W tym miejscu można znaleźć wyczerpujące informacje na temat transformacji energetycznej i innowacji firmy BBA Pumps w obszarze napędów przyszłości. Kliknij link, aby przejść bezpośrednio do interesującego Cię tematu.

• Energia
• Elektryfikacja
• Metanol
• Wodór
• Energia z własnych źródeł wody

Energia

Co oznacza słowo energia?

Słowo „energia” pochodzi od greckiego „energeia”. W dosłownym tłumaczeniu oznacza ono stan aktywności. Patrząc na to z innej perspektywy, można również powiedzieć, że bez energii wszystko znajduje się w bezruchu. Temat energii jest często przedmiotem dyskusji. Dotyczy to również branży pomp.

Gdy mówimy o energii, zazwyczaj mamy na myśli jej zużycie wyrażone w kWh lub litrach paliwa. Jednak zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek Miar (SI) oficjalną jednostką energii jest dżul (J). Możemy przeliczyć ją na moc, dodając jednostkę czasu – sekundy (s). Moc oznacza ilość energii przekształcanej w inną formę energii w czasie jednej sekundy.

Wzór na obliczenie mocy: 1 J/s = 1 wat (W)

Aby lepiej to zobrazować: energia uwalniana podczas zapalenia zapałki jest w przybliżeniu równa 1 dżulowi na sekundę = 1 watowi mocy. Dysponując tą wiedzą, można łatwo obliczyć zużycie energii przez pompy elektryczne. Otóż 1 kWh zużytej energii elektrycznej jest równa 3,6 MJ (megadżula).

1 kWh = 1000 J/s x 3600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ

Użytkownicy pomp, którzy chcą obliczyć zużycie energii przez pompy napędzane olejem napędowym, powinni wiedzieć, że gęstość energetyczna oleju napędowego wynosi 42,6 MJ/kg. Przy zużyciu paliwa wynoszącym 235 g/kWh, 1 kWh pobieranej przez silnik wysokoprężny mocy odpowiada 10 MJ.

1 kWh = 0,235 kg x 42,6 MJ/kg = 10 MJ  

Zużycie energii

Wszyscy zużywamy niewiarygodne ilości energii. Jeśli przyjrzymy się, w jaki sposób energia jest wykorzystywana w poszczególnych sektorach gospodarki, to zobaczymy, że rozkład zużycia jest dość równy. Może oczywiście zmieniać się w czasie, ale poniższe dane dobrze obrazują obecną sytuację:

• Przemysł 25%
• Transport 29%
• Gospodarstwa domowe 28%
• Rolnictwo i inne 18%

Wydając Dyrektywę w sprawie efektywności energetycznej 2023/1791, Unia Europejska postawiła sobie za cel ograniczenie zużycia energii do poziomów niższych niż wyznaczone w poprzednich prognozach. Na szczeblu krajowym widoczne jest coraz silniejsze zaostrzanie środków. Na przykład w Holandii właściciele budynków zużywających duże ilości energii zostali niedawno zobowiązani do jej oszczędzania. Cel jest jasny – ograniczenie zużycia energii na całym świecie.

Dostęp do energii ze źródeł kopalnych

Paliwa kopalne nadal stanowią najważniejsze źródło naszej energii. Określenie „paliwa kopalne” to związki węglowodorowe, które powstały w skorupie ziemskiej w wyniku ściśnięcia rozłożonej materii roślinnej i zwierzęcej. Proces ten trwał miliony lat, a obecnie wydobywamy te węglowodory z ziemi i wykorzystujemy je jako źródło energii.

Wyróżniamy następujące kopalne źródła energii:

• Węgiel. Jest to surowiec powszechnie dostępny, występujący w niemal każdym kraju na świecie. Biorąc pod uwagę obecny poziom wydobycia i znane rezerwy, korzystanie z tego rodzaju paliwa może mieć charakter globalny przez kolejne 140 lat.
  
  
• Ropa naftowa.. Jej największe złoża znajdują się w Stanach Zjednoczonych, na Bliskim Wschodzie i w Rosji. Biorąc pod uwagę znane rezerwy i obecny poziom wydobycia, należy się spodziewać, że źródło to będzie dla nas dostępne przez kolejne 50 lat.
   
• Gaz ziemny. Największe znane złoża gazu ziemnego znajdują się w Rosji i Iranie. Przy obecnych rezerwach i obecnym tempie wydobycia paliwo to mogłoby zapewnić nam energię przez kolejne 90 lat. Niemniej popyt stale rośnie, a z powodu niepokojów politycznych na świecie wyczerpywanie się dostępnych kopalnych źródeł energii będzie przyspieszać.

Paliwa kopalne jako źródło energii mają wiele zalet. Są tanie, dostępne niemal wszędzie na świecie i można je łatwo przechowywać w celu późniejszego wykorzystania. Jednak energia ze źródeł kopalnych wiąże się również z pewnymi poważnymi problemami. Oprócz tego, że jej zasoby są w ostatecznym rozrachunku skończone, zawierają one także węgiel, a spalanie bogatych w węgiel paliw kopalnych powoduje emisje CO₂. Gaz ten przyczynia się do globalnego ocieplenia. Zwiększając emisje CO₂, powodujemy wzrost temperatury planety. Zagraża to bezpośrednio stabilności klimatu, co może mieć katastrofalne skutki.

W 2015 r. 195 krajów podpisało tzw. porozumienie paryskie, którego celem było ograniczenie emisji CO₂.

Porozumienie paryskie

W ogólnym ujęciu wszystkie rządy na świecie wspólnie uzgodniły zobowiązanie do utrzymania globalnego ocieplenia na poziomie poniżej dwóch stopni Celsjusza do roku 2050. Wartości odnoszą się do poziomów z roku 1990.

Aby osiągnąć ten cel, zaplanowano stopniową redukcję emisji CO₂:

• Do roku 2030 emisje CO₂ muszą zostać zmniejszone o co najmniej 49% w porównaniu z wartościami z 1990 r.
• Do roku 2050 emisje CO₂ muszą zostać zmniejszone o co najmniej 95% w porównaniu z wartościami z 1990 r.

