již v roce 1900 má atributy řešící požadavky jak uživatelů elektromobilů, tak dodavatelů elektrické energie pro provozovatele infrastruktury.

Pohled uživatele automobilu je zkreslen desítkami let předhánějících se reklamních proklamací výrobců automobilů o výkonu motoru vozidla, počtu válců, délce dojezdu vozidla na jednu nádrž, výbavou. Podobně jako kůň, jízdní kolo či motocykl je dnes i automobil nejen dopravním prostředkem do práce či pracovním strojem ale i prostředkem zábavy, naplněním volného času či známkou prestiže. Statistiky minulých let ukazují, že průměrný denní nájezd průměrného automobilu s cenou 230 000 Kč při průměrné životnosti 10let je 41 km a průměrná denní doba využití této investice je 52 min.

Tento pohled ukazuje bezkonkurenčnost využití elektromobilu s levnou a lehkou baterií s technologií rozšíření dojezdu nebo robotizované výměny s možností nabíjení na pracovišti a možností zpětného využití akumulované energie např. pro pokrytí odběrových špiček.

Hybridní vozidlo LOHNER Mixte navrhnul Porsche 1998
Hybridní vozidlo LOHNER Mixte navrhnul Porsche 1998

VŠB-TU Ostrava – několik výzkumných a vývojových týmů specializujících se na problematiku elektromobility

Na VŠB-TU Ostrava se etabluje několik výzkumných a vývojových týmů specializujících se na problematiku elektromobility. Vedle motivačních projektů Hydrogenix a Formula Student jsou na pracovišti řešeny oblasti elektroniky elektromobilu, jeho konstrukce a řízení pohonných, palubních a infrastrukturních systémů.

Výzkumná a vývojová skupina SAZE (Systémy Alternativních Zdrojů Energií) Katedry kybernetiky a BMI se dlouhodobě zabývá problematikou měření a řízení alternativních a obnovitelných zdrojů energií. Realizace soutěžního vozidla s elektrickým pohonem a generátorem elektrické energie s PEM palivovým článkem pro soutěž o minimální spotřebu energie vyústila ve spolupráci s komerčními subjekty a realizaci skupiny technicky odlišných pokročilých prototypů elektromobilů s názvem KAIPAN VoltAge. Vozidla byla označena jako prototypy K0, K1, K2 a K3. Využívají komponent stavebnice KAIPAN 14 s úpravou pro uložení soustavy trakční baterie a elektrické pohonné jednotky. Oproti jiným prototypům byl, možná nešťastně, zvolen separátní pohon každého kola přední nápravy. Myšlenka vycházela ze záměru realizace elektrického pohonu vestavěného do kol vozidla. Řešení řídicího systému a bezpečnostních funkcí pohonu však bylo mnohem složitější a takto řešená náhrada mechanického diferenciálu se neosvědčila a nemá v současnosti ani konkurenční uplatnění. V průběhu řešení tak byly vyvinuty a realizovány pohonné jednotky s asynchronními vodou chlazenými motory tří generací, jednotky prodloužení dojezdu se spalovacím motorem provozovaným na CNG (K1) a jednotky prodloužení dojezdu s PEM palivovým článkem s provozem na plynný vodík (K3). Byl realizován modul rychlého nabíjení s nabíjecími proudy až 120 A (K1 a K2).

Soutěžní vozidlo Hydrogenix – elektrický pohon s vodíkovým palivovým článkem
Soutěžní vozidlo Hydrogenix – elektrický pohon s vodíkovým palivovým článkem

Infrastrukturní část určená pro veřejný provoz

Vedle trakční a palubní technologie elektromobilů byla postupně vyvíjena a realizována infrastrukturní část určená pro veřejný provoz. První nabíjecí stanice byla spuštěna a prezentována zástupcům ČEZ v roce 2009. Následně bylo Prototypovou laboratoří vyrobeno několik veřejných nabíjecích stanic provozovaných komerčními subjekty v Přerově, Otrokovicích, Brně a Humpolci. Od roku 2011 funguje nabíjecí stanice VŠB-TUO situovaná v areálu VŠB-TUO v Ostravě Porubě a od roku 2014 nabíjecí stanice Společného a monitorovacího centra Trianon a VŠB-TUO v Českém Těšíně.

V roce 2015 byl realizován první prototyp a v roce 2016 byl představen na výstavě CREC ve WuXi v Číně koncept „Využití infrastruktury veřejného osvětlení pro nabíjení elektrických vozidel” řešící autorizaci, komerční aspekty a dodávku elektrické energie pro nabíjení elektromobilů nebo jiné využití elektrické energie v sídelních oblastech měst. První stanice byly v roce 2016 komerčně realizovány v Opavě a Ostravě – Staré Bělé.

Naše doba se vyznačuje neosobností, veřejná infrastruktura podporující provoz elektromotorů za nedostatečnou, přitom společný projekt vysokoškolských pracovišť v ČR kladoucí si za cíl realizaci a trvalé udržování provozu více než 6 000 nabíjecích bodů (Veřejná Napájecí Zásuvka) do roku 2019 zůstal nepodpořen.

V letech 2009–2017 byly postupně testovány a dlouhodobě provozovány vybrané typy komerčně dostupných elektromobilů a komponent pro elektromobily s cílem napomoci etablovat českého výrobce elektromobilů – KAIPAN s.r.o. ze Smržovky a podpořit jeho koncept „kit-car” s elektrickým pohonem.

KAIPAN VoltAge K0 Prototyp KAIPAN VoltAge K1 s nabíjecí stanicí NS-ITU2011 Duální pohonná jednotka KAIPAN VoltAge MK3

Jsme optimisté

Jsme optimisté, elektromobily tady byly mnohem dříve, než vozidla se spalovacími motory. V době, kdy se plížily rychlostí koňského potahu elektromobily překonaly rychlostní hranici 100 km/h. Vyrábělo se řádově více elektromobilů než vozidel se spalovacím motorem. I v nedávné době se však vyráběly elektromobily a nebyl to jen průkopnický EMA1 z VUES Brno. Velký projekt elektromobilu připravoval v 90. letech LIAZ z Liberce. S elektromobily ŠKODA 151 Electric, Pick-up a ŠKODA Beta se ještě dnes, téměř po 30letech od výroby, můžete běžně setkat v provozu na silnicích ve Švýcarsku či Kanadě.

Minulost silniční individuální dopravy již elektrická byla, je elektrická, nyní to můžeme považovat za „životní styl” o kterém můžeme učit, pracovat na tom a pevně věřit, že elektrická bude. Minimálně jako významná alternativa s levnějším a efektivnějším provozem, která může do center měst vnést čistější a tišší prostředí, využití alternativních zdrojů a udržet současné životní standardy.

¹) Redakčně upravila Jitka Shrbená
Autor: Doc. Ing. Bohumil Horák, Ph.D.¹)
Fotografie: Archiv autora

Diskuze k článku

počet příspěvků: 1, poslední 26.10.2017 12:00, vstoupit do diskuze

Stránky stavebni-technika.cz používají cookies. Používáním webu s tím vyjadřujete souhlas. (beru na vědomí)