Är bränsleceller framtiden för spårvägar?

[Stefan B]

Intressant nyhet från Kina. Det händer mycket där borta nu vad gäller elektrisk kollektivtrafik, alltmedan Volvo slår sig för bröstet för sina laddhybridbussar... Kanske blir spårväg föregångare vad gäller den länge förutspådda bränslecellsdrivningen?

http://www.railwaygazette.com/news/news ... -tram.html

Stefan B

[Harald]

Intressant nyhet från Kina. Det händer mycket där borta nu vad gäller elektrisk kollektivtrafik, alltmedan Volvo slår sig för bröstet för sina laddhybridbussar... Kanske blir spårväg föregångare vad gäller den länge förutspådda bränslecellsdrivningen?

http://www.railwaygazette.com/news/news ... -tram.html

Stefan B

Det var mycket tal om bränsleceller redan för 50 år sedan, bl.a. för u-båtar. Där blev det ju stirlingmotorn i stället, och någon vidare utveckling av bränsleceller blev det inte då. Vi får väl se om det går bättre den här gången. Det vore onekligen en välsignelse om man kunde slippa kontaktledningen. Lägre kostnader, bättre estetik och färre störningar. Dock behöver man ha längre körsträcka på en tankning, så att man bara behöver tanka en gång per dygn, d.v.s. i depån. Frågan är varför den är begränsad till 100 km nu. Går det inte att få plats med större tank?

[X12]

Ser ingen anledning att byta ut kontaktledningen mot bränsleceller hos spårväg. Visserligen finns det fördelar, som Harald ovan nämner, men nackdelarna är väldigt stora. Kontaktledning är relativt bränsleceller ett mycket effektivt sätt att distribuera energi till vagnarna, små försluter samtidigt som vagnen slipper släpa på sitt egna energilager. Bränslecellerna är, sett till hela kedjan (inkl. produktion av vätgas) inte särskilt effektiv, det mesta av energin har hunnit gå förlorad innan den når elmotorn.

De enda tillämpningarna av bränsleceller i fordon som jag tycker är vettiga är när:
1. Elektrifiering önskas...
2. ...men kontaktledning (eller annan fast elöverföring) inte är möjligt eller önskvärt...
3. ...samtidigt som batterier inte kan lagra den mängd energi som krävs.

Bränsleceller förekommer f.ö. i tysktillverkade u-båtar idag.

[Odd]

Jag håller med föregående. En av de stora poängerna med kontaktledning är att det är en effektiv energidistribution. Med bränsleceller har man hanteringen av bränslet. Är det väte så skall det produceras, kylas ner/komprimeras, lagras, transporteras, tankas osv, dvs egentligen inte mycket annorlunda än med andra biobränslen, under förutsättning att vätgasen inte är producerad med fossil energi.

Visst, man kan ha supercaps och andra liknande konstruktioner för att kunna köra kortare sträckor utan ktl men som sagt, en av de stora poängerna med spårburet är just möjligheten till energieffektiviteten (ja, tillsammans med kapacitet och annat naturligtvis).

[Harald]

en av de stora poängerna med spårburet är just möjligheten till energieffektiviteten

Nja, det som gör skillnaden i energieffektivitet mellan spårburet och gummihjul är ju det låga rullmotståndet, och det har man oavsett om fordonet bär energin med sig eller får den från en kontaktledning. Kontaktledningsdrift kan man ha även med gummihjul som bekant.

[Christian Spår]

Om man ser bränsleceller plus dess bränsle som ett sätt att lagra energi för senare nyttjande så verkar det mer rimligt att ha bränslecellen stationär och drivande el på kontaktledning. Men om det vore vettigt så borde ju elbolagen redan ha gett sig in i att ha sådana kraftstationer själva, kraftförsörjning är ju deras marknad, likt hur man har gasturbiner etc för att täcka behov i elnätet.

Men det är ju kul att någon forskar och prövar andra sätt. Det här kan ju vara intressant om framsteg gör väte riktigt intressant som bränsle.

[Harald]

Om man ser bränsleceller plus dess bränsle som ett sätt att lagra energi för senare nyttjande så verkar det mer rimligt att ha bränslecellen stationär och drivande el på kontaktledning. Men om det vore vettigt så borde ju elbolagen redan ha gett sig in i att ha sådana kraftstationer själva, kraftförsörjning är ju deras marknad, likt hur man har gasturbiner etc för att täcka behov i elnätet.

Nu är det ju så att vätgas framställer man genom elektrolys av vatten, d.v.s. man omvandlar elektrisk energi till kemisk i form av vätgas. Det finns bara ett skäl att göra det. Man vill kunna ta med sig energin utan att behöva någon ledning. Att först framställa vätgas genom elektrolys och sedan åter omvandla vätgasen till elektrisk energi som man sänder via en ledning verkar inte särskilt klyftigt, och det är nog orsaken till att elbolagen inte gör det. Det blir ju billigare och effektivare att skicka elenergin direkt på ledningen.

