Nove dizelske lokomotive

Debata okoli voznega parka
Odgovori
Uporabniški avatar
TERMINATOR
Mojster
Mojster
Prispevkov: 621
Pridružen: 11.02.2007, 11:45

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a TERMINATOR »

Tole je narejeno za propagando. O pravih hibridih GE smo pa že nekje govorili.

Slika
LP
Ljubitelj
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4762
Pridružen: 09.12.2006, 18:34

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Ljubitelj »

Terminator, to je pa že tako staro (2006), da skoraj ni več uporabno...... Mislim namreč na papir ne na mašino, ki pa očevidno tudi ni zaživela v hibridni obliki. Vseeno se pa na področju hibridnih lokomotiv in še več na področju shranjevanja energije, ki se sprošča med zaviranjem obilo dela. samo da so baterije malo na stranskem tiru, prevladujejo kondenzatorji, ki zagotavljajo mnogokrat večje moči v kratkem času zaviranja in pospeševanja. Posledično so sistemi že v poskusni uporabi na metrojih, bolje rečeno v napajalnih postajah. Dela se tudi na vztrajnikih, ki imajo sicer najboljše lastnosti shranjevanja energije in sproščanja moči, toda so nekoliko neprijetno nevarni za uporabo v vozilih zaradi hitrosti vrtenja vse do 100.000 o-min. V fiksne instalacije so pa že kar nekajkrat vgrajeni. Ravno za uporabo v metrojih in S-bahnih s pogostim ustavljanjem se izkažejo baterije kot slabo uporabne, saj ne zagotavljajo dovolj moči, kar se vidi iz Ragonovih grafov in enačbe, ki povezuje specifično moč(W/kg) in shranjeno specifično energijo (Wh/kg). Kaj hočemo, vsi vemo, da imajo akumulatorji velik notranji upor in se iz njih ne da vleči velike specifične moči.

LPL
Uporabniški avatar
TERMINATOR
Mojster
Mojster
Prispevkov: 621
Pridružen: 11.02.2007, 11:45

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a TERMINATOR »

Kakšni kondezatorji? Energija pa Wsekunde. Izračunaj prostornino teh kondenzatorjev. Tebi bi res vse prodali. HEC

LP
Ljubitelj
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4762
Pridružen: 09.12.2006, 18:34

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Ljubitelj »

Kakšni kondezatorji? Energija pa Wsekunde. Izračunaj prostornino teh kondenzatorjev. Tebi bi res vse prodali. HEC
Ne komentiraj stvari, ki jih ne poznaš! Verjetno se pa voziš z avtomobilom novejše generacije, ki imajo vgrajeno start-stop napravo (tudi dizel elektro lokomotive H3 ga lahko imajo opcijsko). Vsaj za avtomobile firme PSA sem zasledil da imajo start-stop na osnovi super kondenzatorjev, ki skrbe za ponoven zagon motorja.

Sicer pa podatki govore sami zase:
svinčev akumulator shrani 30 Wh/kg in je zmožen dati 0,2 kW/kg
super kondenzator ima zmožnost hrambe 10 Wh/kg in obremenitev 10 kW/kg

Torej pri 3x manjši specifični energiji sprosti super kondenzator 5x krat večjo specifično moč kot klasični svinčev. Seveda so svinčevi akumulatorji, oziroma vsi, namenjeni hranjenju energije na daljši čas, minuto ali več, super kondenzatorji pa za krajši čas pod 1 minuto. In to je ravno čas speljevanja vlaka (ali pa zagon motorja). Seveda se enako hitro lahko tudi napolnijo, akumulatorji katerekoli vrste pač ne. In še nekaj, akumulator preživi kakih 10.000 ciklov, super kondenzatorji pa 100.000 in več. Seveda so ti podatki odvisni od obratovalne temperature. Njeno vzdrževanje je glavni problem, ker imajo veliko notranjo upornost. In ne pozabi, to niso elektrolitski kondenzatorji, temveč dosežki moderne tehnologije, nekoč so bili znani tudi kot ultra kondenzatorji in kot električni dvoslojni kondenzatorji (EDLC).
Sedaj pa malo razmislit, kaj je bolj uporabno za uporabo na metrojih, tramvajih, etc....., kjer se te zadeve že skoraj serijsko uporabljajo.

