Alternativní koncepce pohonů – kam směřuje jejich vývoj?

Klaus Graner: Společnost Liebherr se vývojem koncepcí pohonů intenzivně zabývá již od svého založení. Zakladatel Dr. E.h. Hans Liebherr již při vynálezu věžového otočného jeřábu v roce 1949 dospěl k rozhodnutí, že některé části pohonů bude raději vyrábět sám. Prostě nebyl spokojen s tím, co nabízel trh. Od 50. let proto společnost Liebherr v Biberachu vyvíjí a vyrábí elektromotory a elektrické rozvaděče pro své věžové otočné jeřáby. Díky tomu máme zkušenosti zejména s elektrickými koncepcemi pohonů, které postupně historicky vznikaly. Tyto zkušenosti byly a jsou prospěšné také při vývoji nových koncepcí pohonů, jako například u diesel-elektrického systému pohonu pro důlní dampry. Společnost Liebherr již přibližně deset let dodává své důlní dampry s tímto hnacím ústrojím.

Klaus Graner: To není jenom otázka technologie, ale spíš otázka provozně ekonomických kalkulací. U stavebních strojů jsou proto vznětový motor a hydraulické systémy nezastupitelné. Vyznačují se vysokou hustotou výkonu, nízkou hmotností a optimálními náklady. Pro firmy jsou při rozhodování o investicích do stavebního stroje v podstatě důležité dva výkonové parametry: Kolik tun zvládne stroj přemístit za hodinu a jak vysoké jsou náklady na jednu tunu. Tak lze vypočítat návratnost investice (ROI) a dobu, kdy stroj začne vydělávat peníze.

Klaus Graner: Elektrické pohony s účinností kolem 90 % ve srovnání s hydraulickým systémem s účinností kolem 70 procent je sice lepší a přináší významné úspory ve spotřebě energie, ale pořizovací náklady jsou mnohem vyšší. Amortizace těchto zvýšených pořizovacích nákladů např. diesel-elektrického systému ve srovnání s diesel-hydraulickým řešením nižší spotřebou pohonných hmot vyžaduje mnohem více provozních hodin. U stavebních strojů s 2 000 nebo někdy pouze jenom 1 000 provozními hodinami za rok to trvá samozřejmě mnohem déle než například u důlních strojů, které jsou za rok v provozu 5 000 hodin nebo i více.

Klaus Graner: Je nutné konstatovat jednu základní skutečnost: Vznětový motor je a zřejmě ještě dlouhou dobu zůstane nezastupitelný u mobilních stavebních strojů. Motorová nafta má v sobě extrémně vysokou koncentraci energie, která při přiměřeně velké nádrži umožňuje nepřetržitý mobilní pracovní provoz po dobu až 24 hodin denně. Díky moderní úpravě spalinových plynů se v souladu s neustále se zpřísňujícími evropskými normami kromě toho podařilo dále snížit emise škodlivých látek. Toho si obzvlášť cení právě provozovatelé stavebních strojů. Zda v budoucnosti bude motorová nafta nahrazena vodíkem nebo syntetickými palivy a technologii spalování se podaří povýšit na novou úroveň ve smyslu neutrality CO², to ukáže teprve budoucnost. Pouze elektrické pohony vnímám z důvodu vysoké hmotnosti, velkého objemu, omezené energetické kapacity a vysokých pořizovacích nákladů za akumulátory ještě příliš vzdálené, než aby dokázaly plně nahradit vznětové motory.

Klaus Graner: Diesel-elektrické pohony dokážou velmi dobře využívat své výhody vysokého výkonu a dosahují velmi dlouhé doby provozu. Elektrický přenos síly má oproti mechanicky-hydraulickému řešení s účinností 90 % o 20 % vyšší účinnost. To se projevuje na spotřebě paliva a tím také na emisích CO². Podle našich analýz je použití diesel-elektrických pohonů za současné situace ekonomicky smysluplné od cca 5 000 provozních hodin za rok, což je situace zejména u důlních strojů. U menších strojů by diesel-elektrické pohony mohly být zajímavé, pokud budou vydána zákonná omezení a restrikce ohledně emisí CO² pro jednotlivé stroje nebo na celé flotily a vozové parky, podobně jako je tomu v automobilovém průmyslu.

Klaus Graner: Bylo by naivní věřit, že se politika při ochraně životního prostředí bude soustředit pouze na automobilový průmysl a opomene stavební stroje. Nyní ale nikdo nedokáže odhadnout, zda a kdy budou takovéto předpisy vydány. Proto nepřetržitě vyvíjíme alternativní koncepce pohonů, abychom byli připraveni našim zákazníkům bezprostředně nabídnout vhodná řešení, až takováto situace nastane.

Klaus Graner: Při dnešních diskuzích o bezemisním staveništi hovoříme prozatím pouze o takzvaných nulových emisích v místě provozu, protože v současnosti pochází elektrická energie ze smíšených zdrojů, které jsou ještě významnou měrou zastoupeny fosilními palivy. Globálně bezemisní staveniště ve smyslu nulových emisí CO2 bude samozřejmě možné dosáhnout až poté, co budou veškeré zdroje elektrické energie pocházet z obnovitelných zdrojů, tedy po završení energetické revoluce. Pro pohony plně elektrických stavebních strojů vyvíjíme vhodné technologie a komponenty. Ale to, zda na staveništích ve městech budou předepsány nulové emise v místě provozu, určí zákonodárci a nikoliv my, vývojáři nebo ekonomicky uvažující provozovatelé strojů. Vícenáklady spojené s takovýmto krokem se uhradí pouze tehdy, když příslušné předpisy nebo zákony stanoví závazné požadavky na nulové emise v místě provozu. Zda následně na takovýchto staveništích budou jako zdroje elektrické energie použity akumulátory, nebo zda bude stroj případně provozován „z elektrické zásuvky“, bude záviset na druhu provozu. Při těžkém a dlouhodobém provozu u koncepcí poháněných akumulátory ale rychle narážíme na jejich fyzikální limity.

