Transcript Prezentacja przeglądu rozwojowych metod oszczędności energii w
Slide 1
Projekt Foresight:
Zeroemisyjna gospodarka energią w warunkach
zrównoważonego rozwoju Polski do 2050 roku
Przegląd rozwojowych metod oszczędności
energii w transporcie
Prof.dr hab.inż. Sylwester Markusik
Katowice, czerwiec 2009 r.
Slide 2
Założenia:
Zrównoważony rozwój technologiczny transportu w Polsce
- rozwój techniczny środków transportu,
- poprawa usług transportowych,
- zaspokojenie potrzeb transportowych,
- innowacyjność w rozwoju infrastruktury transportowej.
Zużycie energii według sektorów gospodarki w krajach UE-27 w 2005 r
2
Slide 3
Energochłonność w różnych gałęziach transportu w UE w 2005 r.
Ograniczenie energochłonności, w warunkach powszechnej deficytowości dóbr,
stanowić będzie jeden z kluczowych celów w zakresie gospodarowania zasobami.
3
Slide 4
Wiodące technologie transportowe na świecie:
1.
2.
Nowe technologie w transporcie wykreują środki transportu
powodujące oszczędności w zużyciu energii oraz mniejszą emisję
zanieczyszczeń do atmosfery,
Nowe systemy organizacyjne, zwiększą popyt na transport
publiczny, zmniejszając zapotrzebowanie na transport
indywidualny.
Ad.1. Te działania będą prowadzone w krajach o wysoce rozwiniętych
technologiach,
Ad.2. Te działania wystąpią w Polsce, na zasadach zakupu obcych licencji
bądź własnej myśli technicznej.
4
Slide 5
1. Transport szynowy
1.1. Technologie tramwajowo-kolejowe i lekkich kolei
miejskich w obsłudze obszarów metropolitalnych
Niskopodłogowy dwusystemowy pojazd
szynowy firmy Stadler typu FLIRT
Rodzaje takich pojazdów:
- elektryczne zespoły trakcyjne,
- autobusy szynowe (szynobusy),
- pojazdy dwusystemowe ( połączenie
ruchu kolejowego- normalnotorowego
z ruchem tramwajowym),
- pojazdy o napędzie hybrydowym
(spalinowo-elektrycznym).
5
Slide 6
1.2. Technologie miejskich kolei podwieszonych
Sieć transportowa typu MISTER
•masa własna – max 300 kg,
•średnia prędkość komunikacyjna w mieście – 50 km/h,
•max prędkość projektowa (na dalsze odległości) ~ 200 km/h,
•objętość kabiny – 4 m3,
6
Slide 7
1.3. Technologie szybkich połączeń kolejowych w ruchu regionalnym
Systemy kolei magnetycznej: a) japoński (MAGLEV),
b) niemiecki (TRANSRAPID)
7
Slide 8
1.4. Technologie intermodalne
a) transport kombinowany
(szynowo-drogowy);
b) system „ruchomej drogi”
(Rolling Highway; Ro-La)
c) system „na barana”
(Huckepack lub Piggyback)
– jeden na drugim
d) system „bimodalny” – transport naczep samochodowych koleją i samochodem
8
Slide 9
1.5. Technologie ruchomych peronów
Zasada funkcjonowania ruchomego peronu
9
Slide 10
Rodzaje ogniw paliwowych:
•ogniwo paliwowe z membraną
do wymiany protonów (Protonexchange membrane fuel cell 2.1. Silniki i układy napędowe
PEMFC),
•odwracalne ogniwo paliwowe
(Reversible Fuel Cell - RFC),
•bezpośrednie ogniwo
metanolowe (Direct-methanol
fuel cell - DMFC),
•ogniwo paliwowe z zestalonym
elektrolitem tlenkowym (Solidoxide fuel cell - SOFC),
•ogniwo paliwowe ze stopionym
węglanem (Molten-carbonate
fuel cell - MCFC),
•ogniwo paliwowe z kwasem
fosforowym (Phosphoric-acid
Zmniejszenie emisji CO2 mieszaniny CNG+H2 w fuel cell - PAFC),
porównaniu z benzyną
10
•alkaliczne ogniwo paliwowe
(Alkaline fuel cell - AFC).