Osiągnięcie tych celów pozwoliłoby na osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2050 roku. Jednak aby to się udało, musimy między innymi przejść z paliw kopalnych na zrównoważone źródła energii.

Koncepcja Trias Energetica

Dobrze znaną koncepcją umożliwiającą realizację tego ambitnego globalnego celu jest Trias Energetica. W ramach tego podejścia można zdefiniować następujące kroki:

1. Ograniczyć zapotrzebowanie na energię. Istnieje wiele możliwości ograniczenia zużycia energii we wszystkich sektorach. Możemy poprawić efektywność wykorzystania energii poprzez wdrażanie prostych rozwiązań technicznych, zmniejszyć jej zużycie przez urządzenia oraz podnieść ogólną świadomość znaczenia zapobiegania marnotrawstwu energii.
   
   
2. Korzystać ze zrównoważonych źródeł energii. Pozostałą część zapotrzebowania należy pokryć w miarę możliwości ze zrównoważonych źródeł. Przykładowe zrównoważone źródła energii to słońce, wiatr i woda.
   
   
3. Jeśli całego światowego zapotrzebowania na energię nie da się zaspokoić ze zrównoważonych źródeł, wydobywane nadal paliwa kopalne powinny być wykorzystywane w możliwie najbardziej czysty, wydajny i efektywny sposób.

Zrównoważone zasoby energii

Zrównoważone źródła energii to zasoby, które mogą dostarczać energii elektrycznej lub cieplnej w sposób odnawialny już na początku procesu. Wyrażenie „odnawialne” w tym przypadku oznacza, że źródło nigdy się nie ulega wyczerpaniu!Ponadto emisje CO₂ pochodzące ze zrównoważonych źródeł energii są neutralne lub nawet zerowe.

Wyróżniamy następujące odnawialne źródła energii:

• Energia słoneczna. Źródłem wszelkiej energii jest Słońce, które może dostarczać na całym świecie o wiele więcej energii, niż potrzebujemy. Możemy pozyskiwać z niego ciepło za pomocą kolektorów słonecznych lub przetwarzać światło słoneczne bezpośrednio na energię elektryczną za pomocą paneli słonecznych.
  
  
• Energia wiatrowa. Wiatr możemy przekształcać w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych. W wielu krajach, np. w Holandii, energia wiatrowa będzie stanowić ważne źródło energii w przyszłości.
   
• Energia z wody. Woda oferuje ogromny potencjał jako źródło zrównoważonej energii. Fale i przepływ można wykorzystać do wytwarzania energii. Zapory wodne są dobrze znanym przykładem konstrukcji umożliwiających wytwarzanie energii elektrycznej z wody. Ponadto istnieje energia pływów oraz energia potencjalna mieszania wody słodkiej ze słoną – choć technologie ich ujarzmienia są często wciąż w fazie eksperymentalnej.
  
  
• Energia z biomasy to proces pozyskiwania energii z materii organicznej zawartej w surowcach roślinnych i zwierzęcych. Energię można uzyskać poprzez spalanie, fermentację lub gazyfikację biomasy. Przykładem może być produkcja biopaliw z rzepaku, trzciny cukrowej, kukurydzy i zbóż. Biomasa może dostarczać czystsze paliwa stanowiące alternatywę dla paliw kopalnych, czym wspiera przechodzenie na zrównoważoną energię.

Zrównoważona energia oferuje ogromne korzyści, ale wiąże się też z poważnymi wyzwaniami. Jednym z największych z nich jest brak równowagi między podażą a popytem na energię. Na przykład latem panele słoneczne wytwarzają o wiele więcej kWh energii elektrycznej, niż potrzeba. W miesiącach zimowych jest odwrotnie – popyt znacznie przewyższa podaż. W chłodniejszych miesiącach potrzebujemy znacznie więcej energii, ale w północnoeuropejskich krajach zimą rzadko świeci słońce. Podobna nierównowaga występuje w przypadku energii wiatrowej.

Problem braku równowagi dotyczy głównie energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych – tzw. zielonej energii. Nadwyżkę energii, której aktualnie nie potrzebujemy, możemy tymczasowo zmagazynować w akumulatorach. Jednak musi ona zostać zużyta w określonym czasie, ponieważ akumulatory ulegają rozładowaniu. Niemniej jeśli chcemy magazynować energię elektryczną przez dłuższy czas, aby mieć do niej dostęp o każdej porze roku, możemy ją przekształcić w wodór.

Systemy energetyczne w latach 2030–2050

Nasz system energetyczny musi stać się neutralny klimatycznie do 2050 r. Istnieją różne sposoby dokonania tej transformacji. Każdy z nich ma inny wpływ na inwestycje i wybory infrastrukturalne.

Dostępne opcje różnią się od siebie pod wieloma istotnymi względami. Przykładowo: rząd może wymusić na firmach określone działania, wprowadzając odpowiednie przepisy. Transformacja energetyczna może być prowadzona na szczeblu międzynarodowym, krajowym lub lokalnym.

Ponadto na specyfikę systemu energetycznego może także wpływać rodzaj nośnika energii wykorzystywanego w poszczególnych sektorach.

Czerwiec 2023 r. W Holandii przedsiębiorstwa wchodzące w skład sieci energetycznej opublikowały obszerny raport z badania poświęconego zintegrowanemu systemowi energetycznemu na lata 2030–2050. Szczegółowo opisano w nim cztery poniższe scenariusze:

• Zdecentralizowane inicjatywy (DEC)
• Krajowe kierownictwo (NAT)
• Europejska integracja (EUR)
• Handel międzynarodowy (INT)

Przygotowaliśmy wykres podsumowujący cztery scenariusze końcowego zapotrzebowania na energię do 2050 r. Ma on charakter wyłącznie informacyjny i nie może stanowić podstawy do wysuwania roszczeń prawnych.


