Innowacyjne dostarczanie energii zgodne z zasadami zrównoważonego rozwojudzięki ogniwom paliwowym
Ogniwa paliwowe jako system napędowy elektrycznych urządzeń do transportu poziomego to przyszłościowa koncepcja o ogromnym potencjale.
Napęd wodorowy w intralogistyce
Ogniwo paliwowe przekształca energię chemiczną płynnego wodoru z udziałem tlenu atmosferycznego, bez fazy mechanicznej, bezpośrednio w energię elektryczną. Wytwarzające się dodatkowo ciepło zapewnia bardzo wysoki współczynnik sprawności. Ogniwa paliwowe są ponadto lżejsze od akumulatorów, niezawodne, praktycznie bezobsługowe i ciche. Wodór można przez długi czas i w sposób zdecentralizowany przechowywać w niewielkich zbiornikach, tankowanie pojazdu trwa zaledwie kilka minut. Kolejną istotną zaletą jest brak emisji — produktem ubocznym jest czysta woda.
Ogniwo paliwowe składa się z dwóch elektrod: anody i katody oraz membrany elektrolitycznej. Oddziela ona od siebie obie elektrody, a także gazy, umożliwiając transport określonych jonów. Paliwo stale jest doprowadzane do anody, a tlen atmosferyczny do katody.
Podczas reakcji chemicznej jony wodorowe przepływają z anody do katody, gdzie łączą się z tlenem tworząc wodę. Podczas tego procesu wytwarza się prąd stały o napięciu do 0,7 V w każdym ogniwie. W celu uzyskania wyższych napięć, wiele ogniw paliwowych jest łączonych szeregowo w tzw. stos. Falownik przekształca wyprodukowany prąd stały na prąd przemienny. Ciepło odpadowe wytwarzane przez ogniwa paliwowe jest transportowane przez obieg chłodzący i można go użyć do ogrzewania.
Fronius HiLOG-Fleet: lider w dziedzinie rozwoju technologii ogniw paliwowych
Firma Fronius już od roku 2001 zajmuje się rozwojem innowacyjnych technologii służących wykorzystaniu wodoru jako nośnika energii w różnych zastosowaniach. Wspólnie z dużymi firmami i instytutami badawczymi udało nam się już zrealizować wiele projektów promocyjnych — dalsze są zaplanowane na przyszłość.
Pod nazwą Fronius HiLOG-Fleet zaprojektowaliśmy system ogniw paliwowych służący do napędu urządzeń do transportu poziomego. Po raz pierwszy zaprezentowaliśmy go w roku 2011 wspólnie z dostawcą wózków widłowych, firmą Linde Material Handling. HiLOG-Fleet jest obecnie stosowany w urządzeniach do transportu poziomego III klasy, a więc urządzeniach techniki magazynowej z platformą siedzącą lub stojącą. Ogniwa paliwowe mają liczne zalety w porównaniu z akumulatorami: czas ładowania zamiast siedmiu – dwunastu godzin wynosi zaledwie kilka minut. Zbędne stają się ładownie i stacje ładowania akumulatorów. Oprócz tego, system HiLOG Fleet pracuje bezemisyjnie i dzięki temu jest nadzwyczaj przyjazny dla środowiska i ekonomiczny.
Zakres możliwości zastosowania ogniw paliwowych sięga od urządzeń do transportu poziomego dla intralogistyki przez maszyny budowlane i rolnicze aż po pojazdy komunikacyjne. Liczne zalety ogniw paliwowych — energooszczędność, bezemisyjność, łatwość konserwacji i wysoką dyspozycyjność — udowodniono już w praktyce.
Projekty referencyjne
Dziesięć niskopodnośnych wózków firmy Linde wyposażono w hybrydowy napęd z ogniwami paliwowymi opracowany przez firmę Fronius. System składa się ze zbiornika wodoru, ogniwa paliwowego 24 V, przekształcającego wodór w energię elektryczną, oraz akumulatora litowo-jonowego magazynującego wytworzoną energię i służącego jako akumulator napędowy. Aby umożliwić zasilanie floty paliwem, koncern OMV zainstalował pierwszą w Europie wewnętrzną stację tankowania wodoru. Projekt otrzymuje wsparcie państwowe od Funduszu na Rzecz Klimatu i Energii austriackiego rządu federalnego.
