Elektryczne ciągniki zasilane przewodem: od historii po nowoczesne rozwiązania

Elektryfikacja maszyn rolniczych staje się coraz ważniejszym kierunkiem rozwoju technologii, zwłaszcza w kontekście rosnącej świadomości ekologicznej i poszukiwania alternatywnych źródeł energii. Choć w ostatnich latach dominowały koncepcje ciągników zasilanych akumulatorowo, równolegle rozwijana jest idea maszyn rolniczych czerpiących energię bezpośrednio z przewodu elektrycznego. Rozwiązania te mają na celu nie tylko eliminację emisji spalin, ale również zwiększenie efektywności energetycznej i autonomii pracy.

Historyczne korzenie: Radziecki ciągnik elektryczny

Koncepcje elektrycznych maszyn rolniczych nie są nowością. Już w latach pięćdziesiątych XX wieku, w ZSRR, gdzie rozwój energetyki elektrycznej był priorytetem, eksperymentowano z pojazdami napędzanymi prądem. Powstał wówczas ciągnik elektryczny zbudowany na bazie seryjnie produkowanego traktora DT-54, z wykorzystaniem jego układu podwozia, ramy i kabiny.

• Napęd: Maszyna była napędzana stosunkowo mocnym, 48-konnym silnikiem elektrycznym, pracującym przy zasilaniu 1000 V.
• Zasilanie: Elektryczne zasilanie wymagało zastosowania specjalnej podstacji transformatorowej. Na ciągniku umieszczono bęben do nawijania i rozwijania kabla elektrycznego, wprawiany w ruch obrotowy przez oddzielny silnik. Dodatkowy wysięgnik układał przewód w odległości 5 metrów od bruzdy i służył do jego zbierania.

Podczas badań praktycznych ujawniono wiele trudności i ograniczeń. Szerokość zagonu nie mogła przekraczać podwójnej długości ramienia wysięgnika, co ograniczało ją do zaledwie 10 metrów, ze względu na ryzyko szybkiego niszczenia się przewodu. Maksymalna odległość ciągnika od trafostacji była ograniczona długością przewodu wynoszącą około 600 metrów. Co więcej, transport ciągnika elektrycznego i podstacji na miejsce pracy oraz zmiana stanowiska wymagały użycia drugiego, konwencjonalnego ciągnika. Nierozwojowe wyniki tych eksperymentów doprowadziły do zaniechania dalszych prac nad tego typu traktorami.

Współczesne podejście do elektryfikacji: Różne koncepcje napędów

W ostatnich latach, wraz z postępem technologicznym, idea ciągników elektrycznych powróciła. Producenci eksperymentują z różnymi źródłami zasilania, dążąc do stworzenia maszyn bezemisyjnych i efektywnych.

John Deere SESAM: Elektryczny ciągnik akumulatorowy

W 2017 roku na paryskich targach SIMA wyróżniony został ciągnik John Deere SESAM (Sustainable Energy Supply for Agricultural Machines). Jest to przykład elektrycznego ciągnika zasilanego z pakietu akumulatorów.

• Moc i napęd: System SESAM przewidziano do zastosowania w segmentach mocy aż do 300 kW, z dwoma silnikami o mocy 150 kW każdy. Silniki te napędzają zarówno układ jezdny (poprzez standardową przekładnię mechaniczną), jak i WOM, pompy hydrauliki, układ chłodzenia, sprężarkę klimatyzacji i kompresor.
• Cechy: Ma możliwość odzyskiwania energii podczas hamowania czy zjazdu z wzniesienia. Jego największą zaletą jest możliwość wykorzystania na tzw. „ekologicznej farmie”, gdzie oprócz bezemisyjnych prac polowych może służyć jako magazyn energii, ładując się np. z turbin wiatrowych czy ogniw słonecznych.
• Zasięg i bateria: W takiej konfiguracji ciągnik ma możliwość przejechania około 55 km. Bateria trakcyjna w systemie JD ma wytrzymać co najmniej 3 000 cykli.
• Wyzwania: W czasie prezentacji system był w fazie testów i prac projektowych. Podobnie jak w przypadku innych pojazdów elektrycznych, jego wady to wysoka cena, ograniczony zasięg oraz wysoki koszt wymiany baterii trakcyjnej.

Farmtrac 26E/26G: Indyjski ciągnik ogrodniczy

Na targach Agritechnica 2017 w Hanowerze zaprezentowano ciągnik Farmtrac 26E (później nowszy model 26G). Jest to pierwszy indyjski ciągnik elektryczny, przeznaczony głównie do ogrodnictwa.

• Moc: Posiada silnik o mocy 15 kW (ok. 20 KM).
• Bateria: Wykorzystuje baterię Li-Ion o pojemności 200 Ah, umieszczoną w miejscu typowego silnika.
• Parametry: Silnik trójfazowy, zasilany prądem przemiennym o częstotliwości 135 Hz, osiąga 3 960 obr./min. Prąd znamionowy pracy silnika to 257 A, a moment obrotowy osiąga 36 Nm (znamionowy) i 92 Nm (maksymalny).
• Wyposażenie: Zastosowano przekładnię o stałym zazębieniu z trzema trybami prędkości. Hamulce są tarczowe, pracujące w kąpieli olejowej. Hydraulika ciągnika obsługuje tylny podnośnik kat. I i II o maksymalnym udźwigu 750 kG, z pompą o pojemności 8 cm³. WOM oferuje prędkości 540 i 540 E.

Chiński ET504-H: Autonomiczny traktor z napędem wodorowym i 5G

W 2019 roku w Chinach zaprezentowano "SuperTraktor I", a jego rozwinięciem jest model ET504-H. Ten projekt to prawdziwy pokaz zaawansowanej technologii w rolnictwie.