Podstawowe wnioski podsumowujące wykres:

1. W każdej kolejnej dekadzie będziemy obserwować wyraźny spadek zużycia energii.
2. Należy się spodziewać dużego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną.
3. Spodziewamy się, że od 2030 r. znaczącą rolę będzie odgrywał wodór.
4. Do 2040 r. ropa naftowa i gaz ziemny nadal będą ważnymi źródłami energii. 

W praktyce wzorce konsumpcji mogą zmieniać się inaczej, niż przewidują powyższe scenariusze. Na system energetyczny wpływają również wybory społeczne. Będziemy świadkami znaczących różnic w ujęciu regionalnym, krajowym i międzynarodowym. Większość ekspertów uważa, że przyszły system energetyczny będzie połączeniem wszystkich dostępnych zrównoważonych źródeł energii.

Elektryfikacja

Czym jest elektryfikacja?

Elektryfikacja oznacza zasadniczo zastępowanie energii z paliw kopalnych energią elektryczną wytwarzaną ze źródeł odnawialnych. Jest to proces zastępowania technologii wariantami elektrycznymi wszędzie tam, gdzie wcześniej korzystano wyłącznie z opcji nieelektrycznych.

Celem elektryfikacji jest redukcja emisji CO₂. Energię elektryczną można wytwarzać w sposób neutralny klimatycznie, co odgrywa ważną rolę w zrównoważonym rozwoju. Wśród przykładów elektryfikacji wymienić można:

• Ogromny wzrost liczby paneli słonecznych i turbin wiatrowych.
• Wzrost liczby pojazdów elektrycznych na drogach publicznych wraz z rozbudową infrastruktury ładowania.
• Gospodarstwa domowe odchodzą od ogrzewania za pomocą kotłów zasilanych gazem ziemnym na rzecz elektrycznych pomp ciepła.

Również w obszarze mobilnych agregatów pompowych obserwujemy wzrost liczby pomp napędzanych elektrycznie. Firma BBA Pumps przeprowadziła kilka lat temu standaryzację serii pomp w zakresie obu układów napędowych. Użytkownicy pomp mogą wybierać pomiędzy agregatem pompowym napędzanym silnikiem wysokoprężnym spełniającym obowiązujące wymogi w zakresie emisji a tym samym agregatem napędzanym silnikiem elektrycznym.

Aktualne rozwiązania elektryczne firmy BBA Pumps

Pompy elektryczne podłączane do sieci energetycznej
Elektryczne pompy mobilne są podłączane do sieci energetycznej. W przypadku korzystania ze zrównoważonego źródła energii agregat pompowy jest w 100% neutralny klimatycznie. Niestety nie można zagwarantować stabilnego zasilania sieciowego o wystarczającej mocy w każdym miejscu eksploatacji. Rozwiązaniem problemu może być wprowadzenie generatora w pobliżu pompy elektrycznej. Jednak wówczas nie można liczyć na optymalne parametry kosztów operacyjnych, efektywności i zrównoważonej działalności.
 
Podłączana pompa hybrydowa
Na początku 2022 r. firma BBA Pumps wprowadziła na rynek hybrydową pompę do odwadniania igłofiltrowego PT z silnikiem wysokoprężnym i silnikiem elektrycznym. Pozwala ona korzystać z zasilania sieciowego, co przekłada się na utrzymanie niskiego zużycia energii i niskich emisji CO₂. Jeżeli w miejscu eksploatacji nie ma dostępu do źródła zasilania, można skorzystać z silnika wysokoprężnego jako napędu alternatywnego.
 
Opcjonalne przełączanie automatyczne
Czy potrzebujesz pewności połączenia w przypadku niestabilnych źródeł zasilania? Wówczas rozwiązaniem może być opcjonalne przełączanie automatyczne. Opcja została opracowana dla podłączanych pomp hybrydowych do igłofiltrów PT. Zapewnia ona uruchomienie silnika wysokoprężnego natychmiast po zaniku zasilania sieciowego. Po przywróceniu zasilania sieciowego pompa automatycznie przełącza się z powrotem na silnik elektryczny. Oznacza to możliwość skorzystania z niezawodnego rozwiązania zapasowego – w każdej chwili i bez konieczności wprowadzania awaryjnego generatora zasilania.

Innowacje firmy BBA Pumps w obszarze elektryfikacji

W miarę wzrostu popularności pojazdów elektrycznych przyzwyczajamy się w coraz większym stopniu do ładowania akumulatorów zamiast tankowania samochodów. Elektryfikacja jest również uwzględniana w budżetach na innowacje u największych producentów z branż transportowej, sprzętu budowlanego i maszyn do robót ziemnych.

Podobny trend można dostrzec w świecie mobilnych agregatów pompowych – widzimy większy nacisk na ochronę środowiska, zużycie energii i emisje gazów. Wychodząc naprzeciw tym przyszłym trendom, zespół ds. innowacji firmy BBA Pumps dokonał ważnego osiągnięcia. Oprócz istniejących mobilnych pomp elektrycznych zasilanych z sieci wprowadzamy pierwsze elektryczne pompy akumulatorowe.

Elektryczne pompy akumulatorowe
Mobilne pompy elektryczne akumulatorowe firmy BBA Pumps napędzane są silnikiem elektrycznym i montowane w obudowie. Inaczej niż w przypadku starszych modeli, w których zadaniem obudowy było tłumienie hałasu silnika, elektryczne pompy akumulatorowe są wyjątkowo ciche. Pod obudową, która stanowi teraz część kompletnej konstrukcji, wprowadzono wszystkie podzespoły elektryczne i akumulator litowo-żelazowo-fosforanowy (LiFePO4).

Zalety akumulatorów LiFePO4 firmy BBA Pumps:

• Optymalne bezpieczeństwo
• Stosunkowo niska masa 
• Wysoka gęstość energii
• Brak zapotrzebowania na konserwację
• Bardzo niski wskaźnik samorozładowania
• Możliwość szybkiego ładowania
• Brak efektu pamięci (utraty pojemności)
• Wbudowane ogrzewanie do ładowania w niskich temperaturach
• Długa żywotność: ≥ 4000 cykli ładowania*

* W przypadku ładowania lub użytkowania w temperaturze otoczenia 25°C i rozładowywania do poziom maks. 90%.

