Koncepcja wprowadzenia do eksploatacji autobusów elektrycznych
advertisement
Koncepcja wprowadzenia do eksploatacji autobusów elektrycznych w lubelskiej komunikacji miejskiej CZĘŚĆ 1 ANALIZA ROZWIĄZAŃ STOSOWANYCH OBECNIE Niniejsze opracowanie powstało w ramach projektu „Wsparcie POPT dla ZIT w Lubelskim Obszarze Funkcjonalnym” finansowanego z Programu Operacyjnego Pomoc Techniczna 2007-2013r na wsparcie podmiotów realizujących Zintegrowane Inwestycje Terytorialne. Poznań 2014 Spis treści 1. Rodzaje napędów ................................................................................................................... 4 1.1. Wprowadzenie ................................................................................................................ 4 1.2. Silniki prądu stałego ....................................................................................................... 6 1.3. Silniki asynchroniczne.................................................................................................... 9 1.4. Umiejscowienie silników ............................................................................................. 13 1.5. Ocena bezpieczeństwa .................................................................................................. 16 1.6. Analiza skrzyń biegów używanych w autobusach elektrycznych ................................ 25 1.7. Rekuperacja energii ...................................................................................................... 27 1.8. Literatura do rozdziału 1 .............................................................................................. 29 2. Przeprowadzenie analizy dostępnych rodzajów akumulatorów i ich ładowania ................ 30 2.1. Wprowadzenie .............................................................................................................. 30 2.2. Rodzaje akumulatorów stosowanych w pojazdach z napędem elektrycznym ............. 30 2.2.1. Wprowadzenie ......................................................................................................... 30 2.2.2. Akumulatory mechaniczne ...................................................................................... 31 2.2.3. Hydroakumulatory ................................................................................................... 34 2.2.4. Akumulatory elektrochemiczne ............................................................................... 37 2.3. Nowoczesne rozwiązania akumulatorów elektrochemicznych .................................... 46 2.3.1. Akumulatory LiFeMgPO4 firmy Valence Technology ........................................... 49 2.3.2. Akumulatory Nano-Li4Ti5O12 firmy Altairnano ...................................................... 52 2.3.3. Akumulatory litowo-jonowe firmy Li-Tec .............................................................. 53 2.3.4. Akumulatory litowo-jonowe KOKAM.................................................................... 54 2.3.5. Akumulatory A123 .................................................................................................. 56 2.3.6. Akumulatory produkowane przez firmę Toshiba .................................................... 58 2.4. Ultrakondensatory ........................................................................................................ 60 2.5. Podsumowanie – wybór rodzaju akumulatora ............................................................. 64 2.6. Sposoby ładowania akumulatorów ............................................................................... 68 2.6.1. Wprowadzenie ......................................................................................................... 68 2.6.2. Plug-in...................................................................................................................... 68 2 2.4.3. Indukcyjne ............................................................................................................... 70 2.4.4. Zasilanie pantografowe ........................................................................................... 73 2.4.5. Ogniwa paliwowe ................................................................................................... 78 2.4.6. Porównanie rozwiązań ............................................................................................ 81 2.7. Studium zamiany dwóch linii autobusowych obsługiwanych przez pojazdy z napędem klasycznym na linie całkowicie bezemisyjne, na których będą jeździły autobusy elektryczne .................................................................................................................... 87 2.8. Literatura do rodziału 2 ................................................................................................ 89 3. Analiza układów ogrzewania stosowanych w dostępnych na rynku autobusach elektrycznych ........................................................................................................................ 91 4. Wskazanie rodzaju trasy pod względem ukształtowania terenu, natężenia ruchu, liczby przystanków, najkorzystniejszej z punktu widzenia eksploatacji autobusu elektrycznego .. 97 4.1. Wprowadzenie .............................................................................................................. 97 4.2. Wykorzystanie charakterystyki gęstości czasowej pracy pojazdu ............................... 98 4.3. Rzeczywiste cykle jezdne ............................................................................................. 99 4.4. Znormalizowane cykle jezdne SORT – Standardised On-Road Test ........................ 104 4.5. Bibliografia do rozdziału 4 ......................................................................................... 107 3 1. Rodzaje napędów 1.1. Wprowadzenie Napęd elektryczny pojawił się we wczesnej fazie rozwoju samochodu, gdy przed ponad stu laty podejmowane były pierwsze próby jego wykorzystania w praktycznej eksploatacji. Jednak wobec szybkiego rozwoju silników spalinowych, w połączeniu z powszechną dostępnością i niską ceną paliw węglowodorowych, proces tworzenia masowej motoryzacji lat międzywojennych został oparty wyłącznie na napędzie spalinowym. Główną przyczyną hamującą upowszechnienie samochodów elektrycznych była niska wydajność energetyczna akumulatorów o znacznej masie własnej, które wymagały częstego, wielogodzinnego doładowywania, co bardzo ograniczało dzienne przebiegi samochodów. Rysunek 1.1 przedstawia schematy układów napędowych pojazdów wykorzystujących silniki elektryczne. Czysto elektryczny E E Hybrydowy równoległy Hybrydowy szeregowy S B E B E B G – generator, E – silnik elektryczny, B – baterie, S – silnik spalinowy Rys. 1.1. Schematy pojazdów z silnikami elektrycznymi Niektóre typy silników elektrycznych znalazły zastosowanie jako silniki napędowe pojazdów elektrycznych. Obecnie oprócz silników prądu stałego obserwuje się tendencje do stosowania maszyn prądu zmiennego. O wyborze rodzaju silnika napędowego projektowanego pojazdu decydują: – dogodność jego charakterystyk mechanicznych, – możliwości sterowania w obszarze pracy silnikowej i prądnicowej, – moc jednostkowa silnika, – sprawność energetyczna, – niezawodność, – koszt. W tablicy 1.1 zestawiono wybrane parametry silników elektrycznych o takiej samej mocy, w różnych wykonaniach. Silniki prądu stałego są stosowane w elektrycznych samochodach osobowych i dostawczych, w wózkach magazynowych i przeładunkowych, w autobusach, a także w ciężkich pojazdach transportowych. Silniki prądu zmiennego trójfazowego wymagają stosowania złożonych układów sterujących i przetwarzających energię pobieraną z akumulatorów. Przy obecnym stanie techniki są preferowane silniki indukcyjne klatkowe o zwiększonym momencie rozruchowym. 4 Tab. 1.1. Porównanie różnych rodzajów silników o mocy 15 kW Silnik prądu stałego (DC) Silnik prądu zmiennego (AC) synchroniczny o Parametr obcoszeregowy indukcyjny magnesach wzbudny trwałych Masa [kg] 100 115 45 39 Wymiary [cm] 43 x 30 53 x 36 30 x 30 18 x 46 Maks. prędkość obr. [obr/min] 5000 5000 15000 15000 Maks. sprawność [–] 0,90 0,85 0,92 0,95 Koszt porównawczy [–] 1 0,9 0,5 0,5 Moc jednostkowa [W/kg] 150 130 333 385 Ogólny podział elektrycznych silników napędowych przedstawia rysunek 1.2. Rys. 1.2. Podział elektrycznych silników napędowych Właściwości trakcyjne samochodu elektrycznego (m.in. moment obrotowy silnika elektrycznego) dają mu dodatkową przewagę nad samochodami z napędem spalinowym użytkowanymi w miastach (rys. 1.3). Wynika to ze specyficznego przebiegu charakterystyki momentu obrotowego silnika elektrycznego w porównaniu z silnikiem spalinowym. Silnik elektryczny wytwarza swój maksymalny moment obrotowy już przy rozruchu, przy 5 minimalnej prędkości obrotowej. Nie wymaga on stosowania sprzęgła, a także zapewnia bardziej korzystne niż w przypadku silnika spalinowego właściwości dynamiczne, zależne w ruchu miejskim od momentu obrotowego, a nie od jego mocy. O właściwościach trakcyjnych pojazdu w ruchu miejskim decydują głównie parametry silnika uzyskiwane przy prędkościach obrotowych do 3000 obr/min[23]. Ruch miejski Moment obrotowy [Nm] 120 100 Silnik o ZI M max=96 Nm 80 60 40 20 0 Silnik elektryczny M max =109 Nm 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Prędkość obrotowa [obr/min] Rys. 1.3. Porównanie krzywej przebiegu momentu obrotowego silnika benzynowego (moc 48 kW) i elektrycznego (moc 23 kW) [23] Silnik elektryczny i jego sterownik są podstawowymi elementami pojazdów hybrydowych i elektrycznych pozwalającymi napędzać pojazd energią elektryczną. W pojeździe napędzanym układem hybrydowym w układzie szeregowym jest on jedynym elementem napędzającym koła. W systemach napędu elektrycznego sterownik ustala wartość prądu i napięcia, które otrzymuje silnik elektryczny. Sterownik pobiera sygnał położenia pedału przyspieszenia i kontroluje wartość energii elektrycznej dostarczanej do silnika, przekształconej na moment obrotowy doprowadzony do kół napędowych. Innym kluczowym aspektem w pojazdach HEV (hybryd electric vehicle) i EV (electric vehicle) jest odzysk energii kinetycznej i jej magazynowanie. Wyróżnia się dwie główne grupy elektrycznych układów napędowych: z silnikami prądu stałego i zmiennego. W przeszłości silniki prądu stałego były powszechnie wykorzystywane w zastosowaniach wymagających zmiennych prędkości, ale dzięki ostatnim postępom w elektronice wysokich mocy, silniki prądu zmiennego nabierają większego znaczenia. 1.2. Silniki prądu stałego Silniki prądu stałego są łatwiejsze do sterowania niż silniki indukcyjne, dlatego też ich sterowniki elektroniczne są tańsze, ale silniki te są cięższe i większe. Silniki prądu zmiennego i ich sterowniki mają zwykle większą sprawność w szerszym zakresie pracy, lecz z powodu bardzo skomplikowanej elektroniki sterowników są one bardzo drogie. Podstawowym elementem służącym do napędu pojazdu elektrycznego oprócz silnika jest sterownik służący do ustalania wartości prądu i napięcia, które otrzymuje silnik elektryczny. Sterownik pobiera sygnał położenia pedału przyspieszenia i kontroluje wartość energii 6 elektrycznej dostarczonej do silnika, przekształconej na moment obrotowy doprowadzony do kół napędowych. Innym kluczowym aspektem w pojazdach elektrycznych jest odzysk energii kinetycznej i jej magazynowanie. Na rysunku 1.4 przedstawiono charakterystyki sterowników elektrycznych prądu zmiennego i stałego. Można zauważyć, że układ z silnikiem prądu zmiennego ma większą sprawność w szerszym zakresie pola pracy. Rys. 1.4. Charakterystyki układów silnik/sterownik prądu stałego oraz prądu przemiennego Dostrzec można również różnicę w sprawności przy małych prędkościach i niewielkich momentach obrotowych: układ prądu stałego ma sprawność 60% przy małych prędkościach, podczas gdy układ prądu zmiennego ma sprawność w zakresie 66-74%. Dla małego momentu obrotowego, który może odpowiadać jeździe autostradą, układ prądu zmiennego ma dużo większą sprawność niż układ prądu stałego. Układ prądu stałego ma większą sprawność przy dużym momencie obrotowym i prędkości obrotowej. Przykładem konstrukcji silnika trakcyjnego, przeznaczonego do pojazdów elektrycznych jest silnik tarczowy z magnesami trwałymi typu pancake (naleśnikowego) (rys. 1.5). Pole magnetyczne wytwarzane przez magnesy trwałe zamyka się przez dwa pierścienie stalowe. Do jednego z nich są przyklejone magnesy trwałe. Na obwodzie pierścienia umieszcza się wiele par biegunów, a od ich liczby zależy wypadkowy strumień magnetyczny i moment obrotowy. Uzwojenie twornika jest zatopione w żywicy epoksydowej, z której jest zbudowany wirnik. Z tego powodu brak jest strat w żelazie wirnika, co zwiększa sprawność silnika. Ponadto uzwojenie jest nawinięte spiralnie, powodując zmniejszenie rezystancji wirnika i strat cieplnych. Silnik elektryczny charakteryzuje się wysokim wskaźnikiem mocy na jednostkę masy i dużą sprawnością w szerokim zakresie zmian obciążenia. 7 Pierścień stalowy Uzwojenie twornika Magnesy trwałe Pierścień stalowy Komutator Rys. 1.5. Silnik elektryczny prądu stałego (DC) z magnesami trwałymi typu pancake Silnik reluktancyjny – to synchroniczny silnik prądu zmiennego, pozbawiony uzwojenia wzbudzającego i wykorzystujący w ruchu zjawisko zmiany oporności magnetycznej magnetowodu (elementów do prowadzenia strumienia magnetycznego) w zależności od położenia wirnika. Technologia silnika reluktancyjnego MRV (moteurreluctancevariable)opracowany przez francuską firmę Radio Energie spełnia wymagania napędów elektrycznych, którymi są: – duży moment obrotowy przy minimalnej prędkości rozruchu, – możliwość przeciążeń w całym zakresie prędkości, – możliwość odzyskiwania energii, – ciągła kontrola prędkości i momentu również w fazie hamowania, – sterownik całkowicie programowalny (praca w 4 kwadrantach; dodatni i ujemny moment obrotowy, prawy i lewy kierunek obrotów), – bezobsługowy silnik (brak szczotek i magnesów trwałych), – maksymalne prędkości obrotowe do 4500 obr/min. Brak komutatora, szczotek i magnesów trwałych nadaje silnikowi dużą wytrzymałość, małe wymiary, dobrą niezawodność oraz brak konieczności konserwacji. Ponadto całość posiada wysoką sprawność. Możliwości techniczne silnika, prostota i wytrzymałość, wraz z programowalną elektroniką, pozwalają na szerokie zastosowania przemysłowe: wózki elektryczne do transportu wewnętrznego, urządzenia dźwigowe, małe samochody, gokarty, statki elektryczne itp. (tab. 1.2). 8 Sprawność Gęstość mocy Maks. prędkość obrotowa Niezawodność Konserwacja Stopień rozwoju Koszt silnika Koszt kontrolera Całkowity koszt Recykling Zastosowanie obecnie w EV Zastosowanie w przyszłości Tab. 1.2. Zalety i wady silników elektrycznych wykorzystywanych w pojazdach elektrycznych i hybrydowych Synchroniczny AC + + ++ ++ + + + – o + ++ ++ Z przełączaną reluktancją AC + ++ ++ + + –– + o + + o o Bezszczotkowy DC ++ ++ + + + + o – o –– + ++ Obcowzbudny DC –– –– –– + –– ++ – + – – o – ++ bardzo dobry, + dobry, o – brak wpływu, – zły, – – bardzo zły 1.3. Silniki asynchroniczne Podział silników asynchronicznych(indukcyjnych) może wynikać z rodzaju stosowanego wirnika, wyróżnia się: silniki indukcyjne klatkowe, silniki indukcyjne pierścieniowe (rys. 1.6). Rys. 1.6. Silniki indukcyjne: pierścieniowy, klatkowy [5] Silnik indukcyjny składa się z dwóch zasadniczych części: nieruchomego stojana i ruchomego (wirującego) wirnika (rys. 1.7). 9 Rys. 1.7. Budowa silnika indukcyjnego [5] Na wewnętrznej stronie rdzenia stojana i zewnętrznej stronie rdzenia wirnika wykonuje się specjalne rowki, zwane żłobkami, w których umieszczane są uzwojenia. Część rdzenia pomiędzy sąsiednimi rowkami, nazywana jest zębem. Żłobki i zęby mogą posiadać różne kształty, zwykle ich liczba w stojanie i wirniku jest różna. Pomiędzy stojanem a wirnikiem znajduje się możliwie mała szczelina powietrzna. Uzwojenie stojana wykonane jest z izolowanego drutu, zaimpregnowane i mocno usztywnione, tak, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo uszkodzenia na skutek drgań mechanicznych [5]. Budowa silnika indukcyjnego pierścieniowego W silniku pierścieniowym uzwojenie wirnika wykonane jest podobnie do uzwojenia stojana. Jest ono na stałe połączone z pierścieniami ślizgowymi (stąd nazwa “silnik pierścieniowy”), zwykle trzema, gdyż uzwojenie wirnika najczęściej jest 3-fazowe. Za pośrednictwem przylegających do pierścieni szczotek, uzwojenia wirnika połączone są z dodatkowymi elementami, zwiększającymi rezystancje każdej fazy. (zmianę rezystancji faz stosuje się dla rozruchu, hamowania i zmiany prędkości silnika).Obecnie ze względu na zbyt skomplikowaną budowę, konstrukcja ta jest rzadko stosowana [5]. Rys. 1.8. Silnik indukcyjny pierścieniowy [5] 10 Budowa silnika indukcyjnego klatkowego Obwód elektryczny wirnika w silniku indukcyjnym klatkowym jest wykonany z nieizolowanych prętów, połączonych po obu stronach wirnika pierścieniami zwierającymi. Konstrukcja to wyglądem przypomina klatkę o kształcie walca (stąd nazwa). Obwód magnetyczny wirnika wykonany jest w postaci pakietu blach stalowych z dodatkiem krzemu, wzajemnie odizolowanych, złożonych jednana drugą. Obwód elektryczny wirnika jest zawsze zwarty (inna nazwa tego silnika to silnik indukcyjny zwarty) w związku, z czym nie ma możliwości przyłączania dodatkowych elementów, tak jak ma to miejsce w wirniku silnika pierścieniowego. Klatka stanowi wielofazowe uzwojenie wirnika, a za liczbę faz przyjmuje się liczbę prętów, z których jest wykonana. Silnik klatkowy ma bardzo prostą, tanią, i łatwą w utrzymaniu konstrukcję. Wykonanie silnika pierścieniowego jest o wiele droższe, ale konstrukcja ta, przez możliwość dołączania dodatkowych elementów do uzwojenia wirnika posiada zdecydowanie bogatsze właściwości ruchowe(układy umożliwiające rozruch i regulacje prędkości silnika). Biorąc jednak pod uwagę coraz większą powszechność elektronicznych urządzeń zasilających (falowniki, soft starty), umożliwiających uzyskanie o wiele lepszych właściwości regulacyjnych, wspomniane zalety silników pierścieniowych przestały być już tak istotne i w ogromnej większości silniki pierścieniowe zostały wyparte przez silniki klatkowe [5]. Na rys.1.9 przedstawiono silnik indukcyjny klatkowy. Rys. 1.9. Silnik indukcyjny klatkowy [5] Silnik klatkowy ma bardzo prostą, tanią, i łatwą w utrzymaniu konstrukcję. Wykonanie silnika pierścieniowego jest o wiele droższe, ale konstrukcja ta, poprzez możliwość dołączania dodatkowych elementów do uzwojenia wirnika posiada zdecydowanie bogatsze właściwości ruchowe (układy umożliwiające rozruch i regulację prędkości silnika). Biorąc jednak pod uwagę coraz większą powszechność elektronicznych urządzeń zasilających (falowniki, soft starty), umożliwiających uzyskanie o wiele lepszych właściwości regulacyjnych, wspomniane zalety silników pierścieniowych przestały być już tak istotne i w ogromnej większości silniki pierścieniowe zostały wyparte przez silniki klatkowe. 