http://www.transporttm.pl/news/317/17/Elektrobusy-zwarcie-koncepcji

Autobusy

Elektrobusy zwarcie koncepcji

03-11-2017
Pojazdy elektryczne są od dobrych kilku lat na ustach wszystkich polityków i producentów, ale ten medialny hałas bardzo słabo przekłada się na sprzedaż. W skali świata, elektryczna flota stanowi 0,2% całości.

W świadomej ekologicznie Europie sprzedaż osobowych samochodów elektrycznych przekroczyła nieśmiało 1% nowych rejestracji i wprawdzie rośnie dynamicznie, ale nadal opiera się na bogatych entuzjastach, wbrew wszelkiej logice wspieranych subwencjami. Szaraczkom, którym przedwcześnie obiecywano przystępną cenę i sensowny zasięg, zostają e-busy.

Elektryfikacja osiągnęła kres możliwości pierwszego etapu, nazwijmy go erą zapaleńców, czas na działanie zorganizowane i pracę od podstaw. Takie było podłoże rządowego projektu elektromobilności i rozwoju paliw alternatywnych, w którym postawiono ambitne cele. Już pod koniec przyszłego roku liczba samochodów elektrycznych na naszych drogach powinna przekroczyć 10 tys. (obecnie jest ich niecałe 2 tys.), a od 2020 r. powinniśmy rejestrować ponad 100 tys. nowych rocznie, by zbudować flotę EV przekraczającą milion w 2025 r. Równolegle ma powstać ponad 6 tys. punktów ładowania, a także 70 stacji tankowania CNG.

Jeśli zważyć, że projekt właśnie zakończył fazę konsultacji społecznych, to w następnych latach trzeba będzie ostro ruszyć z budową i stymulować zakupy. Powstaje wobec tego pytanie, co i gdzie budować oraz co kupować, by wykonać ten plan z ekonomicznym i ekologicznym sensem. Przy czym nie brakuje głosów, że jest on nierealny, a i sami twórcy nie upierają się przy równym milionie, starając się raczej o stworzenie solidnego gruntu dla e-pojazdów.

Ursus Bus wykorzystuje konstrukcję autobusu City Smile opracowanego przez AMZ-KUTNO. Produkcja jest ulokowana w Lublinie. Ursus ma za sobą dostawę 10 elektrobusów dla MZK Warszawa i wygrany kontrakt na 47 szt. dla Zielonej Góry.

Konferencja Battery Experts, jaką zorganizowała we wrześniu w Gliwicach BMZ Poland, producent akumulatorów litowo-jonowych m.in. do pojazdów elektrycznych, nie przyniosła jednoznacznych odpowiedzi ani nie rozwiała obaw. Towarzyszące jej pokazy elektrycznych samochodów BMW mogły utwierdzić niedowiarków, uważających cały ruch za zabawkę dla bogaczy. Prezentacje rowerów elektrycznych uniemożliwił z kolei rzęsisty deszcz. Sorry, taki mamy klimat i realia, przez które trzeba patrzeć na program elektromobilności. Gdzie indziej mają łatwiej? Okazuje się, że nie. Równolegle z naszym programem są prowadzone międzynarodowe projekty gromadzące doświadczenia eksploatacyjne z elektrobusami, jak ZeEUS pod auspicjami UITP. Przedstawicielka związku przewoźników miejskich dolała do tego deszczu kubeł zimnej wody, informując o dosłownie przyziemnych trudnościach, jakie napotkano elektryfikując Sztokholm. W czasie stawiania pantografowej stacji ładowania w tym mieście, uporządkowanym i nigdy nie bombardowanym, natknięto się na nieinwentaryzowaną rurę. Ponad rok trwało ustanie, do czego jest dana rura. Okazało się, że do niczego, więc usunięto ją i maszt stacji stanął. W tym momencie okoliczni mieszkańcy stwierdzili, że zanadto zwęża im przejście przez ulicę, więc go wykopano i jeszcze raz… Jeśli pomnożyć tę sytuację przez zakres infrastruktury zaplanowanej w Polsce, mnogość instalacji budowanych latami przez różne władze oraz usposobienie Polaków, zadanie uzbrojenia w sieć wytypowanych ośrodków miejskich wydaje się karkołomne.

Zapotrzebowanie na energię 12 m autobusu elektrycznego wg cyklu SORT 2 w gęstym ruchu miejskim wynosi ok. 1,3 kWh/km, lub sporo więcej, gdy uwzględni się działanie ogrzewania czy klimatyzacji. Z tym pierwszym można sobie poradzić dzięki niezależnym nagrzewnicom, w których dopuści się ON lub biodiesel.