Mobilne agregaty z elektrycznymi pompami akumulatorowymi firmy BBA Pumps są wyposażone w przyłącze sieciowe przystosowane do prądu o wartości 32 A (400 V) lub 16 A (230 V). Za pomocą adapterów można łatwo podłączyć pompę do stacji ładowania pojazdów elektrycznych lub przyłącza 1-fazowego. W ten sposób użytkownik pompy może w pełni wykorzystać dostępność zewnętrznych źródeł zasilania. Pojemność akumulatora obliczono na około dziesięć godzin pracy. W zależności od miejsca użytkowania pompy i związanego z tym poboru prądu możliwe jest tłoczenie przez czas dłuższy niż jeden dzień roboczy.

Standardowo agregat pompowy jest wyposażony w funkcję oszczędzania energii. Dzięki automatycznej kontroli poziomu możliwe jest obniżenie zużycia energii. Inteligentne zarządzanie pozwala znacząco wydłużyć czas zasilania za pomocą akumulatora.

Panel słoneczny w drzwiach obudowy stanowi gwarancję stałego ładowania 12-woltowego akumulatora trakcyjnego. Ten oddzielny akumulator służy do aktywacji układów podczas rozruchu, a panel słoneczny przyczynia się dodatkowo do zmniejszenia całkowitego zużycia energii.

Dzięki stosowaniu układów elektrycznych o napięciu niższym niż 110 V DC możemy zagwarantować wysoki poziom bezpieczeństwa. Oznacza to, że właściciel agregatu pompowego nie potrzebuje wykwalifikowanego personelu technicznego do wykonywania prac konserwacyjnych.

Elektryczne pompy akumulatorowe firmy BBA Pumps nie podlegają normie niskonapięciowej EN 1010. Dzięki stosowaniu układów elektrycznych o napięciu poniżej 110 V DC możemy zagwarantować wysoki poziom bezpieczeństwa.
 
Zalecenie: aby uzyskać certyfikat, warto wybrać normę NEN 9140 dotyczącą bezpieczeństwa prac przy pojazdach elektrycznych.

Elektryczna akumulatorowa pompa odwadniająca z silnikiem wysokoprężnym
Elektryczna pompa akumulatorowa z silnikiem wysokoprężnym napędzana jest oszczędnym silnikiem elektrycznym. Wbudowany sterownik reguluje prędkość pracy silnika. Agregat pompowy wyposażony jest w przyłącze sieciowe i akumulator. Po podłączeniu agregatu do sieci elektrycznej prąd automatycznie przepływa przez akumulator i jest wykorzystywany jako napęd oraz do ładowania.

W przypadku braku zasilania sieciowego silnik elektryczny działa dzięki energii pobieranej z akumulatora. Po rozładowaniu akumulatora następuje automatyczne uruchomienie wbudowanego generatora wysokoprężnego w celu naładowania akumulatora. Generator to 1-cylindrowy silnik wysokoprężny (DPU) z technologią DriveOn^®. W związku z jego obecnością agregat pompowy wyposażony jest we własny zbiornik paliwa. Generator wysokoprężny pracuje zawsze z efektywnym obciążeniem, co przekłada się na minimalne emisje spalin.

W celu zapewnienia dodatkowych oszczędności energii agregat pompowy wyposażono w specjalny wyłącznik sterowany poziomem. Wymiary i kształt dobrano w taki sposób, aby wyłącznik pasował do igłofiltra. Po osiągnięciu pożądanego poziomu wód gruntowych prędkość pompy zostaje zmniejszona o 50%. Przekłada się to na znaczące zmniejszenie zużycia energii!

Właściwości pomp elektrycznych firmy BBA Pumps

• Zużycie energii (w dżulach) przez pompy elektryczne jest znacznie mniejsze niż w przypadku tych samych pomp napędzanych silnikiem wysokoprężnym. Ma to związek z wysoką, sięgającą nawet 96%, sprawnością obecnej generacji silników elektrycznych.
  
  
• Napędy pomp często pracują z częściowym obciążeniem, ponieważ użytkownicy wolą wybierać punkt roboczy przypadający w punkcie najwyższej sprawności. Główną zaletę silników elektrycznych stanowi fakt, że ich sprawność pozostaje na podobnym poziomie przy mniejszym zużyciu energii. Przy ¾ obciążenia sprawność może czasami być nawet nieznacznie wyższa niż przy pełnym obciążeniu.
  
  
• Poprzez zastosowanie regulatora częstotliwości w pompie elektrycznej z automatyczną kontrolą poziomu można osiągnąć dalszą redukcję zużycia energii. Agregat pompowy uruchamia się i zatrzymuje automatycznie wraz ze wzrostem lub spadkiem poziomu cieczy, dzięki czemu pompa zużywa energię tylko wtedy, gdy jest to konieczne.
  
  
• Poziom hałasu generowanego przez maszyny elektryczne jest wyjątkowo niski. Podobnie wygląda to również w odniesieniu do mobilnych pomp elektrycznych firmy BBA Pumps. Oficjalne raporty dotyczące zgodności hałasu z normą ISO 3744:2010 zawierają niekiedy adnotację, że „słyszalny był hałas zakłócający dźwięków wydawanych przez ptaki”. Nasz najcichszy agregat pompowy odznacza się niezwykle niskim poziomem hałasu wynoszącym zaledwie 30 dB(A) w odległości 10 metrów.
  
