Tíminn - 25.06.1978, Blaðsíða 24

24
Sunnudagur 25. júni 1978
Gísli Jónsson, prófessor:
Nýting raforku
Bfli af sömu gerð og GIsli Jónsson prófessor hefur áhuga á aö veröi keyptur bingaö tiílands. Kaupveröið
er rétt rúmar tvær milljónir og á bfllinn aö geta ekiö 100—150 km á hlcöslu.
Inngangur.
Enda þótt hér á landi sé nú á
skrá einn rafknúinn bill, má
segja, að sem orkugjafi ökutækja
sé herlendis einungis notaö
fljótandi eldsneyti, sem flutt er
inn erlendis fra'. tsland er hins
vegar eitt af fáum löndum heims,
sem hefurnýtt aðeins óverulegan
hluta þeirraorkulinda sinna, sem
nýtanlegar eru til raforku-
framleiðslu. Það er því mjög
áhugavert rannsóknarefni, að
kanna að hve miklu leyti nýta
megi raforku, sem orkugjafa
flutningatækja i stað innflutts
eldsneytis. Þetta rannsóknar-
verkefhihefur verið tekið til með-
ferðar við verkfræði- og raun-
visindadeild Háskóla tslands. Þvi
miður verður að viðurkennast, að
rannsóknaraðstaða á sviöi
raforkuverkfræði við Háskólann
er mjög takmörkuð. Tæpur helm-
ingur starfstimans er ætlaður til
rannsókna en engar fjárveitingar
eru til rannsóknartækja ne
aðstoðarfólks. Sama má segja um
aðrar greinar verkfræðinnar, en
rannsóknaraðstaðan er betri hjá
þeim skorum deildarinnar sem
tekizt hefur aö fá stofhsettar
rannsóknarstofur.
Nauðsyn á að
fylgjast með
þróun erlendis
Með visun til þessa og vegna fá-
mennis okkar Islendinga er ekki
aö vænta djúpstæðra rannsókna á
nýtingu raforku til flutninga.
Möguleikar ættu hins vegar að
vera á þvi, að fylgjast sem bezt
með þróun þessara mála erlendis
og aðlaga þær lausnir, sem þar
fást,i'slenzkum aðstæðum. Upphai
rannsókna á nýtingu raforku til
flutninga hefurþvi orðið könnun á
stöðu þessara mála i heiminum
og söfnun gagna m.a. með þátt-
töku i alþjóðlegum raðstefnum og
og öflun skýrslna og tækni-
upplýsinga. Alveg frá upphafi
hefur iðnaðarráðherra, dr.
Gunnar Thoroddsen, sýnt máli
þessu mikinn áhuga og hefur
iðnaðarráðuneytið veitt veruleg-
an f járstuðning til rannsóknanna.
Það samstarf, sem þannig hefur
komizt á milli Háskóla islands og
iðnaðarráðuneytisins hefur bætt
mjög úr þeirri takmörkuðu rann-
söknaraðstöðu sem er við háskól-
ann og orðið lyftistöng fvrir
umræddar rannsóknar.
Af þvi sem nú hefur verið sagt
er ljóst, að i erindi sem þessu
veröur ekki um að ræða frásögn
af niðurstöðum framkvæmdra
tilrauna á nýtingu raforku til
flutninga herlendis, heldur
lýsingu á þróun þeirra mála
erlendis og framtiðarhorfum.
Rafknúnum ökutækjum má
skipta i tvo meginflokka, þ.e.
ökutæki, semviðaksturerutengd
raforkukerfi, og ökutæki, knúin
orku frá rafgeymum. Þar sem
núverandi þróun og notkun-
armöguleikar þessara tveggja
flokka rafknúinna ökutækja eru
mjög mismunandi, verður fjallað
sérstaklega um hvorn flokkinn
fyrir sig.
Ökutæki, tengd
raforkukerfi
Rafknúin ökutæki, sem við
akstur eru tengd raforkukerfi,
hafa um langan tima verið i
almennri notkun erlendis og á
sumum sviðum í vaxandi notkun.