11 Tab.1.3. Porównanie silników asynchronicznych i synchronicznych AC Motor DC Motor Mała masa Duża masa 95% wydajność przy pełnym załadowaniu 85-95% wydajność przy pełnym załadowaniu Wysokie ceny sterowników Prosty sterownik Wysokie ceny silników i falowników Odpowiednio mniejsze ceny silników Tab. 1.4. Porównanie parametrów silników elektrycznych DC szczotkowy DC bezszczotkowe AC Indukcyjny Maksymalna sprawność [%] 85-89 95-97 94-95 Sprawność przy 10% załadowaniu [%] 80-87 73-82 93-94 Maksymalna prędkość obrotowa 4000-6000 4000-10000 9000-15000 Koszt odniesiony do mocy jednostkowej (KM) $100-150 $100-130 $50-75 Relatywny koszt kontrolera w stosunku do DC szczotkowego 1 3-5 6-8 12 1.4. Umiejscowienie silników We współcześnie spotykanych pojazdach samochodowych zasilanych energią elektryczną zmagazynowaną w akumulatorach stosuje się różne rozwiązania konstrukcyjne napędu. W niektórych przypadkach mamy do czynienia z przekazywaniem momentu obrotowego z silnika elektrycznego do kół pojazdu za pomocą przekładni i wałów napędowych. Inne rozwiązanie stanowi stosowanie silników elektrycznych zamontowanych bezpośrednio w kołach napędowych pojazdu. Na rys. 1.10 przedstawiono różne układy napędowe wykorzystujące silniki elektryczne. Pojazd elektryczny Pojazd hybrydowy 1 Pojazd z ogniwami paliwowymi 3 1 2 2 3 4 2 7 3 5 2 1 1 – silnik elektryczny 2 – przekształtnik 1 3 – akumulatory 4 – zbiornik paliwa 8 6 5 – silnik spalinowy 6 – silnik/generator 1 2 7 – zbiornik wodoru 8 – ogniwo paliwowe Rys. 1.10. Schematy układów napędowych pojazdów wykorzystujących silniki elektryczne zintegrowane z kołami Na rys. 1.11 i 1.12 przedstawiono budowę i umiejscowienie silników zamieszczanych w kołach pojazdów. Rys. 1.11. Silnik elektryczny zamontowany w kole pojazdu 13 Rys. 1.12. Budowa silnika elektrycznego zamontowanego w kole pojazdu W ofercie firm zajmujących się podzespołami do układów napędowych pojazdów znajdują się osie napędowe przeznaczone do hybrydowych (układ szeregowy), bądź w pełni elektrycznych autobusów miejskich. Firma ZF Friedrichshafen AG oferuje portalową oś napędową do niskopodłogowych autobusów miejskich, wyposażoną w dwa asynchroniczne silniki elektryczne (rys. 1.13, 1.14). Rys. 1.13. Oś napędowa do hybrydowych/elektrycznych autobusów miejskich firmy ZF (AVE 130) 14 Rys. 1.14. Oś napędowa AVE 130 firmy ZF z widocznym fragmentem silnika elektrycznego Ta napędzana elektrycznie oś wykorzystuje dwa wysokoobrotowe (maksymalna prędkość obrotowa wynosi 11000 obr/min) silniki asynchroniczne chłodzone cieczą. Moc ciągła wytwarzana przez oś wynosi 120 kW, natomiast krótkotrwała, maksymalna moc osiąga wartość 240 kW. Budowę osi AVE 130 i jej podstawowe parametry eksploatacyjne przedstawiono na rys. 1.15 i w tab. 1.5. Rys. 1.15. Schemat budowy i podstawowe wymiary osi napędowej AVE 130 15 Tab. 1.5. Parametry osi napędowej AVE 130 firmy ZF Parametr AVE130 Nacisk na oś [kg] 13000 Maksymalny moment obrotowy [Nm] 2x10500 Moc [kW] 2x120 Wymiary opony (standard) 275/70R22,5 Wymiary koła (standard) 22,5x8,25 Hamulce Tarczowe Masa osi [kg] 1100 Ciecz chłodząca Woda/glikol (50/50) Silniki 2 x asynchroniczne silniki trójfazowe Napięcie znamionowe [V] 350-420 Natężenie znamionowe [A] 135 Maksymalne natężenie [A] 350 Zalety tego rozwiązania to: szybsze osiąganie maksymalnej mocy i momentu obrotowego, mniejsze straty energii przez wyeliminowanie reduktora prędkości obrotowej (możliwość osadzenia silnika we wnęce koła), zewnętrzny wirnik umożliwia montaż silników na kołach przednich (dotychczas uniemożliwiały to elementy układu kierowniczego). 1.5. Ocena bezpieczeństwa Układ osobnego silnika dla każdego koła oprócz szeregu korzyści technicznych poprawia radykalnie własności trakcyjne pojazdu, dzięki możliwości niezależnego sterowania napędem każdego z kół jezdnych. W przypadku pojazdów transportu masowego szczególne znaczenie przypisywane jest bezpieczeństwu ruchu i dlatego należy ustalić, czy opisany układ napędowy umożliwia utrzymanie kontroli nad ruchem pojazdu, również w sytuacji awarii poszczególnych silników napędzających koła. W streszczonym poniżej projekcie badano reakcje dynamiczne pojazdu na zakłócenia w pracy poszczególnych silników napędzających koła w czasie ruchu pojazdu po okręgu o stałym promieniu. Odpowiednie badania przeprowadzono dla nawierzchni o zróżnicowanych w szerokim zakresie współczynnikach 16 tarcia, wariantując również przyspieszenia poprzeczne pojazdu. Przyjęto, że pojazd można uznać za bezpieczny, jeśli określona awaria układu napędowego może być skompensowana odpowiednim działaniem układu stabilizacji ruchu pojazdu ESP i tym samym można uniknąć niekontrolowanego poślizgu pojazdu oraz jego obrotu dookoła własnej pionowej osi. Wektorowe sterowanie ruchem pojazdu Elektryczny napęd za pomocą indywidualnych silników umieszczonych przy kołach jezdnych otwiera nowe możliwości w zakresie działania elektronicznych układów kontrolujących dynamikę ruchu. Selektywne modulowanie momentu napędowego poszczególnych kół umożliwia wytworzenie momentu skręcającego pojazd wokół jego osi pionowej, tym samym możliwe jest skręcanie pojazdu bez udziału układu kierowniczego. Opisany sposób sterowania ruchem pojazdu nazywany jest wektorowaniem momentu napędowego. Analogiczny sposób sterowania ruchem pojazdu od lat wykorzystywany jest w systemach ESP, gdzie niezamierzony obrót pojazdu dookoła pionowej osi kompensowany jest przez przyłożenie momentu hamującego do określonych kół pojazdu. Ocena bezpieczeństwa ruchu pojazdu obejmowała symulowanie następujących niezamierzonych, awaryjnych zmian momentu obrotowego poszczególnych silników napędowych: a) gwałtowne zwiększenie momentu obrotowego do wartości maksymalnej, b) zredukowanie momentu obrotowego do zera, c) wytworzenie momentu obrotowego o prawidłowej wartości, ale w przeciwnym do zamierzonego kierunku. Opisane usterki mogły być symulowane niezależnie dla każdego z czterech kół napędowych. W rzeczywistych warunkach eksploatacji powstanie tego rodzaju usterek nie jest wprawdzie bardzo prawdopodobne, ale w skrajnych sytuacjach możliwe, na przykład w następstwie poważnych awarii elektrycznych układów zasilania lub w przypadku zwarć w instalacji elektrycznej. Symulowane awarie stanowią najgroźniejsze pod względem bezpieczeństwa ruchu pojazdu przypadki. Badania polegały na rejestracji parametrów dynamicznych opisujących ruch pojazdu po zasymulowaniu usterek układu napędowego. W celu wyeliminowania wpływu kierowcy przyjęto stały kąt skrętu kół. Wymuszenie nieprawidłowych wartości momentu napędowego uzyskano za pomocą powiązanych programów Matlab Simulink oraz Adams Car. W ocenie zagrożenia bezpieczeństwa ruchu w następstwie określonych usterek układu napędowego posłużono się kryterium wpływu usterki na tor ruchu pojazdu. Przyjęto, że zmiana kąta skrętu pojazdu będzie oceniana po 0,75 s od chwili wystąpienia usterki, to jest po czasie który w realnym ruchu upłynąłby od chwili wystąpienia usterki do podjęcia reakcji przez kierującego pojazdem. Kierujący mógłby w takich przypadkach przeciwdziałać niezamierzonym zmianom trajektorii ruchu wykonując korektę skrętu koła kierownicy. Kryteria oceny wpływu usterki na dynamikę ruchu pojazdu to odchylenie od zamierzonej trajektorii ruchu, dystans mierzony liniowo [m], zmiana prędkości skrętu, i szybkość zmian prędkości skrętu w czasie Q °/s2. W przypadku gdy awaria prowadzi do powstania wartości Q mniejszych od 5 °/s2 to kierujący mógłby opanować niezamierzony obrót pojazdu dookoła osi 17 pionowej i wpływ awarii układu napędowego na trajektorię ruchu pojazdu ograniczyłby się do określonego odchylenia od zamierzonego toru jazdy. Krytyczne zagrożenie bezpieczeństwa wiąże się z przekroczeniem wartości parametru Q równej 5 °/s2, co wiąże się zazwyczaj z całkowitą utratą kontroli nad ruchem pojazdu i jego obrotem dookoła pionowej osi. Wyniki badań Wyniki badań dotyczą symulacji usterek wymienionych w punktach a-c, w czasie ruchu po okręgu, dla trzech wariantów przyspieszenia poprzecznego wynoszącego: a1 = 0,2 g a2 = 0,5 g a3 = 0,9 g Badania prowadzono dla każdej wartości przyspieszenia na różnych nawierzchniach, przy czym współczynnik tarcia zmieniał się od wartości µ = 0,2, przez µ = 0,7 do µ = 1. Zasymulowano tym samym odpowiednio jezdnię pokrytą lodem, mokrą i suchą. W przypadku jezdni pokrytej lodem możliwe było tylko uzyskanie najmniejszej wartości przyspieszenia poprzecznego pojazdu w ruchu po okręgu a1, przy czym była to wartość graniczna. Rys. 1.16. Reakcja dynamiczna pojazdu na awarię układu napędzającego tylne zewnętrzne koło w czasie jazdy po łuku ze stałym przyspieszeniem poprzecznym równym 0,2g Na rysunku 1.16 przedstawiono przykładowe parametry opisujące dynamikę ruchu pojazdu przy ruchu po okręgu z najmniejszym przyspieszeniem poprzecznym a1, dla trzech różniących się współczynnikiem tarcia nawierzchni. Około 4 s testu zasymulowano usterkę „a” polegającą na gwałtownym zwiększeniu momentu napędzającego tylne, zewnętrzne względem krzywizny zakrętu koło. Oceniając zarejestrowane wyniki można stwierdzić, że na skutek awarii ruch samochodu zostaje zakłócony tylko w nieznacznym stopniu o ile zapewniona jest wystarczająca przyczepność kół do nawierzchni. Zebrane wyniki nie różnią się znacząco dla nawierzchni suchej i mokrej, w obu przypadkach parametr Q nie przekracza wartości granicznej, decydującej o bezpieczeństwie ruchu pojazdu. Sytuacja wygląda 18 odmiennie dla nawierzchni pokrytej lodem, gdzie zwiększenie wartości momentu napędowego tylnego, zewnętrznego względem krzywizny zakrętu, koła prowadzi do jego poślizgu i wiąże się z utratą możliwości przenoszenia sił bocznych. W chwili wystąpienia takiej usterki pojazd wykazuje nadsterowność i obraca się przodem do wewnętrznej części zakrętu, staje się niesterowany. Wartość parametru Q wielokrotnie przekracza wartość bezpieczną i sięga 148 °/s2. Kierujący pojazdem, mając do dyspozycji układ kierowniczy i hamulcowy nie może opanować ruchu pojazdu. W tab. 1.6 zebrano wyniki wszystkich przeprowadzonych eksperymentów, dla trzech opisanych przypadków awarii silnika napędzającego, i trzech różnych nawierzchni, przy czym awarię symulowano kolejno oddzielnie dla wszystkich czterech kół pojazdu. Przedstawione wyniki wskazują, że w przypadku jazdy po łuku z dużym przyspieszeniem poprzecznym lub jazdy po nawierzchni o małym współczynniku tarcia niekontrolowana zmiana momentu obrotowego silnika napędzającego jedno z kół jezdnych może prowadzić do utraty sterowności pojazdu, której kierujący nie może zapobiec. W tych sytuacjach szczególnie celowe jest wykorzystanie wektorowania momentu napędowego pozostałych kół tak, aby możliwie ograniczyć utratę stabilności pojazdu i zmianę toru ruchu. Omawiane zakłócenie działania jednego z silników napędowych jest szczególnie niebezpieczne, ponieważ prowadzi do obracania pojazdu dookoła jego pionowej osi. Systemy przeciwdziałania polegające na uruchomieniu hamulców wszystkich kół są w tym przypadku nieadekwatne i nie zapobiegają obracaniu pojazdu całkowicie uniemożliwiając kontrolowanie jego trajektorii ruchu przez kierującego. Przypadek taki prezentuje dolny lewy wykres na rysunku 1.18. Ustabilizowanie ruchu pojazdu wymaga przyłożenia momentu obracającego pojazd dookoła jego osi pionowej, równoważącego odpowiedni moment wytworzony przez napędzane awaryjnie tylne prawe koło, co obrazuje dolny prawy wykres. Wprawdzie zmiana toru ruchu pojazdu jest nieunikniona, pojazd porusza się z dużym kątem znoszenia, ale się nie obraca dookoła pionowej osi, co umożliwia kierującemu podjęcie ewentualnych przemyślanych korekt ruchu. 19 Tab. 1.6. Przegląd wyników eksperymentów Mmax ↑ M=0 -Mmin↓ Mmax ↑ M=0 -Mmin↓ Mmax ↑ M=0 -Mmin↓ Mmax ↑ M=0 -Mmin↓ Mmax ↑ M=0 -Mmin↓ Mmax ↑ M=0 -Mmin↓ µ 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 µ 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 µ 0,7 1 0,7 1 07 1 07 1 0,7 1 0,7 1 ap=0,23g; R=30m; V=8,2 m/s Koło przednie Q [°/s] ∆y [m] -15,28 0,56 -0,57 0,09 0,41 0,08 0,05 0,23 -0,05 0,01 -0,05 0,00 -8,70 0,42 -0,83 0,06 -0,87 0,06 Koło tylne wewn. 31,76 0,37 -0,64 0,13 -0,67 0,14 0,19 0,23 -0,04 0,00 -0,04 0,00 163,09 0,35 -0,19 0,10 -1,14 0,13 ap=0,5g; R=30m; V=12,1 m/s Koło przednie Q [°/s] ∆y [m] -3,39 0,23 -2,48 0,15 0,04 0,05 0,03 0,00 1,09 0,08 0,86 0,13 Koło tylne wewn. -3,59 0,25 -2,76 0,18 0,13 0,05 0,11 0,01 423,46 0,19 2,02 0,20 ap=0,9g; R=30m; V=13,3 m/s Koło przednie Q [°/s] ∆y [m] -6,05 0,84 -4,32 0,24 0,28 0,51 0,22 0,001 7,42 0,34 3,3 0,21 Koło tylne wewn. -4,94 0,77 -3,63 0,19 0,71 0,49 0,53 0,03 417,24 0,40 5,24 0,30 Bez wpływu na bezpieczeństwo µ 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 0,2 0,7 1 µ 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 µ 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 0,7 1 Koło przednie Q [°/s] -10,90 3,53 3,38 -0,12 -0,11 -0,11 -14,42 -3,40 -3,35 Koło tylne zewn. 147,73 3,75 3,6 -0,16 -0,17 -0,17 63,05 -4,08 -7,23 Koło przednie Q [°/s] 2,90 2,62 -0,11 -0,10 -3,03 -3,00 Koło tylne zewn. 2,35 2,00 -0,12 -0,10 -4,18 -4,27 Koło przednie Q [°/s] 1,22 1,57 -0,10 -0,09 -1,61 -1,96 Koło tylne zewn. 1,56 1,59 0,00 0,03 -0,76 -1,05 Ograniczony wpływ na bezpieczeństwo ∆y [m] 0,46 0,06 0,06 0,24 0,01 0,00 0,55 0,07 0,06 0,42 0,06 0,07 0,24 0,01 0,00 0,35 0,04 0,07 ∆y [m] 0,06 0,10 0,06 0,00 0,16 0,10 0,02 0,07 0,06 0,00 0,13 0,07 ∆y [m] 0,42 0,13 0,54 0,01 0,65 0,13 0,45 0,08 0,54 0,01 0,58 0,05 Niebezpieczne 20 Rys. 1.17. Trajektoria ruchu pojazdu w sytuacji niekontrolowanego wzrostu momentu napędowego na tylnym zewnętrznym względem krzywizny łuku kole 21 Rys. 1.18. W górnej części tor ruchu pojazdu bez usterki (po lewej), w chwili niekontrolowanego wzrostu momentu napędowego na tylnym prawym kole (po prawej), na dole dwie strategie obronne związane z wektorowaniem momentu napędzającego Główne trendy rozwoju autobusów elektrycznych Główne kierunki rozwoju pojazdów elektrycznych to: zmniejszenie energochłonności poszczególnych systemów pojazdu, wprowadzanie nowych rozwiązań technicznych tworzonych we współpracy z uczelniami i ośrodkami badawczymi zmniejszenie masy pojazdu. Na rysunku 1.19 przedstawiono rozmieszczenie funkcjonalnych w autobusie elektrycznym. poszczególnych podzespołów 22 Rys. 1.19. Główne podzespoły elektrycznego autobusu [4] Przy projektowaniu nowoczesnych konstrukcji, bardzo dużą wagę przywiązuje się do ograniczania ilości elementów oraz zmniejszania masy pojazdu, przez używanie lekkich materiałów. Jednym z rozwiązań pozwalających zmniejszyć masę pojazdu (zmniejszenie energochłonności – zwiększenie zasięgu) jest projektowania układu napędowego bez skrzyni biegów. Rysunek 1.20 przedstawia porównanie układu napędowego oraz masy autobusu elektrycznego oraz autobusu z silnikiem o zapłonie samoczynnym. Rys. 1.20. Porównanie mas pojazdów z silnikami: o zapłonie samoczynnym oraz elektrycznym [4] Interesującymi właściwościami charakteryzują się napędy bezpośrednie. Możliwości konstrukcyjne umożliwiają bowiem budowę silników elektrycznych o bardzo małych prędkościach obrotowych oraz bardzo dużym momencie obrotowym. Takie silniki można zastosować do napędu pojazdów eliminując jakiekolwiek przekładnie mechaniczne między silnikiem a kołami. Takie wolnoobrotowe silniki, określane jako silniki momentowe, mogą napędzać koła pojazdu za pośrednictwem odpowiedniego wałka lub też mogą być bezpośrednio wmontowane w koło pojazdu. Dzięki takiemu rozwiązaniu eliminowany jest 23 hałas przekładni mechanicznej i zwiększa się sprawność całego układu przez wyeliminowanie strat mocy w przekładni mechanicznej [2]. Tab. 1.7. Przykładowe masy poszczególnych elementów autobusów z silnikami: o zapłonie samoczynnym oraz elektrycznym [4] Elementy autobusu z silnikiem Masa Elementy autobusu Masa spalinowym [kg] elektrycznego [kg] Silnik spalinowy 510 Trakcyjny silnik elektryczny 350 Skrzynia biegów z retarderem 365 Kontener trakcyjny 500 Zbiornik paliwa 55,8 Baterie 1400 Układ wydechowy 120 Rezystor hamowania 160 Ogrzewanie 117 Elektryczne ogrzewanie 30 Tablice kierunkowe 38,5 Tablice kierunkowe 23,9 Klapa silnika 20 Klapa silnika (włókno węglowe) 5,5 Boczne okna 66 Szyby boczne 41 Drzwi 217 Drzwi elektryczne 203,8 Stalowe felgi 144 Aluminiowe felgi 88 Podłogowa sklejka (brzozowa) 153 Podłogowa sklejka (mahoniowa) 107 Wewnętrzne klapy obsługowe 37 Wewnętrzne klapy obsługowe 23,5 Siedzenie kierowcy 52 Siedzenie kierowcy 30 Siedzenia pasażerów 187 Siedzenia pasażerskie 170 Płyny Eksploatacyjne 300 - Łącznie 2382 3132 RÓŻNICA +750 Autobusy elektryczne charakteryzują się większą masą od autobusów z silnikami o zapłonie samoczynnym. Główna przyczyna leży w konieczności montowania układu baterii 24 o dużej masie. Układ napędowy bez skrzyni biegów niesie ze sobą następujące korzyści: pozwala na zmniejszenie masy pojazdu – zmniejszenie energochłonności, zwiększenie zasięgu, obniżenie kosztów eksploatacyjnych wynikających z obsługi dodatkowego podzespołu. 1.6. Analiza skrzyń biegów używanych w autobusach elektrycznych Skrzynia biegów to mechanizm oparty o przekładnię, zazwyczaj zębatą, który ma za zadanie dopasować charakterystykę silnika do wymagań eksploatacyjnych pojazdu. W przypadku silnika spalinowego jest to nieodzowna część pojazdu, wymusza to jego charakterystyka. Silnik taki do pracy potrzebuje pewnej prędkości obrotowej wału korbowej zwanej prędkością biegu jałowego. Zespolenie takiego silnika bezpośrednio z kołami uniemożliwiłoby jego postój, dodatkowo przy najniższych obrotach możliwy do uzyskania moment obrotowy ma niewielka wartość. Przykładowa charakterystykę silnika ZS stosowanego do napędu autobusu zaprezentowano na rys. 1.21. Rys. 1.21. Przykładowa charakterystyka zewnętrzna silnika ZS W tym celu przekładnia zmniejsza obroty kół w stosunku do obrotów wału korbowego (jest reduktorem). To działanie wpływa także na multiplikacje momentu obrotowego odwrotnie proporcjonalnie do prędkości obrotowej. Zastosowanie skrzyni biegów zwiększa, więc siłę napędową na kołach. Zjawisko to zilustrowano na rys. 1.22. 25 Rys. 1.22. Zależność siły napędowej od wybranego przełożenia skrzyni biegów i prędkości Na rys. 1.22 czwarty bieg jest przełożeniem bezpośrednim (1:1), czyli takim jakby silnik był podłączony bezpośrednio do kół. Jak widać uniemożliwia to jazdę z niewielkimi prędkościami. W przypadku silnika elektrycznego charakterystyka jest odmienna od rozwiązania spalinowego. Zilustrowano to na rys. 1.23. Moc, Moment Obrotowy Prędkość obrotowa Rys. 1.23. Charakterystyka zewnętrzna silnika elektrycznego 26 Jak widać, silnik elektryczny już od 0 obr/min dysponuje maksymalnym momentem obrotowym, który utrzymuje do pewnej prędkości, a następnie powoli zaczyna opadać, w tym zakresie silnik dysponuje stała mocą. Ta charakterystyka powoduje, ze przy jego zastosowaniu niepotrzebna jest skrzynia biegów. Jej brak wiąże się z kilkoma zaletami. Przede wszystkim zmniejsza opory i straty, każde przełożenie w skrzyni posiada pewną sprawność powodującą, że ok. 5 % jest bezpowrotnie tracone. Skrzynia taka potrzebuje miejsca, a także w przypadku przekładni automatycznej systemu sterowania. Te zalety sprawiają, ze w autobusie miejskim, nieprzekraczającym 60 km/h zastosowanie asynchronicznych silników elektrycznych w piastach kół będzie rozwiązaniem pozytywnie wpływającym na ekonomiczność autobusu. Zastosowanie przekładni byłoby uzasadnione w przypadku pojazdów o większym zakresie prędkości. 1.7. Rekuperacja energii Jazda w mieście pojazdu mechanicznego nie odbywa się przy stałej prędkości, a wymaga częstego zwalniania i zatrzymywania się oraz ruszania i przyspieszania. Przy ruszaniu z miejsca i przy przyspieszaniu pojazdu zapotrzebowanie na moc silnika napędowego jest większe niż przy jeździe ustalonej podczas jazdy ze stałą prędkością, gdyż moc ta potrzebna jest na pokonanie zarówno oporów ruchu jak i zwiększenie energii kinetycznej pojazdu [3]. Na rys. 1.24a przedstawiono przykładowe przyspieszenie w cyklu miejskim. Gęsta sieć miejskich przystanków autobusowych, skrzyżowania i sygnalizacja świetlna oraz warunki ruchu powodują, że autobusy poruszają się ze stałą prędkością jedynie na krótkich odcinkach trasy. Najczęściej realizowane są fazy ruszania, przyspieszania i hamowania. Ocenia się, że odzysk energii hamowania i jej ponowne wykorzystanie przy ruszaniu autobusu pozwoli zmniejszyć zużycie energii przy jeździe w mieście nawet o około 30%. Elektryczne hamowanie pojazdu, podczas którego zachodzi odzysk energii pozwoli ponadto na oszczędności eksploatacyjne wynikające ze zmniejszenia zużycia okładzin i tarcz bębnów hamulcowych pojazdu. Na rys. 1.24b przedstawiono przykładowy przebieg mocy wymaganej do realizacji cyklu jazdy przy zadanym przyspieszeniu, ustaloną prędkością i hamowaniu. Jedna z głównych zalet stosowania pojazdów hybrydowych i elektrycznych jest możliwość odzysku energii hamowania – rekuperacja [3]. Rekuperacja energii elektrycznej jest procesem polegającym na odzyskiwaniu energii w pojazdach z napędem elektrycznym lub hybrydowym przez wykorzystanie silników elektrycznych jako prądnicy. W pojazdach trakcyjnych odzysku energii dokonuje się najczęściej przy pomocy silników trakcyjnych asynchronicznych, które przekształcają energię kinetyczną rozpędzonej masy pojazdu na energię elektryczną w trakcie jego hamowania elektrodynamicznego. Dużą zaletą autobusów elektrycznych jest możliwość gromadzenia energii w akumulatorach lub superkondensatorach, a nie oddawanie jej bezpośrednio do sieci gdzie nie zawsze może być wykorzystana w sposób efektywny. Nie zawsze możliwy jest zwrot energii do sieci, gdyż musi być ona do tego odpowiednio przystosowana. Pojazd może oddać prąd do sieci dzięki temu, że w trakcie hamowania elektrodynamicznego na odbieraku prądu napięcie ma wyższą wartość niż w przewodach trakcji zasilającej, zatem oddając nadwyżkę tej energii powoduje podniesienie panującego w niej napięcia elektrycznego. 