Summary (Dutch)
ix Hydro, hybrid and electric busses
Summary (Dutch)
Fossiele brandstoffen worden schaars en de effecten van de opwarming van de aarde beginnen al zichtbaar te worden. Hoewel stadsbussen slechts een klein gedeelte van alle voertuigen in de wereld vormen, is de uitstoot van schadelijke lokale emissies door stadsbussen buiten proportioneel.
Ter vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen, broeikasgassen en lokale emissies in de bussector zijn waterstof, hybride en elektrische bussen ontwikkelt. De stadsbus is een van de beste platformen voor de ontwikkeling van alternatieve aandrijftechnieken en brandstoffen, om de volgende redenen:
- Ze opereren in dicht bevolkte gebieden waar luchtvervuiling problemen veroorzaakt - Ze zijn goed zichtbaar voor het publiek
- Er is ruimte beschikbaar voor alternatieve aandrijfsystemen en testapparatuur (zowel in volume en gewicht)
- Ze worden centraal getankt en gecoördineerd
Alternatieven voor conventionele, door fossiele brandstoffen aangedreven, bussen bestaan en zullen op ten duur de conventionele dieselbus vervangen.
Dit rapport toont een overzicht en vergelijking van waterstof, hybride en elektrische alternatieve systemen voor hedendaagse stadsbussen. Een literatuur onderzoek is verricht om bestaande waterstof, hybride en elektrische systemen op te sommen en te vergelijken. Bussen of toepasbare technieken welke reeds in ontwikkeling zijn, trends en alternatieve brandstoffen behoren niet tot de scope van dit onderzoek.
Om een goede vergelijking te maken is ten eerste een overzicht van waterstof, hybride en elektrische alternatieve bussen opgesteld. Voor elk alternatief zijn belangrijke criteria verzameld om te bepalen wat de mogelijkheden zijn en om vergelijking tussen verschillende alternatieven mogelijk te maken.
Waterstof aandrijving is mogelijk in twee configuraties: brandstofcellen en waterstof Interne Verbrandingsmotoren (IV motoren). De brandstofcel maakt emissieloze voertuigen mogelijk met vergrote comfort, dankzij een laag geluidsniveau en de mogelijkheid om volledig elektrische, staploze, aandrijflijnen te gebruiken. Een waterstof IV motor maakt gebruik van een bewezen concept, namelijk de interne verbrandingsmotor, en verlaagd zowel de lokale als broeikasgas emissies.
Hybride aandrijvingtechnologie wordt gebruikt, dankzij de potentiële besparing in brandstofgebruik, in verschillende configuraties: diesel-elektrisch, brandstofcel-elektrisch en waterstof IV motor-elektrisch. Besparingen in brandstofverbruik zijn gevonden tussen 20-35% voor bussen met interne verbrandingsmotoren, afhankelijk van de gemiddelde snelheid. Voor brandstofcelbussen is een besparing van 24-28% mogelijk wanneer hybride technologie toegepast wordt.
Elektrische bussen bestaan slechts uit twee categorieën, hoewel vele verschillende configuraties mogelijk zijn: accu aangedreven bussen en trolleybussen. Accu aangedreven bussen slaan energie op in accu’s. Trolleybussen maken gebruik van een bovenleiding om het systeem van elektriciteit te voorzien, waardoor gewicht gereduceerd wordt en passagierscapaciteit vergroot wordt. Faciliteiten dienen ook meegenomen te worden in de vergelijking, uitstoot tijdens productie kan significant meer schadelijke gassen produceren dan conventionele diesel bussen.
Waterstof tankstations zijn belangrijke elementen voor een waterstof infrastructuur. Waterstof voor voertuigen kan op verschillende manieren verkregen worden: plaatselijk, per vrachtwagen of op het voertuig. Plaatselijke productie faciliteiten zijn kleinschalige productie centrales bij het tankstation, veel gebruikt zijn: steam reformers en electrolysers. Per vrachtwagen verkregen waterstof wordt door grootschalige industrie geproduceerd en door een vrachtwagen vervoerd naar het tankstation in vloeibare vorm of als gas. Op het voertuig geproduceerde waterstof maakt gebruik van erg kleine productie op het voertuig zelf, vanwege lage efficiëntie en verhoogt gewicht is deze methode niet onderzocht tijdens dit onderzoek.
Hybride faciliteiten voor diesel-elektrische aandrijving bestaan uit de reeds bestaande infrastructuur. Voor de productie van diesel is de huidige petrochemische industrie aanwezig.