Ekki hefur vérið við nein meiri
háttar tæknileg vandamál að
glima, en stöðug þróun hefur átt
sér stað. Notkun þessara
ökutakja er þvi fyrst og fremst
háð fjárhagslegum aðstæðum en
ekki lausn vandasamra
tækniatriða. Umferðarþéttleikinn
ræður oftast mestu um
hagkvæmni ökutækjanna .ogm.a.
af þeim ástæðum hafa þau ekki
ennþá veriö tekin i notkun hér á
landi eins og i flestum öðrum
löndum.
Sem dæmi um rafknúin farar-
tæki, tengd raforkukerfum við
akstur, má nefna: Tvi'spora járn-
brautir, einspora járnbrautir,
sporvagna og strætisvagna.
Tvispora járnbrautir eru tækni-
lega mjög vel þróaðar og er
umferðarþéttleikinn að lang
mestu leyti ráðandi um
hagkvæmni þeirra, sem og um
hagkvæmni eldsneytisknúinna
járnbrauta.
Timabært verður að telja að
geraá þviathugun, hvortekki séu
hér á landi einhverjar umferðar-
leiðir meðþað miklum umferðar-
þéttleika, aðhagkvæmtgætitalizt
aðkoma upp rafknúinni, tvispora
járnbraut. T.d. gæti leiðin milli
Reykjavikur og Selfoss vel komið
til athugunar.
Mikið hefur verið unnið að þró-
un einspora lesta með vögnum
hvilandi á spori eða hangandi i
þvi. Ymist renna vagnarnir á
hjólum eða svifa i sterku
segulsviði og þá knúnir áfram
meö linuhreyfli. 1 slikum járn-
brautum er engin snerting milli
vagns og teina. Þær eru þvi þýðar
og hljóðlátar og ná miklum
hraða. Erlendis hafa verið
byggðar nokkrar einspora
tilraunalestir. Gert er ráð fyrir að
stofnkostnaður slikra lesta verði
mikill og komi þvi helzt til álita að
nota þær á allt að 500 km leiðum
milii þéttbýlissvæða, þar sem
hinn tiltölulega langi timi, sem nú
fer i ferðir til og frá flugvöllum,
gerir flug of timafrekt. Ekki
verða taldar lfkur á þvi, að
fjárhagslegur grundvöllur veröi
fyrir notkun einspora járnbrauta
á íslandi í náinni framtið. Engu
að siður væri fróðlegt að kanna,
hvort slik lest kæmi til greina i
fy rirsjáanlegri framtið á
hringleið milli helztu þéttbýlis-
staða höfuðborgarsvæðisins.
Væri hugsanlegt, að niðurstaða
slikrar athugunar leiddi til
nauðsynjar þess, aö ætla einspora
lest tilveru i framtiðarskipulagi.
Sporvagnar
að hverfa.
Talsvert hefur dregið út notkun
sporvagna I nágrannalöndum
okkar. Þeir hafa reynzttil trafala
i umferðinni og hávaðasamir.
Auk þess er loftlinukerfi það, sem
þeir tengjast við, til lýta og óþæg-
inda. Ekki er þvi talin nein
ástæða til að kanna hugsanlega
notkun þeirra hér á landi.
Venjulegir strætisvagnar,
knúnir raforku frá loftlinukerfi
hafa reynzt lifsseigari en
sporvagnarnir, enda er sveigjan-
leiki þeirra i umferðinni meiri.
Þessir vagnar hafa hina almennu
kosti rafknúinna ökutækja, þ.e.
valda engri loftmengun, eru
hljóðlátir og nota raforku i staö
innflutts eldsneytis. ókostirnir
eruhins vegar þeir, að vagnarnir
eru bundnir vissum akstursleið-
um og eru loftlinur þær, sem þeir
eru tengdir við, heldur hvim-
leiðar. Eins og nú horfir um
framtiðstrætisvagna, sem knúnir
eru meðraforkufrá geymum, eru
ekki likur á að raflinustrætis-
vagninn hafi mikla framtiðar-
möguleika hér á landi. Er það
einkum vegna loftlinunnar þvi
sveig janleiki þessara vagna
hefur verið aukinn með þvi að búa
þá takmörkuðu magni af
rafgeymum og gera þannig kleift
að fara svolitið út fyrir legu
loftlinunnar.