27 Przygotowana do odbioru energii sieć trakcyjna spełnia pewne normy energetyczne (np. ograniczona maksymalna wartość napięcia), które nie mogą zostać przekroczone. Ryzyko takiego przekroczenia jest mniejsze, gdy przed pojazdem trakcyjnym hamującym jest kolejny, który rusza. Wówczas zwiększony pobór prądu przez ruszający pojazd zapobiega pojawieniu się zbyt wysokiego napięcia w trakcji. Gdy zaś ruszającego pojazdu nie ma i napięcie w sieci rośnie zbliżając się do pewnej narzuconej przez normę wartości maksymalnej, wówczas aparatura elektroniczna pojazdu hamującego przełącza obwód odzyskiwanej energii na oporniki – jest ona częściowo lub całkowicie wytracana rezystancyjnie nie pozwalając na jej ponowne wykorzystanie. Istnieją również rozwiązania, polegające na wykorzystaniu energii hamowania dla potrzeb pojazdu hamującego. W niektórych trolejbusach i tramwajach wykorzystuje się energię rekuperacji do ogrzewania wnętrza, w innych doładowuje nią akumulatory zasilające część elektroniki pokładowej (wyświetlacze, komputer pokładowy, kasowniki elektroniczne, maszyny drzwiowe).Podczas hamowania i zatrzymywania energia kinetyczna pojazdu jest wytracana w hamulcach mechanicznych, co powoduje ich nagrzewanie i zużywanie się [2]. Po zmagazynowaniu tej energii można ją ponownie wykorzystać przy ruszaniu i przyspieszaniu pojazdu. Wówczas hamowanie odbywa się bez użycia hamulców mechanicznych, które pełnią jedynie funkcję hamulców pomocniczych i bezpieczeństwa. Pojazdami typowo miejskimi są autobusy jeżdżące w miejskiej sieci komunikacyjnej. Ruch autobusów miejskich można podzielić na cztery fazy: – ruszanie (rozumiane, jako przyspieszanie od prędkości zerowej do 5% prędkości max), – przyspieszanie, – jazdę ze stałą prędkością, – hamowanie. Rys. 1.24. Prędkość autobusu w cyklu miejskim (a) oraz zapotrzebowanie na moc (b) [3] 28 1.8. Literatura do rozdziału 1 [1] Fic B., Pojazdy elektryczne, Wydawnictwo i handel książkami, Krosno 2012. [2] Guziński J.: Pojazd elektryczny z układem napędowym z silnikiem indukcyjnym klatkowym, Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego WEiA, Politechnika Gdańska 2013. [3] Glinka T., Fice M., Setlak R., Hybrydowy napęd pojazdu miejskiego, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 75/2006 95, Politechnika Śląska. [4] Materiały promocyjne producentów pojazdów elektrycznych. [5] http://silnikielektryczne.prv.pl/ [6] http://www.mkm.szczecin.pl/encyklopedia/rekuperacja/ - 29 2. Przeprowadzenie analizy dostępnych rodzajów akumulatorów i ich ładowania 2.1. Wprowadzenie Rozwój układów napędowych pojazdów ukierunkowany jest na stosowanie alternatywnych rozwiązań, do których należy zaliczyć przede wszystkim napęd hybrydowy i elektryczny. Ze względu na właściwości ekologiczne, użytkowe i ekonomiczne pojazdy wyposażone w napęd hybrydowy czy elektryczny powinny być eksploatowanie w aglomeracjach miejskich. To wymaga przygotowania odpowiedniej infrastruktury ze szczególnym uwzględnieniem stacji ładowania prądem elektrycznym. W zależności od typu pojazdu (osobowy, użytkowy) stacje te, będą różniły się do siebie. Tematyka niniejszego rozdziału opracowania dotyczyć będzie przeprowadzania analiz istniejących na świecie koncepcji akumulatorów i sposobów ich ładowania przeznaczonych dla autobusów elektrycznych stosowanych w komunikacji miejskiej. Opracowanie zawiera przedstawienie kilku możliwości, które są najczęściej i najskuteczniej stosowane na świecie. Rozdział podzielono na dwie części: rodzaje akumulatorów oraz sposoby ich ładowania. Po każdej z części przedstawione zostanie podsumowanie zawierające porównanie koncepcji z zaznaczeniem wad i zalet poszczególnych rozwiązań. 2.2. Rodzaje akumulatorów stosowanych w pojazdach z napędem elektrycznym 2.2.1. Wprowadzenie Warunki pracy układów napędowych pojazdów poruszających się w obszarach współczesnych aglomeracji miejskich oraz poza miastami są zasadniczo różne. W miastach pojazdy bardzo często ruszają i zatrzymują się. Często fazę ruszania i hamowania oddziela faza postoju pojazdu. Częstotliwość pojawiania się wymienionych faz jest duża, a jej wartość zależy od pory dnia, przepustowości tras komunikacyjnych itp. W tych warunkach w klasycznym napędzie pojazdu silnik cieplny pracuje w znacznym zakresie zmian mocy, prędkości kątowej i sprawności. Ogólną sprawność energetyczną klasycznego napędu pogarsza nieodwracalna zamiana energii kinetycznej pojazdu na ciepło podczas częstych hamowań. Ruch międzymiastowy natomiast charakteryzuje względnie stabilna praca układu napędowego. Na autostradach ruch pojazdów ze stałą prędkością odbywa się przez długie okresy. Tak znaczne zróżnicowanie warunków ruchu miejskiego i autostradowego uniemożliwia wysokosprawną pracę tego samego układu napędowego. Toteż w latach siedemdziesiątych pojawiła się koncepcja budowy pojazdów przeznaczonych wyłącznie do ruchu miejskiego lub pojazdów wyposażonych w alternatywnie działający układ napędowy. Słuszność jej uzasadnia ponadto fakt, że ilościowy udział ruchu miejskiego w ogólnym bilansie ruchu jest przeważający. Na podstawie cykli jazdy można wyznaczyć, jaka część energii wytworzonej w czasie ruchu pojazdu może być akumulowana. W przypadku idealnej rekuperacji cała energia hamowania, wyłączając jedynie straty na opory powietrza i opory toczenia, może być akumulowana w zakresie od prędkości początkowej do końcowej ruchu opóźnionego [14]. Naturalne warunki ruchu miejskiego skłaniają do akumulacji energii w dwóch przypadkach: 30 rekuperacji energii kinetycznej pojazdu podczas hamowania oraz przejmowania nadmiaru chwilowej mocy silnika nad chwilową mocą na kołach, niezbędną do napędu pojazdu. Obydwa przypadki mogą występować jednocześnie lub oddzielnie. Ze względu na sposób akumulacji energii wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje akumulatorów: kinetyczne (mechaniczne), hydropneumatyczne i elektrochemiczne (tab. 2.1). Każdy z tych akumulatorów wymaga współpracy z odpowiednim układem przesyłania oraz transformacji energii. Sprawności tych układów nie są jednakowe i obciążają cały układ stratami [12]. Tablica 2.1. Właściwości akumulatorów energii [12] Akumulator Właściwość Gęstość energii [kJ/kg] Gęstość mocy [W/kg] Sprawność magazynowania: okres krótki kinetyczny hydropneumatyczny 3–10 (360) bez ograniczeń 0,9–3,2 300 elektrochemiczny 72–400 100–160 (+) (– –) (+) (+ +) (+) (+) (+) (+) (+) (+) (–) (+ +) (+) (+) (+) (–) (+ +) (o) (–) (– –) (– –) (–) (– –) (– –) okres długi Sprawność przemiany Okres użytkowania Dopuszczalne przeciążenia Niezawodność Brak konieczności konserwacji Łączny koszt (+ = niski) Legenda: (+ +) – doskonały, (+) – dobry, (o) – średni, (–) – zły, (– –) – bardzo zły 2.2.2. Akumulatory mechaniczne Akumulatory mechaniczne (kinetyczne) to inercyjne (żyroskopowe) akumulatory energii. Inercyjnym akumulatorem energii nazwano bezwładnościowy akumulator, którego element inercyjny (bezwładnik) wykonuje w stanie naładowania ruch obrotowy. Konstrukcja bezwładnika jest bardziej złożona niż konstrukcja koła zamachowego, które charakteryzuje się mniejszą gęstością energii. W celu zwiększenia gęstości energii, akumulator inercyjny ma specjalnie wykonaną obudowę, ułożyskowanie i urządzenia pomocnicze mające na celu zmniejszenie strat energii. Na efektywną akumulację energii w ruchu obrotowym wpływa wiele czynników związanych z kształtem, rozkładem masy, naprężeniami maksymalnymi i oporami aerodynamicznymi. Energię zawartą w akumulatorze kinetycznym można wyrazić wzorem: EA 1 2 JA ω2 , (1) 31 gdzie: JA – masowy moment bezwładności [kg·m2], – prędkość kątowa [rad/s]. Jak wynika z powyższego, w akumulacji dużej ilości energii, bardziej istotne zadanie spełnia prędkość kątowa , niż masa bezwładnika m, stanowiąca składnik momentu bezwładności. Przykładowo dla bezwładnika w kształcie płaskiego krążka masowy moment bezwładności jest wyrażony: JA 1 2 m r2 , (2) gdzie: r – promień krążka. Maksymalna wartość prędkości kątowej jest ograniczona odpowiednią wytrzymałością materiału. Do konstrukcji bezwładników coraz częściej wykorzystywane są kompozyty włókniste, które charakteryzuje wytrzymałość większa niż stali i dużo mniejszy od niej ciężar właściwy. Przykładem pojazdu hybrydowego wykorzystującego nietypowe rozwiązanie – koło zamachowe – jest „turbinowo-żyroskopowe” auto firmy Rosen Motors (rys. 2.1). Bezwładnik w tym zespole napędowym ma postać wirującego cylindra, wykonanego z kompozytu o wysokiej wytrzymałości wzmocnionego włóknem węglowym. Zarówno turbina spalinowa (zamontowana w pojeździe), jak i akumulator kinetyczny są sprzężone z generatorami. Połączenie turbiny gazowej z generatorem jest nazywane turbogeneratorem. Turbogenerator napędza samochód podczas jazdy ze stałą prędkością i jednocześnie uzupełnia energię akumulatora. Energia kinetyczna akumulatora jest zużywana przy przyspieszaniu pojazdu, a podczas hamowania akumulator odzyskuje energię, która normalnie byłaby tracona w wyniku tarcia. Pierwotnym źródłem energii jest w pojeździe turbina spalinowa. Poziom emisji związków toksycznych spada niemal do zera, gdy zastosuje się dopalanie katalityczne. Prędkość obrotowa turbiny jest o rząd większa niż silników tłokowych. Przy budowie akumulatora kinetycznego użyte zostały nowe rozwiązania konstrukcyjne, którymi są: łożyska magnetyczne oraz specjalna obudowa. Koło zamachowe zaprojektowane przez Rosen Motors składa się z tytanowej piasty i cylindra wykonanego z kompozytu wzmacnianego włóknem węglowym. Cylinder może wirować z prędkością 60 000 obr/min. Aby zmniejszyć tarcie występujące przy takich prędkościach obrotowych, koło jest zawieszone na magnetycznych łożyskach, zachowując jednocześnie na stałym poziomie (0,13 mm) luz między ruchomymi i nieruchomymi elementami urządzenia, nawet wtedy, gdy samochód przejeżdża po nierównej nawierzchni. 32 Układ górny łożysk magnetycznych Pompa próżniowa Główny wał napędowy Pojemnik ochronny Zawieszenie typu Cardan Rotor silnika Cylinder z kompozytu wzmocnionego włóknem Układ dolny łożysk magnetycznych Rys. 2.1. Akumulator kinetyczny Rosen Motors napędzający pojazd hybrydowy [13] Aby móc czerpać energię z koła lub mu ją przekazywać, jest ono połączone z generatorem wałem sprzęgającym. Teoretycznie siły żyroskopowe powstające na skutek wirowania koła zamachowego mogą powodować przeciążenie magnetycznych łożysk. Zapobiega temu system przegubów pierścieniowych, który izoluje wirujący cylinder od ruchów żyroskopowych pojazdu. Ponieważ opór powietrza spowalniałby koło zamachowe, a na skutek tarcia wydzielałyby się spore ilości ciepła, do wypompowywania powietrza z przestrzeni wokół koła zamachowego niezbędna jest pompa próżniowa. Składa się ona z lekkiej pompy molekularnej i sita cząsteczkowego. Z powodu szczątkowego oporu aerodynamicznego i magnetycznego koło zamachowe traci jednak energię. Powinno ono cały czas wirować, nawet wtedy, gdy samochód jest zaparkowany, ponieważ to ono uruchamia turbinę gazową. Naukowcy z Rosen Motors pracują nad kołem, które będzie mogło wirować bez uzupełniania energii co najmniej przez kilka tygodni. W przypadku zatrzymania się koła dwa 12-woltowe akumulatory wprawią w ruch turbinę, która w ciągu dwóch minut rozpędzi koło ponownie. Ze względów bezpieczeństwa każde szybko wirujące urządzenie – od ogromnych silników odrzutowych po małe koła zamachowe – musi być odpowiednio osłonięte. W przeciwnym razie, w wyniku awarii, jego szczątki zostałyby rozrzucone ze znaczną siłą. Opracowana została obudowa ze stali wzmocnionej kompozytami i włóknem węglowym. W razie kolizji obudowa pozostaje nienaruszona, ponieważ zaprojektowano ją tak, aby wytrzymała siłę uderzenia odłamków rozpadającego się koła zamachowego, dużo większą niż występująca podczas zderzenia. Obudowa jest przymocowana do pojazdu pasami wzmocnionymi kevlarem [13]. Ważną cechą kompozytowych wirników jest ich wytrzymałość zmęczeniowa. Kiedy nieruchome koło zamachowe z wieńcem kompozytowym jest rozpędzane, naprężenia, a więc i odkształcenia, są funkcją jego promienia. Kiedy koło zamachowe zatrzymuje się, odkształcenia zanikają. Cykliczne powtarzanie takich zmian może prowadzić do uszkodzenia zmęczeniowego wieńca. Oznacza to potrzebę rozważenia obudowy bezpieczeństwa wirnika wewnątrz właściwej obudowy na wypadek uszkodzenia. Stosowanie bezpiecznych obudów dla tak wysokich energii jakie są zmagazynowane w wirującym z dużą prędkością kole zamachowym może wymagać znacznej dodatkowej masy. 33 Inne rozwiązanie akumulatora „elektrokinetycznego” przedstawia Amman [1]. Koło zamachowe obraca się na pionowo umieszczonym wale, znajdującym się wewnątrz szczelnej obudowy. Wewnątrz utrzymuje się bardzo wysoką próżnię, aby zmniejszyć opory aerodynamiczne, hamujące wirnik akumulatora. Bezpośrednio na wale z kołem zamachowym zamocowany jest wirnik silnika/generatora (rys. 2.2). Wirnik kompozytowy 25 kW - moc znamionowa 0,8 kWh - całkowita ilość energii magazynowanej 0,4 m - średnica wirnika Silnik / Generator Łożysko magnetyczne Łożysko podtrzymujące Rys. 2.2. Zespół napędowy akumulatora inercyjnego firmy United Technologies Research Center/BMW, wykorzystujący wirnik kompozytowy [9] Podczas hamowania pojazdu energia kinetyczna jest odzyskiwana przez silnik elektryczny akumulatora inercyjnego, który pracuje wtedy jako generator i przekazuje energię do koła zamachowego. Energia ta powoduje przyspieszenie obrotów wirnika. Jeśli później jest potrzebna energia do przyspieszania pojazdu, zwrot „przepływu energii” jest przeciwny. Zmniejszeniu ulega prędkość kątowa koła zamachowego [1]. 2.2.3. Hydroakumulatory Z grupy hydroakumulatorów w napędach hybrydowych zastosowanie znajdują akumulatory: hydropneumatyczne i tłokowe. Mają one spełniać: akumulowanie energii, kompensowanie przecieków cieczy roboczej, tłumienie uderzeń i drgań. Ciecz Zawór cieczowy Zbiornik ciśnieniowy Zawór gazowy Pęcherz gazowy Rys. 2.3. Akumulator hydropneumatyczny [12] 34 Hydroakumulator (rys. 2.3) składa się ze zbiornika o dużej wytrzymałości, który przejmuje całkowite ciśnienie panujące w układzie hydraulicznym. Wewnątrz zbiornika znajduje się membrana wykonana z elastomerów, rozdzielająca przestrzeń wypełnioną cieczą i gazem. Do napełniania jej służy zawór gazowy umieszczony w górnej części akumulatora. W jego dolnej części jest umieszczony zawór cieczowy, który przede wszystkim zapobiega porywaniu ze sobą membrany przez ciecz roboczą wypływającą z akumulatora. W tym celu swobodnemu przekrojowi zaworu nadaje się taki kształt, by nie mogło nastąpić przekroczenie zależnego od wielkości akumulatora maksymalnego natężenia przepływu około 120 dm3/s. Specjalne konstrukcje, tzw. akumulatory high-flow (wysokoprzepływowe) dopuszczają natężenie przepływu do 140 dm3/s. Ciecz robocza Układ uszczelnień Przyłącze Rura po stronie cieczy (cylinder) Tłok Zawór gazowy Gaz roboczy Pokrywa Rys. 2.4. Hydrauliczny akumulator tłokowy [12] Typową budowę akumulatora tłokowego przedstawiono na rysunku 2.4. Głównymi składnikami są: rura walcowa, tłok z układem uszczelnień oraz umieszczone z obu stron pokrywy zamykające, zawierające również przyłącze cieczowe i gazowe. Rura walcowa spełnia dwa zadania: po pierwsze służy do przenoszenia ciśnienia roboczego, po drugie realizuje prowadzenie tłoka, który oddziela przestrzeń gazu od przestrzeni cieczy. W obydwu przestrzeniach powinien występować możliwie wyrównany poziom ciśnienia i z tego względu wymaga się, by tarcie między uszczelnieniem tłoka i ścianką było bardzo małe. Układ uszczelnień o mniejszym tarciu powoduje mniejszą różnicę ciśnień, a tym samym lepszą charakterystykę działania. Opór tarcia nie jest stały, lecz wzrasta ze zwiększeniem się ciśnienia. Sposób działania akumulatorów hydropneumatycznych jest oparty na wykorzystaniu ściśliwości gazu do akumulowania energii. Jako czynnik roboczy najczęściej jest stosowany azot, jako gaz obojętny. Czas trwania procesu ładowania i rozładowania wpływa na rodzaj przemiany termodynamicznej gazu: – czas trwania procesu poniżej 60 s – przemiana adiabatyczna, – czas trwania procesu 60–180 s – przemiana politropowa, – czas trwania procesu powyżej 180 s – przemiana izotermiczna. 35 W czasie ładowania lub rozładowywania masa gazu w akumulatorze nie ulega zmianie. Z badań nad termodynamicznymi właściwościami azotu wynika, że w zakresie normalnych warunków eksploatacyjnych panujących w układzie hydraulicznym, tzn. przy ciśnieniu od 5 do 30 MPa i temperaturach 250-300 K, azot powinien być traktowany jako gaz rzeczywisty. Sprawność hydropneumatycznego akumulatora energii wynosi około 78%, przy założeniu adiabatycznego sprężania gazu w zakresie ciśnień p1/p2 = 0,4. W rzeczywistości straty energii zależą od tzw. termicznej stałej czasowej. Im jest ona wyższa, mniejsze są straty energii w akumulatorze hydraulicznym. Przy doborze akumulatora należy uwzględnić określone warunki (tab. 2.2), których zachowanie pozwala osiągnąć przewidywaną konstrukcyjnie trwałość. Akumulatory hydropneumatyczne podlegają przepisom o zbiornikach ciśnieniowych, stąd ich montaż, wyposażenie i eksploatacja powinny odbywać się według ustaleń zawartych w odpowiadających im przepisach technicznych (w Polsce – przepisy Urzędu Dozoru Technicznego). Tablica 2.2. Warunki zastosowania akumulatorów hydraulicznych [12] Warunek Wstępne ciśnienie gazu po Akumulator pęcherzowy 0,9 p1 = 0,6–0,9 p2 (absorpcja uderzeń) = 0,6 p2 (tłumienie pulsacji) Maksymalny dopuszczalny stosunek ciśnień p2/p0 Maksymalne natężenie przepływu cieczy roboczej 4:1 do 120 dm3/s zależne od wielkości akumulatora do 140 dm3/s dla high-flow Akumulator tłokowy p1 – 0,5 MPa 0,2 MPa (tłok ze zmniejszonymi stratami tarcia) 1 MPa (tłok normalny) nie ma ograniczeń maksymalna prędkość tłoka: = 3,5 m/s (tłok ze zmniejszonymi stratami tarcia) 2 m/s (tłok normalny) p1 – minimalne ciśnienie pracy zbiornika, p2 – maksymalne ciśnienie pracy zbiornika Pomimo trudności technologicznych nadal prowadzi się badania nad hydraulicznym układem hybrydowym. Układ ten zastosowano w Fordzie Mighty F-350 Tonka (z roku 2003), który wyposażono w hydrauliczny system zwiększania mocy napędowej na kołach (HLA – Hydraulic Launch Assist). Wykorzystanie systemu w lekkich ciężarówkach powoduje zmniejszenie zużycia paliwa o 25-35%, przez odzyskiwanie energii podczas hamowania i ponowne jej wykorzystanie do przyspieszania pojazdu. Układ składa się z silnika/pompy hydraulicznej połączonych z układem napędowym i dwóch akumulatorów wypełnionych cieczą hydrauliczną oraz azotem. Podczas hamowania energia kinetyczna pojazdu jest wykorzystywana do sprężania azotu do ciśnienia około 350 bar. Podczas przyspieszania istnieje możliwość wykorzystania przez 10–15 s układu hydraulicznego zwiększania mocy. 36 2.2.4. Akumulatory elektrochemiczne Akumulator elektrochemiczny składa się z dwóch różnych elektrod umieszczonych w mieszaninie związków chemicznych – elektrolicie. W wyniku reakcji chemicznych, zachodzących między materiałem elektrod a elektrolitem na jednej z nich pojawia się niedobór elektronów (elektroda dodatnia), a na drugiej ich nadmiar (elektroda ujemna). Zgromadzona energia chemiczna jest zamieniana w ten sposób na energię elektryczną. Po jej wyczerpaniu stan wyjściowy akumulatora można zregenerować w procesie ładowania. Możliwość ładowania odróżnia akumulatory od ogniw galwanicznych, których zasada działania jest taka sama, jednakże swą funkcję spełniają jednorazowo. Jedynie raz można wykorzystać zgromadzoną w ogniwie energię chemiczną. Procesu nie można odwrócić, a po wyczerpaniu ogniwa, nie nadaje się ono do ponownego użytku. Elektrochemiczny akumulator energii jest stosowany w hybrydowych układach napędowych pojazdów jako wtórne źródło energii. Jest również źródłem energii w pojazdach elektrycznych. Jako jedyne źródło energii nie jest, jak dotychczas, w stanie konkurować