Elektrifikacija v gozdarstvu in kmetijstvu

POGLED NAPREJ
Električni pogoni v gozdarstvu in kmetijstvu

»Prihodnost bo električna tudi v kmetijstvu in gozdarstvu ali pa je ne bo!« Ali res? Električni pogoni imajo v primerjavi z motorji z notranjim izgorevanjem številne prednosti. Ni izpušnih plinov, povzročajo manj hrupa, imajo boljši energetski izkoristek, pretvorba električne energije v mehansko je brezstična (magnetna), kar omogoča prenos veliko večjih sil brez mehanskih obremenitev, poglejmo samo lokomotive, itn., če težav, ko so omejenost proizvodnje električne energije in visoke cene takih strojev, tu ne omenjamo. Torej je samo stvar odločitve, da tudi traktorje in druge kmetijske in gozdarske stroje poganjamo električno. Ali res? Poglejmo si stvari nekoliko bolj podrobno (in realistično).

Razlika med avtomobili in traktorji

Splošen vtis je, da je razvoj električnih avtomobilov zelo daleč, da pa industrija kmetijskih strojev z razvojem električnih traktorjev caplja nekje zadaj. Povedano ni daleč od resnice, je pa podobno tudi pri tovornih vozilih in avtobusih. A zato je zelo konkreten razlog, ki ga lahko strnemo v poved, da je traktor v primerjavi s preprostim osebnim avtomobilom zelo kompleksno vozila oz. delovni stroj. Osebni avto je namenjen za prevoz nekaj oseb in prtljage, namen traktorjev pa je povsem drugačen, so za prevoze tovorov, delo na poljih, pogon drugih strojev itn. Ali povedano drugače, kmetijski traktorji ter kmetijski in gozdarski stroji so veliki, a niti približno ne dovolj veliki, da bi po poljih in v gozdovih tovorili več ton težke baterije, ki bi jim zagotavljaje električno energijo za več urno delo. Za prenos električne energije iz omrežja na te stroje so baterije trenutno prevelike, pretežke in predrage.



Pri električnih vozilih niso problem pogonski elektro motorji, pač pa kako v vozilu zagotoviti dovolj veliko zalogo električne energije. Pri bolj množičnem širjenju električnih pogonov, pa bo samo vprašanje časa, kdaj bo ozko grlo postala proizvodnja električne energije. Zasnova avtor članka, risba Janez Grabec.


Baterijski traktorji in traktorji na kablu

  Tudi industrija kmetijske tehnike ne spi. Veliko energije in denarja vlagajo v razvoj električnih traktorjev, druge strojev in orodij. Razvili so sicer že kar nekaj prototipov baterijskih traktorjev, tudi večjih moči, a z njimi je mogoče delati le par ur, današnji kmet pa mora v sezoni s traktorjem delati cel dan. Naj za lažjo predstavo navedemo samo en primer, izračunan čez prst: 150 konjski traktor bi za 10 urno delo, s polovično obremenitvijo motorja, potreboval baterijo zmogljivosti 0,7 megavatnih ur (700 kWh). Taka baterija bi bila večja od traktorja samega, pa še: toliko končne energije porabi slovenska dvočlanska družina v pol leta, brez energije za ogrevanje. Več izgledov imajo baterijski traktorji manjših moči, tam do 40 kW, ko velikost in masa baterije še nista preveliki, a z njimi je mogoče opraviti predvsem lažja dela (npr. obračanje sena), a tudi z njimi ne več kot 5 do 6 ur preden je potrebno ponovno polnjenje baterij. Zdi se, da bodo svoje mesto našli najprej za delo v zaprtih prostorih, npr. v rastlinjakih, hlevih, saj ne oddajajo izpušnih plinov. In cena? Ni znana, saj še noben tak traktor ni naprodaj.



Baterijsko gnani električni traktorji so še vsi v prototipni oz. razvojni fazi, praktična (lažja) dela zmorejo tisti manjših moči. Na sliki model z nazivno močjo motorja 50 kW in zmogljivostjo baterije 80 kWh. Foto proizvajalec.

