Dyzelinio uosto vilkiko modifikavimo į elektrinį taikomieji tyrimai

Magistrantūros baigiamajame darbe atlikti uosto vilkiko modifikavimo taikomieji tyrimai, kurių tikslas - nustatyti ir įvertinti technines bei technologines galimybes dyzelinį kurą naudojantį uosto vilkiką modifikuoti į elektros energija varomą vilkiką su analogiškomis dyzeliniam vilkikui techninėmis savybėmis. Uosto vilkikui parinktas trifazis kintamosios srovės indukcinis variklis YASA P400R, kurių ant pagrindinio veleno montuojami trys vienetai. Variklių sukuriamas sukimo momentas yra 1100 Nm, didžiausias greitis 8000 rpm. Eksperimentinio tyrimo metu nustatyta, kad vilkiko dyzelinio variklio kuro sąnaudos priklauso nuo gabenamo krovinio svorio ir greičio (vežant sunkesnį krovinį sąnaudos didesnės, taip pat dyzelinio variklio kuro sąnaudos didesnės važiuojant didesniu greičiu). Atlikus bandymus buvo nustatyta, kad vilkikas važiuodamas maksimaliu uoste 30 km/h greičiu ir veždamas maksimalų 70 t krovinį sunaudotų 1,778 l/km dyzelinio kuro. Atlikus tyrimą laivo krovos metu, nustatyta, kad vidutinės dyzelinio kuro sąnaudos yra 1,13 l/km, o bendros sąnaudos vienai moto valandai 12,72 l kuro. Atliktais skaičiavimais nustatyta, kad vienai moto valandai vilkikui reikia 59,92 kWh energijos. Vilkikui buvo parinktos LTO tipo 662 V įtampos ir 91,2 kWh (pagal gamintojo rekomendacijas baterijos įkraunamos 80 % - 72,96 kW/h) talpos energijos šaltinis. Įkrautos baterijos leistų važiuoti apytiksliai 1 val. 30 min. Baterijų įkrovimui parinkta itin greito įkrovimo pantografinė 450 kW galios stotelė, kuri vilkiką įkrautų per 9 minutes ir 45 sekundes. Uosto vilkiko modifikavimui parinkti: maitinimo, valdymo blokai bei kiti mažos galios elektros prietaisai. Sudaryta modifikuojamo vilkiko energijos tiekimo bei valdymo struktūrinė schema. Atlikus aplinkosauginius tyrimus, nustatyta, kad vilkikai per 2021 metus į aplinką išmetė 12,978 t anglies monoksidų, 0,704 t angliavandenilių, 7,414 t azoto oksidų ir 0,093 t kietųjų dalelių. Tyrimo rezultatų pagrindu nustatyta, kad viena moto valanda dirbant su dyzeliniu varikliu kainuoja 26,58 € (dyzelinio kuro kaina 17,72 € ir eksploataciniai kaštai 8,86 €), o naudojant elektros variklį – 13,49 € (elektros energijos kaina 10,79 € ir eksploataciniai kaštai 2,70 €). Įvertinus, kad vilkikai per metus dirba apie 29000 moto valandų vilkikų modifikavimo projektas atsipirktų per 8,51 metų.

The aim of this thesis is to determine and evaluate the technical and technological possibilities to modify a port truck using diesel fuel into an electric one that has analogous technical characteristics. A three-phase AC induction motor, YASA P400R, with three units mounted on the main shaft has been selected for the port truck. The torque generated by the motors is equal to 1100 Nm and the maximum speed is 8000 rpm. In the course of this experimental study, it was found that the fuel consumption of a diesel-powered port truck depends on the weight and speed of the load that is being transported (the heavier the haulage – the higher the fuel expenditure, the same applies when transporting heavier haulage at higher speeds). The calculations show that the port truck needs about 59.92 kWh of energy per engine hour. The power source selected was a LTO type 662 V voltage and 91.2 kWh battery (the batteries were charged at 80 % - 72.96 kW), in accordance with the manufacturer's recommendations). Charged batteries would allow one to drive for about an hour and thirty minutes (1 h 30 min). An extremely fast charging 450 kW pantograph station has been chosen to charge the batteries, which would charge the truck in 9 minutes and 45 seconds. Power supply, control units and other low-power electrical devices have been selected for the modification of the port truck. A structural scheme for energy supply and management of a modified port truck has been developed. Environmental studies have shown that port trucks emit an average of 12.978 tonnes of carbon monoxide, 0.704 tonnes of hydrocarbons, 7.414 tonnes of nitrogen oxides and 0.093 tonnes of particulate matter per year. Based on the results of this study, it was found that one engine hour of operation while using a diesel engine costs € 26.58 (diesel fuel costs are € 17.72, operating costs are € 8.86), while using an electric motor costs € 13.49 (electricity costs € 10.79, operating costs – € 2.70). Estimating that the trucks will run about 29,000 engine hours a year, the truck modification project would pay itself off in 8.51 years.