Альтернативные конструкции приводов средств напольного транспорта

















Дискуссии о потеплении климата и ограниченных запаса нефти не обошли вниманием и производство напольного транспорта. Как мы уже отмечали в предыдущих статьях, посвященных созданию и испытаниям новых источников энергии, автомобильная промышленность является крестным отцом разработок в этой области, хотя на первый взгляд это и не очень заметно. Если до сих пор заимствования относились к эргономике и системам управления подъемно-транспортным оборудованием, то теперь это все больше касается также и новых концепций двигателей, причем пока в авангарде идут технические решения тех производителей, которые выпускают погрузочную технику в больших объемах. Эта публикация продолжает серию статей о таких новых видах приводов, как топливные элементы и гибридные приводы

При разработке новой техники стоят такие задачи, как снижение расхода энергоносителя и эмиссии вредных веществ в атмосферу при одновременном повышении мощности, срока службы и экономичности техники. «Предпосылкой внедрения новых технологий являются определенные проблемы клиентов» – утверждает доктор Франк Мёнкен, руководитель развития технологии немецкой фирмы Jungheinrich. Основные требования потребителей к напольного транспорту относятся к снижению расходов на его эксплуатацию и изготовление, и увеличению срока службы. Ведущие изготовители средств напольного транспорта не только уже достаточно успешно выполняют их, но и считают постоянное совершенствование приводов с двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем своей прямой обязанностью. Параллельно исследуется и возможности использования альтернативных видов энергоносителей. Александр Райсинг, руководитель производственного маркетинга в Германии фирмы Linde Material Handling GmbH, считает достаточно перспективными биодизельное топливо или смесь, которая состоит из 90% рапсового масла и на 10% метанола. Этот возобновляемый энергоноситель не содержит серы и после сжигания быстро распадается, правда, при одинаковой интенсивности работы погрузчик расходует его примерно на 10% больше, чем обычного дизельного топлива. По мнению Райсинга, сравнимы с обычным бензином также биоэтанол (ВТL) и синтетическое дизельное топливо (san-diesel). Последнее получают следующим образом: биомассу (древесина, солома или растения) каталитическим методом сначала превращаются в синтетический газ, а затем в специальном реакторе из него получают конечный продукт. «Быть может, самый большой потенциал синтетического дизельного топлива – считает Райсинг, – лежит в его замкнутом цикле СО2. При его сгорании освобождается лишь столько СО2, сколько было поглощено при выращивании переработанных растений. ВТL имеет высокое цетановое число, потому и значительно лучше воспламеняется, чем дизельное топливо». Кроме того, биоэтанол может применяться в уже выпускающихся погрузчиках, и не требует существенного изменения конструкции существующих двигателей и разных систем привода. Поэтому синтетика уже в ближайшем будущем может очень легко добавляться в обычное дизельное топливо или в какой-то мере заменить его.
Что же нового происходит в области создания принципиально иных концепций, а именно – топливных элементов и гибридных приводов? Один из ответов на этот вопрос дает гамбургская фирма STILL. В основу модели ее дизельэлектрического погрузчика RХ 70 взят электропогрузчик, но блок батарей у него заменен дизельным генератором. Это так называемая гибридная технология, в которой двигатель внутреннего сгорания и электромотор скомбинированы с управляющим блоком, хотя и не является в общем понимании «настоящим» гибридным приводом, но представляет собой шаг в этом направлении. Расходуя всего 2,5 л топлива в час (замеры производились на модели грузоподъемностью 2,5 т при 60 рабочих циклах в час) он, по мнению изготовителя, является самым экономичным погрузчиком в своем классе, значительно опередившим другие аналоги на мировом рынке. «Сопоставимое оборудование», – констатирует Юрген Вруш, пресс-атташе STILL, – расходует на 13–60% больше топлива. В пересчете на оксид углерода это означает, что RX 70 выделяет за час работы только 6,4 г CO2 (в отличие автомобилей, у которых эмиссия рассчитывается в граммах на 1 км пути, выхлопные газы у погрузчика выделяются и при операциях по обработке груза)».