Summary (Dutch)
x
Technical University Delft
op en de bus blijft in het depot, waardoor daluren gebruikt worden en de volledige floot opgeladen kan worden zonder het net ernstig te belasten. Snel opladen gebeurt binnen twee uur maar kan een negatieve impact hebben op de levensduur van de batterij en het elektriciteit net. Bovenleidingen worden gebruikt voor trolleybussen en accu’s kunnen gebruikt worden om afstanden tot 10km af te leggen zonder bovenleiding om flexibiliteit te creëren.
Om een vergelijking tussen verschillende alternatieve aandrijfsystemen mogelijk te maken zijn gestandaardiseerde criteria geanalyseerd, waaronder: brandstofverbruik, broeikasgassen, lokale emissies, brandstofkosten en investeringskosten. De passagierscapaciteit wordt ernstig beïnvloed door alternatieve aandrijfsystemen, wegens toegenomen gewicht. Broeikasgassen per passagier, wanneer de maximum passagierscapaciteit gebruikt wordt, zullen significant hoger zijn voor een bus met kleinere passagierscapaciteit en dezelfde emissies. Daarom dient de passagierscapaciteit meegenomen te worden in een vergelijking tussen de verschillende alternatieve aandrijfsystemen.
Vele alternatieve aandrijfsystemen zijn ontwikkelt om een reductie in fossiele brandstofverbruik, broeikasgassen en lokale emissies te bewerkstelligen. De verschillen tussen alternatieve systemen zijn moeilijk te vergelijken door de vele variabelen, welke de kosten, lokale en globale emissies en brandstofverbruik beïnvloeden. Wanneer applicatie van alternatieve aandrijfsystemen voor bussen overwogen worden dient een grondig haalbaarheidsonderzoek verricht te worden, aangezien vele variabelen afhankelijk zijn van de locatie. Na deze studie is een pilot project aangeraden, aangezien tijdens operatie andere invloeden naar voren kunnen komen.
Voor een gestandaardiseerde 12 meter twee-assige Europeaanse stadsbus welke gebruik maakt van huidige waterstof, hybride of elektrische aandrijvingtechniek kan het volgende geconcludeerd worden:
- Waterstof brandstofceltechnologie is enkel aantrekkelijk wanneer duurzame energie gebruikt wordt voor productie. Wanneer fossiele brandstoffen gebruikt worden kunnen broeikasgassen 14 maal hoger zijn dan conventionele diesel bussen. Het grootste voordeel is de totale verwijdering van schadelijke lokale emissies.
- Waterstof interne verbrandingsmotor (IV motor) bussen hebben een brandstofverbruik vergelijkbaar met conventionele dieselbussen, maar efficiëntie is laag en lokale emissies blijven aanwezig. Waterstof IV motoren zouden de eerste stap richting een waterstof economie kunnen zijn, aangezien dezelfde componenten als in een dieselmotor aanwezig zijn. - Diesel-elektrisch hybride bussen verlagen het brandstofverbruik en uitstoot van
broeikasgassen en verhogen efficiency, echter zijn deze verbeteringen relatief aan de passagierscapaciteit klein. Wanneer de passagierscapaciteit zelden maximaal benut wordt kan een relatief kleine aanpassing de prestaties verbeteren en de broeikasgassen en brandstofverbruik verlagen, met gebruik van de huidige infrastructuur.
- Hybride technologie verhoogt brandstof efficiëntie met 20 to 30% voor conventionele IV motoren in bussen en 24 to 28% bij brandstofcelbussen.
- Accu aangedreven bussen hebben de potentie om de meest energie efficiënte passagiersbus te worden. Echter is de passagierscapaciteit laag en zijn vele verbeteringen in accu technologie nodig. Het gebruik van een extra as zou deze tekortkomingen kunnen verhelpen, maar tevens ook het brandstofverbruik verslechteren.
- Trolleybussen zijn op het moment het meest brandstof efficiënte transport alternatief voor stadsbussen, brandstofkosten per passagiersplaats zijn lager dan die voor conventionele dieselbussen en investeringskosten voor een trolleybus zijn slechts drie maal hoger. Broeikasgas emissies zijn laag, wanneer een goede elektriciteitmix gebruikt wordt, dankzij hoge efficiëntie. Het grootste nadeel zijn hoge kosten en politieke inzet voor infrastructuur. Het is moeilijk om aan te geven welk alternatief aandrijfsysteem het beste is, wegens vele complexe variabelen afhankelijk van de gebruikslocatie en passagierscapaciteit. Momenteel zijn diesel-elektrische hybride systemen een goed alternatief voor conventionele dieselbussen. Vooral dankzij lage investeringskosten, verhoogde efficiëntie en verlaagd brandstofverbruik en broeikasgas uitstoot, waarbij gebruik gemaakt kan worden van de huidige infrastructuur.
