Un sistem de transport public urban modern, electric, dar cu adevărat revoluţionar, în care energia nu este stocată în acumulatori clasici, ci în supercondensatoare capabile să se încarce complet în mai puţin de un minut, este una dintre cele mai recente şi spectaculoase propuneri ale cercetătorilor de la Universitatea Politehnica Timişoara. Proiectul aparţine colectivului din cadrul Centrului de Cercetare pentru Conversia Energiei şi Controlul Stocării (CICSE) şi a fost recent validat la cel mai înalt nivel academic prin acordarea Premiului „Constantin Budeanu” al Academiei Române, la Secţiunea de Ştiinţe Tehnice.

Distincţia a revenit şefului de lucrări dr. ing. Adrian-Daniel Martin şi dr. ing. Liviu-Dănuţ Vitan, cadru didactic asociat, membri ai Departamentului de Inginerie Electrică al Facultăţii de Inginerie Electrică şi Energetică, pentru grupul de lucrări intitulat „Contribuţii la modelarea şi testarea acţionărilor motoarelor şi generatoarelor electrice în vederea îmbunătăţirii performanţei”. Premiul reprezintă o recunoaştere nu doar a valorii unei cercetări punctuale, ci şi a nivelului de maturitate, coerenţă şi relevanţă internaţională pe care cercetarea din UPT îl atinge astăzi.

Articolul care a stat la baza acordării premiului a fost publicat în prestigioasa revistă IEEE Transactions on Industry Applications, una dintre cele mai importante publicaţii ştiinţifice din lume în domeniul ingineriei electrice şi al aplicaţiilor industriale. El reflectă o activitate de cercetare desfăşurată pe parcursul mai multor ani, susţinută de numeroase alte lucrări indexate în baza de date IEEE Xplore, care îmbină riguros analiza teoretică, simularea numerică şi validarea experimentală.

Un autobuz electric fără baterii: energia stocată în supercondensatoare

Ideea centrală a cercetării este propunerea unei noi configuraţii de propulsie electrică pentru un microbuz destinat transportului public urban, în care energia electrică nu este stocată în baterii litiu-ion, ci în supercondensatoare. Acestea au avantajul unei densităţi de putere foarte mari, ceea ce permite încărcări extrem de rapide – sub un minut -, exact în intervalul de staţionare în staţii.

Configuraţia a fost analizată riguros, la scară 1:1 prin simulări numerice complexe şi la scară 1:20 prin experimente de laborator realizate pe un stand de testare construit special pentru acest scop.

Pentru a asigura realismul maxim al rezultatelor, cercetarea a inclus un studiu de caz desfăşurat în Timişoara, pe traseul real al liniei de troleibuz 16. Au fost utilizate profile reale de viteză şi acceleraţie, obţinute în diferite condiţii de trafic, încărcare cu pasageri şi condiţii meteorologice. De asemenea, s-au folosit datele constructive ale unui microbuz real, Mercedes Sprinter City 75, special proiectat pentru transport public.

Rezultatul este o demonstraţie solidă a fezabilităţii acestui concept: energia stocată în supercondensatoare a fost suficientă pentru parcurgerea întregului traseu fără reîncărcare intermediară, ceea ce face posibilă încărcarea doar la capetele de linie, folosind staţiile de curent continuu de 50 kW deja existente pentru vehiculele electrice.

O soluţie nu doar inovatoare, ci şi economic viabilă

Cercetarea nu s-a limitat la performanţa tehnică, ci a inclus şi o analiză economico-financiară comparativă între soluţia bazată pe supercondensatoare şi varianta clasică bazată pe baterii litiu-ion, pe întreaga durată de exploatare a vehiculului.

Concluzia este remarcabilă: soluţia propusă de cercetătorii UPT conduce la costuri finale cu aproximativ 35% mai reduse, chiar şi după aplicarea unor coeficienţi de risc şi luând în considerare preţurile actuale de pe piaţă. Singurul compromis este o uşoară reducere a capacităţii de transport, de la 27 la 24 de pasageri, cauzată de masa mai mare a supercondensatoarelor – un compromis considerat acceptabil în raport cu avantajele energetice şi economice obţinute.

Inovaţie în motorizare şi electronică de putere

Pentru tracţiunea electrică, cercetarea propune un motor sincron inovator, cu magneţi permanenţi interiori de tip bonded NdFeB şi bariere de flux, care oferă costuri mai reduse de fabricaţie, pierderi mai mici prin curenţi turbionari, un factor de putere crescut, un domeniu extins de funcţionare la putere constantă, posibilitatea cuplării directe la transmisia microbuzului, fără cutie de viteze intermediară.

