Sposób i układ magazynowania ciepła albo chłodu w pojazdach z napędem elektrycznym

Racjonalnie gospodarowanie energią elektryczną w pojazdach jest jednym z priorytetowych zadań w układach z autonomicznym zasilaniem. Szczególnie ważne jest to w przypadku pojazdu napędzanego silnikiem elektrycznym. Jednym z największych odbiorników energii w pojazdach jest układ zapewnienia komfortu termicznego w kabinie pasażerskiej. Badania przeprowadzone we współpracy z przedsiębiorstwem komunikacji miejskiej MPK Lublin wykazały, że co najmniej połowa energii zakumulowanej w bateriach elektrochemicznych pojazdu zużywana jest na zapewnienie komfortu cieplnego pasażera. Istnieje możliwość zastąpienia części drogich akumulatorów elektrochemicznych zasobnikiem gromadzącym energię w formie ciepła lub chłodu. Zasadność stosowania takiego rozwiązania potwierdzono podczas badań laboratoryjnych. Uzyskano obiecujące rezultaty w zakresie gromadzenia energii chłodu, porównywalne z możliwościami źródeł elektrochemicznych, przy jednoczesnej wielokrotnej redukcji kosztów. Dodatkowym argumentem przemawiającym za zastosowaniem takiego rozwiązania jest większa żywotność magazynu energii od zasobnika elektrochemicznego. Szacuje się ją na około 20 lat, co całkowicie deklasuje baterie elektrochemiczne.

Praktycznym rezultatem prac modelowania i symulacji komputerowej jest zaprojektowanie i wykonanie oryginalnego prototypu zasobnika chłodu. Został on wykonany w Centralnym Laboratorium wdrożeń Politechniki Lubelskiej i poddany był wstępnym badaniom użytkowym. Wyniki prac potwierdziły jego potencjalnie duże możliwości aplikacji. Zostały one opublikowane w recenzowanym czasopiśmie Journal of Ecological Engineering, a dwa artykuły pt. „Operational characteristics of the heat and cool storage in traction vehicles” oraz “Municipal Bus Air Conditioning Supported by the Cold Storage System”, załączono do niniejszego wniosku. Wniosek uzupełnia ponadto raport techniczny z wykonania prototypu.:
1) Stanowisko Badawcze do Badania Zasobników Chłodu
2) Zastosowanie Zasobników Chłodu w Pojazdach Trakcyjnych
3) Fotografie wykonane podczas prac projektowo-konstrukcyjnych.

- poprawa jakości
- wzrost wydajności
- ograniczenie energochłonności
- zgodność z normami
- wprowadzenie nowego produktu/usługi