2. Transport drogowy
Slide 11
2.2. Pojazdy hybrydowe i elektryczne
Przykłady środków transportu z nowoczesnym napędem hybrydowym:
a) samochód osobowy: Toyota Prius, b) autobus komunikacji miejskiej: Solaria
Turbino 18 Hybrid
General Motors: odwrócony napęd hybrydowy (model Volt), w którym do napędu służy silnik
elektryczny, czerpiący energię z lekkich i pojemnych akumulatorów litowo- jonowych.
11
Slide 12
2.3. Inteligentne Systemy Transportowe (telematyka)
a) Technologie pobierania opłat za korzystanie z infrastruktury drogowej:
•manualne pobieranie opłat,
•mikrofalowe,
•oparte o technologie satelitarne (Satellite Based Tolling).
b) system kart miejskich lub biletów elektronicznych,
c) teleinformatyczne zarządzanie systemami transportowymi
12
Slide 13
2.4. Zaawansowane struktury materiałowe i materiały
stosowane w pojazdach drogowych
a) Nowe stale
HSS to stal o wysokiej
wytrzymałości,
EHSS to jest stal o
podwyższonej wytrzymałośc
UHSS to stal o bardzo
wysokiej wytrzymałości.
b) Aluminium i konstrukcje przekładkowe (Sandwitch) i wypełnienia piankowe
c) Kompozyty
d) Nanotechnologie
e) Biomateriały
Zastosowanie
nanomateriałów na
konstrukcje samochodów
13
Slide 14
Dojrzałe technologicznie rozwiązania, które mogą być
w wdrażane w latach 2015- 2025:
• bezpoślizgowe nawierzchnie,
• stosowanie odpadów przy budowie dróg (np.: zużyte opony),
• kolektory energii słonecznej służące podgrzewaniu nawierzchni
dróg i usuwania lodu,
• nawierzchnie dróg absorbujące hałas w osiedlach,
• systemy nawigacji satelitarnej i kontroli ruchu drogowego,
• systemy zarządzania drogowymi miejscami postojowymi,
• podziemna infrastruktura do przewozów ładunków drogowych.
14
Slide 15
3. Transport lotniczy
Prace rozwojowe koncentrować się będą na trzech wzajemnie
komplementarnych obszarach :
1. Jako priorytetowe traktowane są badania naukowe ujęte w 7.
Programie Ramowym, wraz z projektem – wspólną inicjatywą
technologiczną „Czyste Niebo”. Celem tego projektu jest redukcja do
roku 2020 zużycia paliwa, a tym samym emisji CO2 w przeliczeniu na
1 pkm o 50%, emisji NOx o 80% podczas startu i lądowania i redukcji
niespalonych wodorotlenków i emisji tlenku węgla o 50%, jak również
redukcja hałasu.
2. Stworzenie jednolitej europejskiej przestrzeni powietrznej SES (Single
European Sky), dzięki której nastąpi zmiana zasad zarządzania
ruchem lotniczym w Europie. Wymagać to będzie modernizacji
systemu. Zmiany mają doprowadzić do zmniejszenia emisji o 10% na
jeden lot.
3. Włączenie lotnictwa do europejskiego systemu handlu emisjami (ETS).
15
Slide 16
Jako podstawowe zagrożenie dla środowiska naturalnego
stwarzane przez transport lotniczy uznaje się jego wpływ na
zmiany globalnego klimatu, zwłaszcza poprzez:
– emisję gazów cieplarnianych, szczególnie dwutlenku
węgla,
– emisję aerozoli, szczególnie siarczanów,
– tworzenie smug kondensacyjnych wpływających na rozwój
chmur typu cirrus,
– powstawanie tlenków azotu, które przyczyniają się do
powstania ozonu i pośrednio niszczą metan w górnej
troposferze.
16
Slide 17
W lotnictwie cywilnym współczesne procesy innowacyjne obejmują:
1) koncepcje nowej generacji samolotów,
2) nowej generacji wyposażenie nawigacyjne tradycyjnych samolotów, oraz oparte
na technologiach informatycznych i satelitarnych systemy organizacji ruchu
lotniczego,
3) nowej generacji lotniska i lądowiska.