Motorul a fost realizat în România, la ICPE Bucureşti, iar convertorul bidirecţional de mare raport de conversie, esenţial pentru transferul de energie între supercondensatoare şi invertor, a fost proiectat şi fabricat direct în laboratorul UPT.

Pentru controlul sistemului s-au implementat strategii avansate: control îmbunătăţit al invertorului pentru reducerea riplurilor de curent, recuperarea energiei la frânare fără componente suplimentare, posibilitatea descărcării supercondensatoarelor până la 25% din capacitate, fără supradimensionarea inutilă a convertoarelor.

Validarea experimentală a fost realizată pe un stand complex, care a integrat echipamente industriale (motoare, invertoare, PLC-uri, traductoare) cu componente dezvoltate special pentru proiect. Întregul sistem a fost testat atât în regim stabilizat, cât şi în regim tranzitoriu, demonstrând robusteţea soluţiei.

De la articol ştiinţific la aplicaţie reală: proiectul ECON-BUS

Lucrarea premiată reprezintă materializarea ştiinţifică a proiectului experimental demonstrativ ECON-BUS – „Sistem de conversie a energiei pentru un autobuz/microbuz electric pentru transport urban, cu stocare în supercondensatoare şi acţionare electrică cu densitate foarte mare de putere”.

Proiectul a fost finanţat de la bugetul de stat cu suma de 599.900 lei şi s-a derulat pe o perioadă de 18 luni, având ca obiectiv dezvoltarea unui model experimental de laborator pentru un sistem de transport urban revoluţionar.

Conceptul ECON-BUS aduce laolaltă motorizare electrică de înaltă densitate de putere, electronică de putere avansată, bazată pe tehnologii SiC şi GaN, convertoare hibride pentru managementul inteligent al energiei, posibilitatea unei încărcări ultra-rapide, perfect adaptate dinamicii transportului urban.
Direcţii de viitor: spre o mobilitate sustentabilă şi digitalizată

Privind spre viitor, echipa de cercetare din cadrul CICSE şi UPT îşi propune să extindă frontierele cunoaşterii în următoarele direcţii strategice:
Sisteme de Tracţiune Ultra-Eficiente – dezvoltarea de noi topologii de maşini electrice cu densităţi de putere şi mai ridicate, optimizate pentru noua generaţie de vehicule autonome şi urbane;
Integrarea Electronicii de Putere de Tip „Wide Bandgap” – extinderea utilizării componentelor pe bază de SiC şi GaN pentru a crea convertoare statice ultra-compacte, capabile să funcţioneze la frecvenţe înalte cu pierderi minime;
Management Energetic Hibrid Inteligent – perfecţionarea algoritmilor de control pentru sisteme de stocare hibride (baterii + supercondensatoare), asigurând o durată de viaţă mai lungă a unităţilor de stocare şi o încărcare ultra-rapidă;
Digitalizarea şi Mentenanţa Predictivă – implementarea unor soluţii de monitorizare avansată şi diagnostic digital pentru marile acţionări electrice industriale, contribuind astfel la eficienţa energetică globală şi la reducerea amprentei de carbon.

Universitatea Politehnica Timişoara (www.upt.ro), cea mai veche instituţie de învăţământ superior din vestul ţării, a fost înfiinţată prin Decretul Regal semnat de Regele Ferdinand la 11 noiembrie 1920. Universitate de cercetare avansată şi educaţie, UPT este astăzi una dintre şcolile româneşti cu tradiţie, recunoscută în plan naţional şi internaţional, atât prin activitatea generaţiilor de cadre didactice şi cea a unor academicieni prestigioşi, cât şi prin cei peste 140.000 de absolvenţi care au dus renumele acesteia peste tot în lume. Având şi o bază materială de invidiat, cele 10 facultăţi ale universităţii asigură programe de studii pentru aproximativ 13.500 studenţi.

Dimensiunea internaţională a Universităţii Politehnica Timişoara este evidenţiată şi prin faptul că este parte a consorţiului european de universităţi E3UDRES2 – Engaged and Entrepreneurial European University as Driver for European Smart and Sustainable Regions, iniţiativă sprijinită de Comisia Europeană prin programul Erasmus+. E3UDRES2 reuneşte universităţi europene de top pentru a colabora în dezvoltarea regiunilor inteligente şi sustenabile prin educaţie inovatoare, cercetare aplicată şi cooperare transdisciplinară. Mai multe informaţii sunt disponibile pe site-ul oficial: https://www.eudres.eu/.