Przypomnijmy, że do udziału w projekcie zaproszono miasta liczące ponad 100 tys. mieszkańców i z co najmniej 60 tys. samochodów. Budowanie elektrycznych flot osobowych ma być wspomagane przez dobry przykład: takie samochody będą kupować urzędy państwowe i lokalne. Im też dano na to czas do 2015 r. realnie oceniając rozwój cen w odniesieniu do budżetów gminnych. W każdej wytypowanej miejscowości Operator Systemu Dystrybucji energii tworzy program budowy i podłączania stacji ładowania, ale ich wykonanie i utrzymanie mają należeć do pomiotów wyłonionych w przetargu (co oczywiście nie wyklucza udziału OSD). Dla niego jest to potencjalna korzyść ze sprzedaży dodatkowej energii i możliwość zbilansowania jej dobowego poboru tak, by wykorzystać nocne taryfy. Są też niebezpieczeństwa, związane ze stacjami szybkiego doładowania autobusów.

Samochody prywatne i komunikacja miejska to dwa różne poziomy obciążenia sieci. Tysiąc elektrycznych samochodów osobowych wymaga rocznie ok. 2400 MWh energii, podawanej głównie z ładowarek małej, kilkukilowatowej mocy, wspomaganych przez punkty szybkiego ładowania – ale to nadal moce poniżej 40 kW. Setka autobusów elektrycznych przejeżdżających rocznie 75 tys. km (a to mało wg wymagań przewoźników!) potrzebuje 9000 MWh. Poza ładowaniem nocnym, mocą ok. 40 kW, ale na jeden pojazd, trzeba uwzględnić pobór co najmniej 150 kW przez kilka minut przy doładowaniu pantografowym. Kilka takich skoków napięcia naraz spowoduje zakłócenia w sieci, które można skompensować np. wprowadzając bufor energetyczny. To wprawdzie dobry sposób na wykorzystanie baterii wycofanych z pojazdów, ale trzeba je rozmieścić w pobliżu stacji pantografowej, która jest wątpliwą ozdobą miasta. Eko-Energetyka, nasz producent infrastruktury ładowania, podejmuje się zakopać w ziemi wszystko, co nie musi ponad nią wystawać.

Przedstawiciel Tauronu, który przedstawiał elektromobilność widzianą od strony OSD, wyraźnie nie lubi stacji pantografowych, a za to zwracał uwagę na zalety szybko wymiennych baterii, które można by ładować w zajezdni, w warunkach optymalnych dla ich żywotności i w dogodnej porze dnia. Specjaliści Solarisa odżegnują się od tego rozwiązania, wskazując, że autobusy wymagające wymiany baterii musiałyby zjeżdżać w tym celu do zajezdni. Jest to trudne do zaakceptowania przez przewoźnika, przez ten czas linia pozostałaby bez obsługi. Doładowanie pantografowe, trwające kilka minut, jest najlepszym sposobem na niedoskonałości obecnych baterii.

Temu problemowi poświęcili dużo uwagi zarówno gospodarze konferencji, jak i Marek Pol, reprezentujący Ursus Bus. Spółka, powstała połączonym wysiłkiem Polmotu i AMZ-KUTNO, jest drugim znaczącym polskim producentem autobusów elektrycznych i podobnie jak Solaris obudowuje się o konsorcjum firm dostarczających akumulatory, układy sterujące ich działaniem, czyli BMS, i napęd. Partnerami są BMZ Poland i Ziehl-Abbeg, niemiecki producent promujący autobusową oś napędową z silnikami umieszczonymi bezpośrednio w piastach. Marek Pol podkreślił już na wstępie, że ceny baterii maleją, a pojemność rośnie, ale nie tak szybko, jak wszyscy oczekiwali jeszcze kilka lat temu. Dalszy rozwój będzie miał charakter ewolucyjny, a nie rewolucyjny, zadowalających parametrów można oczekiwać za 5÷10 lat (stąd też ten 2025 r. jako cezura, od której e-mobilność ma tak naprawdę ruszyć z kopyta). Za taką wartość uznał 150 Wh/kg baterii i układów sterujących, ale to wynik „inżynierii wstecznej”, czyli założenia, że akumulatory nie mogą mieć masy większej niż 2500 kg, by nie ograniczać nadmiernie liczby pasażerów w porównaniu z klasycznym autobusem. Ponieważ elektrobus potrzebuje nawet 400 kWh, by przejechać ponad 300 km dziennie niezależnie od pogody, każdy kg baterii musi nieść w sobie co najmniej to 150 Wh, niezależnie od jej zdrowia, czyli współczynnika SOH określającego aktualną zdolność do gromadzenia energii. Taka bateria powinna kosztować mniej niż 500 euro/1 kWh, przy 10-letniej gwarancji. Dostawcy baterii są daleko od tych minimalnych wymagań.

