Pobierz opis

Adam Krzysztof Majczak
[email protected]
Politechnika Lubelska
Wydział Mechaniczny
Zasilanie wodorem silnika Wankla jako jednostki napędowej generatora elektrycznego
Realizowana praca doktorska ma na celu opracowanie systemu zasilania wodorem silnika
Wankla. Silnik Wankla ze względu na problemy wynikające z jego charakterystycznej
budowy był niemalże całkowicie pomijany w pracach naukowych oraz badawczych. Prace z
tego typu silnikami na szeroką skalę prowadzi na świecie tylko jedna firma z sektora
motoryzacyjnego (Mazda). Silniki Wankla produkowane są również przez mniejsze firmy o
znaczeniu głównie lokalnym jednakże są one przeważnie wyposażone w system zasilania
gaźnikowego, który nie zapewnia stabilnej pracy silnika i nie pozwala na osiągnięcie
obecnych norm emisji składników toksycznych.
Opracowywany system zasilania wodorem opierający się na układzie elektronicznego
wtrysku paliwa pozwoli na pełną kontrolę parametrów pracy jednostki napędowej. W Polsce
wykorzystanie silnika Wankla do napędu urządzeń mechanicznych nie było praktycznie
stosowane ze względu na wysokie zużycie paliwa, znaczną emisję składników toksycznych
oraz niską trwałość tego typu silników. Rozwój technologiczny szczególnie w sferze
materiałów użytych do budowy silnika (zastosowanie materiałów ceramicznych) pozwolił na
znaczny wzrost ich trwałości. Zastosowanie zaawansowanego technologicznie systemu
zasilania pozwoli również na ograniczenie zużycia paliwa a zastosowanie jako paliwa wodoru
ograniczy praktycznie do zera emisję składników toksycznych. Prace badawczo rozwojowe
prowadzone przez firmę Mazda dowiodły, że silnik Wankla doskonale sprawdza się jako
jednostka zasilana wodorem. Technologia ta jest na razie w fazie badań wstępnych i jest
wykorzystywana jedynie w pojazdach prototypowych i demonstracyjnych. Zasilanie
wodorem obecnie niemalże niewykorzystywane stanie się bardziej przystępne a co za tym
idzie wzrośnie jej wykorzystanie w różnych gałęziach przemysłu. Zespół naukowo-badawczy
Katedry Termodynamiki, Mechaniki Płynów i Napędów Lotniczych posiada duże
doświadczenie w opracowywaniu układów zasilania paliwami alternatywnymi; opracowano
między innymi układy zasilania gazem LPG i CNG oraz układ zasilania tłokowego silnika
lotniczego paliwem alkoholowym. Projekty te zakończone zostały wdrożeniami w przemyśle.
Opracowany system zasilania wodorem będzie wykorzystany w stacjonarnej wersji silnika
Wankla przeznaczonej do układu generacji energii elektrycznej. W tym celu nawiązana
została współpraca z firmą z terenu województwa lubelskiego posiadającą w swojej ofercie
dostawę oraz montaż agregatów prądotwórczych. Układ składający się z silnika zasilanego
wodorem oraz zespołu generowania energii będzie przeznaczony głownie do przydomowych
układów generacyjnych jednakże może być także wykorzystany jako źródło awaryjnego
zasilania na przykład w placówkach służby zdrowia, bankach, centrach danych, czy obiektach
telekomunikacyjnych. Generatory energii wykorzystywane są również w przemyśle
wydobywczym do napędu różnego rodzaju pomp, w miejscach nieposiadających podłączenia
do sieci elektrycznej lub placach budowy gdzie takie podłączenie nie zostało jeszcze
wykonane. Konstrukcja silnika Wankla pozwala na tworzenie modułowych zestawów, dzięki
czemu możliwe jest konfigurowanie układów o mocy dostosowanej do wymagań
poszczególnych odbiorców. Układy generowania energii oparte na jednostce napędowej
zasilanej wodorem pozwolą na znaczne obniżenie emisji składników toksycznych w
porównaniu
do
układów
generacji
energii
opartych
na
silnikach
spalinowych
wykorzystujących paliwa konwencjonalne. Opracowanie systemu zasilania wodorem
przeznaczonego do silnika stacjonarnego będzie stanowiło doskonałą podstawę do
opracowania systemu przeznaczonego do wykorzystania w pojazdach drogowych.
Opracowany układ zasilania wodorem stacjonarnego silnika Wankla doskonale wpisuje
się w strategię ograniczania emisji składników toksycznych do atmosfery a także zwiększania
udziału paliw alternatywnych na rynku. Spaleniu wodoru nie towarzyszy powstawanie
toksycznych związków takich jak tlenki węgla czy węglowodory. Jedynym produktem
spalania
wodoru
jest
woda oraz
niewielkie
ilości tlenków
azotu.
Zwiększenie
zapotrzebowania na wodór będący wynikiem rozpowszechnienia opracowanego układu
zasilania będzie miało pozytywny wpływ na rozwój technologii jego pozyskiwania w wyniku
tego zwiększy się opłacalność produkcji np. biomasy co przyczyni się do rozwoju nowych
technologii w zakresie jej produkcji oraz pozyskiwania wodoru na drodze gazyfikacji.
Opracowanie zaawansowanego technologicznie systemu zasilania wodorem wpłynie również
korzystnie na rozwój zasobów ludzkich województwa lubelskiego gdyż niezbędne będzie
przeszkolenie odpowiednio dużej kadry niezbędnej do wyprodukowania oraz późniejszego
montażu i serwisowania układów generacyjnych. Zastosowanie wodoru do napędu układów
generacji energii ułatwi osiągnięcie celów postawionych przez Komisję Europejską (3x20).
Plan ten zakłada zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych o 20%, wzrost znaczenia
odnawialnych źródeł energii - o 20%, oraz ograniczenie energochłonności o 20%. Realizacja
tego pakietu ma wspomóc procesy zapobiegające globalnemu ociepleniu a także poprawić
efektywność energetyczną w krajach Unii. Opracowanie unikalnego w skali europejskiej
systemu zasilania wodorem silnika Wankla pozwoli na poprawę wizerunku regionu w UE
oraz zwiększy promocję lubelskich towarów na rynkach Europy, co wpisuje się w misję i cele
strategiczne Strategii Rozwoju Województwa Lubelskiego.