  
• Rozkład kosztów cyklu życia (LCC) w przypadku mobilnych pomp elektrycznych znacznie różni się od rozkładu kosztów związanych z eksploatacją agregatów pompowych napędzanych silnikiem wysokoprężnym. Nie da się ukryć, że koszty regularnej konserwacji silnika wysokoprężnego znacząco rosną w trakcie jego eksploatacji. Silnik elektryczny wymaga niewielkiej konserwacji lub nie wymaga jej wcale. Jednak największa różnica w zakresie kosztów cyklu życia dotyczy kosztów energii. Ceny paliw są obecnie wysokie i z roku na rok rosną. Ceny energii elektrycznej pozostają niskie, a w słoneczne dni lub przy silnym wietrze mamy nadwyżki energii odnawialnej, co powoduje znaczną obniżkę cen.
  
  
• Od początku 2025 r. mobilne pompy elektryczne firmy BBA Pumps są standardowo wyposażone w ekran dotykowy z interfejsem HMI (Human Machine Interface). W ten sposób sterowanie odbywa się w przyjazny dla użytkownika sposób oraz oferuje możliwości przyszłej rozbudowy o nowe (energooszczędne) funkcje.

Akumulatorowe pompy elektryczne firmy BBA Pumps w praktyce

Pompy mobilne wykorzystywane są w wielu zastosowaniach, takich jak odwadnianie igłofiltrowe, tłoczenie ścieków i usuwanie skutków powodzi. Jednak urządzenia te bywają też okresowo przechowywane. Na efektywność mogą wpływać również czynniki zewnętrzne, takie jak temperatura otoczenia. Jak w praktyce wygląda eksploatacja pomp elektrycznych zasilanych akumulatorami?

Choć wciąż znajdujemy się na początku nowej ery, użytkowanie pomp elektrycznych zasilanych akumulatorami jest stosunkowo proste:

• Należy unikać doprowadzania do rozładowania akumulatora poniżej poziomu naładowania wynoszącego 10%, a także ładowania go do poziomu powyżej 90%. Akumulator można jednak naładować do poziomu 100% – nie stanowi to problemu pod warunkiem, że agregat pompowy zostanie natychmiast uruchomiony.
  
  
• W razie długotrwałego przechowywania odradza się stanowczo przechowywanie pompy elektrycznej w stanie pełnego naładowania akumulatora. W takich przypadkach zalecamy naładowanie go do poziomu około 50%.
  
  
• Akumulatory oferują najlepszą funkcjonalność w temperaturze otoczenia mieszczącej się w przedziale 15–25°C.
  
  
• Aby umożliwić ładowanie w niskich temperaturach, akumulatory wyposażono standardowo w system ogrzewania.
  
  
• Prędkość ładowania akumulatorowej pompy elektrycznej zależy od modelu. Szczegóły można znaleźć na karcie danych technicznych agregatu pompowego.
  
  
• Jeśli akumulator oferuje niewystarczającą pojemność do pomyślnej realizacji projektu wykorzystania pompy, można podłączyć akumulator zewnętrzny.
  
  
• Czy pożądaną właściwością jest zdolność do monitorowania stanu akumulatora pompy mobilnej w dowolnej chwili i z dowolnego miejsca? Jeżeli tak, należy sięgnąć po opcjonalny system zdalnego monitorowania „linQ”.

Metanol

Czym jest metanol?

W toku transformacji w kierunku zrównoważonych źródeł energii obserwujemy duże zainteresowanie metanolem jako alternatywą dla paliw kopalnych. Metanol to ciecz wytwarzana głównie syntetycznie. Jest to najprostsza (trująca) postać alkoholu o wzorze CH₃OH, a więc obejmująca jeden atom węgla, cztery atomy wodoru i jeden atom tlenu.

Metanol można wytwarzać ze źródeł odnawialnych, takich jak biomasa, odpady, a nawet z CO₂ wyekstrahowanego z powietrza. Proces ten może znacząco zmniejszyć ślad węglowy w porównaniu z produkowaniem metanolu przy wykorzystaniu energii z paliw kopalnych.

Metanol to surowiec szeroko stosowany w przemyśle chemicznym – na przykład do produkcji kwasu octowego. Ponadto jest wykorzystywany jako paliwo do silników i ogniw paliwowych. Metanol odznacza się szeregiem ważnych właściwości, które podnoszą jego atrakcyjność jako paliwa. Należą do nich:

• czyste spalanie;
• łatwość transportu i przechowywania;
• wysoka liczba oktanowa;
• brak siarki.

Czyste spalanie w silnikach spalinowych oznacza mniejsze emisje azotu, tlenków siarki i cząstek stałych. W porównaniu z olejem napędowym metanol oferuje gorsze właściwości smarne, wyższą temperaturę zapłonu oraz o ponad połowę mniejszą gęstość energetyczną.

W przypadku pomp napędzanych metanolem poprzez ogniwo paliwowe nie powstają żadne emisje, a właściwości smarne i temperatura zapłonu również nie mają znaczenia. Ponadto w przypadku stosowania ogniw paliwowych aż tak istotna nie jest również mniejsza gęstość energii. Sprawność takiego układu, w tym napędu elektrycznego, jest znacznie wyższa w porównaniu z silnikiem spalinowym.

Metanol może okazać się zrównoważonym rozwiązaniem – zwłaszcza w przypadku zastosowań wymagających dużej ilości energii lub pracy przez dłuższy czas.

Innowacje firmy BBA Pumps w obszarze metanolu

Opracowując pierwszą pompę mobilną zasilaną metanolem, zdecydowaliśmy się na sięgnięcie po ogniwa paliwowe. Ogniwo paliwowe przetwarza nośnik energii – zwykle wodór – bezpośrednio na energię elektryczną. Towarzyszy temu reakcja elektrochemiczna, a nie spalanie. Dzięki temu ogniwa paliwowe są wydajne i przyjazne dla środowiska.

Pompa wykorzystująca ogniwo paliwowe zasilane metanolem
Pojęcie „energii elektrycznej” zostało już omówione we wstępie. Pompa z ogniwem paliwowym zasilanym metanolem napędzana jest oszczędnym silnikiem elektrycznym. Pompa i silnik elektryczny są dostarczane z obudową oraz zlokalizowanym na dole dużym zbiornikiem na paliwo, tj. metanol. Agregat pompowy wyposażony jest także w reformer, ogniwo paliwowe oraz akumulator.
 
