W obliczu rosnących wymagań dotyczących zrównoważonego rozwoju i efektywności energetycznej, rolnictwo poszukuje nowych rozwiązań. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków jest elektryfikacja maszyn rolniczych. Firma John Deere, we współpracy z innymi podmiotami, aktywnie rozwija tę technologię, czego przykładem są projekty ciągników elektrycznych SESAM i GridCON.
John Deere SESAM: Pionier w Pełni Elektrycznych Ciągnikach
Charakterystyka i specyfikacja SESAM
SESAM, czyli Sustainable Energy Supply for Agricultural Machinery (Zrównoważona Dostawa Energii do Maszyn Rolniczych), to pierwszy w branży ciągnik w pełni zasilany z baterii/akumulatora. Ten prototyp maszyny w czasie pracy nieprzerwanie produkuje 130 kW mocy, a jego rama jest zaczerpnięta z ciągników serii 6R, korzystając z automatycznej przekładni DirectDrive, która zapewnia prędkość od 3 do 50 km/h przy pełnej mocy akumulatorów.
Do napędu ciągnika przewidziano dwa silniki o mocy 150 kW każdy, które mają za zadanie napędzać zarówno układ jezdny (poprzez standardową przekładnię mechaniczną wraz ze zwolnicami), jak i WOM oraz pompy hydrauliki, układ chłodzenia, sprężarkę klimatyzacji i kompresor. W normalnym trybie pracy, jeden z dwóch bezobsługowych silników elektrycznych zapewnia działanie układu napędowego, podczas gdy drugi napędza WOM oraz układy zewnętrzne. Ciągnik SESAM pracuje przy możliwie najniższym poziomie hałasu, co jest szczególną zaletą zwłaszcza w czasie pracy w pobliżu obszarów mieszkalnych lub podczas pracy w nocy.
Wydajność i ładowanie
Obecnie jeden cykl ładowania akumulatora umożliwia około czterech godziny pracy w trybie mieszanym lub na pokonanie dystansu około 55 kilometrów. Ładowanie akumulatora zajmuje około 3 godzin. W takiej konfiguracji ciągnik ma mieć możliwość przejechania około 55 km.
Korzyści i wizja
Ciągnik SESAM jest głównym elementem wizji John Deere w zakresie autonomii energetycznej gospodarstwa/farmy przyszłości. Potencjalne korzyści obejmują stosowanie produkowanej energii odnawialnej w gospodarstwie rolniczym, a także nowe modele biznesowe, które umożliwiłyby świadczenie usług elektroenergetycznych. System SESAM ma również możliwość odzyskiwania energii w trakcie hamowania czy zjazdu z wzniesienia. Jego największą zaletą ma być możliwość wykorzystania na tzw. „ekologicznej farmie”, gdzie oprócz wykonywania prac polowych bez emisji szkodliwych substancji, można wykorzystać go jako magazyn energii, który podłączony do sieci ładuje się w czasie pracy np. turbin wiatrowych, ogniw słonecznych czy niższej taryfy, aby posłużyć jako źródło energii w czasie zwiększonego zapotrzebowania.
Wyzwania w rozwoju
To, co w takich maszynach budzi najwięcej obaw, to ich funkcjonalność związana z możliwościami gromadzenia energii. Elektrycznym maszynom rolniczym można obecnie zarzucić wysoką cenę, mały zasięg (możliwy czas pracy) czy ogromny koszt wymiany baterii trakcyjnej. Akumulator w systemie JD ma wytrzymać co najmniej 3000 cykli. Sam system, jak i wyposażony w niego ciągnik, były w fazie testów i prac projektowych.
