Wybrana technologia ładowania i doboru optymalnych pojazdów z

Jesienią 2018 r. przeprowadzono kompleksowe badania marketingowe popytu efek-tywnego na usługi komunikacji miejskiej w Zielonej Górze. W badaniach tych ustalono liczbę pasażerów, korzystając z techniki jawnej obserwacji wewnątrzpojazdowej.

W świetle danych z tych badań, za optymalne – pod względem pojemności pasażer-skiej – pojazdy do obsługi sieci komunikacyjnej zielonogórpasażer-skiej komunikacji miejpasażer-skiej, uznano standardowe autobusy klasy maxi o długości 12 metrów i pojemności około 80 osób jednak z uwzględnieniem konieczności obsługi wielu linii autobusami przegubowymi, o długości ok. 18 m i pojemności przynajmniej 120 osób.

Biorąc pod uwagę realizowane przez Miasto Zieloną Górę projekty inwestycyjne, w transporcie publicznym związane głównie z zakupem do obsługi komunikacji miejskiej no-wych pojazdów, najlepszy efekt uzyskany będzie w momencie zakupu autobusów nisko- i zeroemisyjnych. Pojazdy te, oprócz oczywistych walorów związanych z ochroną środowiska, muszą zapewniać operatorowi swobodę funkcjonowania, a więc posiadać parametry użytko-we nie gorsze od eksploatowanych obecnie przez MZK autobusów z silnikami Diesla. W gru-pie pojazdów, spełniających techniczne wymogi związane z brakiem lokalnej emisji zanie-czyszczeń i niegenerujących znacznego hałasu, są autobusy elektryczne, w których jednym z możliwych rozwiązań zasilania napędów jest wyposażenie ich w baterie pozwalające na wy-konanie pełnego dziennego cyklu pracy w danej sieci komunikacji miejskiej na poziomie przynajmniej 250 km z pełnym obciążeniem i z włączoną klimatyzacją. Ładowanie pojazdów odbywałoby się w takim przypadku tylko na zajezdni, w czasie nocnego postoju. Pojazdy takie wymagają zastosowania baterii o dużej pojemności (dla autobusu klasy maxi – 300 kWh i więcej) i znacznej wadze.

W autobusie z napędem elektrycznym, silnik (elektryczny) jest lżejszy i mniejszy od sil-nika spalinowego, a dodatkowo zespół napędowy ma mniejszą masę z powodu braku skrzyni biegów i innych elementów związanych ze spalinowym układem napędowym (układ oczysz-czania spalin, rozbudowany układ chłodzenia z masywną chłodnicą i wentylatorem). Jednak na obecnym etapie rozwoju techniki masa akumulatorów jest na tyle duża, że pochłania ona oszczędności wynikające z zastosowania silnika elektrycznego zamiast napędu spalinowego.

Masa własna autobusu elektrycznego jest większa niż autobusu z silnikiem spalinowym.

Ciężar pakietu baterii o pojemności około 30 kWh wynosi w przybliżeniu 300 kg, co wpływa na konieczność zmniejszenia możliwej do przewozu liczby pasażerów – w celu nieprzekroczenia dopuszczalnych nacisków na oś pojazdu oraz dopuszczalnej masy całkowitej (na potrzeby wyliczeń dla autobusów miejskich przyjmuje się, że przeciętna masa jednego pasażera wraz z bagażem wynosi 68 kg). Powoduje to nie tylko zmniejszenie dopuszczalnej liczby przewożonych pasażerów, ale i znaczny spadek efektywności ekonomicznej ruchu po-jazdu (znaczna część zasobów energii przeznaczana jest na przewóz ciężkich baterii). Pojaz-dy z bateriami o większej pojemności są jednocześnie znacznie droższe. Ponadto, doświad-czenia miast, które takie pojazdy testowały lub eksploatują, wskazują na konieczność zjaz-dów autobusów z trasy w ciągu dnia – w celu doładowania baterii. Być może w przyszłości, w miarę rozwoju technologii bateryjnej, przy wymaganej pojemności waga zasobników ener-gii będzie już mniejsza i takie pojazdy będą mogły przewozić też większą liczbę pasażerów – taką samą jak pojazdy o analogicznej długości, ale z konwencjonalnym napędem.

