Потужність гібридних силових установок: єдиного рішення для всіх не існує

Екологічні проблеми та регламентування вмісту токсичних речовин у вихлопних газах двигунів по всьому світу змусили виробників двигунів внутрішнього згоряння прискорити розробку та впровадження електродвигунів і гібридних силових установок. У спробах знайти рішення для виконання встановлених обмежень щодо викидів і підвищення продуктивності, виробники швидко зрозуміли, що єдиного технічного рішення, яке підходило б для всіх машин, не існує.

Незважаючи зростаюче визнання потенціалу гібридних силових установок, в галузі ще залишилися ті, кого потрібно переконувати в тому, що інвестиції в цю область принесуть позитивні результати.

Що стосується плюсів і мінусів гібридних двигунів у будівельному секторі, Стівен Нендік (Steven Nendick), директор з маркетингу та комунікацій напрямку двигунів для позашляхової техніки в компанії Cummins, зазначив: “Гібридні системи добре зарекомендували себе в транспортних засобах: легкових автомобілях, автобусах і вантажних автомобілях, але в будівельній галузі цей вид силових установок поки має незначний вплив “.

На думку Стівена Нендіка, ключовою перевагою гібридних систем є можливість об’єднати в одній установці дизельний двигун меншої потужності та гібридний привід. Така комбінація допомагає зменшити витрату палива, скоротити витрати на обслуговування і знизити загальні викиди (NOx, твердих частинок і CO2). Проблему складають додаткові витрати на технологію. Щоб повернути витрачені кошти, потрібен обґрунтований аналіз економічної ефективності використання такої системи. Використання гібридних систем на транспортних засобах значною мірою субсидується державою, але для інших сфер застосування аналогічної стратегії немає.

Базуюча в США компанія-виробник силових установок стверджує, що єдиного рішення для глобального будівельного сектора не існує. Лінійка силових установок компанії Cummins включає повністю електрифіковані рішення, суперчисті дизелі та гібридні силові установки. Стівен Нендік підкреслив, що щорічно компанія інвестує майже 1 млрд доларів США в розширення портфеля продукції.

Щоб набути досвіду в галузі акумуляторних технологій, гібридних і електричних двигунів Cummins придбала компанії Brammo, Johnson Matthey Battery Systems і Efficient Drivetrains. Зовсім недавно Cummins придбала Hydrogenics і підписала угоду з південнокорейською Hyundai Motors, щоб вивчити використання технологій паливних елементів.

«Гібридні рішення пропонують перевагу рекуперації кінетичної енергії, що супроводжує гальмування (вантажівок-самоскидів або колісних одноківшевих навантажувачів) або рух кабіни (екскаваторів), забезпечуючи підвищення ефективності роботи обладнання», – говорить Стівен Нендік.

“Серія гібридний силових установок Cummins створена на основі інноваційної системи Hybrid Power Plug-in (HPP), яку компанія продемонструвала на міжнародній виставці Bauma 2019. При виконанні завдань у важких умовах експлуатації або при виконанні робіт на майданчику, де можливості зарядки електродвигуна обмежені, ці силові установки мають можливість перемикання на роботу від надчистого дизеля. Там, де встановлені вимоги максимально низьких викидів токсичних речовин або низького рівня шуму, можна перемикнутися на роботу від електродвигуна. Компанія об’єднала дизельний двигун Cummins Performance серії F3.8 екокласу Stage V з акумуляторною батареєю та електродвигуном “.

Будівельна техніка та концепція сталого розвитку

Одне з ключових питань полягає в тому, для яких машин гібридні двигуни підходять найбільше? Стівен Нендік каже, що це значною мірою залежить від робочого циклу машини. Дрібна техніка з меншим за тривалістю робочим циклом дозволяє електрифікувати машину, але сучасні акумуляторні технології та зарядна інфраструктура можуть не підходити для машин, що працюють у важких умовах.

«Гібридизація» – це реальний спосіб подолати розрив між повністю електричними приводами та дизельними двигунами на великих машинах з високим енергоспоживанням, таких як екскаватори та фронтальні навантажувачі великого класу. Гібридизація передбачає збереження високої питомої потужності дизеля з можливістю працювати від акумуляторної батареї там, заборонені викиди токсичних речовин. Таким же чином, гібридизація пропонує кінцевим користувачам гнучке рішення у разі відсутності на робочому майданчику інфраструктура зарядки “.

Компанія John Deere Power Systems (JDPS) є ще однією компанією-виробником, яка займається гібридними рішеннями. Компанія однією з перших впровадила технологію електроприводу в будівельних і кар’єрних фронтальних навантажувачах – у 2013 році компанія випустила гібридний фронтальний навантажувач 644K, а у 2015 році – гібридний фронтальний навантажувач 944K.

Цього року обидві моделі (644K і 944K) напрацювали спільно понад один мільйон робочих годин у польових умовах. JDPS заявила, що цей етап свідчить про те, що електрифікація є не тільки «інноваційною та ефективною», але і досить надійною, щоб задовольнити чинні потреби ринку позашляхової техніки.

На виставці Bauma компанією JDPS були вперше представлені нові компоненти електричної силової передачі, розроблені спеціально для задоволення «жорстких вимог» ринку позашляхової техніки. Для керування компактними високооборотними електродвигунами використовується силова електроніка від John Deere Electronic Solutions. Компанія заявила, що інноваційні компоненти eMachine інтегровані в різні рішення для приводів помп і трансмісій John Deere, формуючи портфель гнучких силових передач.