John Deere SESAM 2 i GridCON 2: Ewolucja Elektrycznych Ciągników
Koncepcja i rozwój
Kilka dni temu amerykański producent ciągników zaprezentował drugą wersję ciągnika w pełni napędzanego elektrycznie, którą nazwał SESAM 2. Powstała ona w ramach projektu GridCON 2, który za cel obrał sobie zredukowanie emisji maszyn rolniczych do zera. W projekcie GridCON 2 wykorzystano wcześniejsze doświadczenia z pojazdami autonomicznymi i napędem elektrycznym, zastępując zasilanie z wleczonego przewodu odpowiednim akumulatorem. Powstała koncepcja ciągnika akumulatorowo-elektrycznego, który ma zapewnić stałą, wysoką wydajność bez ograniczeń czasu pracy. Ciągnik został zbudowany prawdopodobnie na ramie ciągnika John Deere 6R. Na całej jej długości zostały zabudowane akumulatory.
Zwiększona wydajność i autonomia
W ciągniku zamontowano moduł baterii o dużej pojemności, który ma umożliwić ciągnikowi pracę przez cały dzień roboczy bez potrzeby ładowania. Twórcy prototypu szacują, że akumulatory tej mocy pozwolą na pracę do 10 godzin przy obciążeniu silnika w 80 proc. Łączna moc, w pełni elektrycznego układu napędowego to 500 kW. Dodatkowo układ elektryczny może napędzać odpowiednio przystosowane maszyny rolnicze lub inne odbiorniki energii elektrycznej, a maksymalna moc, jaka może zostać przekazana, to aż 1500 kW.
Tryby pracy i elastyczność
W Sesamie 2 zastosowano takie rozwiązania, jak zdejmowana kabina i bezprzewodowa komunikacja z maszyną. Dzięki temu ciągnik może być sterowany automatycznie lub ręcznie - z kabiną lub bez niej. Ciągnik może pracować w trzech trybach:
- W pełni autonomicznym, kiedy to maszyna porusza się zupełnie samodzielnie, pojedynczo lub w grupach.
- Zdalnie, wtedy sterujemy maszyną z bezprzewodowego pilota, co przydaje się np. podczas manewrowania.
- Jak klasycznym ciągnikiem, wtedy z przodu maszyny jest umieszczana klasyczna kabina, w której może usiąść operator. Kabina może być zawieszona na przednim TUZ ciągnika i łączy się ona z pojazdem bezprzewodowo.
Z prawnego punktu widzenia kabina musi być zamontowana na ciągniku choćby na czas przejazdów po drogach publicznych.
Inne Elektryczne Ciągniki Rolnicze na Świecie
John Deere GridCON (pierwsza wersja)
Kolejnym przykładem poszukiwań alternatywnych rozwiązań w zakresie ciągników rolniczych jest przedstawiony w 2016 roku ciągnik autonomiczny John Deere GridCON. Projekt GridCON jest finansowany przez Federalne Ministerstwo Spraw Gospodarczych i Energii i zarządzany przez Niemieckie Centrum Aeronautyczne eV (DLR) w Kolonii. Ten nowy projekt ciągnika GridCON nie ma kabiny operatora czy zestawu akumulatorów. Jest to pierwszy pojazd elektryczny, zasilany wyłącznie za pomocą przewodu elektrycznego, zdolny do autonomicznej pracy w polu.
Ciągnik GridCON jest zasilany przewodem elektrycznym prowadzonym od granicy pola do ciągnika. Przewód przekazuje do maszyny w sposób ciągły prąd o mocy 300 kW. Zasięg kabla to około 1000 m, ale w razie potrzeby można go wydłużyć. W trakcie pracy w terenie przewód jest automatycznie wysuwany i zwijany, a system prowadzenia kabla i ciągnika wyklucza przejechanie po kablu i jego uszkodzenie. Prędkość polowa ciągnika wynosi do 20 km/h. Wymaga on zasilania o napięciu 2,5 kV, zaś do efektywnego rozdziału energii elektrycznej wykorzystano szynę 700 V prądu stałego. GridCON został wyposażony w system chłodniczy dla osprzętu elektrycznego, a ogólna wydajność układu napędowego wynosi około 85%. Całkowita masa własna ciągnika, łącznie z bębnem i ramieniem kabla, to około 8,5 tony, czyli tyle samo co tradycyjny ciągnik John Deere 6195R, przy dwa razy wyższej mocy.