z silnikiem spalinowym ze względu na niewystarczającą energię właściwą. Cechą krytyczną jest jego duża masa, niezbędna do uzyskania takiej pojemności energetycznej, aby zasięg pojazdu elektrycznego był dostateczny. W napędach hybrydowych ilość energii, jaką akumuluje lub wydatkuje akumulator, jest ograniczona właściwościami cyklu jazdy, a w małej mierze jest zależna od jej zasięgu. Cechą istotną akumulatorów elektrochemicznych, zastosowanych w pojazdach elektrycznych i hybrydowych, jest ich obciążalność prądowa przy szczytowej mocy pędnej na kołach jezdnych pojazdu. W pojazdach hybrydowych moc chwilowa podczas ładowania i wyładowania ma decydujący wpływ na masę akumulatora. Ponadto współpraca akumulatora z innym źródłem energii w napędach hybrydowych daje możliwość uzupełnienia jego energii (niezależnie od ilości energii pochodzącej z hamowania odzyskującego) [14]. Akumulator elektrochemiczny jako źródło energii należy dziś do najbardziej krytycznie ocenianych elementów napędu pojazdu. Jego podstawowymi wadami są: niezadowalający zasięg pojazdu oraz ograniczenia w procesie ładowania–rozładowania. W szczególności dotyczy to obecnie najtańszych, najbardziej dostępnych, trwałych, udoskonalanych akumulatorów ołowiowych, przeznaczonych do akumulacji energii w elektrochemicznych napędach hybrydowych. Ogniwa ołowiowe mają najniższy stosunek akumulowania energii do masy wynikający z dużych gęstości materiałów składowych. Przy stosunku 50 (W·h)/kg, ogniwo o pojemności 25 kW·h ważyłoby 500 kg. Najczęściej stosowane materiały w nowoczesnych akumulatorach ołowiowych to: ołów, tlenek ołowiu i przekładki z włókna szklanego. Obudowa jest wykonana zwykle z polipropylenu. Elektrolitem w akumulatorach kwasowych jest 22–26-procentowy kwas siarkowy. Wszystkie materiały używane do wytworzenia tego typu akumulatora nadają się do powtórnego użycia po odpowiedniej przeróbce – recyklingu [7]. Ze względu na wady akumulatora ołowiowego rozpoczęto poszukiwania innych zestawów elektrod i elektrolitów. W akumulatorze ołowiowym elektrolitem był kwas. Zwrócono również uwagę na roztwory zasadowe. Początkowo, pod koniec lat dwudziestych XX wieku, akumulator niklowo-kadmowy zaczęto stosować do rozruchu silników w samolotach. Główną 37 ich wadą, poza tym, że materiał elektrod ulega rekrystalizacji, która wyraźnie ujawnia się w przypadku nieprzestrzegania procedury ładowania i gwałtownie zmniejsza ich wydajność, jest duża toksyczność kadmu i wynikające stąd problemy z utylizacją. Ogniwa niklowokadmowe są masowo wytwarzane na potrzeby przemysłu. Żywotność ogniw wynosi około 2000 cykli ładowania (6–10 lat), co oznacza, że nie muszą być wymieniane w trakcie eksploatacji pojazdu. Ogniwa te mogą pracować w temperaturach –40 do 80oC. Aktywnym materiałem w spiekanej dodatniej elektrodzie jest Ni(OH)2 z podkładem z niklu, żelaza i grafitu. Elektrolitem jest wodorotlenek potasu z cienkimi warstwami separatora wykonanego ze stalowych płytek z domieszką niklu. Gęstość energii jest większa niż najnowszych akumulatorów ołowiowych. Bardziej przyjazny środowisku jest obecnie akumulator niklowo-wodorkowy (NiMH). Akumulator NiMH jest następcą opracowanego w latach sześćdziesiątych odwracalnego ogniwa niklowo-wodorowego. Proces elektrochemiczny w obu tych akumulatorach jest taki sam, różnica polega na metodzie magazynowania wodoru. Pierwowzór składał się z elektrody z wodorotlenku niklu i elektrody platynowej, zanurzonych w roztworze wodorotlenku sodu lub potasu. Gazowy wodór gromadzony był albo w połączonym z ogniwem zbiorniku, albo w samym, zamkniętym hermetycznie ogniwie. Panujące tam wysokie ciśnienie wodoru było podstawową wadą tego akumulatora. Jednak duża jego niezawodność oraz bardzo długi czas życia, przekraczający 7 tys. pełnych cykli ładowania i rozładowania, budziły zainteresowanie. Problemem było bezpieczeństwo gromadzenia wodoru w ogniwie. Jego ujemna elektroda wykonana była ze stopu niklu i lantanu. Potrafi ona zaabsorbować wodór o objętości 1000 razy większej, niż wynosi jej objętość własna. Obecnie elektrodę stanowią rozmaite stopy metali ziem rzadkich, niklu, kobaltu, manganu, boru, tytanu, glinu lub wanadu. Myśli się również o dużych akumulatorach tego typu do napędu samochodów elektrycznych. Czas ich życia wynosi według różnych źródeł od 3 do 10 lat. Nie mogą one pracować w wysokich temperaturach i potrzebują intensywnego chłodzenia. Duża gęstość energetyczna wynosząca około 70 (W·h)/kg stanowi o tym, że ogniwa te są małe i lekkie (około 30% lżejsze od akumulatorów ołowiowych). Zespół ogniw o pojemności 25 kW·h miałby masę 330 kg. Obecne technologie pozwalają na podniesienie gęstości energii do ponad 120 (W·h)/kg, a przy zastosowaniu nowych materiałów będzie możliwe 500 (W·h)/kg. Pozwoliłoby to na obniżenie masy zestawu akumulatorów do 50 kg. Pomimo dużej skuteczności akumulatorów NiMH, większość specjalistów z dziedziny elektrochemii nadal uważa, że lit daje największe szanse na zbudowanie najlepszych akumulatorów. Dopiero kilka lat temu Japończykom udało się przezwyciężyć trudności i zbudować pierwsze bezpieczne akumulatory litowe (Li-Ion). Elektrodę dodatnią wykonano z tlenku kobaltu, niklu lub manganu, a ujemną ze specjalnego grafitu. Wydzielane na niej podczas ładowania atomy litu nie tworzą metalicznej warstwy, lecz wciskają się w jej strukturę. Proces ten zwany jest interkalacją. Firma Fujifilm rozpoczęła produkcję akumulatora z ujemną elektrodą wykonaną na bazie amorficznego tlenku cyny. Jego pojemność jest o połowę większa od analogicznego akumulatora Li-Ion z elektrodą węglową. 38 Poszukiwania nowych typów elektrod i elektrolitów prowadzone są nadal. Obliczenia teoretyczne wskazują bowiem, że pojemność akumulatorów Li-Ion można zwiększyć jeszcze do 2700 (W·h)/kg, czyli aż 20 razy. Próbuje się, na przykład, wykorzystać do tego celu nanorurki fullerenowe. W najnowszych typach akumulatorów Li-Ion, elektrody dodatnie wytwarzane są z materiałów, takich jak: LixMn2O4, LixCoO2, LixNiO2, mieszaniny MnO2 i Li2MnO3 oraz innych. Głównym materiałem elektrody ujemnej jest specjalnie preparowany węgiel. Stosuje się też stopy Li-Al, Li-Si, Li4Ti5O12, a ostatnio również SnxOy. Lit wydzielany na elektrodach podczas ładowania lub rozładowywania nie tworzy metalicznej warstwy, ale jest wbudowywany w ich strukturę. Jako elektrolity stosuje się roztwory soli litu w rozpuszczalnikach organicznych, na przykład nadchloran litu (LiClO4) w dioksolanie (C3H6O2). Proces ładowania i rozładowania jest związany z przenoszeniem jonów litu przez elektrolit. Podczas ładowania pobierają one elektron od elektrody ujemnej i jednocześnie są unieruchamiane w jej strukturze jako obojętne atomy. Podczas rozładowania oddają elektron elektrodzie i przechodzą do elektrolitu jako jony litu. Podobny, tylko odwrotny proces zachodzi na elektrodzie dodatniej. Parametry pracy akumulatora Li-Ion przedstawiono na rysunku 2.5. Amerykanie w swojej konstrukcji akumulatora litowego powrócili do elektrody z metalicznego litu, ciekły elektrolit zastąpili jednak stałym polimerem, przez który transportowane są jony litu. Badania nad tym akumulatorem, nazwanym Li-polimer, są prowadzone bardzo intensywnie. Już na samym początku okazało się, że jego technologia jest łatwiejsza i tańsza od technologii Li-Ion. Pozwala ona również wytwarzać cienkie, giętkie ogniwa, nie grubsze niż 1 mm (rys. 2.5). Ich wadą jest jednak łatwość uszkodzenia w wyniku niewielkiego nawet przeładowania. Natężenie Napięcie Pojemność U [V] 4,5 I [A] 2,5 2,0 4,0 1,5 3,5 1,0 3,0 0,5 0,5 1,0 1,5 2,0 t [h] Rys. 2.5. Przebieg zmiany potencjału oraz natężenia prądu podczas rozładowania ogniwa Li-Ion o pojemności 2,1 A·h [3] 39 Izolator około 100 m Folia z niklu około 25 m Czynny materiał elektrody dodatniej (50–75 m) Elektrolit polimerowy (25–50 m) Rys. 2.6. Akumulator Folia z litu elektroda ujemna (50-75 m) litowo-polimerowy [15] Zasada jego działania jest taka sama, jak akumulatora Li-Ion. Inna jest jednak budowa. Elektrodę dodatnią wykonuje się z podobnych materiałów, jak w Li-Ion, elektrodę ujemną stanowi natomiast metaliczny lit. Elektrolitem jest polimer zawierający jony litu. Można wykonywać go w postaci płaskiej, tzw. akumulatory papierowe, lub w postaci walcowej. Konstrukcję akumulatora wanadowego przedstawiono poniżej. Składa się on z dwóch komór oddzielonych od siebie półprzepuszczalną przegrodą. Stanowią one elektrody: dodatnią i ujemną. Do obydwu tłoczony jest wodny roztwór jonów wanadu w kwasie siarkowym, do każdej inny, zawierający wanad o innym stopniu utlenienia. W wyniku procesów elektrochemicznych, które zachodzą w roztworach, na elektrodzie dodatniej pojawia się niedobór, a na ujemnej nadmiar elektronów. Roztwory tłoczone są do akumulatorów w obiegu zamkniętym z dwóch osobnych zbiorników. Elektrodami w tym akumulatorze są dwie metalowe komory wyłożone płytami z grafitu i wypełnione watą grafitową (rys. 2.7). Rozdzielone są one półprzepuszczalną membraną wykonaną na przykład z sulfonowanego polistyrenu. Obecnie przydatność tego typu zasilania jest sprawdzana w wózkach golfowych. Budowana jest też w okolicy Tokio (na australijskiej licencji) eksperymentalna stacja wyrównawcza o mocy 2 MW, złożona z akumulatorów wanadowych. Innym, oryginalnym pomysłem w dziedzinie odwracalnych, chemicznych źródeł energii elektrycznej jest akumulator zbudowany wyłącznie z materiałów polimerowych, niezawierający za równo atomów żadnego z metali, jak też ciekłego elektrolitu (rys. 2.8). 40 Membrana Zbiornik elektrolitu Metalowa obudowa Pompa Grafitowy kolektor prądu Komora wypełniona watą grafitową Rys. 2.7. Akumulator wanadowy [15] W stanie naładowanym jony soli amoniowej łączą się z materiałem elektrod. Podczas rozładowania połączenia rozpadają się (z pobraniem lub oddaniem elektronu) i uwolnione jony przechodzą do żelu polimerowego. F F F n S (poli-TFPT) Folia teflonowa (50 m) z napyloną warstwą węgla (1–2 m) Elektroda ujemna (10–100 m) (C 4H 8)4 + BF 4TBA + BF 4 Żel polimerowy z elektrolitem (10–100 m) Elektroda dodatnia (20 m) F F n S (poli-DFPT) Folia teflonowa (50 m) z napyloną warstwą węgla (1–2 m) Rys. 2.8. Akumulator polimerowy [15] Przewiduje się, że będzie on wykorzystany w nowej generacji kart kredytowych oraz w zespołach z akumulatorami słonecznymi, jako źródło zasilania pojazdów kosmicznych. Obecnie jest testowany w satelicie. 41 Duże nadzieje należy wiązać z generacją akumulatorów wysokoenergetycznych, które mogą zmienić szanse napędu elektrycznego. Koncern ASEA Brown Boveri (ABB) poinformował o obiecujących rezultatach prac prowadzonych nad akumulatorem sodowosiarkowym (NaS).Schemat podstawowego cylindrycznego ogniwa NaS o średnicy 35 mm i wysokości 230 mm przedstawiono na rysunku 2.9. Dla powodzenia przedsięwzięcia dotyczącego przygotowania produkcji akumulatora NaS istotne było uzyskanie stałego elektrolitu trójtlenku aluminium w postaci rozdrobnionego materiału ceramicznego. W zależności od stanu naładowania napięcie pojedynczego ogniwa wynosi od 1,78 do 2,08 V, a jego pojemność wynosi 45 A·h. W celu osiągnięcia potrzebnej do napędu samochodu pojemności energetycznej, pojedyncze ogniwa są łączone równolegle i tworzą akumulator. Uszczelnienie 230 Sód Siarka + filc węglowy Elektrolit Obudowa metalowa 35 Rys. 2.9. Schemat ogniwa akumulatora sodowo-siarkowego[12] Jednym z ważnych problemów przy konstruowaniu akumulatora było zapewnienie takich właściwości izolacyjnych ich obudowy, by zapewniały one utrzymanie temperatury eksploatacyjnej w przedziale 300-400oC. Uzyskano to dzięki wyłożeniu płatami z włókna szklanego przestrzeni 30 mm między płaszczyznami obudowy i wytworzeniu w niej próżni. Wobec stwierdzenia, że przemienne ochładzanie akumulatora do temperatury otoczenia na skutek przerwy w eksploatacji i następnie ich podgrzewanie do około 350oC po ponownym uruchomieniu jest bardzo szkodliwe dla trwałości i może być przeprowadzone maksymalnie 30 razy, zalecono by w miarę możliwości były one eksploatowane codziennie. Charakterystykę opisanych powyżej akumulatorów zebrano i przedstawiono w tablicy 2.3. 42 Tablica 2.3. Charakterystyka podstawowych typów akumulatorów Napięcie Gęstość Gęstość Czas Rok Rodzaj Cykle Samorozładowanie 1) celi energii mocy ładowania wprowadzenia akumulatora życia2) (% poj. na miesiąc) [V] [W·h/kg] [W/kg] [h] na rynek Pb 2,0 33 300–400 25–30 XX w. (typowy) Pb 2,0 50 200 800 5 1970 (bezobsł.) NiCd 1,25 40–60 180 20003) 204) 1920 NiMH 1,25 60–80 160–70 500–1000 2–8 30 1990 ZnBr 60–70 50–70 500–600 3–6 1994 1,78– NaS 150 90–140 300–600 4–8 1995 2,08 140– NiZn 60 300–600 6–8 1995 140 Li-Ion 3,6 100 400–1200 10 1991 Li-Ion 3,4 135 500 10 1997 (Fuji) Li-polimer 2,8 150–200 150 brak danych 1999 Wanadowy 1,4 70 – 50 2000 (?) Metal/ 150–200 200 500–600 10–12 >2005 powietrze Polimerowy 2,4 25 >>15005) brak danych próby Energia właściwa jest to całkowita ilość energii (w watogodzinach), jaka może być zgromadzona w akumulatorze o masie 1 kg. 2) Liczba cykli ładowanie–rozładowanie, jakie można przeprowadzić, zanim pojemność akumulatora nie spadnie o 80% pojemności początkowej. 3) Tylko przy całkowitym rozładowaniu w każdym cyklu. W przeciwnym razie, nie więcej niż 500. 4) W ciągu pierwszej doby po naładowaniu pojemność spada o 10%, następnie, co 30 dni spada o dalsze 10%. W pierwszym miesiącu spadek wynosi 20%, a w każdym następnym po 10%. 5) Po 1500 cyklach pojemność akumulatora spada zaledwie do 99,1% jej pojemności początkowej. 1) Wzrost zagrożenia środowiska i zmniejszanie się zasobów paliw węglowodorowych doprowadziły do nasilenia prac nad zastosowaniem silników elektrycznych do napędu samochodów. Ich rezultatem są nowe typy akumulatorów, o krótszym okresie ładowania, mniejszej masie i większej wydajności energetycznej (rys. 2.10, 2.11 i tab. 2.4), co spowodowało wydłużenie zasięgu pojazdów. 43 250 220 150 150 100 70 60 60 NiCd 90 100 NiH2 Energia właściwa [(W∙h)/kg] 200 200 50 50 PbSO4 NiMH NiZn Li-Ion NaS AgZn Li-polimer 0 Typ ogniwa Rys. 2.10. Porównanie energii uzyskiwanej z różnych rodzajów ogniw [16] Ołowiowe Ołowiowe Potencjalne Obecne NiCd NiCd Potencjalne Obecne NiMH NiMH 0 0 20 40 60 80 100 120 100 200 300 400 500 Moc właściwa [W /kg] 140 Energia właściwa [(W ·h)/kg] Ołowiowe Potencjalne Obecne NiCd NiMH 0 100 200 300 400 500 600 700 Koszt [$/(kW ·h)] Rys. 2.11. Charakterystyka obecnych i przyszłych możliwości akumulatorów Główną przyczyną skracania czasu życia akumulatorów oraz szybkiego zmniejszania ich pojemności jest niewłaściwa ich eksploatacja. Aby dokładnie czuwać nad procedurą ładowania i rozładowywania, zaczęto wbudowywać w akumulatory układy scalone pełniące rolę kontrolerów. Są to tzw. inteligentne akumulatory. Nakłady skierowane są obecnie na utworzenie jednego standardowego systemu obejmującego wszystkie inteligentne akumulatory niezależnie od ich typu – SBS (Smart Battery System). Rozwój napędów hybrydowych i elektrycznych jest uwarunkowany poziomem technologicznym akumulatorów. Najbardziej pożądanym typem są akumulatory long term charakteryzujące się możliwością długookresowego dostarczania energii elektrycznej. Największe zastosowanie może mieć typ litowo-jonowy (rys. 2.12). 44 Tablica 2.4. Parametry docelowe układów gromadzenia energii dla pojazdów P-HEV (powerassist) [17] Chwilowa moc rozładowania [kW] Maksymalna wartość odzyskiwanej mocy (10 s) [kW] Wartość dostępnej energii [kW·h] Liczba cykli rozładowania [cykl] Moc podczas zimnego rozruchu (−30°C) (trzy 2sekundowe impulsy, 10 s przerwy); [kW] Trwałość [lat] Maksymalna masa [kg] Maksymalna objętość [dm3] Cena przy 100000 jedn./rok [$] Maksymalne napięcie pracy [V DC] Minimalne napięcie pracy [V DC] Temperatura pracy [°C] Minimalna wartość 25 (przez 10 s) Maksymalna wartość 40 (przez 10 s) 20 (50 W·h impulsowo) 0,3 35 (97 W·h impulsowo) 0,5 300 000 przy 25 W·h na cykl (7,5 MW·h) 5 300 000 przy 50 W·h na cykl (15 MW·h) 7 15 40 32 500 < 400 (maksymalnie) 15 60 45 800 < 400 maksymalnie > 0,55 × Vmax > 0,55 × Vmax −30 do +52 −30 do +52 Sposoby przechowywania energii Średnioterminowe Krótkoterminowe Długoterminowe Ołowiowe Niklowo-wodorkowe Sodowo-niklowe Litowo-jonowe Litowo-jonowe (polimerowe elektrody) Ogniwa paliwowe Rys. 2.12. Zaawansowane systemy akumulatorów oraz odpowiadające im sposoby przechowywania energii do napędu pojazdów elektrycznych [2] 45 Różne są również wymagania stawiane akumulatorom w zależności od konfiguracji napędu. Ogólną charakterystykę akumulatorów wraz z wymaganiami stawianymi pojazdom elektrycznym i hybrydowym elektrycznym przedstawiono w tablicy 2.6. Tablica 2.6. Wady i zalety akumulatorów elektrochemicznych [12] Zalety Wady Akumulatory kwasowo-ołowiowe mała grawimetryczna gęstość energii spadek mocy wraz ze zmniejszeniem się naładowania akumulatora mała pojemność w niskich temperaturach ograniczona możliwość szybkiego ładowania Akumulatory niklowo-kadmowe duża liczba cykli pracy użycie bardzo kosztownego kadmu wysoka moc, nawet po częściowym utrudnione ładowanie w wysokich temperaturach wyładowaniu obecnie trudności w uszczelnianiu cel bardzo dobra w niskich temperaturach efekt pamięci (konieczność całkowitego rozładowania) możliwość szybkiego ładowania Akumulatory nikiel–wodorotlenek metali gęstość energii większa niż NiCd kosztowniejsza niż NiCd dobre działanie w niskich temperaturach użycie metali rzadko występujących bardzo wrażliwa na wysokie temperatury Akumulatory lit-stały polimeryczny elektrolit duża grawimetryczna gęstość relatywnie mała wolumetryczna gęstość energii energii mała moc w temperaturze pokojowej (temperatura pracy 80– 120oC) niemożliwość szybkiego ładowania Akumulatory litowo-węglowe (ciekły elektrolit) duża grawimetryczna gęstość wysoki koszt energii niemożliwość szybkiego ładowania kwestionowane bezpieczeństwo niska cena duża liczba cykli pracy łatwo dostępny łatwy w eksploatacji łatwość odzysku energii Jednym z wyborów podejmowanych przy projektowaniu pojazdów o napędzie hybrydowym jest podział mocy i energii między silnik spalinowy i urządzenie magazynujące. Przy obecnym stanie zaawansowania konstrukcji akumulatorów elektrochemicznych, uzyskanie większej mocy pojazdu w większym stopniu przez silnik spalinowy, a w mniejszym stopniu przez akumulatory prowadzi do obniżenia masy pojazdu. 2.3. Nowoczesne rozwiązania akumulatorów elektrochemicznych Wszystkie opisane rozwiązania akumulatorów oparte są o technologie litowa, ale różnią się użytymi materiałami na anodę i katodę, które sprawiają, że cechują się one różnymi właściwościami użytkowymi. W akumulatorach LTO (Lithium Titanate) anoda wykonana jest z tlenku tytanu (Li4Ti5O12) i są one coraz częściej stosowane w motoryzacji, przede wszystkim w akumulatorach pojazdów hybrydowych i elektrycznych ze względu na swoje właściwości. Mogą one 46 pracować w temperaturze nawet -46oC ( rozładowywanie i naładowywanie) przy której zwyczajne akumulatory oparte o kwasy posiadają bardzo niewielka pojemność. Przy -30oC akumulatory posiadają nawet ponad 80 % pojemności w stosunku do tej przy temperaturze otoczenia 20oC. Powoduje to, że mogą się one sprawdzić w wielu strefach klimatycznych, a także w zastosowaniach ekstremalnych związanych z chłodem lub ciepłem (maksymalna temperatura pracy to ok. 70oC). Obecne parametry akumulatorów tego typu to pojemność odpowiednio 90 Wh/kg oraz 250 Wh/l. Ten typ akumulatorów dodatkowo, może być ładowany z użyciem dużych wartości napiec nawet do 30C, skracając czas ładowania. Testy wykazały, ze po 7000 cyklach pełnego ładowania i rozładowania, pojemność akumulatorów zmieniła się w stosunku do pierwotnej o mniej niż 20 %.Same akumulatory, nieużywane, samoistnie rozładowują się w niewielkim stopniu. Użyte na anodę związek jest przyjazny środowisku Do wad tego typu rozwiązania należy napięcie wytwarzane przez jedną cele, jest to zaledwie ok. 2,4 V, choć nadal wyższe niż dla akumulatorów kwasowych (2 V). Akumulatory LFP (Lithium Ferrophosphate) charakteryzują się tym, ze katoda zbudowana jest z związku litu, żelaza, fosforu i tlenu (LiFePO4). Akumulatory te podobnie jak LTO mają być wykorzystywane w motoryzacji. Ten typ akumulatorów charakteryzuje się dużą odpornością na rozładowanie przy niepełnych cyklach naładowania, co jest pożądane w pojazdach hybrydowych. W przypadku LFP wartość napięcia z pojedynczej celi to aż 3,2 V, jednak nie należy dopuszczać do rozładowania poniżej napięcia 2,5 V, lub do ładowania napięciem powyżej 4,2 V, może to spowodować uszkodzenie akumulatora. Akumulatory mogą być ładowane dużymi wartościami natężenia prądu, liczba pełnych cykli przy zachowaniu 80 % pierwotnej pojemności przekracza 2000, po 10000 cyklach, pojemność wynosi ok 71%. Związek użyty na katodę jest bezpieczny dla środowiska i niepalny. Temperatury pracy to od 0 do 60oC, a gęstość energii sięga powyżej 120 Wh/kg, co jest wartością wysoką i pożądaną. Typ akumulatorów NMC (Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide) charakteryzuje się użyciem (LiNiMnCoO2) przy zawartości kobaltu 10-20% jako katody. Akumulatory te charakteryzuje użycie Niklu, który stosowany był na szeroką skalę w akumulatorach NiMH i NiCd, zastąpionych przez akumulatory litowo-jonowe. Maksymalne napięcie to 4,1 V, a minimalne napięcie pracy to 2,7 V. Akumulatory tego typu charakteryzują się wysoka gęstością energii sięgającą aż 250-270 Wh/kg, a przy połączeniu z SiC nawet ponad 300 Wh/kg. Jednocześnie większe jest niebezpieczeństwo podczas przegrzania lub uszkodzenia w stosunku do rozwiązań w/w. Temperatura pracy to -20 do 55°C i wynika to z niestabilności Niklu w wyższych temperaturach. Ilość pełnych cykli rozładowania i naładowania przy zachowaniu 80 % pierwotnej pojemności to 1000, więc mniej niż w powyższych rozwiązaniach. Akumulatory LMO (Lithium Manganese Spinel) charakteryzują się użyciem tlenku manganu w połączeniu z litem, jako katody (LiMn2O4), wykazują one możliwość zmagazynowania dużej ilości energii (do 240 Wh/kg), przy zachowaniu większego bezpieczeństwa w razie przegrzania niż w akumulatorach NMC. Ten typ jest w fazie testów, ale zakłada się jego użycie w systemach odzyskiwania energii formuły 1. 