Рынок, кажется, хорошо воспринял появление RХ 70, тем не менее эта концепция не находит всеобщего безоговорочного одобрения. Для Франка Мёнкена из Jungheinrich дизель-электрический погрузчик не является достойной альтернативой выпускающейся технике, т. к. расходы на его изготовление пока не компенсированы экономией эксплуатационных расходов. Однако и он отмечает, что внедрение многих настоящих гибридных технологий может принести положительный эффект для потребителей. При этом очень важным моментом для их развития должно стать создание высокопроизводительных батарей с уменьшенной стоимостью и увеличенным сроком службы. Также на это смотрит и Александр Райсинг: «Пока еще не понятно, когда же гибридный привод сделает прорыв в сфере производства вилочных погрузчиков. Причиной этого в данный момент является отсутствие достаточно экономичного аккумулятора из-за высокой стоимости его изготовления и ограниченного срока службы». Но если рамочные условия изменятся, например, резко возрастет стоимость топлива, внедрение такой технологии может быть ускорено.
Наиболее серьезные ожидания направлены на старт серийного производства водородных приводов, что однако по высказываниям экспертов может потребовать еще около десяти лет. Водород не только имеется на нашей планете почти в неограниченном количестве, он является наиболее чистым из источников энергии, т. к. при его сгорании выделяется только водяной пар. В настоящее время при использовании водородных приводов для погрузчиков рассматриваются два основных технических решения. Во-первых, это водородный мотор, который работает так же, как и бензиновый двигатель, и который не только по оценке Александра Райсинга в будущем может стать альтернативой дизельным, газовым и работающим на природном газе приводам. Другой вариант представляют собой водородные топливные элементы. Они, в частности, пройдут новые испытания на двух тягачах фирмы STILL в гамбургском аэропорту. Напомним, что эта компания в течение нескольких лет уже проводила продолжительные испытания погрузчиков с топливными элементами в воздушной гавани Мюнхена. На машинах установлены топливные элементы мюнхенской фирмой Proton Motor Fuel Cell GmbH, которая специализируется на разработке и изготовлении подобных систем на основе водорода для промышленного применения. Proton поставляет готовые гибридные системы с топливными элементами, которые по размерам и разъемам аналогичны тяговым батареям и содержат все, что необходимо для установки на погрузчик без его доработок: бак с запасом водорода, топливные элементы, систему охлаждения, промежуточный электрический накопитель и управление. Эти системы, по словам шефа службы сбыта фирмы Proton д-ра Иохима Крёмера, пригодны для многосменной работы на оборудовании, которое оснащено тяговыми батареями. Трудоемкой замене батарей и длительному процессу подзарядки противопоставлена примерно одноминутная заправка баллона водородом. Сейчас специалисты Proton работают, прежде всего, над системами с наибольшей используемой мощностью, т. е. 80-вольтными, В перспективе предполагается расширить диапазон напряжения как вниз, так и вверх. «Мы ожидаем, что значительная доля электропогрузчиков будет заменена на модели с гибридными системами на топливных элементах, и даже некоторого вытеснения погрузчиков с двигателями внутреннего сгорания, т. к. возможно увеличение мощности водородных приводов». – утверждает Крёмер. По его оценкам, очень много ожиданий в этом отношении возлагается на систему Тriple Нybrid Fuel Cell Drive. Благодаря выверенной комбинации топливных элементов, сравнительно небольшой аккумуляторной батареи для накапливания энергии в минутном секторе и мощных конденсаторов для накапливания энергии в секундном секторе эта система имеет характеристики, соответствующие средней потребляемой мощности. Кроме того, она может обеспечивать рекуперацию энергии при торможении машины. Все вместе это сокращает инвестиции и эксплуатационные расходы. Неоправданным было бы применение этой техники на погрузчиках с небольшой грузоподъемностью или при малом парке погрузчиков. Конкуренцию топливным элементам может составить альтернативное энергоснабжение на базе новых типов источников питания, таких как литий-ионные батареи. «Результаты соперничества этих систем, которое вполне может возникнуть, в настоящее время трудно оценить», – считает Юрген Вруш. Конечно, успех каждой из этих технологий зависит также и от ее конечной цены. В настоящее время основной своей целью Крёмер видит доведение стоимости источника питания на топливных элементах примерно до двукратной цены батареи. Однако на пути к неограниченному использованию водорода предстоит преодолеть еще много препятствий. Уже одна транспортировка водорода пока вызывает большие затруднения: «Чтобы без проблем перевозить водород, – поясняет Александр Райсинг, – он должен быть охлажден до жидкой фазы при температуре –253 °С или сжат при давлении 700 Бар». К нерешенным задачам по обеспечению гарантий безопасности процессов транспортировки и заправки добавляются в еще и проблемы по организации необходимой инфраструктуры. Заправочных станций в Германии пока мало, к тому же они очень дороги. Поэтому инфраструктура, необходимая для серийного внедрения водородной технологии, пока оправдывает себя только там, где возможно использовать очень большой парк погрузчиков. В рамках национальной инвестиционной программы федерального правительства Германии в течение ближайших десяти лет уже предусмотрен ряд мер, который позволит продвинуться вперед по всем направлениям к состоянию, близкому к практическому внедрению водородной и ВZ-технологии, в том числе и в отношении ее инфраструктуры.