Rapid URI E041

  Povsem električno gnan enoosni traktor je dobil ime po švicarskem kantonu Uri, uvršča pa se v območje moči 4 kW, kar po proizvajalčevih besedah pomeni, da ima lastnosti stroja z motorjem z notranjem izgorevanjem moči med 9 in 10 KM. Na priklopni sklop je mogoče namestiti vsa obstoječa delovna orodja. Stroj ne oddaja izpušnih plinov, zato ga lahko uporabljamo tudi v zaprtih prostorih, npr. za pometanje prostorov, v rastlinjakih itn. Oddaja manjši hrup, kar je posebej dobrodošlo v naseljih. Krmiljenje stroje je zelo enostavno in pregledno, stanje stroje je prikazano na zaslonu. Varno delo zagotavljata dve samodejni stikali za zaustavitev v sili in samodejna parkirna zavora. Baterija ima napetost 48 V in zmogljivost 60 Ah oz. lahko shrani 2,9 kWh električne energije . Zmogljivost baterije omogoča od 1 do 2 uri dela z orodji z veliko porabo moči oz. energije (npr. snežna glodalka, prekopalnik), do 5 do 6 ur pri mali porabi energije, npr. s krožno metlo. V standardni opremi je polnilna naprava baterije za priklop na običajno električno omrežje (jakost varovalke 10A, čas polnjenja 6 do 7 ur), opcijsko pa je na voljo tudi naprava za hitro polnjenje s časom polnjenja 3 ure. Stroj lahko uporabljamo v obeh smereh vožnje (z obračanjem krmila za 180 stopinj), za transport (npr. v avtu) je krmilo mogoče zložiti.



Eden od proizvajalcev traktorjev pa se je v raziskovalnem projektu stvari lotil drugače, z dovodom električne energije do traktorja preko 1 km dolgega kabla. Taki načini so običajni v rudarstvu, v kmetijstvu pa je zgled npr. dovajanje gnojevke po ceveh do traktorja, ki jih razdeljuje površini. V obarvanem primeru traktor vleče kabel za sabo po njivi, sofisticiran mehanizem (robotska roka) pa skrbi, da kabel ne pride pod kolesa, tudi pri obračanju na ozari ne. Sliši se precej enostavno, a je daleč od tega. Za pogon elektromotorjev skupne moči 300 kW je potreben industrijski tok, ki ga ob njivah ni, tu pa je še kup drugih izzivov, kot se danes moderno reče težavam. Ali bo ta traktor kdaj prišel na prodajne police, ne bo jasno še tako kmalu.

Kombinirani sistemi

Traktor, kot osrednji kmetijskih in gozdarski stroj je sam po sebi brez uporabne vrednosti, to dobi šele s priključnimi stroji (plugi, vitli, kosilnicami itn.). Številne od teh ne le vleče ali nosi, pač pa jim daje tudi vrtenje, jih tudi poganja, večinoma mehansko, s traktorsko priključno gredjo, ali pa tudi hidravlično, s hidravlično črpalko. Tu pa je prostor za električne pogone, posebej tam, kjer je potrebno natančno uravnavanje (npr. števila vrtljajev, natančnih premikov ali pogonske moči), kar je pri električnih pogonih veliko lažje dosegljivo kot pri mehanskih ali hidravličnih. Poleg tega pa je napeljava električnih vodnikov na mesto pogonov enostavnejša od hidravličnih cevi, kar šele od mehanskih prenosnikov pogona (jermenov, gredi, verig itn.). Pozimi ni potrebno ogrevanje hidravličnega olja, z vklopom stikala lahko električno gnan sklop deluje na polno. Navedene prednosti odtehtajo tudi eventualne večje izgube v dodatni pretvorbi energiji.

Tako danes več proizvajalcev traktorjev razvija modelov, ki ima v pogonski sistem traktorja vgrajen generator električnega toka visoke napetosti, le ta pa je na voljo za pogon elektromotorjev, ki poganjajo sklope priključnih strojev, npr. trosilnih plošč trosilnika gnojil, črpalk za gnojevko, sejalnih elementov int., pa tudi pogonskih koles priklopnika. Lahko pa električni tok poganja tudi posamezne sklope traktorja, npr. sprednji pogon. Generator električne energije pa lahko namestimo tudi zunaj traktorja, npr. na sprednje hidravlično dvigalo, poganja ga traktorska priključna gred, kot običajni priključni stroj. Na drugi strani pa proizvajalci priključnih strojev razvijajo električne pogone teh strojev. Povedano zveni enostavno, a tu so še številna vprašanja regulacije, združljivosti, varnosti, zanesljivosti. Nekaj navedenih rešitev je prešlo stopnjo prototipov, na trgu pa jih praktično še ni na voljo, je pa to samo vprašanje časa.



