Choć pojazdów elektrycznych na naszych drogach jest jak na lekarstwo, Polska posiada bardzo silne zaplecze produkcyjne podzespołów do nich. W naszym kraju produkuje się baterie, układy elektroniczne, a także silniki, które już w wielu przypadkach stosowane są z powodzeniem w praktyce. O procesie tworzenia jednostki napędowej, a także o wyzwaniach związanych z elektromobilnością, rozmawiamy z Magdaleną Szczyrbą i Stanisławem Gawronem z Instytutu Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL.
Agnieszka Wraga-Marciniak: Od jak dawna działa Państwa Instytut i jakie były jego początki?
Magdalena Szczyrba i Stanisław Gawron: Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL wywodzi się z CBKME (Centralnego Biura Konstrukcyjnego Maszyn Elektrycznych), powołanego przez Ministra Przemysłu i Handlu – Zarządzeniem z dnia 9 grudnia 1948 r. W trakcie 70 lat funkcjonowania kilkukrotnie zmieniał nazwę, ale jego domeną były zawsze silniki elektryczne. Zgodnie z Ustawą z dnia 30.04.2010 r. Ośrodek Komel został uznany za Instytut Badawczy, a od 1 października 2013 r. nosił nazwę Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL, aż do 1 kwietnia 2019 r., kiedy to został częścią Sieci Badawczej Łukasiewicz. Aktualna pełna nazwa to Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL.
Kto wchodzi w skład Państwa zespołu?
W skład zespołu projektującego silnik elektryczny, np. dedykowany do samochodu, wchodzi cały zespół specjalistów. Są to inżynierowie elektrycy, mechanicy, programiści oraz laboranci. Nie można przy tym zapomnieć o zespołach ludzi, którzy wykonają prototyp silnika.
Na co trzeba zwrócić uwagę i czym się kierować przy projektowaniu i tworzeniu silnika elektrycznego?
Projektowanie silnika zaczyna się od określenia jego konkretnego zastosowania. Należy określić moc, konieczne prędkości obrotowe wału oraz oczekiwanych gabarytów i masy.
W celu osiągnięcia najkorzystniejszych parametrów i charakterystyk elektromechanicznych silnika, stosujemy programy wykorzystujące Metody Elementów Skończonych (MES). Po zaprojektowaniu obwodu elektromagnetycznego, do silnika przeprowadzane są obliczenia mechaniczne i cieplne oraz opracowywana jest dokumentacja konstrukcyjna. Ostatnim elementem projektowania jest fizyczne wykonanie maszyny oraz laboratoryjna walidacja prototypu.
Kilka lat temu opracowaliście Państwo E-Kit. Co to za rozwiązanie i do czego zostało przeznaczone?
W latach 2011-2013 w KOMEL zrealizowaliśmy projekt rozwojowy pt.: „Bezemisyjny napęd elektryczny nowej generacji (E-Kit) do samochodów osobowych i dostawczych o masie całkowitej do 3.5 t.”. W ramach projektu opracowano rozwiązanie w pełni elektrycznego napędu samochodu osobowego i osobowo-dostawczego, będącego zamiennikiem dla fabrycznie montowanych napędów spalinowych. Wynikiem projektu są dwa w pełni sprawne i jeżdżące prototypy samochodów: osobowy i osobowo-dostawczy. Najważniejsze dane silników w napędzie elektrycznym samochodów Fiata Panda i Fiata Fiorino: moc 62 kW (Panda), 84 kW (Fiorino), moment maksymalny 180 Nm, chłodzenie cieczą (identyczne dla obu samochodów).
Jakie są największe wyzwania dla przyszłości napędów elektrycznych
w samochodach? Czy kwestią kluczową jest zasięg – zwiększanie pojemności baterii przy jednoczesnym zmniejszaniu ich rozmiarów?
Pomimo ciągłego rozwoju samochodów elektrycznych, nierozwiązany pozostaje podstawowy problemem, tj. ograniczony zasięg. Samochody, które mogą pokonywać dystanse powyżej 200 km na jednym ładowaniu, są jeszcze za drogie (ze względu na koszty baterii). Natomiast dostępne punkty umożliwiające doładowanie baterii rozwijają się bardzo powoli, co skutecznie hamuje sprzedaż samochodów elektrycznych. Obecnie najwięcej punktów ładowania udostępniają osoby prywatne lub firmy, które pragną w ten sposób „wspomagać” ekologiczny transport. Wprawdzie zdecydowana większość codziennego ruchu odbywa się na dystansach nieprzekraczających kilkunastu-kilkudziesięciu kilometrów, gdzie problem ograniczonego zasięgu pojazdów nie jest zagadnieniem kluczowym, jednak te pojazdy też muszą gdzieś uzupełniać energię. O ile dla kierowców mieszkających w domach jednorodzinnych nie jest to problemem, tak dla mieszkańców tzw. „bloków”, które nie są przystosowane do ładowania pojazdów elektrycznych, stanowi istotną barierę.