LPL
Uporabniški avatar
mkx
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4115
Pridružen: 20.03.2011, 9:03
Kraj: Dolenjska

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a mkx »

Drugače je pa tole tema o dizelskih lokomotivah, nazadnje smo govorili o modernih hibridih. Pri teh je treba shraniti veliiiko energije zaviranja da jo potem ista lokomotiva čez (nekaj) deset minut porabi za pospeševanje. @Ljubitelj je ravno napisal, da tile superkondenzatorji ne držijo energije kaj dolgo. Da o dokaj slabši specifični energiji sploh ne govorimo, še posebej ob dejstvu da svinčevi akumulatorji svojo težo dosegajo pri dokaj majhni prostornini in je torej razmerje Wh/m3 zelo ugodno.
Če je govora o progovnih lokomotivah je velika specifična moč manj pomembna, pomembnejša je sposobnost hranjenja več energije in tudi za daljši čas.

Metroji in tramvaji bi lahko bili primerljivi z eloki, kot @Ljubitelj piše se kondenzatorje postavi v napajalne postaje (če se prav spomnim so klasični kondenzatorji z zelo podobnim namenom montirani zraven gretz mostičkov. Le da so morali hraniti energijo del stotinke sekunde) če že ELES noče opravljati te funkcije.
LP, Metod
Ljubitelj
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4762
Pridružen: 09.12.2006, 18:34

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Ljubitelj »

Metroji in tramvaji bi lahko bili primerljivi z eloki, kot @Ljubitelj piše se kondenzatorje postavi v napajalne postaje
Hibridna lokomotiva/vlak je dokaj širok pojem. Lahko gre za hibride v smislu avtomobilov (začetnik menda Toyota Prius, lahko za priklopne hibride, lahko za povsem akumulatorska vozila, lahko gre pa za rekuperacijo energije ki se sprošča med zaviranjem). In prav v slednjem (metroji, tramvaji, trolejbusi, S-bahn) se porabi največ energije za segrevanje ozračja med zaviranjem in je obenem najlaže vračljiva. In prav tukaj odpovedo akumulatorji, saj za doseganje željene konične moči med speljevanjem postajajo enormno težki in kompleksni (hlajenje je rak rana baterij) in lahko obenem shranijo več energije kot je potrebno. Tu je polje super kondenzatorjev in v bistvu še uspešnejših vztrajnikov, ki pa imajo v vozilih določena varnostna vprašanja. Se pa oboji rabijo za zagotavljanje neprekinjene oskrbe z elektriko iz omrežja v času, ko dizel generatorji še ne stečejo. V prometu se pa lahko vgrajujejo v vozila ali v napajalne postaje, kot kaže pa se doseže najboljše rezultate s kombinacijo baterij (dolgoročna shramba, več kot nekaj minut) in super kondenzatorjev (kratkoročna shramba, manj kot nekaj minut). In to bi bila tudi verjetno najboljša kombinacija za hibridno premikalko, ki tako po električni moči ne bi bila tako omejena na 2/3 polnokrvne dizelske sestre. Končno rabi polno moč običajno le pri kratkotrajnem speljevanju in pospeševanju, glej tipičen cikle v prejšnih postih.
Vendar sama hibridna izvedba progovnih dizel lokomotiv ni tako ekonomsko utemeljena. Študija na hibridni lokomotivi GE je pravzaprav pokazala, da v tipičnih ameriških razmerah ni pričakovati kakega velikega prihranka na gorivu (če me spomin ne vara ranga 1-2%, stran 15 Terminatorjevega linka "3400 Mile cross country revenue service trip, Kansas-City to Los Angeles and back•Fuel savings > 2% possible •Average of 1-1.5%") kar verjetno ne govori v prid mnogo bolj kompleksni lokomotivi.