Jak działa pompa wykorzystująca ogniwo paliwowe zasilane metanolem?
Pompę mobilną montuje się w miejscu eksploatacji, np. w obrębie instalacji odwadniania igłofiltrami. Do napędzania pompy służy silnik elektryczny, który pobiera energię z akumulatora. Pompa może zostać podłączona do sieci energetycznej, jeżeli istnieje taka możliwość. Wówczas pompa działa na tej samej zasadzie co akumulatorowa pompa elektryczna.

Jeżeli projekt instalacji odwadniania igłofiltrami nie przewiduje podłączenia do sieci energetycznej, zbiornik należy napełnić mieszaniną metanolu i wody. Produkt ten dostępny jest w sprzedaży w postaci gotowej mieszaniny w stosunku objętościowym 60/40. Pompa jest nadal napędzana silnikiem elektrycznym, ale gdy akumulator ulegnie wyczerpaniu, automatycznie włączony zostanie reformer. Reformer to urządzenie przekształcające metanol w wodór. Cząsteczka metanolu składa się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru.

Do reformera wprowadzana jest mieszanina metanolu i wody. Mieszanina podgrzewana jest do temperatury około 300°C. W reformerze zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której metanol zostaje przekształcony w wodór (H₂), dwutlenek węgla (CO₂) i bardzo małą ilość tlenku węgla (CO).

Z układu zostają usunięte dwutlenek i tlenek węgla, a pozostaje w nim czysty wodór. Następnie wodór trafia do ogniwa paliwowego, gdzie jest przetwarzany na energię elektryczną, która jest magazynowana w akumulatorze i wykorzystywana do napędzania pompy. Po pełnym naładowaniu akumulatora ogniwo paliwowe zostaje wyłączone, aby skrócić jego czas pracy. 

Przyjazne dla środowiska rozwiązanie napędowe do pomp

Wykorzystanie metanolu jako alternatywy dla paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa, to ważny krok w kierunku neutralności klimatycznej. Jednym z warunków jest jednak, aby metanol był wytwarzany w ekologiczny sposób. Firma BBA Pumps wybrała w ramach pierwszego etapu wykorzystania metanolu agregat pompowy z ogniwem paliwowym. Ten kierunek jest bardziej przyjazny dla środowiska niż wykorzystanie silnika spalinowego zasilanego metanolem.

Ze względów praktycznych i ekonomicznych zastosowanie ogniwa paliwowego jest obecnie możliwe w przypadku niewielkich agregatów pompowych. W przypadku większych pomp mobilnych powodujących większe zużycie energii najlepszym rozwiązaniem technicznym wydaje się silnik spalinowy zasilany metanolem. Niemniej silnik spalinowy nie jest uznawany za czyste i bezemisyjne rozwiązanie konstrukcyjne (zgodnie z holenderskim porozumieniem SEB).

Wodór

Czym jest wodór?

Wodór to najlżejszy i najpowszechniej występujący na Ziemi pierwiastek. Jest gazem bezwonnym i niewidocznym dla ludzkiego oka.

Wodór zachowuje się bardzo podobnie do gazu ziemnego. Z tego powodu może być wykorzystywany jako paliwo lub nośnik energii. Wodór ma najwyższą gęstość energetyczną na jednostkę masy, której górna wartość wynosi 141 MJ/kg. To ponad trzy razy więcej w porównaniu z gazem ziemnym czy olejem napędowym.

Cząsteczka wodoru (H₂) składa się z dwóch atomów wodoru (H). W cząsteczce nie ma węgla, więc wodór nie emituje CO₂. Dowodzi to znaczenia wodoru jako potencjalnego składnika zrównoważonego systemu energetycznego.

Historia wodoru

Wodór jest znany ludzkości od dawna. Już w 1671 r. chemik Robert Boyle podejrzewał istnienie wodoru. Jednak dopiero w 1766 r. pierwiastkowi temu nadano ostatecznie łacińską nazwę „hydrogenium”, którą w staropolszczyźnie tłumaczono jako „wodoród”. Rok 1874 był znamiennym momentem w historii, gdy Juliusz Verne w książce „Tajemnicza wyspa” opisał przyszłość świata, w którym zasoby węgla uległy wyczerpaniu, a wodór zastąpił węgiel jako główne źródło energii.

W 1920 r. inżynier Rudolf Erren poczynił ważne postępy w rozwoju silników spalinowych zasilanych wodorem. W 1959 r. powstał pierwszy pojazd wodorowy – ciągnik Allis-Chalmers zasilany za pomocą ogniw paliwowych.

W całym XX wieku wodór był coraz częściej wykorzystywany jako surowiec przemysłowy. W ramach realizacji nowych celów klimatycznych od 2020 r. jesteśmy świadkami szybkiego rozwoju branży wodorowej.

Produkcja wodoru

Wodór może być wytwarzany na różne sposoby. Każda z metod produkcji jest po prostu oznaczona za pomocą koloru. Kolory te wyrażają wpływ procesu na środowisko naturalne oraz wykorzystywane w produkcji surowce.

Najpowszechniejszymi rodzajami wodoru są:

• Wodór szary: powstaje przy wykorzystaniu paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny. W procesie produkcji do atmosfery uwalniane są znaczne ilości CO₂. Dlatego ma on dość znaczący negatywny wpływ na środowisko naturalne.
  
  
• Wodór niebieski: produkowany jest tą samą metodą co wodór szary, ale emisje CO₂ są wychwytywane i magazynowane pod ziemią. Długoterminowe konsekwencje tego procesu nie są jeszcze znane, ale zapobiega on uwalnianiu CO₂ do atmosfery.
  
  
• Wodór zielony: powstaje w wyniku rozszczepienia cząsteczek wody na wodór i tlen w procesie elektrolizy. O wodorze zielonym możemy mówić tylko wówczas, gdy energia elektryczna potrzebna do jego produkcji pochodzi ze zrównoważonych źródeł. Jest to w pełni zrównoważona i wolna od emisji CO₂ metoda produkcji wodoru.