47 Akumulatory NCA (Lithium Nickel Cobalt Oxide) oparte są o związek złożony z kliku pierwiastków (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2). Takie źródła energii charakteryzują się napięciem 3,6 V, z pojedynczej celi, a maksymalnym napięciem ładowania 4 V, dobra gęstością energii na poziomie 200 Wh/kg. Dodatkowo rozładowują się samoistnie w bardzo niewielkim stopniu i są przyjazne dla środowiska. Porównanie gęstości energii dla różnych rozwiązań akumulatorów przedstawiono na rys. 2.13. Rys. 2. 13. Wykres zależności gęstości energii w zależności od użytej technologii i głównego pierwiastka (wartości dla akumulatorów dostępnych w sprzedaży). Zestawienie parametrów użytkowych w formie tabeli zaprezentowano poniżej w tabeli 2.7. Tab. 2.7. Zestawienie głównych parametrów użytkowych zaprezentowanych akumulatorów Rodzaj akumulatora Gęstość energii Gęstość mocy Bezpieczeństwo Długość życia Koszt NMC ++++ +++ ++ ++ +++ LFP ++ +++ ++++ +++ +++ LTO ++ +++ ++++ ++++ ++ LMO +++ +++ +++ ++ ++ NCA +++ +++ +++ +++ + Obecnie trwają pracę nad zastosowaniem SiC jako anody. Rozwiązanie to podwyższa napięcie pojedynczej celi, gęstość mocy i energii, jednak mocno redukując ilość cykli ładowania bez utraty pojemności. 48 2.3.1. Akumulatory LiFeMgPO4 firmy Valence Technology Amerykańska firma Valence Technology jest producentem systemów magazynowania energii. W swojej ofercie posiadają dwa moduły: U-Charge ® XP (tab. 2.9) i U-Charge ® RT (tab. 2.10) zbudowane z akumulatorów litowo-żelazowo-magnezowo-fosforanowych, które oferują wysoką wydajność, pojemność i moc. Tab. 2.8. Specyfikacja modułu U-Charge ® XP Model Napięcie nominalne Pojemność nominalna Waga Wymiary (dł. szer. wys.) Gęstość energii Napięcie ładowania Napięcie odcięcia Rezystancja maksymalna Czas ładowania U1-12XP U24-12XP U27-12XP UEV-18XP 12,8 V 12,8 V 12,8 V 19,2 V 40 Ah 110Ah 138 Ah 69 Ah 6,5 kg 15,8 kg 19,5 kg 14,9 kg 197x131x183mm 260x172x225mm 306x172x225mm 269x148x261mm 79 Wh/kg 89 Wh/kg 91 Wh/kg 89 Wh/kg 14,6 V 14,6 V 14,6 V 21,9 V 10 V 10 V 10 V 10 V 15 mΩ 5 mΩ 6 mΩ 10mΩ 2,5 h 2,5 h 2,5 h 2,5 h Producent oferuje system BMS zarządzający modułami U-Charge ® XP (rys. 2.14, 2.15), który: monitoruje temperaturę, prąd i napięcie; umożliwia zarządzanie 128 modułami jednocześnie; posiada wejścia cyfrowe i analogowe I/O; komunikuje się z systemem CAN pojazdu; posiada system kontroli izolacji podłoża; wchodzi w stan uśpienia kiedy nie otrzymuje sygnału. Technologia firmy Velence ma również niestety pewne wady. Powstała około 5-6 lat temu i od tej pory nie została unowocześniona. Mimo tego, że akumulatory są nadal konkurencyjne – inni producenci stosują już bardziej zaawansowane technologie. Dodatkowo wadą jest budowa modułu. Przez to, że opiera się na połączeniu ze sobą bardzo dużej ilości małych akumulatorów, dochodzi często do przegrzewania układu. Podstawowe dane modułu przedstawiono w tab. 2.9. 49 Model Napięcie nominalne Pojemność nominalna Waga Wymiary (dł. szer. wys.) Gęstość energii Napięcie ładowania Napięcie odcięcia Rezystancja maksymalna Czas ładowania Tab. 2.9. Specyfikacja modułu U-Charge ® RT U1-12RTL U1-12RT U24-12RT U27-12RT 12,8 V 12,8 V 12,8 V 19,2 V 24 Ah 40Ah 110 Ah 138 Ah 4,1 kg 6,5 kg 15,8 kg 19,5 kg 197x131x183mm 197x131x183mm 260x172x225mm 260x172x225mm 75 Wh/kg 79 Wh/kg 89 Wh/kg 91 Wh/kg 14,6 V 14,6 V 14,6 V 14,6 V 10 V 10 V 10 V 10 V 22 mΩ 15 mΩ 6 mΩ 5mΩ 2,5 h 2,5 h 6,5 h 8,5 h U-Charge ® Diagnostics Toolkit (rys. 2.16) umożliwia monitorowanie modułu SOC, napięcia w celach, prądu oraz temperatury. Posiada także konwerter USB RS485, który umożliwia modułowi akumulatorów komunikowanie się bezpośrednio z komputerem PC bez potrzeby używania systemu zarządzania akumulatorami. Wykorzystując oprogramowanie można przeprowadzać diagnostykę modułu używając do tego celu każdego komputera (rys. 2.17). Rys. 2.14. Moduły U-Charge ® XP 50 Rys. 2.15. System zarządzania modułu U-Charge ® XP Rys. 2.16. U-Charge ® Diagnostics Toolkit Rys. 2.17. Obraz z oprogramowania diagnostycznego 51 Do zarządzania modułami U-Charge ® RT służy system U-BDI wyposażony w 10segmentowy wyświetlacz (rys. 2.18) zbudowany z diod LED, który informuje o stanie naładowania akumulatorów. Może on być używany do 4 modułów połączonych szeregowo. Rys. 2.18. Wyświetlacz systemu U-BDI 2.3.2. Akumulatory Nano-Li4Ti5O12 firmy Altairnano Altairnano jest pierwszą firmą, która zastąpiła tradycyjną grafitową strukturę w akumulatorach litowo-jonowych w nano litowo-tytanową (rys. 2.19 i 2.20, tab. 2.10). Producent, dzięki zastosowaniu nowej struktury wydłużyła czas eksploatacji akumulatorów, zwiększyła bezpieczeństwo, skróciła czas ładowania oraz umożliwiła stosowanie akumulatorów w ekstremalnych warunkach. Rys. 2.19. Struktura Nano-Li4Ti5O12 52 Producent w swojej ofercie posiada moduł nano litowo-tytanowy 24 V 50 Ah, charakteryzujące się: dużą mocą bez utraty zmagazynowanej energii, długim okresem eksploatacji, są praktycznie bezobsługowe, symetrycznością ładowania/rozładowania korzystnej przy aplikacji hamowania regeneracyjnego. Tab. 2.11. Specyfikacja modułu 24 V 50 Ah Napięcie nominalne Pojemność nominalna Waga Wymiary (dł. szer. wys.) Gęstość energii Czas ładowania a) b) 23 V 50 Ah 25,3 kg 279x155x304mm 45,8 Wh/kg 10 min c) Rys. 2.20. Łączenie pojedynczego akumulatora (a) w jeden moduł (b), a następnie w system magazynowania energii (c) 2.3.3. Akumulatory litowo-jonowe firmy Li-Tec Technologia CERIO® opiera się na specjalnej kombinacji materiałów ceramicznych i przewodów jonów o wysokiej masie cząsteczkowej. Została opracowana na potrzeby Formuły 1 i oparta na ceramicznym separatorze SEPARION®. Kompaktowa konstrukcja celi Li-Tec umożliwia wysoką gęstość energii przy niskiej wadze. Budowę pojedynczej celi przedstawiono na rys. 2.21. Ogniwa akumulatora Li-Tec CERIO® są wykonane z trzech części: elektrody dodatniej z warstwą tlenku metalu litu w kolektorze glinu (katoda), elektrody ujemnej z powłoką grafitową na miedzi kolektora (anoda), przewodnika o dużej jonowej masie cząsteczkowej z ceramiczną membraną SEPARION®, która skutecznie oddziela katodę i anodę i zapobiega wewnętrznemu zwarciu. 53 Rys. 2.21. Budowa pojedynczej celi akumulatora litowo-jonowego Li-Tec: 1- katoda, 2anoda, 3- Przewód jonowy o wysokiej masie cząsteczkowej z ceramiczną membraną SEPARION®, 4- jony litowe podczas ładowania Podczas ładowania akumulatorów jony litu przechodzą od katod, poprzez przewodnik z membraną SEPARION®, aż do katody. Po rozładowaniu jony litu wracają do katody zapewniając energię elektryczną. Jest możliwe ze względu na porowatą strukturę SEPARION®. W porównaniu z konwencjonalnym akumulatorami ołowiowymi, niklowo-kadmowymi lub niklowo-wodorkowymi, akumulatory litowo-jonowe Li-Tec mają wiele zalet: znacznie wyższe napięcie duża pojemność i moc przy niskiej masie i objętości niskie samorozładowanie brak efektu pamięci bezobsługowość. 2.3.4. Akumulatory litowo-jonowe KOKAM Akumulatory KOKAM to akumulatory wykonane w technologii litowo-jonowej i opatentowane przez Dow Kokama. Ich założeniem podstawowym było zwiększenie parametrów użytkowych technologii litowo-jonowej, przede wszystkim gęstości energii. Dow Kokam dostał w roku 2009 grant na nową technologię a już w roku 2012 ruszyła masowa owego akumulatora. Jednym z celów była ekologiczna produkcja, nieoparta o paliwa kopalne a o energię ze źródeł naturalnych. Katoda jest oparta o związek niklu, magnezu i kobaltu. W czasie wprowadzenia ich na rynek w stosunku do produktów konkurencyjnych, akumulatory KOKAM cechowały się gęstością energii na poziomie 143 mAh/g (130 – 200 Wh/kg), dużą ilością cykli pełnego rozładowania i naładowania przy zachowaniu 80 % pierwotnej pojemności ( ponad 2000), zilustrowano to na rys. 2.22: 54 Rys. 2.22. Wykres zależności ilości cykli rozładowania/naładowania na pojemność akumulatorów KOKAM Dodatkowo, KOKAM cechują się możliwością ładowania prądem o większym natężeniu w stosunku do innych rozwiązań akumulatorów (w zastosowaniu seryjnych do 30C przy ładowaniu i 50C przy rozładowywaniu w zależności do pojemności). Są to kluczowe parametry, jeśli chodzi o używanie akumulatorów do zastosowań motoryzacyjnych. Dodatkowo cechują się one mniejszym nagrzewaniem w czasie pracy oraz większym bezpieczeństwem dla środowiska w przypadku uszkodzenia. Temperatury ładowania to przedział od 0 do 40oC a rozładowywania od -20 do 60 oC. Producent zakłada 10-letni okres użytkowania akumulatorów między wymianami. Producent mówi o niewielkim samo rozładowywaniu się akumulatorów i braku efektu pamięci, czyli obniżania się pojemności akumulatora na skutek niepełnych cykli rozładowywania/naładowywania. Zilustrowano to na rys. 2.23. Rys. 2.23. Procentowa pojemność akumulatora KOKAM po upływie 2 tygodni 55 2.3.5. Akumulatory A123 Ogólna wydajność i niezawodność akumulatorów zależy w dużej mierze od związków chemicznych zastosowanych do budowy pojedynczej celi. Dla przykładu technologia jonowolitowa stosowana jest zarówno w pojazdach elektrycznych, sieciowych systemach magazynowania oraz różnorodnych zastosowaniach przemysłowych. Firma A123 Systems zaprezentowała technologię Nanophosphate®. Opracowana została przez zespół profesora Yet-Ming Chiang w Massachusetts Institute of Technology i dotyczy skonstruowanego w nanoskali ze specyficznymi strukturalnymi i chemicznymi właściwościami, pozwalającymi maksymalizować wydajność akumulatorów litowo-jonowych. Na rys. 2.24 przedstawiono schematycznie strukturę Nanophosphate®. Rys. 2.24. Schematyczne przedstawienie struktury Nanophosphate zastosowanej w akumulatorze liotowo-jonowym przez firmę A123 Główne zalety tego typu akumulatorów zestawiono w tabeli Tab. 2.12. Dane techniczne akumulatora AMP20 firmy A123 56 Do zalet akumulatorów należy zaliczyć: Wysoką wartość energii użytecznej w szerokim zakresie SOC (state of charge) Bardzo niski koszt watogodziny Doskonała długość życia poprzez zastosowanie specjalistycznej opatentowanej nanostruktury Wysoka wartość mocy z kg (2400 W/kg) oraz objętości (4500 W/L) oraz pojemności (do 300 Wh/L oraz 165 Wh/kg) Duży zakres temperatur pracy – od -30 do 55oC, a także przechowywania – od -40 do 60 oC Znaczna ilość cykli, po której akumulatory zachowują nadal ponad 80 % pierwotnej pojemności Szczególnie istotnym wskaźnikiem w przypadku zastosowania tego typu akumulatorów w pojeździe to pierwszy, czyli większa niż u konkurencyjnych rozwiązań niezależność mocy akumulatora od stopnia jego naładowania. Zazwyczaj wiąże się to ze znacznym spadkiem napięcia wraz z rozładowywaniem się akumulatora, tutaj charakter krzywej jest bardziej zbliżony do płaskiego. Przedstawiono ta na rys. 2.25. Rys. 2.25. Zależność mocy akumulatorów od stopnia naładowania, gdzie: kolor pomarańczowy – rozładowywanie, niebieski - ładowanie Przedostatni wymieniony czynnik jest tez bardzo istotny, bo parametry podawane przez producenta umożliwiają użytkowanie akumulatora w umiarkowanej strefie klimatycznej bez zbędnych układów przede wszystkim podgrzewających akumulatory ( w konkurencyjnych rozwiązaniach, minimalna temperatura użytkowania jest wyższa). Kolejnym ważnym aspektem jest bezpieczeństwo. Akumulatory te, mimo, ze nie jest to obecnie wymagane, przeszły testy zderzeniowe oceniające ich zdolność do zachowania wymaganego poziomu bezpieczeństwa w przypadku zniekształcenia. Takie testy będą obowiązkowe dla akumulatorów w pojazdach dopiero od 2016 roku. Gwarantuje to możliwość użycia ich także w przyszłych pojazdach. Ostatnia wymieniona zaleta dotyczy zachowywania części pierwotnej pojemności w zależności od liczby cykli. Przedstawiono to na rys. 2.26. 57 Rys. 2.26. Zależność pojemności akumulatora A123 od liczby przeprowadzonych cykli rozładowania/naładowania Jak widać z powyższego rysunku, akumulatory firmy A123 po 3000 cyklach posiadają nadal ok. 90 % pierwotnej pojemności, co wyróżnia je spośród innych rozwiązań obecnych na rynku. Zazwyczaj po takiej ilości cykli, akumulatory konkurencji posiadają jedynie ok 80 % pierwotnej pojemności. 2.3.6. Akumulatory produkowane przez firmę Toshiba Akumulatory (SCiB ™) produkowane przez firmę Toshiba to akumulatory bezpieczne, wydajne i o długiej żywotności. Stanowią rozwiązanie dla szerokiej gamy zastosowań szczególnie dla autobusów elektrycznych. SCiB charakteryzują się doskonałymi właściwościami cieplnymi, pozwalającymi na zmniejszenie lub wyeliminowanie potrzeby chłodzenia. Rysunek 2.27. przedstawia główne zalety akumulatorów firmy Toshiba. Rys.2.27.. Zalety akumulatora SCiB 58 Jednym z najważniejszych parametrów akumulatora jest jego żywotność. W przypadku akumulatora SCiB pojemność akumulatora utrzymuje się na 90% po 10 000 cykli ładowania. Rysunek 2.28. przedstawia charakterystykę pojemności w zależności od liczby cykli ładowania. Rys. 2.28. Charakterystyka żywotności akumulatora SCiB Szczególnie istotny dla warunków eksploatacji pojazdów elektrycznych w warunkach ruchu miejskiego jest czas ładowania. W przypadku produktu firmy Toshiba osiągnięcie 80% naładowania akumulatora zajmuje jedynie 6 minut (rys. 2.29) Rys. 2.29. Zależność stopnia naładowania od czas jego trwania dla akumulatorów Toshiba 59 Dodatkowo jak pokazuje rys. 2.30. akumulatory SCiB charakteryzują się doskonałą wydajnością nawet w temperaturach do -30 ° C, co zapewnia stabilną pracę w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Rys. 2.30.Zalezność pojemności akumulatora od temperatury otoczenia 2.4. Ultrakondensatory Ultrakondensatory są najmniej zbadanymi urządzeniami magazynującymi energię elektryczną [1]. Podczas niskiego poboru mocy z akumulatorów, akumulator może doładować kondensatory; natomiast gdy potrzebna jest moc do przyspieszania, akumulator może być wspomagany przez ultrakondensator (rys. 2.31). Podobnie jak koło zamachowe mogą one być zastosowane w napędzie hybrydowym. Większość opracowanych typów ultrakondensatorów wykorzystuje powierzchnię węglową w wodnym elektrolicie, jednakże prowadzone są badania nad możliwością zastąpienia elektrody węglowej przez tlenki metali szlachetnych i przewodzące polimery. USABC (U.S. Advanced Battery Consortium – amerykańskie konsorcjum zaawansowanych technologii akumulatorów) ustanowiło minimalne wymagania dla ultrakondensatorów do zastosowań w napędach hybrydowych. Te wymagania to gęstość mocy na poziomie 950 W/dm3 oraz 700 W/kg mocy właściwej. 60 Moc ogniwa paliwowego Moc Prędkość pojazdu + 0 – Prędkość pojazdu Moc silnika elektrycznego Moc ultrakondensatora 0 Ruszanie, przyspieszanie Stopniowe przyspieszanie Hamowanie Rys. 2.31. Współpraca ogniwa paliwowego, silnika elektrycznego i ultrakondensatora w pojeździe [18] Napięcie uzyskiwane z pojedynczego układu jest ograniczone, dlatego aby spełnić wymagania pojazdów hybrydowych należy połączyć wiele pojedynczych jednostek. Obecnym problemem jest zapewnienie bezpieczeństwa podczas niezrównoważonego przepływu prądu w pakiecie. „Przecieki” (samorozładowania) są obecnie zbyt duże. Do opracowania pozostają również układy sterujące do połączenia ultrakondensatorów z napędami hybrydowymi (rys. 2.14). Ogniwo paliwowe Przekładnia Koła pojazdu Zbiornik Silnik/Generator Układy elektryczne Ultrakondensator Rys. 2.32. Schemat napędu pojazdu z ogniwem paliwowym i ultrakondensatorem [4] Firma Nissan od czerwca 2003 roku zaczęła oferować w pojazdach typu HD wyposażonych w silniki ZS nowej konstrukcji kondensatory, które mogą zastąpić obecne akumulatory [11]. Zastosowanie kondensatorów podczas jazdy typu start-stop ma spowodować 50% redukcji zużycia paliwa w cyklu miejskim. Spodziewana jest redukcja emisji NOx o 25%, a cząstek stałych o 50% w stosunku do napędu pojazdu tylko silnikiem ZS. Badania kondensatorów są prowadzone przez firmę Nissan Diesel oraz Okamoto R&D. Szacuje się, że żywotność tego typu rozwiązań będzie dłuższa niż akumulatorów NiMH lub litowo-jonowych. Firma MAN prowadzi badania nad możliwością zastosowania ultrakondensatorów w pojazdach samochodowych. Zastosowanie kondensatorów w autobusie (pojeździe hybrydowym o napędzie silnik spalinowy ZS + silnik elektryczny) zmniejszyło zużycie paliwa o około 25% (ze względu na brak pracy silnika spalinowego podczas ruszania 61 pojazdem). Napięcie znamionowe ultrakondensatorów UltraCap wynosi 2,5 V. Obecnie możliwe stało się uzyskanie kondensatorów o maksymalnych pojemnościach do 5000 F/2,5 V przy średnicy 90 mm oraz długości 110 mm. Kondensatory montowane w pojazdach osiągają rozmiary 50 x 70 mm i masę 170 g (rys. 2.15). Gęstość energii może osiągnąć 5,1 (W·h)/kg lub 5,4 (W·h)/dm3. Gęstość mocy wynosi 16 kW/kg lub 18 kW/dm3. Kondensator może być ładowany i rozładowywany prądem o wartości do 500 A. Przykładowo, kondensator o gęstości mocy 1000 W/kg może być rozładowany w ciągu 3,6 s. Dla większych gęstości mocy czas może być dłuższy niż 10 s (rys. 2.33). Rys. 2.33. Konstrukcja ultrakondensatora: 1 – złącze kolektorowe zgrzewane bezpośrednio do pokrywy, 2 – aluminiowy terminal podłączony bezpośrednio do odbiorników [5] Kondensatory te mogą być stosowane w temperaturach do –30oC. W pojeździe firmy MAN znajduje się 288 ultrakondensatorów (UltraCap), które magazynują energię podczas hamowania pojazdu. Energia w nich zawarta może być wykorzystana do przyspieszania pojazdu. Możliwości ich rozładowania w zależności od mocy i gęstości energii przedstawiono na rys. 2.34. Napęd posiada konfigurację równoległą. Zastosowanie układów elektronicznych pozwala na połączenie obu źródeł napędu. Ultrakondensatory (kondensatory dwuwarstwowe) pozwalają na magazynowanie ładunku rzędu tysięcy faradów. Pozwala to na zastosowanie go do gromadzenia ładunku elektrycznego w aplikacjach samochodowych, przy częstym rozładowywaniu prawie do 0 V. Stała czasowa wynosi tylko około 2 s. Obecnie magazynowanie ładunku przy wartości napięcia zbliżonej do zera nie jest problemem. Poniżej przedstawiono dwa przykłady wykorzystania ultrakondensatorów [6]. 62 10 000 s 1000 Gęstość energii [(W?h)/kg] NiMH 1000 s 100 s 10 s Li–Ion 100 1s NiCd Pb 10 0,1 s Ultrakondensator UltraCap 1 0,01 s Dwuwarstwowe kondens. 0,1 Elektrolityczne kondens. 