LPL
Uporabniški avatar
TERMINATOR
Mojster
Mojster
Prispevkov: 621
Pridružen: 11.02.2007, 11:45

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a TERMINATOR »

Ljubitelj, ne morem se Jaz kosati s tvojim znanjem.
Kje si našel nesrečno 308ko? Za start motorja potrebuješ malo manj kot 200Wh.
Kako pa bi ti s svojim 10Wh/kg in 10Wh/liter shranjeval energijo pri zaviranju pa....Dobro, mobitel bi že napolnil.

http://www.vishay.com/docs/28409/196hvc.pdf
Ljubitelj
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4762
Pridružen: 09.12.2006, 18:34

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Ljubitelj »

Kako pa bi ti s svojim 10Wh/kg in 10Wh/liter shranjeval energijo pri zaviranju pa....Dobro, mobitel bi že napolnil.
Terminator, nekje zvečer bom prikazal en ljubiteljski primerjalni račun neke fiktivne garniture z maso 100 ton in močjo 1000 kW in boš padel na rit, kako primerni so kondenzatorji in kako povsem neprimeren je svinčev akumulator. Videl boš, da sploh ne gre za neke silno velike energije, Razlika kinetične enrgije med 120 km/h in mirovanjem je "komaj" 15,4 kW. Videl boš pa še primerjavo z ostalimi baterijami, vrtavkami in motorjem na notranje izgorevanje. Seveda vse v okviru osnov fizike in podatki iz interneta za posamezne hranilnike. Pri čemer je pravzaprav največja težava, ker se stvar hitro spreminja z razvojem tehnologije, ki ga poganja zahteva po električnem avtomobilu.

LPL
Uporabniški avatar
TERMINATOR
Mojster
Mojster
Prispevkov: 621
Pridružen: 11.02.2007, 11:45

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a TERMINATOR »

:D Super
Dodaj še "cost per unit and lifetime"
Pazi na esr(dc) kondezatorjev. Vsak spoj računaj ene 10 mohmov. Pri tem da napetost enega kondenzatorja ne sme preseči cca 3V
Povprečna upornost start Pb baterije je pa 30 mohmov. Da ti pomagam.
Da ne boš ostal samo pri prototipu(ali pa povečal javno dolg) kakor ameri.

Lp
Uporabniški avatar
TERMINATOR
Mojster
Mojster
Prispevkov: 621
Pridružen: 11.02.2007, 11:45

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a TERMINATOR »

Dobrodošel v realnem svetu.

Lp
Ljubitelj
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4762
Pridružen: 09.12.2006, 18:34

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Ljubitelj »

Terminator,

malo počakaj. Realen svet je pač tak, da na internetu najdeš stvari, ki ne pijejo vode, kljub temu, da za njimi stoji kakšna USA univerza iz nekoč Slovencem ne tuje države.

LPL
Ljubitelj
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4762
Pridružen: 09.12.2006, 18:34

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Ljubitelj »

Kot sem napovedal podajam kratek pregled možnosti izvedbe hibridnega pogona v preprostem primeru električne ali dizel-električne garniture z maso 100 t, pogonsko/zaviralno močjo el. motorjev 1 MW v primeru standardnega zaviranja/speljevanja od 0 do 120 km/h. Najprej moramo ugotoviti s kolikšno kinetično energijo imamo sploh opravka, osnove mehanike povedo, da je potrebno shraniti ali ponovno uporabiti 15,4 kWh, kar niti ni tako veliko (dnevna poraba skromnega gospodinjstva). Seveda zanemarimo upore in druge izgube. Vprašanje pa je, kako shraniti ali oddati 15,4 kWh energije v kratkem času, račun z idealiziranim vlečnim diagramom da približno 60s, večino časa je potrebno skrbeti za moč 1 MW.
Poglejmo si osnovne značilnosti ESD hranilnikov energije na primerih Ragonovih diagramov, ki povezujejo razpoložljivo energijo in moč, oziroma njune masne gostote (W/kg, Wh/kg). Diagram je narisan v log-log merilu, saj je razpon velikosti več velikostnih razredov.
Slika