Wśród obserwowanych trendów innowacyjnych w tej gałęzi jako najważniejsze
można wymienić:
• koncepcje i prototypy samolotów pionowego startu o zmiennej geometrii
skrzydeł,
• nowej generacji sterowce towarowe,
• konstrukcje samolotów przyjaznych dla środowiska o niskiej emisji hałasu i
CO2, oraz samoloty nowej generacji typu „latające skrzydło” (bez
tradycyjnego kadłuba),
• bardzo duże samoloty pasażerskie (typu Airbus 380, prototypowy na tysiąc
miejsc nowy Boeing 797), eksperymentalny samolot Boeinga i NASA
X-48B) dla zmniejszenia liczby startów i lądowań na lotniskach i ograniczenia
na nich kongestii,
• fuzje wielkich lotnisk z miastami i przekształcanie ich w centra logistyczne,
• technologie zautomatyzowanego bezpiecznego sterowania ruchem lotniczym.
17
Slide 18
•
•
•
•
•
Najbardziej obiecujące koncepcje to:
lotniska na sztucznych wyspach (Offshore Airports),
technologie przyspieszonej samoobsługowej odprawy
podróżnych w terminalach lotniczych,
nowe koncepcje szybkiej odprawy bagażu
podróżnych,
nowe koncepcje konstrukcji budynków lotniskowych,
nowe koncepcje transferu podróżnych do i z lotniska.
18
Slide 19
Poszukiwania nowych
źródeł napędu:
samolot na energię
słoneczną (HP-SIA
Solar Impulse )
19
Slide 20
4. Transport wodny
4.1. Żegluga śródlądowa
•
•
•
•
•
•
Na uwagę zasługują tu takie technologie jak:
koncepcje nowej generacji statków śródlądowych, w tym kontenerowych
statków śródlądowych energooszczędnych i czystych pod względem
ekologicznym,
statków typu ro-ro, catamaran lub articulated container vessel,
statków przystosowanych do żeglugi na płytkich drogach wodnych,
rozwiązania promujące przeniesienie ładunków z transportu
samochodowego do wodnego śródlądowego,
nowoczesne systemy i technologie informacji rzecznej,
nowe technologie żeglugi śródlądowej w warunkach zimowych.
20
Slide 21
4.2. Żegluga morska
• oddziaływanie na porty,
• przeładunek towarów masowych,
• gospodarka odpadami ze statków,
• ograniczenie tonażu statków,
• rozwój systemów intermodalnych.
Nowe technologie w tym transporcie to:
• projektowanie i budowa szybkich statków pasażerskich,
• prędkości 35-45 węzłów i superszybkich statków kontenerowych o
prędkości powyżej 50 węzłów,
• wdrażanie zaawansowanych systemów bezpieczeństwa żeglugi
morskiej,
• koncepcje przyjaznych dla środowiska statków, napędzanych
sprężonym gazem ziemnym,
• zautomatyzowane operacje kontenerowe w portach,
• koncepcje zautomatyzowanych systemów logistycznych w portach
morskich i nowej generacji kontenerów (kontenerów składanych ).
21
Slide 22
Wnioski
1. Wynalazki wprawdzie pozwoliły ludziom łatwiej i szybciej docierać do
trudno dostępnych miejsc, ale nie rozwiązały problemów transportowych
w miejscach wysoce zurbanizowanych, gdzie powszechnie występuje
zjawisko kongestii. Problemy transportowe na obszarach
zurbanizowanych pokazują, że istnieją granice postępu, jakiego w
transporcie można dokonać wdrażając nowe rozwiązania techniczne i
technologiczne.
2. Polityka zrównoważonego rozwoju powinna zapewniać nie więcej niż
50% udziału samochodów osobowych w podróżach realizowanych
łącznie tymi pojazdami i transportem zbiorowym.
3. Polska w dużej mierze w następnych latach będzie raczej konsumentem
( licencjobiorcą) cudzej myśli technicznej w zakresie nowych środków
transportu.
4. Wprowadzanie nowych systemów organizacyjnych w transporcie będzie w
Polsce następowało relatywnie szybko, ze względu na fakt, że staliśmy się
jednym spójnym organizmem gospodarczym z Unią Europejską i
światem, w którym drożność i wydajność transportu posiada kapitalne
znaczenie.