Ogniwa Samsung ledwie umożliwiają przekroczenie 100 Wh/kg, a ceny nawet 2-krotnie przekraczają poziom, przy którym zakup autobusu elektrycznego ma szansę zwrócić się dzięki niższym kosztom eksploatacji. Pozostaje ratowanie pomysłu, czyli stosowanie jak najlepszych baterii i ich doładowanie. BMZ Poland i wraz z nią Ursus Bus stawiają obecnie na baterie NMC, jako korzystniejsze pod względem kosztów, ale to jest technologia lepsza przy powolnym, nocnym ładowaniu, najlepiej raz dziennie. Przy szybkim, bardziej sprawdzają się baterie LTO, wytrzymujące liczniejsze cykle ładowania, z minimum utraty pojemności z czasem eksploatacji. Przy innej okazji nazwano je „marzeniem konstruktorów elektrycznych samochodów”, niestety wysoka cena każe ostrożnie podchodzić do tej technologii. Za LTO optuje Solaris, nie odżegnując się cał-kiem od baterii NMC. Z kolei BMZ Poland zapowiada podjęcie równoległych prac nad ogniwami LTO, by mieć opcję dla klientów stawiających na doładowania w czasie kursu.

W ten dyskurs wpisuje się Ziehl-Abbeg, producent dźwigowych i wentylacyjnych napędów elektrycznych, który użył swojego know-how do stworzenia osi z silnikami bezpośrednio w piastach, zintegrowanymi z elektroniką. Jak twierdził Oliver Vahsen, to rozwiązanie jest zdecydowanie najbardziej energooszczędne, wymagając 0,91 kWh/km do zasilania dla autobusu 12-metrowego w cyklu SORT2. Ponieważ osie Ziehl-Abbeg są już stosowane, była także okazja do praktycznych testów i pomiarów w kilku autobusach intensywnie używanych na linii porównywalnej z podmiejskimi. Uzyskano średnie zużycie energii 0,95 kWh/km, notując wprawdzie piki powyżej 1 kWh, gdy tylko temperatura otoczenia zwiększyła się ponad 25o. Stwierdzono także duży rozrzut w wykorzystaniu odzysku energii hamowania, ale tym razem nie klimat był winien, tylko nie przeszkolony kierowca.

Specjaliści firmy uważają, że ich wydajny napęd umożliwi odjęcie ok. 30 kWh z baterii, która zapewni zasięg regularnie ponad 200 km. Do takiej próby są gotowi, wyposażając kolejny autobus w 5 zestawów baterii BMZ o łącznej pojemności 290 kWh i masie 2650 kg. Wykorzystując zakres 0,8÷0,1 pełnego naładowania, chcą uzyskać 200 km teraz, a w 2019 r. z bateriami nowej generacji ponad 300 km, zbliżając się do ideału ładowania tylko nocnego.

Wspomniane straty energii na ogrzewanie lub chłodzenie elektrobusu są zadrą całej koncepcji, co potwierdziły także próby w ramach programu ZeEUS. Rozważa się sposoby na zmniejszenie tej dolegliwości przez ulepszenia konstrukcji autobusów: większą szczelność drzwi, izolację cieplną podłogi, mniej energochłonne urządzenia klimatyzacyjne. Ale to oznaczałoby inną strukturę elektrobusu, niż pojazdu z klasycznym napędem, rozwiązanie idealne, lecz trudne do zaakceptowania ze względów technologicznych i kosztowych. Pat? Nie, dialektyczne starcie poglądów, z których powinny wyłonić się pojazdy dojrzałe i wolne od wad. Nagrodą po tych trudach będą zyski. Są prognozy, że za 10 lat światowy rynek autobusów elektrycznych będzie wart tyle samo, co osobowych samochodów elektrycznych i hybrydowych razem wziętych, czyli kilkaset mld USD. Większość z tego przypadnie na Chiny, ale i w Europie powstanie lukratywny rynek, na którym już są dobrze usadowieni polscy producenci. Rządowy program elektromobilności i paliw alternatywnych zapewni im lokalny popyt, podzielony na oba rodzaje zasilania. Pod wpływem konsultacji, początkowy warunek tworzenia stref zeroemisyjnych w partnerskich miastach zamieniono na niskoemisyjne, by dopuścić także autobusy gazowe i hybrydowe.