Klaus Graner: Vezměme jako příklad kolový nakladač o výkonu 50 kW s čistě elektrickým pohonem, který bude dopoledne pracovat bez průběžného dobíjení 4 hodiny na staveništi ve městě, během polední přestávky proběhne nabíjení a odpoledne musí opět 4 hodiny pracovat. Průměrný příkon na hřídeli elektromotoru takovéhoto stroje při převážně lehčích pracích činí kolem 12 kW. Za čtyři hodiny je to 50 kWh energie. Akumulátor by při této potřebné energetické kapacitě vážil kolem 500 kilogramů, měl objem 250 litrů a stál mezi 25 až 30 tisíci EUR. Při výrazně těžších a delších provozních podmínkách, než jak jsem právě uvedl, např. na velkých stavbách s velkým objemem zemních prací nebo v oblasti důlních strojů, považuji použití spalovacích motorů poháněných vodíkem nebo syntetickými palivy, která budou vyráběna v budoucnosti optimálně za použití klimaticky neutrálních technologií, za více realistické a pravděpodobné.

Klaus Graner: Odborníci předpokládají, že dnes převládající technologie lithium-iontových akumulátorů budou určovat dění ještě příštích 15 let. Zřejmě se přitom ještě více zlepší energetická hustota. Kvantové skoky v této oblasti se naproti tomu zdají být zřejmě málo pravděpodobné.

Klaus Graner: U hnacího ústrojí jsme dnes technologicky poměrně daleko, záleží již jenom na dalším zlepšování kompaktnosti elektrických rotačních motorů tak, aby byla možná lepší integrace těchto pohonů do stavebních strojů. Až do dosažení připravenosti k sériové výrobě přitom počítáme s dobou vývoje mezi třemi až pěti lety. Toto řešení pro stavební stroje poháněné akumulátory nebo ze sítě však pomůže klimatickým změnám pouze v případě, kdy elektrický proud bude vyráběn z obnovitelných zdrojů.

Klaus Graner: Při veškerém našem vývoji probíhá neustálý intenzivní dialog s našimi zákazníky v rámci našeho koncernu i mimo něj. Protože jsou to právě zákazníci, kteří nejlépe znají provozní podmínky strojů a svoje finanční možnosti. Při realizaci kombinujeme zkušenosti a očekávání našich zákazníků s naším know-how a s infrastrukturou pro vývoj divize Liebherr Components. Přitom nám pomáhá možnost použití případných nově vyvinutých řešení z jiných projektů, které stačí vhodným způsobem adaptovat. To šetří čas a náklady.

Klaus Graner: S našimi diesel-elektrickými pohony důlních strojů sbíráme důležité zkušenosti již po mnoho let. Přitom je však také zřejmé, že úseky se stoupáním ještě vyžadují velký potenciál efektivity dosažitelný další elektrifikací. Tyto nájezdy dosahují v některých dolech délky více než pět kilometrů a přitom ve stoupání 10 % překonávají výškové rozdíly 500 metrů. Pro dnešní plně naložené diesel-elektrické důlní dampry to představuje přibližně 25 minut jízdy na plný výkon. Přitom spotřebují kolem 90 % celkové spotřeby paliva. Protože se zde jedná o velmi dlouhé období provozu ve stále stejných úsecích, pracujeme například společně se zákazníky v Rakousku a v Panamě na řešení kompletní elektrifikace těchto úseků pro naše důlní dampry pomocí trolejových vedení a proudových sběračů.

Klaus Graner: Dokážu si představit stavební stroje, které se přemístí na místo provozu v režimu spalovacího motoru, kde následně budou provádět svoji práci, aniž by přitom potřebovaly například mobilitu kolového nakladače. Tyto stroje by bylo ale stejně dobře možné také napájet elektrickým proudem „ze zásuvky“. Například pásové rypadlo, které hloubí jámu v malém vymezeném provozním prostoru. Tunelová rypadla tak již částečně fungují, aby nezatěžovala tunelové tubusy spalinovými plyny. Kabelové připojení k rozvodné síti staveniště tak lze uvažovat například pro autojeřáby, čerpadla betonových směsí nebo míchací zařízení. Jak jsem již zmínil, pokud nejsou kladeny vysoké požadavky na výkon, přichází do úvahy použití dostatečně dimenzovaného akumulátoru. Toto řešení by zachovalo mobilitu plně elektrického stroje na stavbě ve srovnání s konvenčními stroji.

Klaus Graner: Elektrické pohony se jeví velmi perspektivní pro plynulý přenos síly. Totéž platí i pro těžké mobilní provozní podmínky podle nejnovějších evropských norem ve spojení se vznětovým motorem, který se používá jako primární zdroj energie vozidla, ale také pro budoucí spalovací motory poháněné vodíkem nebo syntetickými palivy. Pokud by se nám podařilo vyrábět tato alternativní paliva z obnovitelných zdrojů, tedy s nulovými emisemi CO2, znamenalo by to dosažení významného milníku ve smyslu udržitelnosti.

Klaus Graner: To lze jenom těžko předpovědět, až do poslední fáze zde hovoříme určitě o horizontu více než 20 let. Jsem však přesvědčen, že lidstvo to musí zvládnout, a že to také zvládne. Dlužíme to příštím generacím. Společnost Liebherr je v každém případě připravena svými technologiemi a inovacemi přispět ke zdárné budoucnosti. Tím jsem si absolutně jistý.