Celem E-LOG-Biofleet jest zwiększenie produktywności i rentowności w firmie DB Schenker i jednocześnie poprawa energooszczędności oraz przyjazności dla środowiska. Wszystkie strony uczestniczące w projekcie mają ponadto nadzieję na zebranie ważnych doświadczeń, mających wpływ na rozwój technologii ogniw paliwowych, aż do doprowadzenia jej do gotowości do produkcji seryjnej.
W ramach projektu pilotażowego w siedzibie OMV w Auersthal (Dolna Austria) wykonano instalację Power-to Gas oraz elektrolizer wysokociśnieniowy, rozdzielający wodę z zastosowaniem energii wiatrowej na wodór i tlen. Wytworzony w ten sposób wodór jest przesyłany bezpośrednio do wysokociśnieniowej stacji kompresorów OMV w Auersthal. W ten sposób można elastycznie magazynować gaz i transportować go do odbiorców.
Partnerzy projektu wspólnie testują, zgodnie z zasadami technicznymi i zezwoleniami, w jaki sposób można optymalnie zasilać wodorem sieć gazu ziemnego i jak w idealnym przypadku funkcjonuje napełnianie wodorem i użytkowanie wodoru w technologii mobilnej. W połączeniu z prawnymi, ekonomicznymi i ekologicznymi analizami Instytutu Energii firmy chcą w ten sposób zbudować podstawy powszechnego zastosowania tej innowacyjnej technologii.
Zbadanie wykorzystania zasobów w przypadku urządzeń do transportu poziomego napędzanych wodorem w warunkach rzeczywistego użytku było celem projektu H2IntraDrive. Do życia powołała go Katedra Techniki Transportowej, Przepływu Materiałów i Logistyki Politechniki Monachijskiej wspólnie z BMW Group i firmą Linde Material Handling. Na potrzeby projektu, producent samochodów udostępnił własny zakład produkcyjny w Lipsku. Przetestowano wiele typów wózków widłowych oraz ciągników.
W ramach projektu H2IntraDrive firma Fronius wyposażyła dwa ciągniki P30 firmy w swoją innowacyjną technologię HiLOG-Fleet. System składa się ze zbiornika wodoru, ogniwa paliwowego 24 V, przekształcającego wodór w energię elektryczną, oraz akumulatora litowo-jonowego magazynującego wytworzoną energię i służącego jako akumulator napędowy. Firma BMW zbudowała w swojej fabryce pierwszą w Niemczech wewnętrzną stację do tankowania urządzeń do transportu poziomego z napędem wodorowym, która umożliwia tankowanie urządzeń bezpośrednio w hali fabrycznej.
Firma ma nadzieję, że projekt spowoduje długofalową optymalizację jej intralogistyki. W ramach projektu H2IntraDrive naukowcy mogą zebrać cenne informacje na temat zapotrzebowania energetycznego, zasięgu, żywotności oraz obsługi urządzeń do transportu poziomego, co ma dużą wartość dla dalszego rozwoju technologii ogniw paliwowych.
Wspólnie z partnerami projektu, firmami LADOG, ElringKlinger, Heizmann oraz Instytutem Fraunhofera ds. Solarnych Systemów Energetycznych ISE, firma Fronius rozwija koncepcję elektrycznego łańcucha napędowego dla pojazdów roboczych i użytkowych — w skrócie ELAAN. Powinien on znaleźć zastosowanie m.in. w logistyce komunalnej, w ogrodnictwie i przy budowie dróg, w usuwaniu odpadów, usługach sprzątania oraz oczyszczania miasta. Silnik elektryczny zapewnia niezawodną, cichą, niskoemisyjną i wydajną pracę.
Wysokie zapotrzebowanie pojazdu na energię zapewnia bezemisyjny ekstender zasięgu ogniw paliwowych połączony z akumulatorem, służącym jako magazyn mocy i energii. Zbiornik wodoru pod ciśnieniem do 350 bar zapewnia wymagany zasięg pojazdu i umożliwia uzyskanie czasu tankowania poniżej 3 minut. Prototypy stosowane w projekcie ELAAN mają umożliwić zebranie cennych informacji dotyczących codziennego użytkowania tego innowacyjnego systemu napędowego.