W nadchodzących latach planowane są ogromne projekty uruchomienia produkcji wodoru zielonego, w tym budowy farm wiatrowych i słonecznych, które zapewnią zrównoważoną energię elektryczną do zasilania tego procesu. Istniejące gazociągi są przekształcane w sposób umożliwiający transport wodoru w przyszłości.

To pozytywne zmiany na drodze do osiągnięcia neutralności klimatycznej. Potrzebujemy ogromnych zasobów energii elektrycznej, aby stopniowo wycofywać paliwa kopalne. Niemniej tego rodzaju elektryfikacja ma też swoje wady. Latem mamy często nadmiar energii elektrycznej, a zimą jej niedobór. Powoduje to zachwianie równowagi między podażą a popytem.

Produkcja wodoru zielonego jest rozwiązaniem pozwalającym na magazynowanie nadwyżek energii. Nadwyżkę energii elektrycznej można przekształcić w wodór, aby następnie zmagazynować ją w zbiornikach. Zmagazynowany wodór możemy potem ponownie przekształcić w energię elektryczną lub wykorzystać jako surowiec.

Zastosowania wodoru

Wodór jest wykorzystywany na wiele sposobów i w różnych sektorach jako surowiec, paliwo oraz środek magazynowania energii. W związku z powstawaniem nowych zakładów wytwarzających wodór oraz rurociągów do jego transportu oczekujemy, że łańcuch dostaw będzie gotowy do 2030 r. Dostępna stanie się wówczas znaczna ilość wodoru zielonego, który będzie można wykorzystać na wiele sposobów:

1. Absolutnym priorytetem jest przemysł chemiczny. Wodór to ważny surowiec do produkcji amoniaku wykorzystywanego w nawozach. Aby osiągnąć założone cele klimatyczne, w pierwszej kolejności należy skupić się na tej branży.
   
   
2. Wodór może być stosowany jako źródło energii w sektorach wymagających wysokich temperatur. Na przykład w wysokich temperaturach (powyżej 600°C) odbywa się produkcja stali. Wodorem można z łatwością zastąpić energię pochodzącą ze źródeł kopalnych w tym sektorze.
   
   
3. Wodór do magazynowania energii. Wodór będzie wykorzystywany do sezonowego magazynowania energii elektrycznej wytwarzanej w zrównoważony sposób. Energię tę będzie można wykorzystać później na różne sposoby.
   
   
4. Kolejnym etapem będzie wykorzystanie wodoru jako paliwa dla ciężkiego taboru i sprzętu, takiego jak samochody ciężarowe, autobusy i maszyny budowlane. Wodór może być stosowany w silnikach spalinowych oraz ogniwach paliwowych.
   
   
5. Gdy moce wytwórcze w produkcji wodoru wzrosną do naprawdę dużych rozmiarów, będzie można wykorzystywać ten pierwiastek w mniej wymagających zastosowaniach, m.in. do ogrzewania budynków i napędzania samochodów osobowych.

Krótko mówiąc: istnieje wiele potencjalnych zastosowań wodoru zielonego. Konieczne będzie podjęcie ważnych decyzji dotyczących możliwie najlepszego wykorzystania tego źródła energii.

Innowacje firmy BBA Pumps w obszarze wodoru

Zespół ds. innowacji firmy BBA Pumps poczynił imponujące postępy w zakresie wykorzystania mobilnych pomp zasilanych wodorem. Pierwsze mobilne pompy z napędem wodorowym są już gotowe do produkcji. Zaczniemy od silników spalinowych zasilanych wodorem do naszych pomp BA z samozasysaniem na sucho. Następnym krokiem w procesie rozwoju wodoru będą mobilne pompy z ogniwami paliwowymi.

Pierwszym modelem jest pompa do ścieków BA150KS D285. Pompa odśrodkowa i układ próżniowy są w pełni standardowe. Do napędzania pompy służy silnik spaliny zasilany wodorem KVT E22 H2. Ten czterocylindrowy silnik o pojemności 2,2 litra generuje moc 25,6 kW przy prędkości 1800 obrotów na minutę. Obudowa M10-23X oferuje specjalne właściwości zapewniające zgodność z przepisami bezpieczeństwa.

Drugim agregatem pompowym jest wielofunkcyjna pompa z napędem wodorowym BA180E D328. W tym przypadku również wykorzystamy standardową pompę do ścieków wspomaganą próżnią z serii BA. Jako napęd wykorzystujemy większy silnik zasilany wodorem KVT E44 H2 o mocy 67,5 kW. Obudowa M12-29 również oferuje właściwości zapewniające bezpieczeństwo eksploatacji.

Nasze mobilne pompy zasilane wodorem nie mają własnego zbiornika paliwa. Dzieje się tak głównie ze względu na rygorystyczne wymagania dotyczące transportu wodoru. Zgodnie z normą UN1049 wodór jest klasyfikowany jako gaz łatwopalny i podlega zasadom międzynarodowego przewozu drogowego towarów niebezpiecznych (ADR). Oznacza to (w dużym uproszczeniu), że pojazdy transportujące wodór muszą być oznaczone specjalnymi znakami i tablicami ostrzegawczymi.

Pompy zasilane wodorem firmy BBA Pumps są standardowo wyposażone w przyłącze zbiornika zewnętrznego i są dostarczane z przewodami paliwowymi o długości pięciu metrów.

Inne specjalne modyfikacje zabezpieczeń naszych agregatów pomp zasilanych wodorem obejmują:

• Czujnik dolnej granicy wybuchowości w obudowie uruchamia alarm akustyczny w przypadku nagromadzenia się wodoru wskutek wycieku koncentratu.
  
  
• Wbudowana komora przeznaczona do podłączania zasilania wodorem jest oficjalnie oznaczona jako strefa ATEX.
  