Indyjski Farmtrac 26E
Nie tylko John Deere zamierza produkować ciągniki elektryczne dla rolników. Na targach Agritechnica 2017 w Hanowerze zaprezentowano ciągnik Farmtrac 26E (na fot. przedstawiono nowszy model ciągnika elektrycznego Farmtrac 26G). Jest to pierwszy indyjski ciągnik elektryczny dla ogrodnictwa. Ma silnik o mocy 15 kW (ok. 20 KM). Bateria ciągnika, znajdująca się w miejscu typowego silnika, ma pojemność 200 Ah i jest wykonana w technologii Li-Ion. Zastosowany silnik trójfazowy, przy zasilaniu prądem przemiennym o częstotliwości 135 Hz, może uzyskać 3960 obr./min. Prąd znamionowy pracy silnika to 257 A, a uzyskiwany przy tym znamionowy moment obrotowy osiąga wartość 36 Nm. Z kolei maksymalny moment obrotowy wynosi aż 92 Nm. Napęd ciągnika stanowi układ elektryczny. Zastosowana przekładnia to przekładnia o stałym zazębieniu i trzech trybach prędkości wybieranych poprzez sterownik. Hamulce są tarczowe, pracują w kąpieli olejowej. Hydraulika ciągnika pozwala na obsługę tylnego podnośnika kat. I i II, o maksymalnym udźwigu 750 kG. Jego pompa ma pojemność 8 cm3. Traktorek ma WOM o prędkości 540 i 540 E, osiąganych przy obrotach silnika wynoszących odpowiednio 2504 i 2035/min.
Chiński "SuperTraktor I" i ET504-H
Chińczycy również mają swoje pierwsze elektryczne ciągniki rolnicze. W 2019 r. Kurier Lubelski poinformował o pierwszym w pełni elektrycznym i w pełni zautomatyzowanym traktorze konstrukcji "made in China", który rozpoczął pracę na chińskich polach. Maszynę, nazwaną "SuperTraktor I", można zobaczyć w Luoyang w prowincji Henan. Jego rozwinięciem jest ciągnik ET504-H, który dodaje do konstrukcji "SuperTraktora I" obsługę sieci 5G. To pozwala na całkowicie autonomiczne poruszanie się. Szereg czujników dokładnie monitoruje otoczenie i dostosowuje tryb poruszania się do panujących warunków. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby pojazdem sterować zdalnie. Zastosowany napęd wykorzystuje wodór do generowania energii elektrycznej. Niezależnie napędzany jest silnik, podnośnik oraz układ kierowniczy. Dodatkowo litowo-jonowy akumulator gromadzi energię, która jest wykorzystywana w momencie pojawienia się potrzeby wykorzystania większej mocy.
Przyszłość Elektryfikacji w Rolnictwie
Według firmy John Deere, elektryfikacja i automatyzacja już teraz odgrywają decydującą rolę w rozwoju rolnictwa. W obliczu zmian w przemyśle motoryzacyjnym i przepisów prawnych dotyczących pojazdów z silnikami spalinowymi, elektryfikacja maszyn może stawać się coraz ważniejsza dla producentów maszyn rolniczych. Ważnym aspektem tej strategii jest dążenie do wykorzystania energii elektrycznej wytwarzanej w gospodarstwie, co ostatecznie ma uniezależnić rolników od rosnących cen paliw.
Czy ciągniki elektryczne będą dominującym rozwiązaniem? Niekoniecznie. Są prowadzone badania nad innymi źródłami energii, niż trudna w magazynowaniu energia elektryczna. Jednakże, rozwój technologii akumulatorowych i systemów autonomicznych sprawia, że ciągniki elektryczne, takie jak John Deere SESAM, stają się coraz bardziej realną i atrakcyjną alternatywą dla tradycyjnych maszyn spalinowych, oferując cichą pracę, brak emisji spalin i możliwość integracji z zrównoważonymi źródłami energii w gospodarstwie rolniczym.
tags: #ciagnik #elektryczny #sesam