• Autonomia i łączność: ET504-H, wzorowany na Super Tractor 1, dodaje obsługę sieci 5G, co pozwala na całkowicie autonomiczne poruszanie się. Szereg czujników monitoruje otoczenie i dostosowuje tryb pracy do panujących warunków. Możliwe jest również zdalne sterowanie.
• Napęd: 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 potrzeby większej mocy.

John Deere GridCON: Rewolucja w zasilaniu przewodowym

Prawdziwy przełom w koncepcji zasilania przewodowego stanowi projekt John Deere GridCON, zaprezentowany po raz pierwszy w 2016 roku, a następnie w bardziej zaawansowanej formie w 2018 roku. Projekt GridCON jest finansowany przez Federalne Ministerstwo Spraw Gospodarczych i Energii i zarządzany przez Niemieckie Centrum Aeronautyczne eV (DLR) w Kolonii, będąc wspólnym przedsięwzięciem John Deere, Uniwersytetu Kaiserslautern i BAUM Consult GmbH.

Charakterystyka i działanie ciągnika GridCON

GridCON znacznie różni się od innych ciągników elektrycznych, ponieważ nie posiada kabiny operatora ani zestawu akumulatorów, co czyni go pierwszym w pełni elektrycznym pojazdem zasilanym wyłącznie za pomocą przewodu elektrycznego, zdolnym do autonomicznej pracy w polu.

• Zasilanie: Ciągnik GridCON jest zasilany przewodem elektrycznym prowadzonym od granicy pola. Przewód przekazuje do maszyny w sposób ciągły prąd o mocy 300 kW (co odpowiada do 400 KM). Wymaga zasilania o napięciu 2,5 kV, zaś do efektywnego rozdziału energii elektrycznej wykorzystano szynę 700 V prądu stałego.
• Zasięg i zarządzanie kablem: Zasięg kabla to około 1000 m, z możliwością jego wydłużenia w razie potrzeby. W trakcie pracy w terenie przewód jest automatycznie rozwijany i zwijany przez specjalny mechanizm. Inteligentny system prowadzenia kabla i ciągnika wyklucza przejechanie po kablu i jego uszkodzenie, co eliminuje ryzyko porażenia prądem elektrycznym.
• Prędkość i wydajność: Prędkość polowa ciągnika wynosi do 20 km/h. GridCON został wyposażony w system chłodniczy dla osprzętu elektrycznego, a ogólna wydajność układu napędowego wynosi około 85%.
• Masa i zalety: 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. Inżynierowie John Deere są gotowi zmniejszyć masę o jedną tonę. Oprócz korzystnego stosunku mocy do masy, koncepcja GridCON zapewnia cichą pracę bez emisji spalin.
• Sterowanie: Oprócz pracy autonomicznej dostępna jest także opcja bezprzewodowego sterowania ciągnikiem przez operatora, co jest przydatnym rozwiązaniem przy manewrowaniu przed rozpoczęciem pracy.

GridCON jako element szerszego systemu: GridCON i Joker

Rozwijana koncepcja GridCON doczekała się ewolucji, stając się częścią złożonego systemu maszyn polowych. Nie jest to już typowy ciągnik, a bardziej nośnik narzędzi o mocy ponad 400 KM, wyposażony w bęben z przewodem zasilającym o długości nawet 3 km.

John Deere wprowadził również Joker - jednoosiowy, elektryczny, autonomiczny ciągnik (nośnik narzędzi) o napędzie gąsienicowym. Waży mniej niż 5 ton, posiada WOM i można do niego zaczepić niemal każdą maszynę rolniczą.

Inżynierowie John Deere połączyli użyteczność GridCON i Jokera w jeden wspólny polowy system maszyn. System ten jest zasilany za pomocą przewodu elektrycznego doprowadzanego do maszyny GridCON, a z niej zasilanie przewodowo przesyłane jest do maszyn Joker, których w takim zestawie pracować może kilka. Jokery wyposażono w specjalne przewody elektryczne nawinięte na bębny i maszty przenoszące przewody nad powierzchnią ziemi.

Perspektywy i wyzwania elektrycznych ciągników przewodowych

Wykorzystanie maszyn rolniczych zasilanych przewodem może stać się w przyszłości ważnym elementem gospodarstwa ekologicznego, szczególnie w regionach korzystających z alternatywnych źródeł energii. Koncepcje takie jak GridCON oferują obiecujące zalety, w tym eliminację emisji spalin, cichą pracę i wysoki stosunek mocy do masy.

Mimo to, sposób zasilania przewodowego jest nadal kontrowersyjny w szerszym zastosowaniu. Moc 300 kW i zasilanie z kabla o długości 1000 m (czy nawet 3000 m) to rozwiązanie, które w praktyce może napotkać trudności, zwłaszcza w większych gospodarstwach bez odpowiedniej infrastruktury zasilającej. Trudno sobie póki co wyobrazić szerokie zastosowanie bez spalinowego agregatu prądotwórczego, co mijałoby się z ekologicznym celem.

Rozwój maszyn elektrycznych w rolnictwie, zarówno tych akumulatorowych, jak i przewodowych, nadal wymaga przełomu technologicznego, szczególnie w obszarze magazynowania energii oraz infrastruktury. Badania prowadzone są również nad innymi, alternatywnymi źródłami energii, niż trudna w magazynowaniu energia elektryczna, co wskazuje na dynamiczny charakter poszukiwań najbardziej efektywnych i praktycznych rozwiązań dla przyszłości rolnictwa.

tags: #ciagnik #na #przewod #elektryczny