Dziękuję za uwagę
22
Projekt Foresight:
Zeroemisyjna gospodarka energią w warunkach
zrównoważonego rozwoju Polski do 2050 roku
Przegląd rozwojowych metod oszczędności
energii w transporcie
Prof.dr hab.inż. Sylwester Markusik
Katowice, czerwiec 2009 r.
Slide 2
Założenia:
Zrównoważony rozwój technologiczny transportu w Polsce
- rozwój techniczny środków transportu,
- poprawa usług transportowych,
- zaspokojenie potrzeb transportowych,
- innowacyjność w rozwoju infrastruktury transportowej.
Zużycie energii według sektorów gospodarki w krajach UE-27 w 2005 r
2
Slide 3
Energochłonność w różnych gałęziach transportu w UE w 2005 r.
Ograniczenie energochłonności, w warunkach powszechnej deficytowości dóbr,
stanowić będzie jeden z kluczowych celów w zakresie gospodarowania zasobami.
3
Slide 4
Wiodące technologie transportowe na świecie:
1.
2.
Nowe technologie w transporcie wykreują środki transportu
powodujące oszczędności w zużyciu energii oraz mniejszą emisję
zanieczyszczeń do atmosfery,
Nowe systemy organizacyjne, zwiększą popyt na transport
publiczny, zmniejszając zapotrzebowanie na transport
indywidualny.
Ad.1. Te działania będą prowadzone w krajach o wysoce rozwiniętych
technologiach,
Ad.2. Te działania wystąpią w Polsce, na zasadach zakupu obcych licencji
bądź własnej myśli technicznej.
4
Slide 5
1. Transport szynowy
1.1. Technologie tramwajowo-kolejowe i lekkich kolei
miejskich w obsłudze obszarów metropolitalnych
Niskopodłogowy dwusystemowy pojazd
szynowy firmy Stadler typu FLIRT
Rodzaje takich pojazdów:
- elektryczne zespoły trakcyjne,
- autobusy szynowe (szynobusy),
- pojazdy dwusystemowe ( połączenie
ruchu kolejowego- normalnotorowego
z ruchem tramwajowym),
- pojazdy o napędzie hybrydowym
(spalinowo-elektrycznym).
5
Slide 6
1.2. Technologie miejskich kolei podwieszonych
Sieć transportowa typu MISTER
•masa własna – max 300 kg,
•średnia prędkość komunikacyjna w mieście – 50 km/h,
•max prędkość projektowa (na dalsze odległości) ~ 200 km/h,
•objętość kabiny – 4 m3,
6
Slide 7
1.3. Technologie szybkich połączeń kolejowych w ruchu regionalnym
Systemy kolei magnetycznej: a) japoński (MAGLEV),
b) niemiecki (TRANSRAPID)
7
Slide 8
1.4. Technologie intermodalne
a) transport kombinowany
(szynowo-drogowy);
b) system „ruchomej drogi”
(Rolling Highway; Ro-La)
c) system „na barana”
(Huckepack lub Piggyback)
– jeden na drugim
d) system „bimodalny” – transport naczep samochodowych koleją i samochodem
8
Slide 9
1.5. Technologie ruchomych peronów
Zasada funkcjonowania ruchomego peronu
9
Slide 10
Rodzaje ogniw paliwowych:
•ogniwo paliwowe z membraną
do wymiany protonów (Protonexchange membrane fuel cell 2.1. Silniki i układy napędowe
PEMFC),
•odwracalne ogniwo paliwowe
(Reversible Fuel Cell - RFC),
•bezpośrednie ogniwo
metanolowe (Direct-methanol
fuel cell - DMFC),
•ogniwo paliwowe z zestalonym
elektrolitem tlenkowym (Solidoxide fuel cell - SOFC),
•ogniwo paliwowe ze stopionym
węglanem (Molten-carbonate
fuel cell - MCFC),
•ogniwo paliwowe z kwasem
fosforowym (Phosphoric-acid
Zmniejszenie emisji CO2 mieszaniny CNG+H2 w fuel cell - PAFC),
porównaniu z benzyną
10
•alkaliczne ogniwo paliwowe
(Alkaline fuel cell - AFC).