0,01 10 100 1000 10 000 100 000 Gęstość mocy [W/kg] Rys. 2.34. Porównanie parametrów pracy ultrakondensatorów i wybranych typów akumulatorów [5] Przykładem pojazdu hybrydowego stosującego tego typu akumulatory energii jest Subaru Elten. Głównym źródłem napędu jest benzynowy silnik spalinowy sprzęgnięty przez przekładnię bezstopniową z silnikiem elektrycznym. Silnik elektryczny jest zasilany z kondensatorów i akumulatora manganowo-litowego. Kondensator o dużej pojemności opracowany przez firmę Panasonic ma elektrody z węgla aktywnego i specjalnego elektrolitu. Możliwe jest dostarczenie dodatkowej mocy o wartości 10 kW. Porównanie ultrakondesatorów z rozwiązaniami tradycyjnymi przedstawiono w tab. 2.8. Tablica 2.8. Porównanie parametrów układów gromadzenia energii [8] Parametr Akumulator Ultrakondensator Konwencjonalny ołowiowy kondensator Czas ładowania 1,5 h 0,3 do 30 s 10-3 do 10-6 s Czas rozładowania 0,3 h do 3 h 0,3 do 30 s 10-3 do 10-6 s Energia właściwa 10 to 100 1 to 10 < 0,1 [W·h/kg] Moc właściwa [W/kg] < 1000 < 10 000 < 100 000 Trwałość (cykli < 1000 > 500 000 > 500 000 ładowania/rozładowania) Sprawność 0,7 do 0,85 0,85 do 0,98 > 0,95 ładowania/rozładowania 63 2.5. Podsumowanie – wybór rodzaju akumulatora Zawartość energii [kWh/kg, kWh/m3] Z punktu widzenia odzysku energii hamowania jako wtórne źródła energii w pojazdach z napędem elektrycznym najkorzystniejsze jest zastosowanie jednego z poniżej wymienionych lub źródła złożonego z dwóch różnych elementów, zapewniającego korzystniejsze parametry: – kwasowo-ołowiowe, – wodorkowe NiMH, – litowo-jonowe Li-Ion. – litowo-polimerowe Li-Poly. – superkondensatory. Współcześnie szczególna uwaga konstruktorów poświęcana jest akumulatorom bazującym na technologii litowej oraz superkondensatorom. Bardzo ważnymi parametrami źródeł energii są: moc jednostkowa (gęstość mocy) w W/kg oraz energia jednostkowa (gęstość energii) w Wh/kg. W przypadku pojazdów z napędem elektrycznym gęstość mocy decyduje o właściwościach trakcyjnych pojazdu, takich jak zdolność do przyspieszania i pokonywania wzniesień a gęstość energii decyduje o maksymalnym zasięgu pojazdu. Na rysunkach (od rys. 2.35 do 2.40) przedstawiono klasyfikację głównych typów akumulatorów ze względu na zawartość energii [kWh/kg, kWh/m3], cenę, liczbę pełnych cykli, ograniczenia mocy w zakresie temperatur, zachowanie bezpieczeństwa w stanie pasywnym i moc specyficzną [kW/kg, kW/m3]. 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LFP (Lithium iron phosphate) NMC LTO (Lithium NCA (Lithium titanate) (Lithium nickel nickel cobalt manganese aluminum cobalt oxide) oxide) Rys. 2.35. Klasyfikacja głównych typów akumulatorów ze względu na zawartość energii [kWh/kg, kWh/m3] 64 3,5 3 Cena 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LFP (Lithium NMC (Lithium LTO (Lithium NCA (Lithium iron nickel titanate) nickel cobalt phosphate) manganese aluminum cobalt oxide) oxide) Rys. 2.36. Klasyfikacja głównych typów akumulatorów ze względu na cenę 4,5 liczba pełnych cykli 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LFP (Lithium NMC (Lithium LTO (Lithium NCA (Lithium iron nickel titanate) nickel cobalt phosphate) manganese aluminum cobalt oxide) oxide) Rys. 2.37. Klasyfikacja głównych typów akumulatorów ze względu na liczbę pełnych cykli 65 ograniczenia mocy w zakresie temperatur 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LFP (Lithium iron phosphate) NMC LTO (Lithium NCA (Lithium (Lithium titanate) nickel cobalt nickel aluminum manganese oxide) cobalt oxide) zachowanie bezpieczeństwa w stanie pasywnym Rys. 2.38. Klasyfikacja głównych typów akumulatorów ze względu na ograniczenia mocy w zakresie temperatur 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LFP (Lithium iron phosphate) NMC LTO (Lithium NCA (Lithium titanate) (Lithium nickel nickel cobalt manganese aluminum cobalt oxide) oxide) Rys. 2.39. Klasyfikacja głównych typów akumulatorów ze względu na zachowanie bezpieczeństwa w stanie pasywnym 66 moc specyficzna [kW/kg, kW/m3] 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LFP (Lithium NMC (Lithium LTO (Lithium NCA (Lithium iron nickel titanate) nickel cobalt phosphate) manganese aluminum cobalt oxide) oxide) Rys. 2.40. Klasyfikacja głównych typów akumulatorów ze względu na moc specyficzną [kW/kg, kW/m3] Po analizie rozwiązań aktualnie oferowanych na rynku Wykonawca zauważa, że najkorzystniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie akumulatora nano litowo-tytanowej Nano-Li4Ti5O12. Rozwiązanie to cechuje się dużą mocą bez utraty zmagazynowanej energii, długim okresem eksploatacji, bezobsługowością oraz symetrycznością ładowania/rozładowania korzystnej przy aplikacji hamowania regeneracyjnego. Akumulatory tego typu mogą być stosowane zarówno w technologii ładowania plug-in jak i przy zasilaniu z wykorzystaniem pantografu. Akumulator litowo-tytanianowy może być w pełni naładowana w bardzo krótkim czasie (zależnym od mocy ładowarki), a występowanie chwilowych skoków mocy prądu nie ma wpływu na przyśpieszone zużycie akumulatorów. Dodatkowo, charakteryzują się one wysoką żywotnością (deklarowana liczba pełnych cykli ładowanie/rozładowanie to 25000 przy zachowaniu 80% pojemności początkowej, czas życia 25 lat) oraz wysoką wartością gęstości energii. Akumulator może spełniać w pojedzie rolę źródła o wysokiej mocy jednostkowej i wysokiej energii jednostkowej, co w powiązaniu z żywotnością i odpornością na udary prądowe sytuuje ją w grupie najbardziej zaawansowanych. Dodatkowo ma on większą stabilność termiczną niż inne rozwiązania litowe. Bardzo szeroki zakres temperatur pracy (-40°C do +55°C) jest odpowiedni do zastosowania w pojazdach elektrycznych. Maksymalne prądy ładowania i rozładowania osiągają wartości 6C (360 A dla akumulatorów o pojemności 50 Ah). Z przeprowadzonej analizy wynika, że energia wymagana do zasilania autobusu nie przekracza 250 kWh. Zastosowanie akumulatora o większej pojemności oznacza niepotrzebne zwiększenie masy pojazdu oraz ograniczenie przestrzeni dla pasażerów, przez zwiększanie wymiarów akumulatorów. Istotną zaletą jest także kształt i ilość pojedynczych celi, co ułatwia rozlokowanie ich w pojeździe oraz zwiększa niezawodność całego systemu umożliwiając wymianę pojedynczego modułu w razie awarii. 67 2.6. Sposoby ładowania akumulatorów 2.6.1. Wprowadzenie Najważniejszym punktem związanym z wprowadzeniem na rynek autobusów elektrycznych jest zapewnienie odpowiedniej infrastruktury umożliwiającej naładowanie różnej długości i różnych typów autobusów za pomocą tej samej infrastruktury - jak ma to miejsce w obecnych rozwiązaniach pojazdów napędzanych silnikami o zapłonie samoczynnym. Każda na rynku stacja benzynowa jest kompatybilna z każdym pojazdem i umożliwia jego zatankowanie. Najważniejsza jest zatem kompatybilność sytemu: autobusów elektrycznych i pasujących do niego zewnętrznych zamontowanych na stałe w mieście ładowarek. Na rynku dostępne są cztery główne sposoby ładowania akumulatorów oraz ich kombinacje: plug-in, ładowane z pętli indukcyjnych, ładowanie akumulatorów za pomocą rozkładanego pantografu, szybka wymiana akumulatorów. 2.6.2. Plug-in Pierwszą z omawianych metod jest złącze typu Plug-in. Do zasilania wykorzystywane są zewnętrzne ładowarki. Jest to najtańsze z rozwiązań stosowanych w pojazdach elektrycznych. Autobus ładowany jest za pomocą gniazda elektrycznego podobnego do tych wykorzystywanych powszechnie w gospodarstwach domowych. Rozwiązanie to jest szczególnie korzystne gdy operator nie chce inwestować w infrastrukturę. Ładowarki są uniwersalne i mogą służyć do ładowania kilku lub kilkunastu autobusów. Rozmieszczenie stacji ładowania zależne jest od woli zamawiającego, potrzeb autobusu lub dostępnej infrastruktury. W przypadku użycia ładowarki o mocy 200 kW czas ładowania akumulatorów na przejechanie 100 km wynosi poniżej 1 godziny. Istnieje również możliwość wyposażenia autobusu w ładowarkę pokładową. Wówczas akumulatory ładowane są poprzez złącze typu plug-in (np. firmy Walter zastosowane po raz pierwszy w hybrydowym autobusie Urbino 18 marki Solaris). Ich napełnienie z terminala ładowania 3 x 400 V 63A trwa znacznie dłużej niż w przypadku ładowarek zewnętrznych to jest nawet ponad 4 godziny. Jednakże plusem takiego rozwiązania jest kompatybilność z istniejącymi w miastach terminalami szybkiego ładowania samochodów osobowych. Rozwiązanie to jest korzystne tylko w przypadku gdy operator planuje zakup niewielkiej ilości autobusów (np. jednego do testów). Wykorzystanie w autobusach miejskich systemu typu plug-in niesie ze sobą również wiele wad. Wtyczka wykorzystywana do ładowania pojazdów osobowych ma wymiary zbliżone do standardowego pistoletu nalewczego dystrybutora paliw. W przypadku autobusów zważywszy na potrzebę tzw. szybkiego ładowania wtyczka ta musi być kilkukrotnie większa, co samo w sobie jest wadą. Wadą jest również konieczność ręcznej obsługi urządzeń w systemie plug-in. 68 Przykładem autobusu elektrycznego ładowanego przez złącze plug-in jest rozwiązanie firmy Optare będącej czołowym brytyjskim producentem autobusów.W ofercie firmy jest autobus Solo (rys. 2.41) dostępny w 6 konfiguracjach (różniących się liczbą miejsc w pojeździe). Rys. 2.41. Autobus Optare Solo EV [19] Autobus wyposażony jest w napęd elektryczny Enova Systems P120 AC napędzany silnikiem indukcyjnym o mocy 120 kW, który jest zasilany przez zestaw dwóch akumulatorów litowo-jonowo-fosforanowych firmy Valence. Oba zestawy mogą pracować równolegle i zapewniają napięcie 600 V o łącznej pojemności 80 kWh. Akumulatory umieszczone są w dwóch stalowych skrzyniach po obu stronach centralnie umieszczonego silnika, co zapewniło znakomite rozłożenie masy (rys. 2.42). Za silnikiem znajduje się układ chłodzenia, elektryczny system wspomagania kierownicy oraz sterownik układu. Po prawej stronie nad zestawem akumulatorów znajduje się elektryczna sprężarka. Układ sterowania zawiera inwerter służący do sterowania mocą silnika, dwa inwertery o mocy 8 kW służące do sterowania układów wspomagania kierownicy i napędu sprężarki oraz konwerter 24 V DCDC odpowiedzialny za ładowanie standardowych akumulatorów pojazdu. Całość tworzy jedno zwarte, w pełni szczelne urządzenie chłodzone cieczą. Pojedynczy wentylator elektryczny pobiera powietrze z wnętrza komory silnikowej i owiewa silnik od spodu. Pompa wody używana jest nie tylko podczas jazdy pojazdu, ale również podczas ładowania w celu zabezpieczenia przed przegrzaniem układu. Autobus wyposażony jest w system ogrzewania postojowego Hydronic M12 firmy Eberspacher znajdujący się w miejscu zbiornika na olej napędowy, który jest podłączony do standardowego systemu ogrzewania. Podczas hamowania 69 pojazdu silnik elektryczny działa jak prądnica i przekształca energię kinetyczną na energię elektryczną, która magazynowana jest w akumulatorach. Proces ładowania akumulatorów trwa 8 godzin i energia może być pobierana z klasycznego gniazdka elektrycznego. Ładowanie może odbywać się bez obecności człowieka, ponieważ system jest zabezpieczony przed przeładowaniem i na koniec procesu sam wyrównuje poziom energii w akumulatorach, co wydłuża ich żywotność. Rys. 2.43. Napęd elektryczny autobusu Solo EV [19] 2.4.3. Indukcyjne Ładowanie indukcyjne to drugi ze sposobów ładowania akumulatorów w autobusach elektrycznych. Rozwiązanie to cechuje się tym, że pod podłogą autobusu montowane jest specjalne urządzenie, którego zadanie polega na bezdotykowym pobieraniu energii z ładowarek, umieszczonych w infrastrukturze przystankowej. Zaledwie kilka minut wystarczy, aby uzupełnić moc akumulatorów i swobodnie kontynuować jazdę. Główną zaletą tego systemu jest fakt, że cała infrastruktura jest niewidoczna i nie ingeruje w plan zagospodarowania przestrzeni miejskiej (rys. 2.44). Komponenty przekazywania energii ukryte są pod powierzchnią jezdni oraz w podwoziu autobusu. Drugą zaletą jest bezobsługowość, czyli to, że proces ładowania następuje bez ingerencji kierowcy autobusu. Jednak system ten ma sporą ilość ograniczeń. Należą do nich między innymi: konieczność bardzo wysokiej precyzji przy parkowaniu autobusu przed rozpoczęciem ładowania oraz niska sprawność przesyłu energii. Jednak zasadniczą kwestią jest bardzo wysoka cena, nawet kilkukrotnie wyższa od innych systemów ładowania autobusów elektrycznych. 70 Rys. 2.44. Rozwiązanie ładowania indukcyjnego firmy EkoEnergetyka [20] Jednym z pierwszych przewoźników, który eksploatuje autobusy elektrycznezasilane indukcyjniejest Braunschweiger Verkehrs-AG.Przewoźnik nabył autobusy elektryczne w ramach projektu "Emil". Rozwinięcie tego skrótu w polskim tłumaczeniu oznacza "elektromobilność poprzez indukcyjne ładowanie" i zakłada zastosowanie na szeroką skalę elektrycznych pojazdów ładowanych w ten sposób. Pierwszy etap projektu polał na zagwarantowaniu obsługi linii okalającej centrum miasta tylko przez autobusy elektryczne. Linia o długości około 12 km z trzema punktami szybkiego ładowania akumulatorów pokonywana jest przez około 34 minuty. Początek i koniec linii został zlokalizowany przy Dworcu Głównym. Docelowo linia ma być obsługiwana przez 5-6 autobusów. Innym przykładem takiego sposobu ładowania jest rozwiązanie firmy E-Moss. W holenderskim mieście 's-Hertogenboschw Holandii. Firma konwertuje na napęd elektryczny autobusy marki Volvo.Pojazd zabiera na pokład taką samą liczbę pasażerów, jak w przypadku zasilania silnikiem spalinowym, a energię pobiera podczas postojów na przystankach. Konwertowane Volvo 7700 podłączane jest przewodem do gniazdka na noc, a bezstykowe doładowywanie na przystankach to tylko praktyczny dodatek, dzięki któremu dzienny zasięg pojazdu wydłuża się. Taki system sprawia, że autobus może pozostawać na trasie przez 18 godzin na dobę i pokonać prawie 290 km, zanim ponownie konieczne okaże się podpięcie go na dłużej do sieci energetycznej. Zastosowany system napełniania ogniw bez użycia fizycznego połączenia nosi nazwę Inductive Power Transfer, a stworzyła go firma Conductix Wampfler. Montażu w pojeździe dokonała wspomniana firma E-Moss, wyposażając autobus również w pakiet akumulatorów typu LiFePO4. Wizualizację rozwiązania przedstawiono na rysunkach 2.45 i 2.46. 71 Rys. 2.45. Autobus E-Moss ładowany podczas postoju na przystanku [21] Rys. 2.46. Infrastruktura do ładowania indukcyjnego ładowania autobusu E-Moss [21] 72 2.4.4. Zasilanie pantografowe Jako przykład wykorzystania technologii pantografowej można przedstawić miniautobus wyprodukowany przez amerykańską firmę Sinautec Automobile Technologies i chińskie przedsiębiorstwo Shanghai Aowei Technology Development Company (rys. 2.47). W założeniach pojazd ten przypomina trolejbus ze względu na znajdujący się na dachu pantograf, ale w budowie zasadniczo się różni. Przeciętny trolejbus wyposażony jest w akumulatory litowo-jonowe i potrzebuje ciągłego dostępu do sieci elektrycznej. Rys. 2.47. Miniautobus Ultracap firmy Sinautec Automobile Technologies [22] Zaprezentowany pojazd dzięki możliwości odzysku energii podczas hamowania, oraz możliwości uzupełniania energii podczas postoju na specjalnych przystankach wyposażonych w linie wysokiego napięcia (rys. 2.48) staje się tańszy w eksploatacji o około 40% od przeciętnego trolejbusu. Ponadto, jeśli nawet będzie korzystał z energii produkowanej przez wyjątkowo nie ekologiczną elektrownię węglową, to wyemituje do atmosfery o 70% mniej dwutlenku węgla niż autobus z tradycyjnym silnikiem spalinowym. Według szacunków producenta użytkownik powinien przez okres 12 lat eksploatacji zaoszczędzić na paliwie około 800 000 zł. Dodatkowym atutem jest to, że podczas 3 lat użytkowania 17 pojazdów w Szanghaju żaden z nich nie miał poważniejszej awarii, co wiąże się z ograniczeniem kosztów napraw. Maksymalny zasięg autobusu przy pracującej klimatyzacji wynosi 5,6 km, a zasięg przy wyłączonej klimatyzacji wynosi już 9 km. Czas całkowitego ładowania nie powinien przekraczać 10 minut w zależności od napięcia. Podstawową wadą tego autobusu jest to, że posiada wyłącznie 41 miejsc, ma słabe przyśpieszenie, porusza się z maksymalną prędkością nie przekraczającą 48 km/h. Właściwości trakcyjne autobusu poprawia nowa gama superkondensatorów, intensywnie badanych przez producenta. Obecnie autobus jest wyposażony w superkondensatory firmy Shanghai Aowei o gęstości energii 6 W·h/kg. Powyższe rozwiązanie jest stosowane w Azji. 73 Rys. 2.48. Przystanki wyposażaone w sieć wysokiego napięcia [22] Innym przykładem pantografowego sposobu zasilania autobusów miejskich jest system zaprezentowany w 2013 w Genewie w ramach międzynarodowej konferencji poświęconej zagadnieniom transportu. Podobnie jak w przypadku wspomnianego amerykańsko-chińskiego rozwiązania technologia ta również nie wymaga stosowania linii transmisyjnych znanych przy wykorzystaniu zasilania trolejbusów. Ładowanie odbywa się na wybranych przystankach (co 3 – 4 przystanki). Technologia ta opracowana przez firmę ABB wykorzystuje tzw. błyskowy system ładowania – pojazd posiada kontrolowane laserowo ruchome ramię pozwalające na połączenie głowicy zasilającej ze znajdującym się na przystanku w specjalnie skonstruowanym wysięgniku gniazdem w postaci szyny biegnącej równolegle wzdłuż pojazdu (rys. 2.49). Rys. 2.49. Pantograf z głowicą ładującą oraz gniazdo dokujące w postaci szyny umieszczone na wysięgniku przystankowym – system szybkiego ładowania ABB 74 System obok zalet jakimi się charakteryzuje ma również szereg istonych wad. Jest to układ wysoce skomplikowany wykorzystujący cechujące się awaryjnością złożone systemy automatyki i elektroniki. Zastosowanie tego typu rozwiązania jest zawodne przy zmiennych warunkach klimatycznych. Zakres tolerancji zatrzymania autobusu jest ponadto bardzo mały – w sytuacji, w której kierowca zatrzyma się poza wyznaczonym obszarem (głównie przemieszczenia boczne) nie będzie możliwe połączenie pojazdu z systemem ładowania. Układ nie jest poza tym dopracowany pod względem mogących nastapić podczas szybkiego „przystankowego” ładowania obciążeń wynikających np. ze zmiany nachylenia pojazdu na wskutek wysiadających i wsiadających pasażerów, lub zastosowania przez kierowcę w trakcie postoju tzw. przyklęku. Przedstawione rozwiązania, pochodzące z rynku chińskiego wyglądają na bardzo proste i niezawodne w obsłudze, jednak posiadają wiele ograniczeń, aby przenieść je na rynki europejskie. Tamtejsze rozwiązania nie uwzględniają bowiem odpowiedniej dla wymogów europejskich ilości połączeń komunikacyjnych niezbędnych do prawidłowego przebiegu i kontroli procesu ładowania. Zwiększenie liczby styków złącza dachowego powoduje komplikację układu. Trzecim przykładem wykorzystania ładowania pantografowego do ładowania autobusu elektrycznego jest rozwiązanie zaproponowane przez polską firmę Solaris Bus & Coach. Rozwiązanie firmy zakłada wykorzystaniebezobsługowego systemu kontaktowego ładowania. Umieszczona na dachu wielostykowa głowica złącza dachowego automatycznie podłącza się do nośnika energii poprzez elektrycznie sterowane ramię oraz platformę zasilającą zawieszaną na dowolnym elemencie konstrukcyjnym.Krótkie ładowanie, np. na końcu pętli lub na przystanku, pozwala ruszyć w dalszą trasę. Dzięki takiemu rozwiązaniu kierowca, tak jak w przypadku ładowania indukcyjnego, nie musi opuszczać stanowiska pracy. Układ ładowania składa się z dwóch zasadniczych części tj. głowicy złącza dachowego, umieszczonej na elektrycznie sterowanym ramieniu, oraz platformy zasilającej zawieszanej na specjalnie przygotowanym elemencie konstrukcyjnym spełniającym wymagania techniczne i wytrzymałościowe. Wymiary platformy zasilającej, pod którą kierowca musi zaparkować autobus dobierane są w taki sposób, aby zapewnić pełen zakres tolerancji zatrzymania pojazdu. Zautomatyzowany system ładowania gwarantuje pewne i bezpieczne połączenie styków, dzięki unikalnemu kształtowi elementu stykowego. Po dociśnięciu odpowiednio wyprofilowanych szyn stykowych platformy zasilającej, głowica złącza dachowego zostaje unieruchomiona, co powoduje pewny styk podczas przepływu prądu o dużym natężeniu. Dzięki nadaniu ramieniu i głowicy złącza dachowego odpowiedniej liczby stopni swobody, które zapewnią elastyczność układu podczas przyklęku autobusu lub innych nieplanowanych ruchów autobusu w trakcie procesu ładowania, np. wsiadanie i wysiadanie pasażerów, możliwe jest doładowywanie akumulatorów autobusu w trakcie postoju na przystankach. Rozwiązanie to przedstawiono na rys. 2.50. 