Poševne črtkane črte povedo, kako dolgo se hranilnik prazni. Slika pove, da so kondenzatorji neprimerni za hrambo energije nudijo pa kratkočasovno veliko moč. Boljši so super kKondenzatorji vendar so nihove hranilne zmožnosti velikostni razred manjše od baterij. Toda te ne nudijo možnosti črpanja energije pri veliki moči..., kar pa zahtevamo v našem ”realnem” prometnem primeru. Diagram seveda pokaže, da so tako rekoč najprimernejši hranilnik Li-ionske baterije. Ali res? Dodan je tudi diagram za vztrajnike/vrtavke, motor z notranjim izgorevanjem in superprevodna tuljava. Kot zelo primeren se izkaže vztrajnik, toda ali je raba na vozilu dovolj varna?

Pa naredimo kratko primerjavo za naš proces speljevanja in zaviranja, kakor je bilo opisano. Omejimo se na skromnih 1000 kg hranilnikov. Podatki so preračunani na 50% izrabo energije iz ESD hranilnikov. Za vztrajnik sem arbitrarno povzel 100%.

Slika

Iz tabele takoj opazimo, da si z akumulatorji omejene teže ne moremo prida pomagati. Svinčev bo lahko dovajal le 150 kW moči, kaj pomaga dovoljšna shranjena energija... Ni-MH baterija je skoraj ustrezna, Li ionska več kot ustrezna, prav tako vrtavka. Super kondenzator ima veliko zalogo moči, toda shrani le 1/2 energije. Torej se odločimo samoumnevno za Li.ionsko baterijo....

Toda kako dolgo bo pa baterija delovala. Po podatkih iz raznih virov (zavedati se je potrebno, da je čas delovanja baterije odvisen predvsem od načina polnjenja, praznjenja in vzdrževanja temperature. Pri maksimalnih tokovi ne smemo pozabiti gre 1/ energije v gretej...., prav tako ni upoštevano, da je potrebno praznjenje baterije omejiti) vidimo, da vse baterije vzdrže močnbo omejeno število ciklov in imajo sorazmerno kratko dobo delovanja, tipično reda 5 let.

Po drugi strani deluje vrtavka/vztrajnik kakor vsak mehanski stroj desetletja, ne pozabimo da ima magnetne ležaje in se vrti v visokem vakuumu. Super kondezatorji preživijo skorajda neomejeno število ciklov, vse do 1 milijona, delovanje pa je proti 10 letom, kar je že razumna številka. Tako ne preseneča, da se za hrambo energije vedno bolj uporabljajo super kondenzatorji, ne glede na manjšo masno gostoto energije. Toda imajo tako velike prednosti, da odtehtajo to slabost. Za primerjavo, vrtalni stroj na super kondenzator se res sprazni mnogo prej kot na akumulator, toda napolni se v 90 sekundah, za akumulator pa vemo da to traja ure....

Danes je na trgu že kar nekaj tirnih vozil s hibridnim pogonom na osnovi super kondenzatorjev (tramvaji, avtobusi, trolejbusi), v promet so pa bile dane tudi prve napajalne postaje za metroje. Trenutno poteka primerjalna studija na Long Island Railroad uporabe superkondenzatorjev in vztrajnikov/vrtavk za izkoriščanje kinetične enrgije zaviranja vlakov z močjo (če se ne motim) 2 MW. Na ta način se prihrani energija in zmanjša nihanja napetosti v voznem vodu. Trenutno se ocene gibljejo v prid vrtavk, toda šele dolgotrajno primerjalno preiskušanje bo pokazalo kateri hranilnik je bolj ekonomičen. Vsekakor pa je uporaba baterij trenutno realno vprašljiva predvsem zaradi težav z življensko dobo v realnem obratovanju.

Sama uporaba hibridov v namen znižanja porabe energije na dizel elektro lokomotivah je pa dala minorne izboljšave (1-2%), kot je pokazal GE eksperiment. V primeru elektro vleke pa se očevidno ESD hranilniki selijo v napajalne postaje. Vprašanje pa je, ali se ne splača viškov energije, zlasti v primerih dolgotrajnega zaviranja na klancih vračati v omrežje preko primernih frekvenčnih pretvornikov. Na žalost so iniciative v tej smeri v EU propadle.