Vätgas är alltså ingen energikälla. Det är ett energilagringsmedium.

[Christian Spår]

Då vi får mer förnyelsebar kraft i elnätet så får vi liten kontroll över när de producerar mycket eller lite effekt. Blåser det så blåser det, är det en mulen eller klar dag, eller inte dag alls? Då blir det viktigare att kunna lagra energi för senare behov. Det kommer att vara förluster när man lagrar, men man får se på det helt ekonomiskt om systemet kostar mer än det är värt. Men om elnätet inte levererar något så kan det ju vara värt att ha sina egna reserver.

[Odd]

Visst är det så, så länge som det handlar om att man har överskott. Medan vindkraft och solkraft är helt "säsongsberoende" så kan man reglera effektbehovet med vattenkraft och kärnkraft. Med andra ord så utnyttjar vi redan idag de olika energislagen bra. Att då producera tex vätgas för att användas i transporter som lika gärna kan använda direktverkande el är alltså helt onödigt. Många stadsbusslinjer skulle enkelt kunna konverteras till trådbuss och därmed få en effektiv energianvändning.
Edit: Underströk en viktig del i mitt inlägg som jag insett möjligen kan missas om man inte läser ordentligt!

[Stefan B]

Ska man då tolka hrr experter här som så att kineserna är vansinniga? Eller kan det vara så att bygge av luftledning inte är gratis och av vissa städer anses förfulande?

Stefan B

[Odd]

Det handlar om en avvägning. Om man stryker möjligheten att använda kontaktledning så ändras ju förutsättningarna, och då är väl kanske bränsleceller bättre än diesel.

Sen tycker jag det är tråkigt att du använder uttrycket " tolka hrr experter här" för att nedvärdera andras åsikter. Sådana härskarmetoder hör kanske hemma i politiska debatter men jag tycker att vi borde kunna slippa att lägga diskussionen på den nivån här, eller vad tycker du?

[Harald]

Vattenkraften är väl den som är bäst lämpad för att jämna ut variationer i vind- och solkraft med. Den kan ju regleras mycket snabbt, vilket kärnkraften inte kan. Om vi mot förmodan skulle få så mycket sol och vind att det inte räcker att hålla kvar vatten i magasinen, så är det väl betydligt enklare och troligen effektivare att pumpa tillbaka vatten än att generera vätgas till bränsleceller. Bränsleceller är i första hand en teknik som kan ersätta förbränningsmotorer i fordon. Inte ens den mest inbitne kontaktledningsförespråkare anser väl att vi ska förse varenda vägsnutt i landet med kontaktledning, så fordon som har ett energiförråd med sig kommer vi att behöva.

[Stefan Isaksson]

Det som jag kan se som en poäng med bränsleceller, är just om man vill undvika att spänna luftledning överallt. Att helt utesluta luftledningen (eller för all del annan teknik med samma syfte som luftledning - conduit så) tror jag inte särskilt mycket på. Dock för just spårväg är nog vitsen ganska begränsad (spåret kommer man ju inte undan), i så fall tror jag mer på ett knippe trådbusslinjer som har i huvudsak gemensam sträckning men som strålar ut till olika men närbelägna ändhållplatser. Upplägget används väl redan sporadiskt, men med batterier.

Att vattenkraft skulle vara den bästa regulatorn för att jämna ut produktionen gäller nog bara länder med gott om vattenkraft (som Sverige). Övriga länder, och de är väl i majoritet, får nöja sig med kol, olja och naturgas - och i de länderna ser vi väl gärna miljövänligare alternativ. Har inte Sverige fortfarande ett par oljekraftverk som reserv för att klara tvära toppar vid vattenbrist och hög elförbrukning förresten.

SI

[daniel_s]

Bränsleceller har väl varit framtiden i över 50 år nu! Men precis som för 50 år sedan är det fortfarande bara inom rymdtekniken som man tycker att det är värt besväret (kostnader, risker m m) att använda dem. Så de platsar väl bäst av allt på Framtidsmuseet, om det nu fortfarande finns kvar. Framtiden är ju här nu så att betrakta den som framtid hör väl till det förgångna.

[Some]

Om man kollar fler artiklar i tidsskriften kan man notera att kineserna nyligen också presenterat nya batterispårvagnar och nya kondensatorspårvagnar. Sannolikt handlar det om något statligt finansierat forskningsprojekt där man fått uppdraget att prova olika typer av energilagring i spårvagnar.

Annars är ju inte i energilagring bränslecellens framtida potential ligger. Intresset grundar sig främst på att man kan få ut en högre verkningsgrad ur kolvätebränslen via reformering och bränslecell än via förbränning.