Czy konstrukcjami Instytutu interesują się producenci samochodów? Czy istnieje pole do współpracy z tymi bądź innymi firmami z rynku motoryzacyjnego?
Myślę, że obecnie z bardzo dużymi graczami motoryzacyjnymi już za późno na rozmowy. Jednak wypełniamy niszę projektując i wykonując silniki (napędy elektryczne), np. do autobusów elektrycznych, których producentem ma być firma Rafako. Prowadzimy wspólne projekty również z Fabryką Samochodów Elektrycznych z Bielska Białej, jak również z Zakładem Pojazdów Nysa S.A. z Wrocławia. Rynek się rozwija i każdy znajdzie dla siebie miejsce.
W Waszym Instytucie zajmujecie się silnikami nie tylko do samochodów osobowych – jakimi konstrukcjami możecie się jeszcze pochwalić i które z nich można uznać za najbardziej nietypowe?
Trudno w tej chwili wskazać nietypowe konstrukcje silników. Te ciekawe, nad którymi obecnie pracujemy z przedsiębiorcami, pozostaną na chwilę obecną tajemnicą, ponieważ mamy podpisane umowy poufności. Jeśli przedsiębiorcy uznają, że to już „ten czas”, wówczas chętnie włączymy się w propagowanie nowych rozwiązań konstrukcyjnych. Do ciekawych konstrukcji, jakie obecnie produkujemy, należą silniki elektryczne dedykowane do modernizowanych czołgów Leopard.
W swojej flocie posiadacie Państwo pojazdy, które wyposażyliście w silniki elektryczne. Do czego je wykorzystujecie?
Tak, mamy chyba największą flotę samochodów elektrycznych (biorąc pod uwagę procentowy udział w stosunku do samochodów spalinowych). Samochody te są w ciągłej eksploatacji. W sumie w KOMEL samochodami elektrycznymi pokonaliśmy ponad 300 000 km. W ten sposób zbieramy doświadczenia z eksploatacji tego typu samochodów. Warto zaznaczyć, że już od kilku lat jeździmy na naszą konferencję do Rytra, gdzie w jedną stronę jest ok. 200 km, ale dzięki uprzejmości Burmistrza Myślenic (udostępnia nam na rynku wtyczkę z prądem) tę trasę możemy bezproblemowo przejechać.
Jak wygląda kwestia finansowania prac Instytutu? Czy utrzymuje się on ze środków państwowych oraz funduszy unijnych czy przede wszystkim z komercyjnej działalności? Czy wszystkie projekty naukowo-badawcze udaje się realizować w ramach dostępnych środków?
Finansowanie Instytutu pochodzi w zasadzie z trzech źródeł. Do tej pory jednym z nich była dotacja statutowa, która w zależności od obrotu obrachunkowego nie przekraczała 10-15% całości przychodów oraz dotacje do projektów realizowanych z przedsiębiorcami i przychody z działalności komercyjnej. W zasadzie wyniki ze wszystkich realizowanych projektów są później wykorzystywane w ramach naszej działalności lub też przyczyniają się do rozwoju przedsiębiorstwa w trakcie realizacji innego projektu.
Nad czym obecnie skupiacie Państwo swoją pracę?
Oprócz oczywiście elektromobilności i rozwoju elektrycznych układów napędowych, nasze dalsze działania skupiają się nad tworzeniem systemu do odnawialnych źródeł energii,
w szczególności do małych elektrowni wodnych. Z ciekawostek dodam, że na osobę przypada w naszym kraju 1580 m3 wody na rok. Jest to wskaźnik 3 razy mniejszy od średniej europejskiej i 4,5 razy mniejszy od przeciętnej dla świata. Tak więc przez rozważną gospodarkę wodną możemy mieć tylko same korzyści, ponieważ obecnie na terenie Polski istnieje ok. 7,5 tys. obiektów hydrotechnicznych, które z powodzeniem można wykorzystać na małe elektrownie wodne. W końcu do samochodów elektrycznych będzie potrzebna energia elektryczna, więc dlaczego nie produkować jej w sposób ekologiczny i zrównoważony?
Zdjęcia ze zbiorów KOMEL. Wszystkie prawa zastrzeżone.
Komentarze