Študijska kombinacija traktorja z notranjim generatorjem in pogonom dveh osi (4 koles) cisterne za gnojevko. Nagrajena tehnična novost na razstavi Agritechnica 2019. Foto proizvajalec.


Dvoriščna mehanizacija

  Veliko dlje pa je razvoj električnih baterijskih pogonov pri dvoriščni mehanizaciji, npr. pri dvoriščnih nakladalnikih ali teleskopskih nakladalnikih, ki so po namenu in tehnologiji blizu električnim viličarjem, ki so že dolgo v uporabi. Te stroje uporabljamo veliko krajši čas, nekaj ur za nakladanje, vmes pa je čas za polnjenje baterije. Poleg tega pa so ti stroji gnani motorji relativno majhnih moči (v primerjavi s traktorji), zato je velikost baterije lahko primerna za vgradnjo v te stroje. Ti stroji so že na trgu, tudi v Sloveniji. In cena? Višja od strojev gnanih s stroji z notranjem izgorevanjem, zato jo je potrebno upravičiti z drugimi prednostmi električnega pogona.



Baterijsko električno gnan dvoriščni nakladalnik, ki je že presegel fazo prototipa. Foto Marjan Dolenšek




Primer ponudbe električno gnanih nakladalnikov in malih gradbenih strojev skupine Wacker Neuson (Kramer in Weidemann).


Orodja in drobni stroji

  Če smo pri baterijskih električnih pogonih avtomobilov, traktorjev in drugih kmetijskih in gozdarskih strojev še marsikje zelo na začetku, pa so baterijska orodja in drobni stroji danes vsakdanja ponudba tehničnih in tudi splošnih trgovin. Govorimo o vrtalnikih, vijačnikih, sesalnih, vrtnarskih orodjih in podobno. V kmetijstvu in gozdarstvu so to še škarje za rezanje, oprtne kosilnice (na nitko), verižne žage, pihalniki listja itn. Baterije pri večini teh orodij in strojev lahko menjamo in ko z eno delamo, drugo polnimo. Pri potrebah po daljšem delovanju (npr. pri rezi trt ali sadnega drevja) je mogoče napajanje iz hrbtne baterije večje zmogljivosti, ki pa seveda tudi nekaj tehta.



Električno gnana verižna žaga z izmenljivo baterijo. Polna baterija zadošča za cca 20 minut zmernega dela. Je v serijski proizvodnji in v splošni prodaji. Foto Marjan Dolenšek


Izgledi

  Električno gnani mobilni stroji se bodo širili tudi v kmetijstvu in gozdarstvu. Najprej orodja in manjši stroji, ki so že danes del stvarnosti, nato stroji za delo na dvoriščih, v skladiščih, rastlinjakih, sledili pa bodo traktorji in drugi večji mobilni delovni stroji. Pri zadnjih dveh je potrebno dodati, če sploh in če ja, kdaj. Vsekakor ne prej, ko bodo na voljo veliko zmogljivejše baterije kot so sedaj. Vizionarji menijo, da bi taki traktorji in večji stroji, tudi dvoriščni stroji, lahko delovali tudi kot hranilnike električne energije, ko ne bodo delali, npr. iz sočnih elektrarn. Seveda, ko bodo delovala pametna električna omrežja, ko bomo (skoraj) vsi tako proizvajalci kot porabniki električne energije. Seveda, če se bo splačalo. Dobrodošli v (električni) prihodnosti!



Običajni sadjarsko vinogradniški traktor z zunanjim generatorjem eklektičnega toka na sprednjem hidravličnem dvigalu in povsem električno gnan pršilnik. Prototip, nagrajen kot tehnična novost na virtualni razstavi EIMA 2020/2021. Foto proizvajalec.



Marjan Dolenšek
Kmetijsko gozdarski zavod Ljubljana
Gozdarski inštitut Slovenije