Ciepło odpadowe napędza pojazdy
Blisko 60% energii w konwencjonalnym silniku spalinowym wewnętrznego spalania jest marnowane jako ciepło odpadowe poprzez gazy wydechowe i system chłodzenia. Teoretycznie można zastosować obieg termodynamiczny, np. obieg Rankine'a, który zwiększa wydajność silnika o ok. 20%. Obieg Rankine'a przekształca ciepło w energię elektryczną, wykorzystując parowanie, rozprężanie i kondensację cieczy roboczej w obwodzie zamkniętym. Uczestnicy projektu NOWASTE (Engine waste heat recovery and re-use) opracowali tę technologię, aby spełnić wymagania przemysłu motoryzacyjnego bez pogarszania parametrów konstrukcyjnych i osiągów pojazdów. Korzyści okazały się znacznie większe po zintegrowaniu z hybrydowym lub hybrydopodobnym mechanizmem napędowym zębatym, w którym energia może być magazynowana i wykorzystywana w miarę potrzeb. Naukowcy użyli dużych ciężarówek z elektrycznymi podzespołami pomocniczymi (jedna marki Volvo i jedna Iveco), aby przetestować technologię i sprawdzić, czy możliwe jest osiągnięcie oczekiwanej efektywności energetycznej na poziomie 12-15%. Partnerzy dokonali ważnych postępów w zakresie zaprojektowania i pozyskania komponentów oraz ich integracji dla potrzeb testów z użyciem stanowisk do prób. Powstały nowe modele komponentów systemu, system gospodarki cieplnej pojazdu oraz projekty obiegu Rankine'a (kocioł, kondensator, rozprężarka i pompa). Ponadto zbadano konstrukcję układu i jego integrację z ciężkimi pojazdami. Uwzględniono wszystkie aspekty integracji, w tym pokładowe zarządzanie energią, w celu zmaksymalizowania korzyści płynących z zastosowania systemu. Rozwiązanie NOWASTE odznacza się wysokim stopniem integracji układu odzyskiwania ciepła z silnikiem oraz układem wydechowym, szczególnie w warunkach pracy na obciążeniu przejściowym i częściowym. Partnerzy projektu zastosowali nowe rozwiązanie mające poprawić odprowadzanie ciepła, które minimalizuje wpływ oporu chłodzenia, oraz opracowali innowacyjne metody sterowania. Badacze przeprowadzili też badanie CAD całości systemu organicznego obiegu Rankine'a przeznaczonego do instalacji testowej przewidzianej do dwóch zastosowań. Zbudowano stanowisko testowe dla jednego z pojazdów oraz zintegrowany prototyp systemu dla drugiego pojazdu. Przeprowadzono testy doświadczalne na obu systemach. Na koniec zespół przeprowadził szacunkową analizę wstępną kosztów i ocenę wykonalności technologii. Odzyskiwanie ciepła odpadowego ze spalania paliw kopalnych w celu przekształcania jej w elektryczność pozwalającą na zasilanie urządzeń pomocniczych lub hybrydowych mechanizmów napędowych zębatych mogłoby istotnie obniżyć zużycie paliwa, znacznie przyczyniając się do obniżenia poziomu emisji. W projekcie NOWASTE opracowywano komponenty i systemy z myślą o wydajnym i przyjaznym dla środowiska zużyciu energii w sektorze transportu drogowego.
Słowa kluczowe
Obieg Rankine'a, NOWASTE, układ odzyskiwania ciepła, system napędowy, pokładowe zarządzanie energią, projektowanie CAT, odzyskiwanie ciepła odpadowego, energooszczędność, ograniczanie emisji CO2