Даррін Трептов (Darrin Treptow), менеджер з міжнародної маркетингової підтримки в компанії JDPS, підкреслив: «Ми знаємо, що потрібно, щоб привести в дію позашляхову техніку – дизельну, електричну або гібридну – і ми використовували цей досвід для створення рішень, що відповідають вимогам наших клієнтів і потребам бізнесу».

До кінця цього року заплановано впровадження прототипу одноступеневої трансмісії та приводу генератора для окремих областей застосування транспортних засобів. З наступного року будуть доступні нові прототипи триступеневої трансмісії для окремих областей застосування.

Альтернативні силові параметри

Базуюча в Німеччині компанія-виробник різних типів двигунів Deutz представила на виставці Bauma нову лінійку приводних систем з нульовим викидом вуглецю для «позашляхової техніки майбутнього». Тепер у компанії є всі можливості, щоб запропонувати клієнтам у складі модульної системи індивідуальні комбінації двигуна, що працює на дизельному, газовому або водневому паливі, гібридної силової установки та електроприводів.

Майкл Веллензон (Michael Wellenzohn), менеджер з продажу, обслуговування та маркетингу в компанії Deutz, каже: “Роботу над визначенням таких параметрів, як ККД, епюри навантажень і показники за рівнем викидів, ми починаємо з роботи з нашими клієнтами. Після цього ми визначаємо оптимальну конфігурацію приводної системи залежно від конкретних вимог. В результаті може вийти двигун внутрішнього згоряння, що працює на різних видах палива або гібридна силова установка або навіть електропривод. Ми вважаємо себе партнером в області розробок та інтегратором систем для наших клієнтів “.

Поряд з електрифікованими рішеннями, приводні концепції Deutz включають «просунуті» двигуни внутрішнього згоряння, які можуть працювати як вуглецево-нейтральні, завдяки використанню водневого палива або альтернативних видів палива. Компанія пояснила, що водневе паливо і синтетичні види палива «e-Fuel» (синтетичні види палива на основі відновлюваних джерел електроенергії) є вуглецево-нейтральними, оскільки вони не є джерелами нового вуглецю, а використовувані джерела енергії є природоощадними.

Deutz заявила, що до 2022 року має намір досягти зменшення викидів на 1,74 млн тонн CO2 на рік, що відповідає 5-10% виторг від продажу електрифікованих приводних систем.

Нові гібридні технології

Дотримуючись «гібридної» тенденції 2019 року, базована у Великобританії компанія Perkins запропонувала нові гібридні технології для трьох зі своїх двигунів внутрішнього згоряння, які були адаптовані під специфічні потреби будівельних машин. Ця пропозиція послідувала за заявою компанії про те, що вона здійснює значні інвестиції в розробку гібридних двигунів і дослідження технологій електрифікації.

Чинну лінійку двигунів Perkins об’ємом від 0,5 до 18 літрів доповнюють гібридні електричні, гібридно-механічні та гібридно-гідравлічні технології, які, за словами компанії, гарантують ОЕМ-виробникам і їх клієнтам високу продуктивність машин, низький рівень шуму і низька витрата палива.

Метт Коулман (Matt Coleman), директор з продукції Perkins, сказав: “Наші дослідницькі програми з розробки силових агрегатів майбутнього були зосереджені на двох фундаментальних технологіях: створення акумуляторів, які будуть стійкі до зовнішніх впливів, і способи інтеграції систем. Ми є технологічним лідером, тому у нас є всі можливості, щоб допомогти нашим OEM-партнерам у створенні машин майбутнього “.

Щоб забезпечити тісну взаємодію з технічних питань, спрямовану на задоволення потреб клієнтів, Perkins створила спеціальну групу розширених пропозицій (Expanded Offering Team).

Том Нанкервіс (Tom Nankervis) з групи розширених пропозицій Perkins пояснив: “Деякі” гібриди “можуть працювати з нульовими викидами. Це може бути корисно в тих випадках, коли необхідно проїхати через житлові квартали, щоб дістатися до робочого майданчика. З гібридами можна також використовувати двигун меншого об’єму, а це, своєю чергою, допомагає знизити рівень шуму навколо робочого майданчика. В областях застосування з істотними витратами на дизельне паливо, використання гібридів допоможе знизити загальну витрату палива до 20% залежно від застосування “.

Метт Коулман з Perkins підтвердив, аналіз мільйонів годин експлуатаційних даних машин показав, що робочі цикли реальних будівельних машин варіюються від одного застосування до іншого, а також зі збільшенням розміру машини.

Perkins пропонує гібридно-електричні технології в діапазоні потужностей від 6 до 470 кВт, що задовольняють вимогам екологічних стандартів Stage V, прийнятих в ЄС.

Заглядаючи в майбутнє «гібридів», Том Нанкервіс прокоментував: “Впровадження гібридів буде визначатися економікою. Ми можемо бачити, що в деяких специфічних сегментах в основних областях застосування відбувається перехід на гібриди. Це стосується фронтальних навантажувачів, які використовуються для навантаження або вивантаження сипучих матеріалів, а також телескопічних навантажувачів, що перевозять вантажі від однієї технологічної операції до іншої “.

У міру того, як будуть розвиватися акумуляторні технології та поліпшуватися щільність електроліту і місткість акумуляторів, за умови, що вартість продовжить знижуватися, популярність гібридних рішень для силової передачі буде зростати. Оскільки дизельні двигуни також стають ефективнішими, чистішими та потужнішими, ніж будь-коли раніше, ті, хто вибирає силовий привід для своєї техніки, стають все більш розпещеними широким вибором.

Передає Інформаційний портал Заповнювачі