2. Transport drogowy
Slide 11
2.2. Pojazdy hybrydowe i elektryczne
Przykłady środków transportu z nowoczesnym napędem hybrydowym:
a) samochód osobowy: Toyota Prius, b) autobus komunikacji miejskiej: Solaria
Turbino 18 Hybrid
General Motors: odwrócony napęd hybrydowy (model Volt), w którym do napędu służy silnik
elektryczny, czerpiący energię z lekkich i pojemnych akumulatorów litowo- jonowych.
11
Slide 12
2.3. Inteligentne Systemy Transportowe (telematyka)
a) Technologie pobierania opłat za korzystanie z infrastruktury drogowej:
•manualne pobieranie opłat,
•mikrofalowe,
•oparte o technologie satelitarne (Satellite Based Tolling).
b) system kart miejskich lub biletów elektronicznych,
c) teleinformatyczne zarządzanie systemami transportowymi
12
Slide 13
2.4. Zaawansowane struktury materiałowe i materiały
stosowane w pojazdach drogowych
a) Nowe stale
HSS to stal o wysokiej
wytrzymałości,
EHSS to jest stal o
podwyższonej wytrzymałośc
UHSS to stal o bardzo
wysokiej wytrzymałości.
b) Aluminium i konstrukcje przekładkowe (Sandwitch) i wypełnienia piankowe
c) Kompozyty
d) Nanotechnologie
e) Biomateriały
Zastosowanie
nanomateriałów na
konstrukcje samochodów
13
Slide 14
Dojrzałe technologicznie rozwiązania, które mogą być
w wdrażane w latach 2015- 2025:
• bezpoślizgowe nawierzchnie,
• stosowanie odpadów przy budowie dróg (np.: zużyte opony),
• kolektory energii słonecznej służące podgrzewaniu nawierzchni
dróg i usuwania lodu,
• nawierzchnie dróg absorbujące hałas w osiedlach,
• systemy nawigacji satelitarnej i kontroli ruchu drogowego,
• systemy zarządzania drogowymi miejscami postojowymi,
• podziemna infrastruktura do przewozów ładunków drogowych.
14
Slide 15
3. Transport lotniczy
Prace rozwojowe koncentrować się będą na trzech wzajemnie
komplementarnych obszarach :
1. Jako priorytetowe traktowane są badania naukowe ujęte w 7.
Programie Ramowym, wraz z projektem – wspólną inicjatywą
technologiczną „Czyste Niebo”. Celem tego projektu jest redukcja do
roku 2020 zużycia paliwa, a tym samym emisji CO2 w przeliczeniu na
1 pkm o 50%, emisji NOx o 80% podczas startu i lądowania i redukcji
niespalonych wodorotlenków i emisji tlenku węgla o 50%, jak również
redukcja hałasu.
2. Stworzenie jednolitej europejskiej przestrzeni powietrznej SES (Single
European Sky), dzięki której nastąpi zmiana zasad zarządzania
ruchem lotniczym w Europie. Wymagać to będzie modernizacji
systemu. Zmiany mają doprowadzić do zmniejszenia emisji o 10% na
jeden lot.
3. Włączenie lotnictwa do europejskiego systemu handlu emisjami (ETS).
15
Slide 16
Jako podstawowe zagrożenie dla środowiska naturalnego
stwarzane przez transport lotniczy uznaje się jego wpływ na
zmiany globalnego klimatu, zwłaszcza poprzez:
– emisję gazów cieplarnianych, szczególnie dwutlenku
węgla,
– emisję aerozoli, szczególnie siarczanów,
– tworzenie smug kondensacyjnych wpływających na rozwój
chmur typu cirrus,
– powstawanie tlenków azotu, które przyczyniają się do
powstania ozonu i pośrednio niszczą metan w górnej
troposferze.
16
Slide 17
W lotnictwie cywilnym współczesne procesy innowacyjne obejmują:
1) koncepcje nowej generacji samolotów,
2) nowej generacji wyposażenie nawigacyjne tradycyjnych samolotów, oraz oparte
na technologiach informatycznych i satelitarnych systemy organizacji ruchu
lotniczego,
3) nowej generacji lotniska i lądowiska.
