Альтернативные системы привода для тракторов

Электрические и водородные силовые агрегаты — это лишь некоторые из альтернативных приводных систем, которые нашли свое применение в современном сельском хозяйстве. Одной из важных причин повышенного интереса к альтернативным приводам и видам топлива является стремление значительно сократить выбросы парниковых газов. Для достижения целей Парижского соглашения по климату необходимо быстро и резко сократить выбросы CO2. Дизель традиционно был предпочтительным источником энергии для сельскохозяйственной техники, что связано с вредным воздействием на окружающую среду. Однако выбросы парниковых газов от машин не могут быть в достаточной степени сокращены только за счет усовершенствования традиционной технологии привода. Переход от ископаемого топлива к возобновляемому топливу является обязательным.

Agritechnica 2023, 12-18 ноября, в Ганновере, отражает это развитие и представляет современные альтернативные приводные системы для сельскохозяйственной техники. На ведущей мировой выставке сельскохозяйственной техники экспоненты будут не только демонстрировать свои новинки на своих стендах. На территории выставки избранные экспоненты впервые представят альтернативные приводные системы на эксклюзивной открытой площадке Drive Experience.

Обзор альтернативной технологии привода: водород

Водород является возможной заменой дизельного топлива для сельскохозяйственных транспортных средств. Поскольку водород не содержит углерода, его использование не приводит к вредным для климата выбросам CO2. Однако, поскольку его производство является энергоемким, предпосылкой для его рационального использования является получение этой энергии из возобновляемых источников. Использование водорода в топливном элементе представляет собой особый вид электропривода. В отличие от обычного электропривода, при котором аккумулятор заряжается от внешних источников, электрическая энергия для движения транспортного средства вырабатывается топливным элементом. За прошедшие годы было представлено несколько концептуальных тракторов с топливными элементами в качестве основного источника энергии, но ни один из них еще не начал использоваться в коммерческих целях.

Несколько важных факторов стоят на пути использования топливных элементов в сельском хозяйстве: Во-первых, существует проблема получения достаточного количества энергии в стандартном тракторе. Сосуды под давлением со сжатым водородом требуют значительного пространства. При использовании современных решений трактор не может работать с полной нагрузкой в ​​течение нескольких часов. Кроме того, для привода на топливных элементах требуются компоненты, занимающие много места, такие как система охлаждения, инвертор и буферная батарея. Последнее необходимо для поддержки относительно медленного и неотзывчивого топливного элемента. Кроме того, необходимо создать сеть водородных заправок, ориентированных на сельское хозяйство. И последнее, но не менее важное: стоимость производства всей системы по-прежнему очень высока.

Метан

Метан является еще одним газообразным топливом, которое находится в центре внимания, поскольку при сжигании не выделяется больше парниковых газов, чем при выращивании растений. Цель состоит в том, чтобы сделать всю технологическую цепочку и ее производство нейтральными в отношении выбросов CO2. Метан может быть частью решения для сельского хозяйства. Неочищенный биогаз, производимый на биогазовых установках, не может использоваться непосредственно в качестве топлива, его необходимо сначала десульфурировать, а метан очистить от CO2. Конечный продукт близок к чистому метану, который затем сжижается или компримируется.

Сегодня сжиженный метан, обычно называемый «сжиженным природным газом» (СПГ), не особенно подходит для использования в сельскохозяйственной технике. Несмотря на относительно высокую плотность энергии, он имеет ряд недостатков, в том числе технически сложный и энергоемкий процесс сжижения и возможные выбросы метана при более длительном простое и при более высоких температурах. Сжатый метан, также известный как «сжатый природный газ» (СПГ), более практичен, но имеет значительно более низкую удельную энергию, чем дизельное топливо или СПГ. Это приводит к увеличению дополнительных баков, а также к уменьшению радиуса действия из-за ограниченной вместимости.

Серийный трактор, полностью работающий на метане, уже существует. Метан в виде СПГ впрыскивается во впускной коллектор 6-цилиндрового поршневого двигателя мощностью 180 л. с. Выхлопные газы нужно обрабатывать только с помощью трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Такие технологии, как рециркуляция выхлопных газов, сажевые фильтры или каталитические нейтрализаторы SCR с восстановителем, например Adblue, не требуются. Производитель также представил предсерийную модель с двигателем мощностью 270 л.с., работающим на СПГ. Биотопливо Решения для двигателей, использующие биотопливо, такое как рапсовое масло или рапсовый метиловый эфир, существуют уже несколько десятилетий. Они могут служить связующей технологией. Рапсовое масло с плотностью энергии 93 процента по сравнению с дизельным топливом представляет собой интересную альтернативу, не содержащую ископаемого топлива.

Преимущество рапса в том, что он широко выращивается. Любая ферма, производящая рапс, может использовать добытое масло в качестве топлива, а рапсовый жмых, полученный в качестве побочного продукта, обеспечивает богатый белком корм. Для использования рапсового масла и других видов биотоплива системы привода трактора должны быть адаптированы с точки зрения мощности двигателя, смазки и других характеристик. Анонсированный одним производителем многотопливный трактор, который может работать не только на дизеле, но и на биодизеле, растительных маслах и смесях этих биотоплив, пока не вышел на рынок. Аккумулятор На первый взгляд кажущаяся инновационной технология, электрическая сельскохозяйственная техника исторически не является чем-то новым. Первые решения с питанием от кабеля или батареи были доступны уже в 19 веке, но все они проиграли двигателю внутреннего сгорания.

Сектор легковых автомобилей вновь сосредоточил внимание на сельскохозяйственной технике с электроприводом, в которой двигатель внутреннего сгорания заменен одним или несколькими электродвигателями. Электропривод имеет меньший вес и меньше места для установки, чем двигатель внутреннего сгорания. Кроме того, он не имеет вредных выбросов, выделяет значительно меньше отработанного тепла и работает почти бесшумно.

Однако основным недостатком полностью электрической системы является низкая плотность энергии батарей, что приводит к увеличению веса и объема батарей по мере увеличения требований к мощности. Это еще не проблема для небольших тракторов с умеренными требованиями к мощности для использования на ферме, для ухода за пастбищами или в муниципальном секторе. Их можно просто заряжать на ферме или на стройплощадке, когда они не используются. Ситуация, однако, совершенно иная для тракторов с высокой производительностью и длительным сроком службы. Если бы кто-то использовал современные технологии для более крупных тракторов, требуемые аккумуляторы были бы просто слишком тяжелыми — 25 тонн для большого трактора с шарнирно-сочлененной рамой — с длительным временем зарядки. Оба фактора делают батареи непрактичными для использования в полевых условиях сегодня.

Революционная концепция роя для больших машин была разработана известным производителем сельскохозяйственной техники, в которой несколько беспилотных тракторов тянут навесное оборудование, а питание подается по кабелю с края поля через систему соединения кабельной башни. Мощность транспортного средства распределения электроэнергии составляет 1000 киловатт. Однако такая концепция требует серьезных достижений с подходящим дизайном.

Солнечная энергия

Посевные и рыхлительные роботы на солнечных батареях уже существуют. Сельскохозяйственные роботы с GPS-управлением могут использоваться как автономные машины для очень легкой работы с низким энергопотреблением при выращивании корнеплодов и овощей. Они питаются от аккумуляторов, а необходимое электричество вырабатывается солнечными батареями, расположенными на машине. Солнечная энергия используется для подзарядки батарей, что позволяет машинам работать непрерывно в течение дня. Однако солнечные приводы не подходят для более крупных полевых машин из-за необходимости больших площадей модулей.