Над несколько другой технологией трудятся конструкторы Jungheinrich. В начале этого года в исследовательском центре, расположенном в г. Юлих, было проведено концептуальное исследование по изучению работы топливных элементов на метаноле в подъемной электротележке этой фирмы. Исследовательский Центр возглавляет консорциум, в который, среди прочих участников, в качестве производителя погрузочной техники входит Jungheinrich. В настоящее время в рамках данного консорциума ведутся активные исследования с тем, чтобы выяснить, подходит ли с экономической и технической точек зрения топливный элемент с прямым окислением метанола для напольной погрузочной техники. В отличие от водородных топливных элементов, которые в настоящее время активно исследуются в автомобильной промышленности, топливный элемент с прямым окислением метанола предполагается использовать в так называемом «небольшом диапазоне производительности», в частности в напольном транспорте малой мощности (до 1 кВт). Если подтвердятся уже существующие экономические расчеты компании, то эта технология, по данным исследовательского центра, может быть практически реализована в сериях подъемных электротележек и электроштабелеров с поворотной рукояткой уже в 2011–2012 гг., в особенности на предприятиях с большим парком погрузочной техники и многосменным режимом работы. В пользу таких топливных элементов свидетельствуют их многочисленные преимущества. Оборудованная ими тележка вместо замены батареи может быть заправлена метанолом всего за несколько минут. Кроме этого, продолжительность ее эксплуатации после одной заправки бака более чем в два раза превышает время работы заряженной батареи. Инфраструктура заправки метанолом в противоположность водороду может быть реализована быстро и недорого. Обращение с метанолом такое же простое, как и с бензином или дизельным топливом, он широко применяется в химической промышленности, так что его получение не вызывает проблем. Если применение этой технологии оправдает себя, то в конструкции погрузчика появится дополнительное свободное место. Так как топливную ячейку, в отличие от свинцовой батареи, можно разделить на несколько функциональных элементов, то в конструкции погрузчика освободится дополнительное место, которое можно использовать, например, для повышения комфортности рабочего места, или уменьшения габаритов штабелера. Для дальнейших разработок в области создания топливного элемента с прямым окислением метанола, Jungheinrich объединился с Исследовательским Центром в г. Юлих и компаниями AKG Administration GmbH, ebm-Papst Landshut Gmbh и Ritter Elektronik Gmbh. Консультирует консорциум фирма Management Engineers GmbH & Co. KG.

Подводя итоги развития разных концепций приводов, пока что можно сказать одно: то, какая именно технология через несколько лет станет приводить в действие напольный транспорт, в конечном счете, должна определить экономика. Это утверждение справедливо для техники любого изготовителя. Понятно и то, что в дальнейшем усовершенствования приводной техники будут также направлены на сокращение расхода энергии, уменьшение затрат на техническое обслуживание и негативных воздействий на окружающую среду. Экономия энергоносителей оказывается полезной как для окружающей среды, так и для потребителей техники, тем самым экономика и экология оказываются очень тесно взаимосвязанными. Несмотря на различные мнения и наличие многих указанных нами выше технических проблем, которые еще предстоит решить, большинство экспертов отрасли единогласны в одном: на сегодняшнем уровне знаний альтернативы возобновляемым источникам энергии и водородной технике нет, хотя бы потому, что резервы используемого сейчас топлива не беспредельны. Необходимость в защите окружающей среды, ограниченность запасов таких энергоносителей, как нефть, уголь и газ, и постоянный рост цен на них, большая зависимость от стран, добывающих эти ископаемые, заставляют исследователей в области напольного транспорта продолжать поиск новых альтернатив существующим видам приводов. Насколько они актуальны уже сегодня, показала ганноверская выставка СеМАТ 2008, на которой крупнейшие производители напольного транспорта представили свои разработки в этой области1.

1 – См. статью «СеМАТ 2008: в фокусе – напольный транспорт» в этом номере СиТ