  
• W zestawie dostarczana jest rurka odpowietrzająca, którą użytkownik może ustawić pionowo w górnej części agregatu pompowego przed uruchomieniem. Jeżeli ciśnienie okaże się zbyt wysokie – na przykład w razie awarii technicznej zaworu H₂ – wodór zostanie odprowadzony na bezpieczną wysokość (ok. 3,5 metra).

Użytkowanie mobilnych pomp z silnikami spalinowymi zasilanymi wodorem nie powoduje już emisji CO₂. Oczywiście wszystko to przy założeniu, że wykorzystywany jest wyłącznie wodór zielony!

Praktyczne informacje dotyczące silników zasilanych wodorem

W naszych mobilnych pompach zasilanych wodorem zastosowanie znajdują silniki KVT. Bloki podstawowe obejmują oryginalne podzespoły marki Perkins, natomiast modyfikacje pod kątem zasilania wodorem wykonuje firma Koninklijke van Twist. To holenderskie przedsiębiorstwo ma za sobą długą historię działalności w branży silników zasilanych gazem oraz dystrybucji silników wysokoprężnych marki Perkins.

Istotne fakty dotyczące silników zasilanych wodorem:

• Silniki spalinowe zasilane wodorem są podobne do silników zasilanych gazem. Zapłon zapewnia świeca zapłonowa, a mieszanka cząsteczek powietrza i wodoru jest idealnie zrównoważona w momencie spalania.
  
  
• Silniki spalinowe zasilane wodorem są znacznie czystsze pod względem emisji, niż wynika to z wymagań normy emisji Stage V. Niemniej na chwilę obecną nie jest możliwe uzyskanie oficjalnej certyfikacji silników zasilanych wodorem. Wszystko dlatego, że norma nie uwzględnia wodoru jako paliwa odniesienia. Oczekuje się, iż w przyszłości zostanie to zmienione.
  
  
• Czystość wodoru stosowanego w silnikach spalinowych ma mniejsze znaczenie niż w przypadku wodoru stosowanego w ogniwach paliwowych. Wodór nawet z minimalnymi śladowymi ilościami zanieczyszczeń może uszkodzić ogniwa paliwowe, co nie występuje w silnikach spalinowych.
  
  
• Prace konserwacyjne przy silnikach zasilanych wodorem przypominają czynności związane z obsługą silników wysokoprężnych. Prace przy pompach z napędem wodorowym nie wymagają żadnych dodatkowych uprawnień. Firma BBA Pumps zaleca przeprowadzanie przeglądów co 500 godzin pracy. Szczególną uwagę należy zwrócić na kontrolę luzu zaworowego, ponieważ w silnikach zasilanych wodorem może z czasem dochodzić do utraty luzu.
  
  
• Oczekiwana żywotność silników zasilanych wodorem jest dłuższa niż silników wysokoprężnych. W praktyce silniki zasilane wodorem o przebiegu większym niż 40 000 godzin nie są niczym niezwykłym.

Pompy beznapędowe

Coraz częściej można spotkać ciągniki wyposażone w przyjazne dla środowiska układy napędowe. Z tego powodu firma BBA Pumps opracowała nową serię pomp napędzanych przez ciągnik. W porównaniu z istniejącymi pompami samozasysającymi B300 sprawność nowych pomp znacząco wzrosła, co przekłada się na istotnie mniejsze zapotrzebowanie na energię. Nowa seria pomp napędzanych przez ciągnik jest standardowo wyposażona w układ wspomagania próżnią, co zapewnia optymalną łatwość obsługi. W razie nagłej potrzeby pompy te można bardzo szybko uruchomić.

Odzysk energii z przepływu wody przez instalację pompową

Pozyskiwanie energii z wody ma ogromny potencjał. Tymczasowe instalacje pompowe często niepotrzebnie tłoczą zbyt dużą ilość wody. Dlaczego ta energia miałaby się zmarnować?

W mobilnym systemie pozyskiwania energii (Mobile Power System, MPS) firmy BBA Pumps zastosowanie mają turbiny wykorzystywane do przetwarzania przepływu wody na energię elektryczną. W przeciwieństwie do standardowych pomp turbinowych nasz mobilny system pozyskiwania energii jest wielofunkcyjny. Dzięki dużemu przelotowi generator nadaje się również do stosowania przy tłoczeniu ścieków.

Mobilny system pozyskiwania energii MPS150E

W przypadku systemu MPS BBA nadmiar wody przepływa przez obudowę pompy do turbiny. Energia potencjalna i kinetyczna wody powodują obrót turbiny, a tym samym są przekształcane w energię mechaniczną. Do turbiny podłączony jest generator o wysokiej sprawności, który odpowiada za przekształcenie energii mechanicznej w energię elektryczną.

Podczas zakrojonych na szeroką skalę testów fabrycznych przy przepływie objętościowym wynoszącym 450 m³/godz. za pomocą systemu MPS150E udało się wygenerować do 7 kWh (25 MJ) energii. Energia ta może zostać zwrócona do sieci lub wykorzystana do ładowania akumulatora bądź zasilenia pompy elektrycznej.

Nie wolno marnować energii! Pompa MPS150E oferuje wiele właściwości ułatwiających wykorzystanie w profesjonalnych zastosowaniach:

• mobilność pozwalająca na wykorzystanie w tymczasowych instalacjach pompowych;
• możliwość wykorzystania z wodą ściekową i odpadową;
  generowanie energii niezależnie od mocy;
• zwrot energii do sieci i przenośnych akumulatorów;
• konstrukcja dostosowana do sieci europejskich i amerykańskich;
• bezpieczna eksploatacja przyjazna dla środowiska naturalnego.

Autorem hasła „napędy pomp przyszłości” jest Henno Schothorst, Product & Marketing Manager w firmie BBA Pumps. Niniejszy artykuł ma charakter informacyjny, a jego treść nie jest wyczerpująca. Przekazane informacje nie mogą stanowić podstawy do jakichkolwiek roszczeń. W razie pytań zachęcamy do kontaktowania się z nami.