Um rafknúin ökutæki, sem við
akstur eru tengd raforkukerfi,
má almennt segja, að i náinni
framtið koma þau ekki til með að
verða jafn mikilvægur þáttur i
sam göngumá 1 um okkar
íslendinga og rafbillinn, sem nú
veröur vikið að.
Ökutæki, knúin raforku
frá geymum.
BiU knúinn raforku frá geymum
er engan veginn ný hugmynd.
Fyrsti billinn var byggður árið
1937 i Englandi og til gamans má
geta þess að árið 1899 var heims-
met i hraðakstri sett með rafbil
og var það 104 km/h.
Þegar benzinhreyfill kom á
markað, fóru vinsældir rafbila að
minnkaogmá heita að bilar með
sprengihreyflum hafi svo til
alveg útrýmt rafbilum.
Mengunarvandamálin og siðar
einnig oliukreppan vakti siðan
aftur áhuga manna á rafbflnum
og er nú viða um heim unnið
ötullega að þróun heppilegra raf-
bfla og að ýmsum rannsóknum á
þvf sviði. Ennþá er að mestu um
tilraunastarfsemi að ræða en þó
hafa einstaka þjóðir tekið rafbila
i almenna notkun einkum á sviði
þjónustu. Mest notkun rafbila i
dag mun vera i Bretlandi enda
hafa Bretar i' áratugi verið meðal
fremstu þjóða heims i framleiðslu
og notkun rafbila. Má nefna, að
þar i landi eru nú um 40 þús.
rafknúnir sendiferðabilar við
drefingu mjólkur auk allra ann-
arra rafbíla.
Enda þótt talsvert sé unniö að
margháttuðum rannsóknum og
tilraunastarfsemi i sambandi við
byggingu rafbilsins sjálfs, er þar
ekki um torleysanleg tækni-
vandamál að ræða. Rannsóknir
beinast einkum að þvi að
framleiða sem léttasta bila til
þess að geta haft sem mest af
rafgeymum svo og af drifbúnaði
og hraðareglunarbúnaði með þvi
markmiði að ná sem beztri orku-
nýtingu og sem mestum aksturs-
möguleika á hverri hleðslu. A
þessu sviði er fyrst og fremst um
að ræða hönnunarvandamál, svo
og, hvað frekari þróun
aflhálfleiðartækninnar kemur til
með að hafa upp á að bjóða við
hraðareglun.
Orkuþykkni.
Meginvandamálið i sambandi
við rafbila er að geta framleitt
rafgeyma með sem mestu
orkuþykkni, þ.e.a.s. með sem
mestri orku á þyngdareinigu og
einnig meðsem lengstum ending-
artima.
Til þess aö knýja áfram ákveð-
inn þunga vissa vegalengd, þarf
ákveðið orkumagn. Þetta orku-
magn er að visu nokkuð háð
aksturshættinum og gerð þess
vegar sem ekið er eftir. En fyrst
og fremst er það þó háð heild-
arþunga ökutækisins.
Orkuþykkni rafgeyma, það er að
segja sú orka á hverja þyngdar-
einingu, sem hægter að taka út af
fullhlöðnum geymi, er þvi ágætur
mælikvarði á gæði rafgeyma
fyrir rafbila. Orkuþykkni er
oftast gefið upp i Wh/kg.
Ör þróun í
gerð rafgeyma.
Við lausn tæknivandamála
rafbílsins verður ávallt að hafa i
huga væntanlegan
framleiðslukostnað. Það er ekki
nægilegt að geta leyst vandamál-
in tæknilega, það þarf að vera
hægt að leysa þau fyrir
samkeppnishæft framleiðsluverð.
Þvi er ekki nægilegt að ná sem
mestu orkuþykkni geyma, verð
þeirra miðað við endingu þarf að
verða sem lægst. Annar
mælikvarði á gæði rafgeymis er
þvi svo kallaður endingar-
timakostnaður, sem er
kostnaðarverð geymisins deilt
með þeim heildarkilowattstund-
um, sem hægt er að taka út af
honum allan endingartimann.