Producenci autobusów elektrycznych dostępnych obecnie na rynku unikają stosowania w autobusach baterii o pojemności większej niż 250 kWh, tak aby nie doprowadzić do nad-miernego wzrostu ceny zakupu pojazdu i jednocześnie zbyt wysokiej masy własnej, obniżają-cej jego zdolność przewozową. Stąd też dla zwiększenia zasięgu autobusów elektrycznych wykorzystuje się na ich trasie przejazdu stacjonarne ładowarki pantografowe.

Celem organizatorów i operatorów komunikacji miejskiej jest optymalizacja masy bate-rii, umożliwiająca zmniejszenie zużycia energii koniecznej do przewozu pasażerów oraz likwi-dacja przejazdów technicznych do i z bazy autobusowej w celu podłączenia do źródła zasila-nia. Realizowane jest to poprzez wykorzystywanie dedykowanych punktów ładowania na trasie linii – zwykle na jednej z pętli końcowych.

W celu doładowania autobusów w ciągu pracy na linii, na pętlach stosuje się ładowarki szybkie o dużej mocy z systemem pantografowym, znacznie rzadziej typu plug-in. Ładowanie plug-in nie pozwala bowiem na uzyskanie dużej mocy ładowania – taka moc zwykle nie jest wyższa niż 100 kW, co znacznie wydłuża czas postoju autobusu na pętli. Podłączenie prze-wodu do gniazda plug-in nie odbywa się automatycznie – wymaga wykonania czynności ma-nualnej przez kierowcę, co wiąże się z pewną niedogodnością.

Zarówno w kraju, jak i w całej Europie, zdecydowanie najczęściej stosowane jest łado-wanie autobusów elektrycznych poprzez pantograf, które – przy odpowiednio dużej mocy ładowania (najczęściej od 200 do 400 kW) – odbywa się w czasie od kilku do co najwyżej 20 minut i ma miejsce co najmniej kilka razy w czasie użytkowania autobusu w ciągu dnia.

W rozkładach jazdy autobusów zeroemisyjnych ustala się dłuższe postoje wyrównawcze na pętlach w celu doładowania baterii autobusów co określoną liczbę kursów lub ich par.

Wykorzystywane na doładowywania są także przerwy wynikające z przepisów o czasie pracy kierowców.

Na rynku dostępnych jest obecnie co najmniej kilka różnych wariantów rozwiązań kon-strukcyjnych ładowarek pantografowych. Rozwiązania te różnią się zarówno budową panto-grafu, jego ułożeniem w pojeździe (podłużne lub poprzeczne), jak i układem konstrukcyjnym części ładowarki odpowiedzialnej za połączenie z pantografem (różne układy styków, wariant z pantografem zamontowanym w pojeździe lub pantograf odwrócony, zamontowany w stacjonarnej ładowarce). Istotne dla uniknięcia niekompatybilności różnych pojazdów z wybudowaną infrastrukturą, jest ustalenie typu ładowarki pantografowej, jaki będzie wy-magany dla kolejnych realizowanych zamówień na dostawę autobusów elektrycznych.

Zużycie energii przez przeciętny autobus elektryczny zależne jest nie tylko od nowocze-sności zastosowanych rozwiązań (wyższa sprawność urządzeń, ograniczenie zwykłego zuży-cia energii przez nowe technologie), ale także od liczby zainstalowanych w pojeździe urzą-dzeń korzystających z pokładowej energii elektrycznej. W eksploatowanych od wielu lat tro-lejbusach w Gdyni, pobór energii przez urządzenia pokładowe sięga nawet 35% całości jej zużycia. Dotyczy to nie tylko systemów funkcjonowania pojazdu (zasilanie w sprężone powie-trze, wentylacja i klimatyzacja, oświetlenie wewnętrzne, obsługa autokomputera i urządzeń towarzyszących, łączność z serwerami i dyspozytorem), ale także elementów informacji i obsługi pasażerskiej oraz komfortu przewozu i zapewnienia bezpieczeństwa. Znaczącymi odbiornikami energii w pojeździe elektrycznym są: system i wyświetlacze informacji pasażer-skiej, w tym zapowiedzi głosowe kolejnych przystanków, monitoring, zasilanie automatu bile-towego, systemy zliczania pasażerów, sieć Wi-Fi i porty USB, klimatyzacja przestrzeni pasa-żerskiej.

Bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na zużycie energii w eksploatowanych auto-busach jest ich system ogrzewania wnętrza w okresie zimowym. Ustawa o elektromobilności za autobus zeroemisyjny uznaje autobus, którego silnik nie emituje gazów cieplarnianych i innych substancji szkodliwych (art. 2 pkt 1), nie odnosząc się do innych systemów pokła-dowych. Autobusem zeroemisyjnym będzie więc także autobus elektryczny z ogrzewaniem wnętrza z zastosowaniem oleju opałowego. Nagrzewnice olejowe zużywają nawet kilka dm³ oleju na godzinę pracy, są więc dodatkowym źródłem emisji gazów cieplarnianych i emisji innych zanieczyszczeń do atmosfery. Niezależnie od definicji ustawowej, autobus z takim systemem ogrzewania nie jest więc w zimie zupełnie bezemisyjny. Autobusy elektryczne eks-ploatowane w Zielonej Górze wyposażone są w nagrzewnice olejowe.

W niektórych autobusach stosuje się system elektrycznego ogrzewania wnętrza. Ten model ogrzewania wpływa jednak bardzo wyraźnie na wzrost zużycia energii w zimie. W

le-cie, przy wysokich temperaturach, na znaczący wzrost zużycia energii wpływa z kolei działa-nie klimatyzacji.

Niezwykle istotne jest zatem wprowadzenie technologii zmniejszających pobór energii z baterii. W przypadku klimatyzacji, a w części także ogrzewania, sposobem takim jest mon-taż urządzeń z wykorzystaniem pomp ciepła. Na dachach autobusów montowane są także panele fotowoltaiczne, które produkując dodatkową energię, pozwalają na zmniejszenie jej zużycia, nawet o kilkanaście procent.

W Zielonej Górze w ramach realizacji projektu „Zintegrowany system niskoemisyjnego transportu publicznego w Zielonej Górze” zastosowano ładowanie na końcówkach linii ze stacji ładowania szybkiego z tzw. odwróconym pantografem. Autobusy posiadają ponadto złącze plug-in dla doładowywania baterii w porze nocnej za pomocą ładowarki zajezdniowej.

W ramach realizacji projektu „Elektryfikacja linii komunikacji miejskiej w Zielonej Gó-rze” przyjęto rozwiązania kompatybilne z już realizowanym projektem. Projekt dotyczy elek-tryfikacji wybranych linii komunikacji miejskiej – 0, 8 i 80, których przebieg w całości obej-muje obszar Zielonej Góry i jest rozszerzeniem projektu już realizowanego.

Wszystkie zakupione i nabywane autobusy elektryczne będą więc jednocześnie wypo-sażone w złącze pantografowe oraz złącze do podłączenia ładowarki zajezdniowej plug-in, z przeznaczeniem dla nocnego doładowywania baterii pojazdów.

Wykorzystanie pojazdów elektrycznych można zwiększyć, stosując cykliczne zmiany w przypisaniu autobusów do obsługiwanych linii, odbywające się w obrębie pętli integrują-cych grupy linii i powodujące skrócenie czasu oczekiwania na pętlach na rozpoczęcie kolej-nego kursu, a w konsekwencji – zmniejszające liczbę ekspediowanych na trasy autobusów.

Linie przeznaczone do obsługi taborem zeroemisyjnym mogą też być w określonych porach dnia obsługiwane pojazdami z tradycyjnym napędem Diesla. Analogicznie, autobusy zeroemi-syjne mogą być wykorzystywane na innych liniach, których trasy kończą się na pętlach ze stacją ładowania szybkiego.

6.1.3 Lokalizacja i wybór linii autobusowych transportu publicznego