75 Rys. 2.50. Bezobsługowy system kontaktowego ładowania firmy Solaris Bus & Coach [23] Konkurencyjne rzowiązanie to automatyczny system szybkiego ładowania (produkcji firmy Schunk), składa się z dwóch zasadniczych części: pantografu z głowicą (contact head), który jest zainstalowany na dachu autobusu elektrycznego oraz z platformy zasilającej (contact hood), podłączonej do ładowarki, zawieszonej ponad autobusem elektrycznym na odpowiedniej wysokości min. 4,5 m. Pantografowy system ładowania charakteryzuje się bardzo prostą obsułgą, przy zachowaniu maksimum bezpieczeństwa dla użytkowników. Informacje o aktualnym procesie ładowania są wyświetlane w kokpicie autobusu, z poziomu którego kierowca potwierdza rozpoczęcie lub zakończenie ładowania. Platforma zasilająca połączona z ładowarką, jest wykonana w kształcie trapezu i wyposażona w 5 pól kontaktowych: biegun dodatni (DC+), biegun ujemny (DC-) styk ochronny (PE), styk komunikacyjny (CP), styk komunikacyjny (PP). Fizyczne połączenie pomiędzy autobusem elektrycznym i platformą zasilającą stanowi głowica z odpowiednio ulokowanymi stykami, umieszczona na ramieniu pantografu. W podstawie pantografu umieszczony jest napęd elektryczny, który unosi ramię pantografu z głowicą poprzez sprężynę. Ramię pantografu wykonane jest w sposób szkieletowy, dzięki czemu całość nie stanowi dużego ciężaru, który mógłby ograniczać ilość pasażerów w autobusie. Czas unoszenia pantografu to zaledwie 3 sekundy, natoamiast czas opadania wynosi około 4,5 sek. Elementy systemu przedstawiono na rys. 2.51 i 2.52. 76 Rys. 2.51. Automatyczny system szybkiego ładowania – platforma zasilająca (contact Hood) i pantograf z głowicą (contact head) Rys. 2.52. Automatyczny system szybkiego ładowania – 5-pól kontaktowych: lewa strona DC+, prawa strona DC-, górna część: PE, CP, PP 77 Tab. 2.9. Dane techniczne automatycznego systemu szybkiego ładowania Pantograf - automatyczny system szybkiego ładowania (Schunk) Interfejs ładowania Maks. napięcie pracy głowica kontaktowa i platforma zasilająca w 5-polowym systemie ładowania 1,800 V 500A – prąd ciągły, 1,000A – maks. 30 sek. Maks. prąd ładowania Zasilanie napędu pantografu 24V DC ±30% Siła docisku (regulowana) 250N Czas unoszenia ca. 3 sek. ca. 4,5 sek. Czas opuszczania Tolerancja przyklęku Boczne obniżenie 4° Temperatura pracy Od -30°C do +65°C Wymiary platformy zasilającej Dł./Szer./Wys. ~1300/770/325 mm Waga platformy zasilającej ~60 kg Wysokość zawieszenia platformy zasilającej ~4500 mm Szacunkowa waga słupa platformy zasilającej ~400 kg Wymiary pantografu z głowicą kontaktową Poziom wysoki przynajmniej 1060 mm,poziom niski 510 mm Waga pantografu z głowicą kontaktową ~85 kg wymiary rzeczywiste mogą się nieznacznie różnić 2.4.5. Ogniwa paliwowe Najnowszą propozycją jest system wykorzystujący ogniwa paliwowe zasilane wodorem. Ładowanie odbywa się podczas jazdy. Autobus jest tankowany wodorem tylko raz dziennie, po powrocie do zajezdni. Dzięki nowoczesnemu rozwiązaniu pojazd jest przygotowany do przejechania ponad trzystu kilometrów dziennie.Prototyp autobusu napędzanego wodorem powstał w 2009 roku, przy współpracy firm Skoda electric, Proton i Instytutu Badań Jądrowych UJV (rys. 2.53). Projekt zrealizowano z wykorzystaniem środków z europejskiego funduszu strukturalnego przy współudziale czeskiego ministerstwa transportu. Koordynacja projektu była realizowana przez Instytut Badań Jądrowych UJV. Skoda Electric produkuje między innymi trolejbusy i pojazdy szynowe, przy wykorzystaniu doświadczenia z tej produkcji firma zaprojektowała i wykonała silnik elektryczny napędzający autobus. Energia do napędu silnika wytwarzana jest w ogniwie paliwowym Proton Motors PM Basic A 50. Na rysunku 2.53 przedstawiono widok całego pojazdu, na rysunku 2.54 umieszczono zbliżenie na przestrzeń w tylnej części autobusu, z ogniwami paliwowymi. Widok zespołu ogniw paliwowych wymontowanego z pojazdu zamieszczono na rysunku 2.55. 78 Rys. 2.53. Autobus Skoda Triple Hybrid [24] Rys. 2.54. Ogniwa paliwowe Proton Motor umieszczone w tylnej części autobusu [24] 79 Rys. 2.55. Zespół ogniw paliwowych Proton Motors PM Basic A 50 o mocy ciągłej równej 48 kW [24] Autobus liniowy Skoda napędzany jest wyłącznie energią elektryczną, uzyskiwaną w ogniwach paliwowych i gromadzoną w akumulatorach litowo-jonowych, umieszczonych pod podłogą w środkowej części pojazdu. Na dachu pojazdu umieszczono ultra kondensatory, gromadzące energię odzyskiwaną podczas hamowania i oddające ją w chwili szczytowego zapotrzebowania przy ruszaniu lub przyspieszaniu. Obok ultra kondensatorów na dachu pojazdu umieszczono zbiorniki z wodorem. Autobus powstał z wykorzystaniem standardowego 12-metrowego, niskopodłogowego nadwozia, z dwiema osiami. Dopuszczalna masa całkowita pojazdu wynosi 18 000 kg. Moc ogniw paliwowych wynosi 48 kW, przy mocy silnika elektrycznego równej 120 kW, pozwalającej na osiągnięcie prędkości maksymalnej ograniczonej do 65 km/h. Cztery kompozytowe zbiorniki paliwa zawierają 20 kg wodoru sprężonego do ciśnienia 35 MPa, co wystarcza na pokonanie dystansu 250-300 km. Napełniania zbiorników odbywa się w czasie poniżej 10 minut. Podstawowe dane techniczne pojazdu zebrano w tabeli 2.12. Tabela 2.12. Wybrane dane techniczne autobusu Skoda Triple Hybrid Parametr Nadwozie Ogniwo paliwowe Akumulatory Ultrakondensatory Zbiorniki wodoru Silnik trakcyjny asynchroniczny Zasięg Masa własna Dopuszczalna masa całkowita Maksymalna prędkość jazdy Średnie zużycie wodoru Wartość Irisbus Citelis 12m 48 kW, PEM; Proton Motors PM Basic A 50 22 akumulatory trakcyjne, LiFePO4, 100kW, 26 kWh, 422V 4 sztuki, 17,8 F, 780 V, 200 kW, energia użytkowa 0,32 kW·h 4 sztuki, kompozytowe, pojemność 820 l, 20 kg H2, 35 MPa 120 kW 250-300 km 14 000 kg 18 000 kg 65 km/h 7,5 kg/100km 80 Opisany pojazd jest przykładem rozwiązania prototypowego, taki sam status posiada wiele jego podzespołów i rozwiązań technicznych. Niewątpliwie na obecnym etapie rozwoju techniki pojazd taki może być obiektem wielu interesujących eksperymentów, nie może jednak na zasadach ogólnych konkurować z konstrukcjami konwencjonalnymi. Unikalną cechę pojazdu stanowi całkowite wyeliminowanie silnika spalinowego, co wiąże się z radykalnym ograniczeniem poziomu hałasu i wyeliminowaniem problemu emisji spalin. Warto podkreślić, że zastosowanie ogniw paliwowych umożliwiło uzyskanie akceptowalnego zasięgu pojazdu, przy zapewnieniu szybkiego napełniania zbiorników, stanowi to istotną zaletę praktyczną pojazdu. Reasumując, można stwierdzić, że pojazdy o podobnej konstrukcji mogą w niedalekiej przyszłości stać się przedmiotem seryjnej produkcji. Ich zastosowanie jest promowane przez ustawodawstwo dotyczące emisji spalin. W praktyce niejednokrotnie stężenie związków toksycznych w powietrzu jest w centrach dużych miast tak duże, że zmusza władze lokalne do poszukiwania radykalnych rozwiązań mających na celu ograniczenie emisji. Prezentowany pojazd nie jest zasilany energią elektryczną z sieci, ładującą akumulatory, co w przyszłości przy uwzględnieniu scenariusza gwałtownego rozwoju pojazdów elektrycznych i wobec deficytu mocy elektrowni może stanowić istotną, zyskującą na znaczeniu zaletę. Jeden z trudniejszych do rozwiązania problemów związanych z budową i eksploatacją pojazdu o zaproponowanej konstrukcji stanowi magazynowanie wodoru. 2.4.6. Porównanie rozwiązań W celu wybrania najlepszego rozwiązania możliwego do wprowadzenia do eksploatacji autobusów elektrycznych w lubelskiej komunikacji miejskiej konieczne jest przeanalizowanie rozwiązań pod kilkoma kluczowymi względami: inwestycja w infrastrukturę, koszt zakupu autobusu, możliwość doładowania autobusu na trasie, możliwość doładowania autobusu w czasie postoju na pętli, pojemność pasażerska autobusu, czas ładowania autobusu. Pierwszym z parametrów jest koszt inwestycji w infrastrukturę. Omówione rozwiązania znacznie różnią się między sobą. Najkosztowniejszym z rozwiązań jest zasilanie indukcyjne. Wymaga całkowitego przystosowania przystanków do nowych rozwiązań co wiąże się z dużym kosztem. System ładowania umieszczony jest pod powierzchnią drogi. Autobusy ładowane indukcyjnie wyposażone są w stosunkowo małe akumulatory. Pozwala to na krótkie doładowywanie, ale niesie za sobą konieczność stworzenia wielu punktów ładowania. Drugim pod względem kosztochłonności jest zasianie pantografowe. Autobus elektryczny w przeciwieństwie do trolejbusu nie może być ciągle zasilany z sieci. Do wykorzystania sieci pantografowej konieczne jest zastosowanie zewnętrznych ładowarek. Schemat wykorzystania sieci trakcyjnej do zasilania autobusu elektrycznego przedstawiona na rysunku 2.56. Przeniesienie napięcia z linii do ładowarek może być połączone z utworzeniem stacji ładowania samochodów osobowych co może znacznie podnieść innowacyjność miasta. Rozwiązanie takie zastosowano w niemieckim mieście Oberhausen. Przedsiębiorstwo tam operujące STOAG Stadtwerke Oberhausen GmbH stawia sobie za cel zwiększenie mobilności 81 elektrycznej transportu publicznego. Duży nacisk kładzie również na wymagania powstałe przez zmianę klimatu i zanieczyszczenie powietrza. Na rysunku 2.57 przedstawiono ładowarkę zasilaną z sieci trakcyjnej oraz na zdjęciu satelitarnym autobus podczas ładowania. Zdecydowanie tańszym rozwiązaniem jest ładowanie autobusu za pomocą wtyczek plugin. Nie wymaga znaczących zmian w infrastrukturze istniejących linii. Ładowarki można lokalizować w zajezdniach i na pętlach oraz możliwe jest ich wykorzystywanie do wielu pojazdów. Dodatkowo, po przeprowadzeniu stosownych analiz możliwe jest rozmieszczenie stacji ładowania z uwzględnieniem istniejącej infrastruktury elektroenergetycznej. Istnieje wiele typów ładowarek stosowanych w takim rozwiązaniu. Możliwy jest wybór tańszych ale wolniej ładujących jednostek, lub tzw. ładowarek szybkich, co jednak wiąże się z relatywnie wyższym kosztem. Rys. 2.56. Schemat wykorzystania sieci trakcyjnej do zasilania pojazdów elektrycznych Rys. 2.57. Wykorzystanie sieci trakcyjnej do zasilania autobusu miejskiego na przykładzie rozwiązania STOAG Stadtwerke Oberhausen GmbH 82 Producenci autobusów elektrycznych w swoich ofertach mają rozwiązania dopasowane dokładnie pod zamówienie klienta. Pod względem nakładów infrastrukturalnych najtańszym z rozwiązań wydaje się wymiana akumulatorów w autobusach. Jednak należy pamiętać, że przy takiej strategii również niezbędny jest zakup ładowarki, zdecydowanie bardziej zaawansowanej technicznie niż przy opcji plug-in. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę zakup akumulatorów do wymiany – koszt takich akumulatorów oscylować może nawet w okolicach 700 000 zł. Dodatkowym utrudnieniem jest fakt, że akumulatory podczas ładowania ulegają znacznemu nagrzewaniu, co może wydłużyć czas ich wymiany – należy odczekać aż temperatura osiągnie oczekiwany poziom. Kolejnym omawianym aspektem jest koszt zakupu autobusu. Najtańszym z rozwiązań jest autobus zasilany poprzez złącze plug-in. Jego cena, w zależności od specyfikacji zamówienia klienta może wynosić około 1 mln zł. Droższy jest autobus wykorzystujący zasilanie z sieci trakcyjnej. Z uwagi na wymagania techniczne dotyczące bezpieczeństwa konieczne jest zastosowanie większej ilości izolacji i zabezpieczeń. Kolejno wymienić można autobus z wymienianymi akumulatorami. Sama konstrukcja autobusu jest uproszczoną dzięki temu, że nie wymagane są systemy ładowania. Jednak należy brać pod uwagę cenę wymiennych akumulatorów, o której wspomniano wcześniej, oraz ładowarkę do ich naładowania. Jednak najdroższym z rozwiązań jest autobus ładowany indukcyjnie. Akumulatory (z oczywistych przyczyn) umieszczone są pod podwoziem, co ma tę wartość dodaną, że obniża środek ciężkości autobusu i nie obciąża konstrukcji tak, jak robią to np. butle CNG czy elementy ogniw paliwowych, montowane z reguły na dachu. Jednak takie umieszczenie i skompresowanie akumulatorów wiąże się z wysokim kosztem wprowadzenia takiego rozwiązania. Ze względu eksploatacji istotnym jest możliwość ładowania autobusu w czasie dnia pracy. Poza ładowaniem akumulatorów w nocy na zajezdni istnieją dwie główne strategie uzupełniania stopnia naładowania w ciągu eksploatacji. Do strategii tych zalicza się ładowanie na przystankach oraz na pętlach (rys. 2.58). Pierwsza z opcji zakłada szybkie doładowywanie akumulatorów w czasie wymiany pasażerów. Trwa to, w zależności od natężenia ruchu, około 1 – 10 minut. Druga opcja zakłada ładowanie podczas postoju na pętli. Kierowca dysponuje tu dłuższym czasem, zazwyczaj mieszczącym się w granicach 10 – 30 min. W strategii tej ładowanie może być wydajniejsze. Ładowanie indukcyjne cechuje się strategią pierwszą, a więc nieznacznym doładowywaniem na wszystkich, bądź większości przystanków. Ładowanie za pomocą wtyczki plug-in możliwe jest tylko jako obsługowe, co oznacza konieczność opuszczenia pojazdu przez kierowcę. Zabiera to więcej czasu i możliwe jest tylko w przypadku ładowania na pętli. Wymiana akumulatorów zajmuje zazwyczaj jeszcze więcej czasu, ale przy sprawnej obsłudze możliwa jest do przeprowadzenia na dłuższym postoju na pętli. Zasilanie akumulatorów z sieci pantografowej możliwe jest zarówno na poszczególnych przystankach (ładowanie krótkie) jak i na pętli (ładowanie dłuższe, uzupełniające niedobory). 83 Rys. 2.58. Możliwości eksploatacyjne podstawowych strategii ładowania akumulatorów w autobusach elektrycznych Istotnym jest również przebieg naładowania akumulatorów podczas dnia pracy. Na rysunku 2.59 przedstawiono zależność poziomu naładowania akumulatorów od przebiegu trasy. Oś pozioma oznacza jeden pełny cykl, tj. przejechanie pojazdu od pętli do pętli i z powrotem. Rysunek a) przedstawia schemat ładowania autobusu na każdym przystanku. Akumulatory doładowywane są sukcesywnie w czasie każdego postoju, dzięki czemu ogólny poziom naładowania akumulatorów ciągle oscyluje w okolicach pełnego naładowania. Odnośnik b) na rysunku 2.59 przedstawia strategię zakładającą wymianę akumulatorów po pełnym rozładowaniu. W ciągu pracy autobusu akumulatory są liniowo rozładowywane, aż do prawie całkowitej utraty pojemności. Gdy to następuje są one wymieniane i cykl zaczyna się od początku. Znacznik c) przedstawia schemat doładowywania akumulatorów na pętlach. Dzięki dłuższemu postojowi możliwe jest znaczne uzupełnienie poziomu naładowania akumulatorów. Przedstawione wykresy są jedynie schematycznym przedstawieniem strategii. Dokładna analiza możliwa jest w przypadku wybrania konkretnej strategii ładowania oraz doboru akumulatorów. Jedną z istotniejszych cech eksploatacyjnych autobusu miejskiego jest jego pojemność pasażerska. Przeciętny autobus długości 12 metrów zasilany silnikiem spalinowym może jednorazowo przewieźć około 100 pasażerów. Oczywiście liczba ta zależna jest od konfiguracji jednostki, liczby miejsc siedzących oraz przeznaczenia pojazdu jednak można ją przyjąć jako pewne uogólnienie. Autobusy elektryczne niezależnie od konfiguracji mają ograniczoną przestrzeń pasażerską przez akumulatory znajdujące się na pokładzie. Firma Solaris Bus & Coach udostępniła w Internecie grafikę przedstawiającą jak ma się pojemność akumulatorów (a co za tym idzie zasięg pojazdu) do teoretycznej liczbie przewożonych pasażerów (rys. 2.60). Zastosowanie akumulatorów o pojemności 450 kWh, umożliwiających przejechanie bez ładowania 351 km i ważących 5287 kg ogranicza przestrzeń pasażerską aż o 78 miejsc! Wynika z tego, że zakładając wspomnianą pojemność autobusu jako 100 pasażerów, prawie 80% zajmowały by akumulatory. Sytuacja ulega znacznej poprawie przy stosowaniu akumulatorów o mniejszej pojemności. Akumulator 240 kWh, ważąca 2820 kg i dająca zasięg teoretyczny ogranicza przestrzeń już tylko o 42 pasażerów, mniejsza o pojemności 160 kWh, masie 1880 kg i zasięgu 125 km już tylko o 28 miejsc. Najkorzystniejszą opcją do zastosowania w komunikacji miejskiej wydaje się być akumulator o pojemności 80 kWh. Jego masa to 940 kg i pozwala na przejechanie 62 km bez doładowywania. Zasięg taki w zupełności wystarczy do przejechania trasy autobusu miejskiego. Dodatkowym atutem jest również to, że akumulator taki ogranicza przestrzeń pasażerską tylko o 14 miejsc. 84 a) b) c) Rys. 2.59.Zmiany poziomu naładowania akumulatorów w czasie 85 Rys. 2.60. Zależność masy akumulatorów i pojemności pasażerskiej autobusu o długości 12 m [25] Ostatnim z kryteriów porównawczych jest czas ładowania akumulatorów. Zależny jest on przede wszystkim od rodzaju akumulatorów i ładowarki. Omówiono już czasy ładowań na trasie autobusu jednak równie ważnym jest czas potrzebny do uzyskania 100% naładowania. Stacjonarne zajezdniowe ładowarki potrzebują od 3 do około 10 godzin. W tabeli 2.13 przedstawiono przykładowe 3 rozwiązania. Tab. 2.13. Koncepcje rozwiązań ładowarek zajezdniowych Lp. 1 2 3 umowna nazwa ładowarki „wolna” „średnia” „szybka” natężenie prądu ładowania 32 A 63 A 125 A moc 22 kW 44 kW 88 kW pojemność akumulatora 200 kWh 200 kWh 200 kWh przybliżony czas ładowania 10,5 h 5,5 h 3h Inaczej ma się sprawa w przypadku ładowarek miejskich. Tu przede wszystkim istotny jest czas, który nie powinien przekraczać 10 minut. Wyróżnić można 3 główne rodzaje, które przedstawiono w tabeli 2.14. Podany zasięg jest ilością kilometrów, na które teoretycznie powinno wystarczyć energii. Tab. 2.14. Koncepcje rozwiązań ładowarek miejskich Lp. 1 2 3 umowna nazwa ładowarki natężenie prądu ładowania moc „pantograf” 32 A 63 A 125 A 200 kW 400 kW 200 kW „indukcyjna” Zasięg (przy założeniu 1,2 kWh/km) 23 km 46 km 23 km przybliżony czas ładowania 10 min 10 min 10 min 86 Z punktu widzenia eksploatacji autobusu miejskiego najkorzystniejszym jest rozwiązanie zakładające ładowarkę wolnego ładowania w zajezdni – ładującą akumulatory w nocy, gdy autobusy nie są wykorzystywane, oraz kilka ładowarek miejskich pozwalających na uzupełnienie energii w ciągu dnia. 2.7. Studium zamiany dwóch linii autobusowych obsługiwanych przez pojazdy z napędem klasycznym na linie całkowicie bezemisyjne, na których będą jeździły autobusy elektryczne Poniżej zaprezentowane zostało studium zamiany dwóch linii autobusowych obsługiwanych przez pojazdy z napędem klasycznym na linie całkowicie bezemisyjne, na których będą jeździły autobusy elektryczne. Wykonano również i przytoczono analizę kosztów związanych z wprowadzeniem takiego ekologicznego rozwiązania. Zastępowane linie mają odpowiednio: linia A – 20 km oraz linia B – 30 km. Linie obsługiwane są w sumie przez 7 autobusów 12 metrowych, 4 jeżdżące na linii A oraz 3 na linii B. Aby przedsięwzięcie miało rację bytu zarówno ze strony technicznej, jak i komercyjnej trzeba odpowiednio wytyczyć miejsca w których zainstalowana ma być infrastruktura do ładowania autobusów elektrycznych. W przypadku klientów firmy Solaris analizy wykonalności danego przedsięwzięcia jak i dobór parametrów zarówno dla pojazdów oraz dla infrastruktury wykonywany jest przy współpracy z podwykonawcami z Niemiec. Symulacje linii pozwalają określić w jakiej pojemności akumulatory muszą być wyposażone autobusy elektryczne, które mają zajmować się obsługą linii, jak również jakiej mocy i jaki rodzaj systemu ładowania sprawdzi się najlepiej w danym mieście. Obydwa powyższe parametry mają zasadniczy wpływ na koszty związane z zakupem autobusu i przygotowaniem odpowiedniej infrastruktury. Na rysunku 2.41 przedstawiono omawiane przykładowe linie. Rys. 2.61. Koncepcja doładowywania pojazdów jako element kompletnych linii obsługiwanych przez autobusy elektryczne 87 W powyższym przypadku zaproponowano użycie 3 ładowarek o mocy 200 kW. Dzięki punktom wspólnym obydwóch linii można było zaoszczędzić na kosztach związanych z infrastrukturą, gdyż obydwie linie wykorzystują dwie te same ładowarki. Ze względu na nieoczekiwane sytuacje jakie mogą wystąpić na drodze, akumulatory autobusów muszą być nieco przewymiarowane, tak aby można było zmodyfikować trasę autobusu w przypadku remontu na przykład jednej z ulic, na której została wytyczona linia czy wytyczenia objazdu gdy zdarzy się wypadek blokujący przejazd. Oczywiście na koniec dnia w akumulatorów musi pozostać jeszcze tyle energii, aby autobus mógł o własnych siłach dojechać po zakończonym dniu pracy do zajezdni. W powyższym rozwiązaniu zastosowano dwie ładowarki na kolejnych przystankach, aby w sytuacjach awaryjnych, gdy na przykład jedna z nich jest zajęta przez inny autobus można było w danym cyklu chociaż jeden raz podładować akumulatory. Gdy porównujemy koszty związane z infrastrukturą i zakupem autobusów elektrycznych do autobusów z napędem diesla należy pamiętać o poniesionych wcześniej kosztach związanych z budową stacji paliw. Co prawda w większości przypadków nie wchodzi ona w zakres nowej inwestycji, ale koszty te zostały już poniesione. Stąd też na rysunku 2.42 przedstawiającym podsumowanie kosztów dla przykładowych linii obsługiwanych przez autobusy elektryczne, trolejbusy oraz autobusy z silnikami o zapłonie samoczynnym koszt związany z inwestycją w stacje paliw został zaznaczony linią kreskowaną. Rys. 2.62. Przykładowe linie obsługiwane przez autobusy elektryczne – podsumowanie kosztów Koszty związane z infrastrukturą do ładowania pojazdów elektrycznych w tym przykładzie są na tym samym poziomie co koszt budowy stacji paliw. Znacznie droższą inwestycją jest trakcja w przypadku trolejbusów. Koszty tej instalacji wielokrotnie przewyższają nakłady inwestycyjne na inne zaprezentowane rozwiązania. Koszt zakupu autobusu elektrycznego jest najwyższy (ze względu na akumulatory trakcyjne zapewniające autonomię autobusom). Przyjmując koszty autobusu z silnikiem 88 o zapłonie samoczynnym za 100%, w zależności od zastosowanych akumulatorów koszt zakupu autobusów elektrycznych może sięgać nawet 200% a zakup trolejbusów to 150% kosztów autobusu z silnikiem o zapłonie samoczynnym. Analizując koszty związane z eksploatacją niewątpliwie najkorzystniej wypada zakup autobusu elektrycznego. Uwzględniając koszt wymiany akumulatorów w połowie czasu życia pojazdu elektrycznego, ze względu na 3 do 5 krotnie niższe koszty eksploatacji zakup autobusu elektrycznego w ogólnym rozrachunku dla przedstawionych linii wychodzi korzystniej niż zakup pojazdów z silnikiem o zapłonie samoczynnym. 