magazynowanie ciepła, magazynowanie chłodu, pojazd elektryczny, pompa ciepła

a) Przewidywane zastosowania w instalacjach mobilnych:
Wstępnie zainteresowane firmy to Ursus, Solaris. Na podstawie badań przeprowadzonych we współpracy z firmą Ursus i MPK Lublin stwierdzono, że prawie połowa energii zgromadzonej w bateriach pojazdu elektrycznego komunikacji miejskiej jest wykorzystywana na zapewnienie komfortu cieplnego pasażerów.
Taki sposób gospodarowania energią jest nieekonomiczny. Opracowany wynalazek pozwala zmniejszyć liczbę przemian energetycznych oraz koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Charakteryzuje się on gęstością gromadzonej energii [kWh/kg] porównywalną do gęstości energii baterii litowo-jonowych, a więc ich zastosowanie nie wpłynie na wzrost masy pojazdów. Stosunkowo niewielki koszt wykonania tych zasobników, duże bezpieczeństwo użytkowania oraz odporność na uszkodzenia powinno skłonić producentów autobusów elektrycznych do zastosowania zgłaszanego wynalazku. Prowadzone dotychczas badania we współpracy z MPK Lublin potwierdzają zasadność stosowania takiego rozwiązania. Dlatego też jeden z projektów autobusu firmy URSUS przewiduje możliwość zainstalowania tego typu zasobnika w wersji pilotażowej. Szacuje się, że rozwiązanie przyniesie wymierne zyski ekonomiczne związane z redukcją liczby drogich zasobników elektrochemicznych. Dodatkową korzyścią będzie możliwość częstego doładowywania, które w przypadku akumulatorów elektrochemicznych powodują zmniejszenie ich żywotności.
b) Instalacja stacjonarna:
Wstępnie zainteresowane firmy to KlimaBud i Budimex. Wynalazek może stanowić uzupełnienie systemów klimatyzacji budynków użyteczności publicznej. Obecnie prowadzone są prace przygotowawcze do złożenia wniosku na projekt badawczy, którego celem jest podłączenie pilotażowej instalacji do systemu klimatyzacji budynku użyteczności publicznej Centrum Innowacji i Zaawansowanych Technologii Politechniki Lubelskiej. W zastosowaniu tym wynalazek pozwoli na redukcję mocy znamionowej sprężarek w układzie klimatyzacji, oraz tak zwane wypłaszczenie krzywej elektroenergetycznego obciążenia dobowego budynku. Rozwiązanie zakłada powolne gromadzenie energii w zasobniku podczas godzin nocnych, kiedy taryfa elektryczna jest niższa i kiedy układy klimatyzacji pracują z wyższą niż w ciągu gorącego dnia sprawnością cieplną.
Dzięki takiemu rozwiązaniu agregat chłodniczy może pracować z maksymalną sprawnością w godzinach nocnych, natomiast w czasie dnia oddawać energię chłodu. Taki cykl pracy pozwala ograniczyć koszty inwestycji i eksploatacji współpracując tym samym. Takie rozwiązanie przyczyni do zmniejszenia mocy zainstalowanej w budynku oraz obniży koszty za energię elektryczną, przez co znacznie ograniczone zostaną koszty eksploatacyjne. Ponadto projektowane rozwiązanie hydraulicznego układu dystrybucji zakumulowanego ciepła lub chłodu przyczyni się do znaczącego obniżenia kosztów wykonania instalacji, ponieważ nie wymaga ono stosowania miedzianego orurowania o znacznych przekrojach. Ponadto istotnie ogranicza to straty czynnika chłodniczego, co ma miejsce w przypadku rozbudowanych instalacji chłodniczych. Dodatkowym efektem, przy dużej skali takich rozwiązań, będzie eliminacja szczytowych obciążeń sieci, co korzystnie wpłynie na system elektroenergetyczny ograniczając prawdopodobieństwo występowania awaryjnych wyłączeń typu „Black-out” oraz możliwość włączenia układów do systemu inteligentnego gospodarowania energią „smart grid”.
Zainteresowanie tym wynalazkiem wyraził również Związek Sadowniczy Grójec a pośrednio również PGE Dystrybucja S.A.. Duże zagęszczenie chłodni na terenie Grójca przyczynia się do okresowego, znaczącego poboru mocy i tym samym do obniżenia parametrów przesyłanej energii. Pociąga to za sobą wiele niekorzystnych skutków jak np. zwiększone straty w transformatorach przesyłowych, nieplanowane wyłączenia agregatów chłodniczych oraz udokumentowane przypadki utknięcia silników napędowych a w konsekwencji uszkodzenia agregatów. Zastosowanie stacjonarnej instalacji przyczyni się do poprawy parametrów przesyłanej energii poprzez zmniejszenie współczynnika jednoczesności pracy agregatów chłodniczych. Zasobnik energii chłodu będzie ładowany w dolinie nocnej, co przełoży się na wzrost sprawności chłodzenia oraz przyniesie wymierne korzyści finansowe dla inwestora w przypadku zastosowania zasilania dwutaryfowego. Zakres temperatur pracy zasobnika idealnie wpisuje się w zakres temperatur efektywnego przechowywania owoców, który wynosi 2÷4oC. Ponadto zasobnik chłodu stanowi rezerwę energetyczną, która może być wykorzystywana podczas braku zasilania. Sposób transportu chłodu opisany w zgłoszeniu patentowym jest hydrauliczny. Ta cecha pozwala na precyzyjne dostarczanie energii chłodu do wybranych miejsc chłodni. Przy pomocy tego rozwiązania możliwe jest opracowanie bardzo wydajnej klimatyzacji strefowej. Ponadto obniża koszt wykonania instalacji, ponieważ nie wymaga stosowania miedzianego orurowania o znacznych przekrojach. Dla Spółki PGE Dystrybucja oznacza ograniczenie kosztów inwestycyjnych budowy nowych linii i przyłączy energetycznych zdolnych do zasilania odbiorów o zdecydowanie wyższych mocach.

Inne możliwe zastosowania – Istnieją dalsze szerokie możliwości aplikacyjne. Jednym z takich zastosowań jest wykorzystanie zasobnika chłodu/ciepła w trakcji kolejowej. Inicjowane są obecnie wstępne rozmowy z polskim producentem elektrycznych zespołów trakcyjnych.

- Energia
- Transport

- prototyp
- technologia gotowa do zastosowania

- Twórca jest zainteresowany nawiązaniem współpracy w celu dalszych badań nad wynalazkiem
- Twórca jest zainteresowany wdrożeniem wynalazku
- Twórca wyraża zgodę na udział w Spotkaniu Brokerskim
- Twórca jest zainteresowany zbyciem praw majątkowych do wynalazku

- instytut naukowo - badawczy, uniwersytet
- ośrodek transferu technologii
- przemysł
- usługi

• Redukuje liczbę zawodnych i drogich ogniw elektrochemicznych w pojazdach elektrycznych, poprzez zastosowania alternatywy w postaci zasobników chłodu.
• Umożliwia częściowe odzyskiwania i gromadzenia energii, pochodzącej z rekuperacji pojazd elektrycznego.
• Pozwala na zmniejszenie mocy agregatów chłodniczych.
• Przyczynia się do wzrostu sprawności całkowitej instalacji klimatyzujących.
• Redukuje koszty eksploatacji układów chłodniczych.
• Pozwala efektywnie zarządzać energią ciepła lub chłodu w zakresie jej produkcji i wydatkowania w optymalnym dla systemu czasie.
• Pozwala na płynną regulację dostarczanej energii termicznej.
• Daje możliwość wprowadzenia strefowego klimatyzowania.
• Zwiększa bezpieczeństwa energetycznego i zmniejsza prawdopodobieństwa awaryjnych wyłączeń typu „Black-out” będących skutkiem dużych szczytowych obciążeń sieci elektroenergetycznej.
• Minimalizuje straty przesyłowe poprzez wypłaszczenie krzywej obciążenia.
• Zmniejsza zapotrzebowania na moc szczytową
• Umożliwia pracę w systemie smart grid