Ziehl-Abbeg promuje oś napędową autobusu niskopodłogowego z silnikami wbudowanymi bezpośrednio w piasty. To rozwiązanie lżejsze i o większej sprawności, niż silnik centralny i most, a nawet niż e-oś ZF. Brak przekładni, wymieniany jako zaleta, może być także uznany za wadę, układ jest mniej uniwersalny.

O słuszności takiego kroku świadczy m.in. omawiany na konferencji przypadek KZK GOP, który zgłosił ostrożne zapotrzebowanie na 3 e-busy do prób, a swoje potrzeby określił na 68 pojazdów elektrycznych, przy obecnej flocie ponad 860 autobusów. Pierwsze przymiarki do elektryfikacji wykazały, że poza długością i topografią linii trzeba wziąć pod uwagę przeszkody, pod którymi może nie zmieścić się pojazd z bateriami i pantografem na dachu. Śląskie PKM-y konsultujące projekt postawiły wymagania: 100 tys. km rocznego przebiegu i 120 km zasięgu bez jakiegokolwiek doładowania, przy czym ładowanie może być powolne (ok. 6 h), przyspieszone (2 razy szybsze) i szybkie z pantografu. Niech się producenci pocą! Program rządowy został przyjęty z rozwagą, jako sposób na rozsądne wybudowanie infrastruktury ładowania i osiągnięcie poziomu elektromobilności poprawiającego standard życia, bez hurra-optymizmu.

Kolejne referaty na konferencji były poświęcone homologacji baterii trakcyjnych, które podlegają pod Regulaminy R100.02 i 10.05. Ten drugi dotyczy m.in. kompatybilności elektromagnetycznej i zakłóceń w sieci, wymaga tylko pomiarów, natomiast przy próbach narzuconych w ramach pierwszego z baterii sypią się drzazgi i sadza. Opowiadał o tym Kamil Przewoski, przedstawiciel hiszpańskiego instytutu Idiada, który ma uprawnienia do homologowania baterii trakcyjnych m.in. do autobusów. W porównaniu z bateriami do elektrycznych samochodów osobowych, odpuszcza się im tylko crash-test, ale i tak nie mają łatwo. Regulamin R100.02, który obowiązuje od połowy lipca 2016 r. wszystkie autobusy wchodzące na rynek, zawiera Część II dotyczącą samych REES, czyli magazynów energii. Program badań przewiduje m.in. 3-godzinną próbę odporności baterii, naładowanej co najmniej do połowy nominalnej pojemności, na drgania o częstotliwości zmienianej od 7 do 50 Hz w 12 cyklach. Kolejne badanie sprawdza odporność na szok termiczny. Bateria wygrzewana przez 6 h w temperaturze co najmniej 60o jest przekładana na taki sam czas do -40o, i tak co najmniej 5 razy. Daje się jej 24 h na uspokojenie, po czym, podobnie jak po poprzedniej próbie, musi zaliczyć rozładowanie i ponowne szybkie ładowanie.

Zamiast crash-testu jest próba wytrzymałości mocowania baterii, w takim samym układzie konstrukcyjnym, w jakim będzie montowana w pojeździe. Wymaga to bliskiej współpracy dostawcy baterii i producenta autobusu już na wstępnym etapie projektu. Oczywiście można później wykonać tylko badanie cząstkowe, jeśli doszło do istotnych zmian, ale to kosztuje czas i niemałe pieniądze. Spore są też wymagania samej próby: bateria i jej łoże przechodzą cykl obciążeń dynamicznych przy różnych przyspieszeniach wzdłużnych (maksymalna wartość to 28 G) i poprzecznych (do 15 G). Po tym nie może wystąpić wyciek elektrolitu ani rozerwanie, a tym bardziej pożar czy eksplozja.

Następnie bateria jest przypiekana żywym ogniem, ale tylko wtedy, jeśli zawiera palny elektrolit i będzie montowana niżej niż 1,5 m od nawierzchni. To słaby punkt ogniw litowo-jonowych, które na podgrzewanie reagują dodatkowym przyrostem temperatury na skutek reakcji wewnętrzych. To także wyzwanie dla obudów baterii. BMZ zrobiło je z aluminium, które wymagało dodatkowej ochrony przed przedwczesnym stopieniem. Kolejne próby to zwarcie przez połączenie plusa z minusem, przeładowanie do podwójnej pojemności znamionowej (w razie awarii ładowarki) i cykle peł-nego ładowania/rozładowania przy odłączonym chłodzeniu. Produkcja baterii i pojazdów elektrycznych zdecydowanie nie jest zajęciem dla amatorów. (WK)

7/2017

 

SDR 2016

FILM

 

 

 

 

 

Odwiedź także: VANZABUDOWCY