Rafgeymir, sem t.d. endist 1000
hleðslur og kostar 7.500 krónur á
hverja KW/h orkurýmdar, hefur
endingartimakostnaðinn 7,50
kr/KWh.
tilf]
Þar sem geymar rafbfla endast
almennt ekki nema 3-5 ár þarf við
samanburð á orkukostnaði raf-
bfla og annarra bila að bæta
endingartimakostnaðinum ;yið
raf magnskostnaðinn.
Sá geymir, sem i dag er alls
ráðandii rafbflum og sá eini, sem
fáanlegur er á almennum
markaði, er blýgeym irinn.
Blýgeymar sem notaðir eru til að
knýja tæki, er þó talsvert sterk-
byggðari en venjulegir bilgeym-
ar, þar sem þeir eru iöulega svo
til tæmdir, en það er talsvert
meiri áraun heldur en þegar
geymirinn er að jafnaði full hlað-
inn, eins og almennt gerist með
venjulega bflgeyma.
Auk blýgeymisins eru ýmsir
aðrir rafgeymar fyrir ökutæki i
sviðsljósinu. Sumir þeirra eru til
sérsmiðaðir, ýmist i tilraunabil-
um eöa á tilraunastofum. Má her
nefna Ni/Fe, Ni/Zn, Zn/Cl,
Zn/loft, Li/TiS2, Li/FeS2 og
Na/S.
Alkaliskir rafgeymar
Fjóra fyrstnefndu geymana er
þegar farið að prófa i rafbilum.
Ni/Fe og Ni/Zn geymarnir eru
alkáliskir geymar alveg lokaðfr,
með orkuþykkni 60 og 80 Wh/kg,
sem er u.þ.b. tvöfalt orkuþykkni
endurbættra blýgeyma. Enda
þótt Ni/Fe geymirinn sé
snöggtum dýrari, er hleðsluend-
ing hans u.þ.b. fjórföld hleðslu-
ending Ni/Zn geymisins.
Endingartimakostnaður hans er
þvi mun lægri. Hvor geymirinn er
valinn, fer þvi eftir þvi, hvort lögð
er meiri áherzla á mögulegan
akstur á hleðslu, þ.e. aksturs-
sviðið, eða kostnaðinn. Aksturs-
svið rafbfla er talsvert breytilegt
eftir akstursaðstæðum og
aksturshætti. Til samanburðar
má geta þess, að ef aksturssvið
með blýgeymum er um 70 km á
hleðslu gæti aksturssvið með
Ni/Fe geymnum verið um 105 km
og með Ni/Zn um 140 km. Fyrir
u.þ.b. ári siðan voru fyrstu Ni/Fe
geymarnir settir i rafbil til
reynslu f Þýzkalandi en Ni/Zn
geymarnir hafa verið til reynslu i
rafbflum i Bandarikjunum siðan
1953. Búizt er við báðum þessum
geymum á almennan markað
innan tveggja til þriggja ára og
eru horfúr á að endingartimaverð
Ni/Fe geymisins verði um
helmingi lægra en blýgeyma, en
verð Ni/Zn um tvöfalt hærra.
Bandarikjamenn hafa um
árabil gert tilraunir með Zn/Cl
rafgeyma. Nú hefur nýlega
fundizt lausn á nokkuð erfiðu
tæknivandamáli i sambandi við
þessa geyma og hefur bandariska
orkuþróunarsambandið (Energy
Development Associates, EDA)
hafið framkvæmd 5 ára áætlunar
um þróun og smiði Zn/Cl raf-
geyma með orkuþykkni um 150
Wh/Kg. Gert er ráð fyrir að
geymar þessir verði notaðir bæði
i álagsjöfnunarstöðvar rafveitna
og sem orkugjafar rafbila.
Með Zn/CÍ geymum hefur
þegar náðst yfir 300 km aksturs-
svið á hleðslu og þvi er spáð að
geymar þessir verði komnir á
markað um 1980 fyrir um helming
af verði núverandi blýgeyma.