V luči Alstomovih H3 hibridnih lokomotiv se pa lahko vprašamo, ali so izbrali optimalno rešitev z uporabo klasičnih Ni akumulatorjev. Toda razmere na pdročju ESD hranilnikov se razvijajo tako hitro, da je zadeva v nekaj letih zastarela.....

LPL
preglednik
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 1947
Pridružen: 20.09.2006, 15:24
Kraj: Primorska

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a preglednik »

Zares zanimiva razlaga. Preseneča me uporabnost mehanskih vztrajnikov, oziroma kako velike energije so sposobni akomulirat. Napravil sem majhen izračun, ki mi dokazuje, da bi namesto črpalnih hidroelektrarn lahko gradili tudi "vztrajniške", za shranjevanje odvečne energije in sproščanje v konicah. Pa še popolnoma neodvisne so od geografskih možnosti (vodotoki, jezera). Verjetno pa je problem mehanske narave, npr. 50-100 tonska masa ki se vrti z nekaj deset tisoč vrtjaji, balansiranje, varnost... Kakšni so največji vztrajniki, zgrajeni ta namen?
preglednik
Ljubitelj
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4762
Pridružen: 09.12.2006, 18:34

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Ljubitelj »

Ker sem v energetiki laik, lahko povem samo to kar najdem na internetu. Torej ni nujno čisto zlato, kakor sem se podučil ta teden glede E-P karakteristik idealnih baterij in kondenzatorjev.
Grid energy storage

Main article: Grid energy storage
Beacon Power opened a 5 MWh (20 MW over 15 mins)[16] flywheel energy storage plant in Stephentown, New York in 2011.[42] Lower carbon emissions, faster response times and ability to buy power at off-peak hours are among some advantages of using flywheels instead of traditional sources of energy for peaking power plants.[43]

A 2 MW flywheel storage facility opened in Ontario, Canada in 2014.[44] It uses a spinning steel flywheel on magnetic bearings.
Toda letos poleti so po poročanju Financ v ta namen začeli graditi v Nemčiji prvo energetsko ESD shrambo moči 5MW ( ali kapacitete 5MWh?, pišem po spominu) na osnovi super kondenzatorjev. Testiranja bodo pokazala, kaj je primerneje tako investicijsko kot dolgoročno. Načelno pa vztrajnik z magnetnimi ležaji ni podvržen obrabi materiala in ne potrebuje vzdrževanja z izjemo relativno nezahtevnega vzdrževanja vakuumskega sistema. Vendar pa kaže, da hitro vrteči vztrajniki, nekje sem zasledil tudi do 100k RPM (tipično se navaja 40-60 kRPM) niso iz varnostnega stališča najbolj primerni za vgradnjo v vozila, ker bi zaščita pomenila preveliko dodatno težo. Ta pomislek seveda odpade v fiksnih napravah, se pač doda malo več betona.

Sicer pa je teoretično možno v vztrajniku shraniti največ

E/m < sigma/rho

E/m = gravimetrična gostota energije J/kg
sigma=natezna trdnost v Pa (N/m2)
rho=gostota materiala (1/m3)


In še nekaj, z uporabo vrtavke, bi lahko mirne duše ukinili eno tračnico, kar so poskušali že nekje v 50-tih.......

LPL
Uporabniški avatar
Re 4/4
Strojevodja I
Strojevodja I
Prispevkov: 4293
Pridružen: 01.09.2011, 20:55

Re: Nove dizelske lokomotive

Odgovor Napisal/-a Re 4/4 »

preglednik napisal/-a:Napravil sem majhen izračun, ki mi dokazuje, da bi namesto črpalnih hidroelektrarn lahko gradili tudi "vztrajniške", za shranjevanje odvečne energije in sproščanje v konicah. ...varnost...
Izračun na podlagi česa? HE so ena najbolj prilagojenih elektraren na elektroenergetski sistem. Ni vse v MW in MWh.

Varnost te skrbi? Kaj pa, če ti povem, da če poči jez v prečrpovalni elektrarni na Avstrijskem Koroškem, da od Maribora ne ostane nič.
Odgovori