[dr Cassandra Nojdh]

Nedanstående kommer enbart att handla om bränsleceller som drivkälla i farkoster, den som vill diskutera bränsleceller allmänt t.ex. för effektutjämning/energilager i eldistributionsnät rekommenderas att starta annan tråd.

Det är rätt enkelt att inse varför bränsleceller inte blivit någon större kommersiell framgång hittills. Totalverkningsgraden blir för dålig, dessutom är tekniken relativt dyr. Men kineserna är ju alltid pigga på att vidareutveckla teknologi som de har snott. Det är i huvudsak fråga om tre problem:
1. Bränslecellen som energiomvandlare har inte tillräckligt hög verkningsgrad
2. Bränsleceller drivs nästa uteslutande med vätgas som bränsle. Den sk. direktmetanolbränslecellen är ett undantag, men den kan inte leverera tillräckligt stora effekter
3. Bränslecellstacken dras med relativt höga livscykelkostnader.

Eftersom energiomvandlingen i en bränslecell inte är en carnotprocess borde den teoretiskt ha en verkningsgrad på över 80 % men idag når man väl i praktiken inte över 60 %, kanske troligare ca. 55 %. Den vanligaste metoden att framställa vätgas idag är ångreformering av metan (vattenånga och metan får reagera och bilda syntesgas, dvs. vätgas och kolmonooxid - i ett andra processteg ökar man vätgasutbytet genom en sk. skiftreaktion, då syntesgasen får reagera med mer vattenånga, varvid syret i vattenmolekylen oxiderar kolmonooxiden till koldioxid, i dagens anläggningar går koldioxiden ofta förlorad till atmosfären). Ångreformering är en väletablerad process, som teoretiskt kan ge ett energiutbyte i den utvunna vätgasen på över 80 % av energin i den inmatade metangasen. I de flesta kommersiella anläggningar når man troligtvis inte mer än 70 % beroende på att det inte finns något direkt intresse av att optimera processen. Ett alternativ är den sk. Kvaerner-processen, där metanmolekylen spjälkas direkt i en plasmabrännare, till vätgas och kimrök. Vätgasutbytet uppges här till knappt 50 % energimässigt, å andra sidan producerar processen ingen koldioxid.

Ovanstående ska jämföras med om man ex.vis bränner metangasen i en kombikraftverk, där värmeenergin omsätts till elenergi i ett gasturbin- och ett ångturbinsteg. Teoretiskt kan man nå upp till en elverkningsgrad på knappt 60 %, i praktiken når man väl inte mer än kanske 55 %.Överföringsförlusterna mellan kraftverk och eldrivet fordon kan kanske uppskattas till 10 % av den producerade elenergin. Slutsatsen blir att bränslecelltekniken måste komma upp i åtminstone över 70 % verkningsgrad om den ska vara kommersiellt intressant, annat än i mycket specialiserade tillämpningar. Toyota påstår skrytsamt att de löst många av ovanstående problem, den som lever får väl se:
http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_m ... 784806.ece

Framställning av vätgas genom elektrolys av vatten bör också nämnas. Varierande verkningsgrader hos elektrolysörerna på mellan 60 och 90 % uppges. Den totala energieffektiviteten är här är naturligtvis också beroende på hur man framställer den nödvändiga elenergin, men det är en annan och större diskussion som jag inte tänker ge mig in i. Spårsnoken och en (annan) kverulansparanoiker, som (då) kallade sig GN, utkämpade en del ordstrider om detta för ca. 10 år sedan. Då var också det sk. CUTE-projektet, med bränslecelldrivna bussar aktuellt (en bränslecelldriven buss trafikerade Stockholm 2004 - 2005) aktuellt. Den som vill läsa mer om de diskussionerna får själva använda Forums sökmotor, jag lämnar inga länkar här. Totalt sett får man nog säga att traditionell elöverföring ändå är överlägsen, särskilt för spårfordon som ju trafikerar fixerade rutter. Tycker man att kontaktledningsanläggningarna är mycket störande finns andra lösningar som APS, Primove eller (i vissa fall) superkondensatorer.

Rymdteknik har nämnts, ett aktuellt område (som också nämnts) är de bränslecelldrivna ubåtarna från Thyssen-Krupp Marine Systems, i Sverige mest kända för att de försökte ta död på den svenska tekniklinjen med stirlingmotor som drivkälla i ubåtens luftoberoende drivsystem, innan de tvingades kränga av den svenska rörelsen till SAAB:
https://www.thyssenkrupp-marinesystems. ... rines.html
http://www.saabgroup.com/en/Naval/Kocku ... Solutions/

[Magnus Ahltorp]

Men kineserna är ju alltid pigga på att vidareutveckla teknologi som de har snott.

För att man ska kunna sno något måste det väl tillhöra någon först. Européerna har annars varit bra på att "sno" saker från kineserna, t.ex. porslintillverkning.