Wśród obserwowanych trendów innowacyjnych w tej gałęzi jako najważniejsze
można wymienić:
• koncepcje i prototypy samolotów pionowego startu o zmiennej geometrii
skrzydeł,
• nowej generacji sterowce towarowe,
• konstrukcje samolotów przyjaznych dla środowiska o niskiej emisji hałasu i
CO2, oraz samoloty nowej generacji typu „latające skrzydło” (bez
tradycyjnego kadłuba),
• bardzo duże samoloty pasażerskie (typu Airbus 380, prototypowy na tysiąc
miejsc nowy Boeing 797), eksperymentalny samolot Boeinga i NASA
X-48B) dla zmniejszenia liczby startów i lądowań na lotniskach i ograniczenia
na nich kongestii,
• fuzje wielkich lotnisk z miastami i przekształcanie ich w centra logistyczne,
• technologie zautomatyzowanego bezpiecznego sterowania ruchem lotniczym.
17
Slide 18
•
•
•
•
•
Najbardziej obiecujące koncepcje to:
lotniska na sztucznych wyspach (Offshore Airports),
technologie przyspieszonej samoobsługowej odprawy
podróżnych w terminalach lotniczych,
nowe koncepcje szybkiej odprawy bagażu
podróżnych,
nowe koncepcje konstrukcji budynków lotniskowych,
nowe koncepcje transferu podróżnych do i z lotniska.
18
Slide 19
Poszukiwania nowych
źródeł napędu:
samolot na energię
słoneczną (HP-SIA
Solar Impulse )
19
Slide 20
4. Transport wodny
4.1. Żegluga śródlądowa
•
•
•
•
•
•
Na uwagę zasługują tu takie technologie jak:
koncepcje nowej generacji statków śródlądowych, w tym kontenerowych
statków śródlądowych energooszczędnych i czystych pod względem
ekologicznym,
statków typu ro-ro, catamaran lub articulated container vessel,
statków przystosowanych do żeglugi na płytkich drogach wodnych,
rozwiązania promujące przeniesienie ładunków z transportu
samochodowego do wodnego śródlądowego,
nowoczesne systemy i technologie informacji rzecznej,
nowe technologie żeglugi śródlądowej w warunkach zimowych.
20
Slide 21
4.2. Żegluga morska
• oddziaływanie na porty,
• przeładunek towarów masowych,
• gospodarka odpadami ze statków,
• ograniczenie tonażu statków,
• rozwój systemów intermodalnych.
Nowe technologie w tym transporcie to:
• projektowanie i budowa szybkich statków pasażerskich,
• prędkości 35-45 węzłów i superszybkich statków kontenerowych o
prędkości powyżej 50 węzłów,
• wdrażanie zaawansowanych systemów bezpieczeństwa żeglugi
morskiej,
• koncepcje przyjaznych dla środowiska statków, napędzanych
sprężonym gazem ziemnym,
• zautomatyzowane operacje kontenerowe w portach,
• koncepcje zautomatyzowanych systemów logistycznych w portach
morskich i nowej generacji kontenerów (kontenerów składanych ).
21
Slide 22
Wnioski
1. Wynalazki wprawdzie pozwoliły ludziom łatwiej i szybciej docierać do
trudno dostępnych miejsc, ale nie rozwiązały problemów transportowych
w miejscach wysoce zurbanizowanych, gdzie powszechnie występuje
zjawisko kongestii. Problemy transportowe na obszarach
zurbanizowanych pokazują, że istnieją granice postępu, jakiego w
transporcie można dokonać wdrażając nowe rozwiązania techniczne i
technologiczne.
2. Polityka zrównoważonego rozwoju powinna zapewniać nie więcej niż
50% udziału samochodów osobowych w podróżach realizowanych
łącznie tymi pojazdami i transportem zbiorowym.
3. Polska w dużej mierze w następnych latach będzie raczej konsumentem
( licencjobiorcą) cudzej myśli technicznej w zakresie nowych środków
transportu.
4. Wprowadzanie nowych systemów organizacyjnych w transporcie będzie w
Polsce następowało relatywnie szybko, ze względu na fakt, że staliśmy się
jednym spójnym organizmem gospodarczym z Unią Europejską i
światem, w którym drożność i wydajność transportu posiada kapitalne
znaczenie.
Dziękuję za uwagę
22