2.8. [1] Literatura do rodziału 2 Amann C. A.: The Stretch for better Passenger Car Fuel Economy: A Citical Look. Automotive Engineering, nr 3, 1998. [2] Bassini M.: New OE Battery Concept for Specific Performances Improvement, F98TP067. Fisita World Automotive Congress, Paris 1998. [3] Czerwiński A.: Akumulatory, akumulatory, ogniwa. WKŁ, Warszawa 2005 [4] Dietrich P., Büchi F. i in.: Fuel Cells For Transportation – A Pilot Fuel Cell Propulsion System. European Automotive Congress SAITS 01001, Bratislava 2001. [5] Dietrich T., Michel H., Schwake A.: Powerful Storage Units for Future Designs, AutoTechnology, nr 2, 2002. [6] Dietrich T: Optimized starting – economical driving. Epcos Components, No. 1, 2000. [7] Gaines L., Singh M.: Energy Impacts in Producing and Recycling EV Akumulatorys, Automotive Engineering, nr 2, 1996. [8] High energy density with ultracapacitors. Bursting with power, Siemens Matsushita Components, 2000. [9] Jost K.: Composite flywheel rotors for hybrid EVs. Automotive Engineering, nr 10, 1995. [10] Merkisz J., Pielecha I.: Alternatywne napędy pojazdów. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2006. [11] Nissan Diesel Develops Capacitator Hybrid Truck, AutoTechnology, nr 32, 2002. [12] Pawelski Z.: Napęd hybrydowy dla autobusu miejskiego, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 1996. [13] Rosen H.A., Castleman D.R.: Koła zamachowe w pojazdach hybrydowych. Świat Nauki, nr 12, 1997. 89 [14] Szumanowski A.: Akumulacja energii w pojazdach, WKiŁ, Warszawa 1984. [15] Tyczkowski J.: Kłopoty z akumulatorem. Wiedza i Życie, nr 12, 1999. [16] Velev O., Swan D.: Regenerative Fuel Cell System for Helios – the Unmanned Solar Powered Airplane, Aerovironment, Inc., Monrovia, California 2001. [17] Wall E. J., Duong T. Q.: Energy Efficiency and Renewable Energy, FreedomCAR and Vehicle Technologies, Progress Report for Energy Storage Research and Development, Washington, 01. 2005. [18] http://www.honda.co.jp/ [19] http://www.evworld.com/ [20] http://www.ptetis.uz.zgora.pl/ [21] http://www.emoss.biz/ [22] http://samochodyelektryczne.org/ [23] http://www.solarisbus.com/ [24] http://www.proton-motor.com/ [25] http://moto-idea.pl/wp-content/uploads/Solaris.pdf 90 3. Analiza układów ogrzewania stosowanych w dostępnych na rynku autobusach elektrycznych Stosowanie układu ogrzewania w autobusie miejskim ma przede wszystkim na celu zapewnienie komfortu podróży pasażerom oraz kierowcy podczas pracy. Ponadto system ogrzewania korzystnie wpływa na bezpieczeństwo, ponieważ jego wykorzystanie zapewnia zmniejszenie wilgotności wewnątrz pojazdu, która może niekorzystnie wpływać na widoczność (występowanie pary wodnej na powierzchni szyb). Właściwe warunki pracy kierowcy mają duży wpływ na jego sprawność psychofizyczną. Pojazdy komunikacji miejskiej są powszechnie wyposażane w układy ogrzewania postojowego. Obecnie obserwuje się zwiększenie ilości osób podróżujących komunikacją miejską. Przeciętna podróż autobusem miejskim mieści się w przedziale od kilku do kilkunastu minut, w czasie której pojazd jest kilkukrotnie wietrzony podczas obsługi przystanków, kiedy następuje wymiana pasażerów. Z tego powodu bardzo istotne jest, aby układy ogrzewania charakteryzowały się wysoką sprawnością, szczególnie przy bardzo niskich temperaturach otoczenia. Regulacja układu ogrzewania musi obejmować temperaturę oraz kierunek i siłę nadmuchu. Temperatura powietrza w pojeździe powinna być niższa na wysokości głowy niż przy podłodze. Ma to bezpośredni wpływ na pasażerów i kierowcę, ponieważ taki układ zapobiega powstawaniu uczucia senności oraz zmęczenia. Oprócz zalet stosowania układu ogrzewania w autobusie miejskim można wyróżnić także pewne wady. Dotyczą one gównie kosztów związanych z ich obsługą (konserwacją) i eksploatacją. Włączenie układu powoduje uruchomienie pieca, który pobiera dodatkową ilość paliwa w przypadku pieca spalinowego lub dodatkową energię elektryczną z zasobników energii bądź alternatora, kiedy wykorzystywany jest piec elektryczny. W celu uzyskania jak najmniejszej energochłonności systemu ogrzewania należy dobierać poszczególne elementy układu zgodnie z charakterystyką i przeznaczeniem danego autobusu. Takie postępowanie korzystnie wpływa na ekologiczność pojazdu, co wpisuje się w politykę Unii Europejskiej dotyczącą zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych. Autobusy elektryczne wizualnie praktycznie nie różnią się od pojazdów konwencjonalnych. Istotna różnica zauważana jest ograniczonych zasobach energii pojazdu. W jednostkach elektrycznych występuje jej znaczne ograniczenie, co wymusza stosowanie jak najmniej energochłonnych układów wspomagających eksploatację autobusu, szczególnie miejskiego. System klimatyzacji odpowiada za wymianę powietrza oraz utrzymanie właściwej temperatury w przestrzeni pasażerskiej zapewniającej dogodne warunki dla pasażerów oraz kierowcy. Do najważniejszych elementów układu klimatyzacji zalicza się sprężarkę, skraplacz i parownik. Sprężarka pod dużym ciśnieniem tłoczy czynnik chłodzący do zasobnika gdzie następuje jego oczyszczenie oraz pozbycie się wilgoci. Następnie czynnik chłodzący zostaje przetłoczony do skraplacza, gdzie następuje przemiana z postaci gazowej w ciekłą. W ten sposób temperatura czynnika zostaje wstępnie obniżona przed przetłoczeniem go do zaworu rozprężnego, gdzie następuje wtrysk do parownika. W parowniku czynnik zostaje gwałtownie rozprężony, w wyniku czego jego temperatura zostaje obniżona. Zimne powietrze pobierane jest przez wentylatory i tłoczone kanałami powietrznymi do przestrzeni 91 pasażerskiej. Praca takiego systemu wiąże się ze znacznym poborem energii. O ile problem w autobusach zasilanych konwencjonalnymi silnikami spalinowymi rozwiązuje zastosowanie alternatora, w pojazdach elektrycznych użycie tradycyjnych klimatyzatorów może w znacznym stopniu obniżyć zasięg pojazdu. Alternator, stosowany w autobusach wyposażonych w silniki spalinowe, bywa znacznie obciążony podczas pracy klimatyzacji. Powodować to może wzrost oporów, czego konsekwencją może być wyraźna utrata mocy oraz wzrost zużycia paliwa, nawet do 20%. Obecnie autobusy elektryczne w zależności od zastosowanych rozwiązań pomiędzy cyklami ładowania mogą pokonać około 200 kilometrów, co zazwyczaj umożliwia wykonanie przeciętnego, dziennego zadania. Użycie tradycyjnej klimatyzacji znacząco obniżyłoby funkcjonalność takiego autobusu. Ogrzewanie tradycyjnego autobusu rozwiązane jest za pomocą kaloryferów włączonych w wodny system chłodzenia silnika. Ogrzewanie jest dodatkowo wspierane niezależnym systemem polegającym na zastosowaniu pieca grzewczego zasilanego olejem napędowym. Takie rozwiązanie zapewnia możliwość ogrzania pojazdu podczas postoju lub gdy silnik jest jeszcze zimny. Silniki zastosowane w autobusach elektrycznych nie wytwarzają tak dużej ilości energii cieplnej jak tradycyjne jednostki, co powoduje brak możliwości wykorzystania ciepła powstającego w procesie ubocznym pracy silnika. W pojazdach z napędem elektrycznym stosuje się więc ogrzewanie elektryczne, które podobnie jak układ klimatyzacji pochłania duże ilości energii, niekorzystnie wpływając na zasięg pojazdu. Firma AMZ produkująca autobus AMZ City Smile oprócz ogrzewania elektrycznego w pojazdach elektrycznych proponuje zaimplementowanie również opcji grzania olejowego w celu uzyskania lepszej wydajności grzewczej przedziału pasażerskiego przy niskich temperaturach. Firma Eberspächer Sütrak, producent autobusu AC 136 AE (All Electric) wprowadziła koncepcję urządzeń klimatyzacyjnych do autobusów, wyznaczającą nowe standardy w segmencie trolejbusów i pojazdów elektrycznych (rys. 3.1.). Pojazdy wyposażane są w specjalnie zaprojektowaną pod kątem autobusów elektrycznych pompę ogrzewania. Takie rozwiązanie układu klimatyzacji zapewnia bardzo dobre chłodzenie i ogrzewanie. Proces ogrzewania działa na odwrotnej zasadzie niż klimatyzacja. Czynnik zostaje skroplony w parowniku i w ten sposób ciepło może zostać rozprowadzone przez wentylatory po autobusie. Według producenta zastosowanie takiej technologii jest około 3 razy bardziej wydajne niż tradycyjne elektryczne ogrzewanie przy zużyciu tej samej ilości prądu. Do cech produktu AC 136 AE zaliczają się również niewielkie nakłady na instalację i maksymalna niezawodność eksploatacji. Zasilanie napięciem o zmiennej częstotliwości umożliwia w pełni automatyczną regulację i stałą klimatyzację nawet w ruchu stop and go. W przypadku takiego rozwiązania moc chłodnicza jest niezależna od tempa pracy silnika. Według zapewnień producenta zastosowanie bezszczotkowych silników pozwoli skutecznie obniżyć koszty eksploatacji. Urządzenie wykorzystuje bezchlorowy czynnik chłodniczy –R134a - o zerowym potencjale niszczenia warstwy ozonowej. 92 Rys. 3.1. Klimatyzacja dachowa – AC 136 AE (All Electric) (źródło: strona producenta) Wspomniane już we wcześniejszej części opracowania postojowe układy ogrzewania można podzielić na dwie grupy: wodne oraz gazowe. Największe zastosowanie układy te znajdują w pojazdach użytkowych. W pojazdach komunikacji miejskiej najczęściej wykorzystywany jest wodny układ ogrzewania, który zapewnia optymalną temperaturę wewnątrz pojazdu, a także silnika. Wodne ogrzewanie postojowe działa na zasadzie podobnej do centralnego ogrzewania wytwarzając ciepło z paliwa pobieranego ze zbiornika pojazdu. Zainstalowany w pojeździe agregat spalinowy podłączany jest do systemu wodnego pojazdu. W czasie postoju, przy wyłączonym silniku, system ogrzewa płyn układu chłodzenia do około 70oC. Następnie za pomocą własnej, wbudowanej pompy obiegowej rozprowadza ciepły płyn po silniku ułatwiając jego rozruch w zimie. Ciepło z nagrzewnicy po osiągnięciu temperatury płynu 30oC przekazywane jest dalej, poprzez dmuchawę, do kabiny pojazdu. Wnętrze samochodu podgrzewane jest przy wykorzystaniu oryginalnej nagrzewnicy oraz kanałów rozprowadzenia powietrza. W efekcie otrzymujemy nagrzanie wnętrza oraz silnika pojazdu do normalnej temperatury pracy jeszcze przed jego uruchomieniem. 93 Rys. 3.2. Schemat pieca ogrzewania postojowego Przykładem rozwiązania ogrzewania postojowego mogą być piece Thermo 300 i Thermo 300S produkowane przez niemiecką firmę Spheros (rys. 3.3). Dane techniczne przedstawiono w tabeli 4.1. a) b) Rys. 3.3. Widok pieca ogrzewania postojowego firmy Spheros: a) Thermo 300S, b) Thermo 300 Tab. 3.1. Dane techniczne pieców grzewczych Thermo 300S Moc grzewcza (kW) 30 Pobór mocy (W) 90 Zużycie paliwa (kg/h) 3,0 Napięcie nominalne (V) 24 Wymiary (mm) 600x240x220 Waga (kg) 18 Thermo 300 30 110 3,3 24 610x246x220 19 94 Instytut Silników Spalinowych i Transportu prowadził badania emisji szkodliwych składników spalin oraz rozkładu temperatur wewnątrz autobusów wyposażonych w wyżej wymienione piece. Największa względna wartość stężenia węglowodorów przypadła dla pieca Thermo 300 i była wyższa dwukrotnie niż dla pieca Thermo 300S (rys. 4.4). Zwrócono także uwagę na, że średnia wartość stężenia CO2 była wyższa o 5,6% dla pieca Thermo 300. Fakt ten świadczy nie tylkio o niższej sprawności ogólnej pieca Thermo 300 w stosunku do pieca Thermo 300S, ale także o wyższym godzinowym zużyciu paliwa (stężenie CO2 jest tożsame ze zużyciem paliwa). Rys. 3.4. Względne wartości stężeń uzyskane podczas badań emisyjności pieców grzewczych Wnętrze pojazdu ogrzewanego piecem Thermo 300S charakteryzowało się najwyższym przyrostem temperatury, który wyniósł średnio około 3oC/min (rys. 3.5). W odniesieniu do wnętrza ogrzewanego piecem Thermo 300 przyrost ten jest wyższy o 1,5 oC/min (rys. 3.6). Zwrócono także uwagę, że piec Thermo 300S charakteryzował się większą sprawnością grzewczą, gdyż w krótszym czasie zagwarantował najwyższą średnią temperaturę wnętrza pojazdu przy niższym godzinowym zużyciu paliwa. Powyższe wnioski świadczą o mniejszym wpływie na energochłonność pojazdu pieca Thermo 300S i zasadne będzie stosowanie tego typu układów w pojazdach komunikacji miejskiej różnego typu: autobusach konwencjonalnych, autobusach hybrydowych oraz autobusach elektrycznych i trolejbusach. 95 Rys. 3.5. Szybkość wzrostu temperatury w autobusie ogrzewanym piecem Thermo 300S dla punktów pomiarowych (przebiegi aproksymowane) Rys. 3.6. Szybkość wzrostu temperatury w autobusie ogrzewanym piecem Thermo 300 dla punktów pomiarowych (przebiegi aproksymowane) 96 4. Wskazanie rodzaju trasy pod względem ukształtowania terenu, natężenia ruchu, liczby przystanków, najkorzystniejszej z punktu widzenia eksploatacji autobusu elektrycznego 4.1. Wprowadzenie Autobusy miejskie kwalifikowane są do grupy pojazdów ciężkich, jednak specyfika ich pracy znacząco się różni od przeciętnych warunków eksploatacji innych pojazdów tej grupy. Związane jest to przede wszystkim z charakterystyką realizowanej trasy komunikacyjnej. Należy także zaznaczyć, że na warunki pracy układu napędowego istotny wpływ ma rodzaj zastosowanego silnika, konfiguracja elementów napędu, zastosowane paliwo/źródło energii, a także skrzynia przekładniowa. Podczas zakupu lub konfigurowania konstrukcji autobusu miejskiego do obsługi danej trasy komunikacyjnej muszą być uwzględnione różnego rodzaju czynniki, m.in. lokalne natężenie ruchu, obciążenie linii, liczba przystanków, długość trasy, ukształtowanie terenu i inne charakterystyczne warunki/zjawiska mające bezpośredni wpływ na energochłonność pojazdu. Do największych kosztów eksploatacyjnych autobusów miejskich należy paliwo lub w przypadku konstrukcji elektrycznych – energia elektryczna dostarczana i przechowywana w zasobnikach energii oraz koszty infrastruktury. W procedurach homologacyjnych nie przewidziano pomiarów zużycia paliwa lub całkowitego zapotrzebowania na energię do napędu pojazdu wraz z układami użytkowymi. Z tych względów opracowywane są procedury badawcze, które umożliwiają przeprowadzanie pomiarów w warunkach powtarzalnych, aby istniała możliwość rzetelnego porównania zapotrzebowania na energię autobusów miejskich. Aby to osiągnąć przygotowuje się cykle jezdne będące odwzorowaniem warunków ruchu głównych aglomeracji miejskich zarówno europejskich, jak i światowych. Dzięki rozwojowi procedur badawczych, miedzy innymi RDE (Real Driving Emission), w których pomiary wykonywane są w rzeczywistych warunkach ruchu drogowego przy wykorzystaniu aparatury PEMS (Portable Emission Measurement System), możliwe jest opracowanie zastępczych cykli jezdnych, które w dokładny sposób będą charakteryzowały warunki ruchu w danym mieście. Możliwe jest także dokonywanie oceny zapotrzebowania energetycznego przy wykorzystaniu map charakterystyki gęstości czasowej, które umożliwią budowanie funkcji uwzględniających różne parametry i czynniki. Wskazanie rodzaju trasy pod względem ukształtowania terenu, natężenia ruchu, liczby przystanków, najkorzystniejszej z punktu widzenia eksploatacji autobusu elektrycznego jest trudne i wymaga przeprowadzenia badań eksperymentalnych bądź wykonania obliczeń teoretycznych, dla których konieczne jest opracowanie modeli matematycznych uwzględniających szeroko rozumne charakterystyki konstrukcyjne pojazdu. Przede wszystkim konieczne jest określenie głównych cech użytkowych danego pojazdu. Dla przeprowadzenia oceny układów napędowych autobusów pod kątem zapotrzebowania energetycznego, najłatwiejsze jest opracowanie rzeczywistych cykli jezdnych lub wykorzystanie ustandaryzowanych procedur badawczych. Na tej podstawie możliwe jest określenie pewnych założeń dotyczących rodzaju trasy na jakiej pojazd będzie mógł być eksploatowany. I tak na przykład mając informację na temat wielkości akumulatorów 97 autobusu elektrycznego oraz średniego zużycia energii elektrycznej przy założonych wartościach obciążenia trasy komunikacyjnej i rozkładu punktów ładowania, możliwe jest wyznaczenie maksymalnej długości trasy. Dozwolone jest także działanie odwrotne – znając długość trasy i warunki eksploatacji, możliwe jest określenie rozkładu punktów ładowania/doładowywania akumulatorów. 4.2. Wykorzystanie charakterystyki gęstości czasowej pracy pojazdu Możliwe jest teoretyczne dokonywanie oceny zapotrzebowania energetycznego pojazdu do pokonania określonej trasy komunikacyjnej. Warunki eksploatacji obliczane są w oparciu o model ruchu pojazdu, wykorzystujący cechy własne pojazdu oraz założony sposób jazdy, tzw. profil prędkości. W tej metodzie uwzględniane są wszystkie zmienne czynniki mające wpływ na ruch pojazdu. W przypadku autobusów komunikacji miejskiej profil prędkości jazdy najczęściej uwzględnia cechy własne trasy, wzdłuż której autobus będzie eksploatowany. Należy zauważyć, że zarówno warunki testów jak i rzeczywiste warunki eksploatacji współcześnie można wyrazić w formie matematycznej, i to w postaci względnej. Forma taka popularnie nazywana jest mapą gęstości czasowej. Mapa ta ujmuje funkcję opisującą zapotrzebowanie napędzanego pojazdu na energię i to w szczególny sposób, gdyż jest wyrażana w obszarze charakterystyki pracy pojazdu lub układu napędowego. Wartość gęstości czasowej określa czas pracy pojazdu lub napędu w odniesieniu do czasu trwania charakterystycznego cyklu eksploatacji. W przypadku autobusów komunikacji miejskiej charakterystycznym dla warunków eksploatacji jest obsługiwana trasa komunikacyjna. Warunki ruchu są powtarzane cyklicznie zgodnie z rozkładem jazdy autobusu. W związku z tym charakterystycznym jest czas przeznaczony na pokonanie tej trasy. Wyznaczenie analitycznej postaci tej funkcji jest trudne, a niekiedy wręcz niemożliwe. Dlatego najczęściej wykorzystywana jest jej postać dyskretna. Z mapą charakterystyki gęstości czasowej kojarzyć można dowolne funkcje, w tym także funkcje opisujące różne właściwości jednostki napędowej. Przykładowo łącząc w postaci iloczynu wartości charakterystyki gęstości czasowej z wartościami mocy uzyskuje się wskaźnik ujmujący zapotrzebowanie energetyczne. Dysponując profilem prędkości, charakterystyką trasy (rodzaj nawierzchni, nachylenia jezdni, rozłożenie przystanków itd.) oraz charakterystyką konstrukcji autobusu (masa, przełożenie, promień koła itd.) wymagane funkcje można wyznaczyć w oparciu o podstawowe prawa ruchu. Opracowane funkcje mają charakter analogowy wyrażony w postaci dyskretnej. Aby całkowanie wartości zapotrzebowania energetycznego było możliwe, należy znaleźć odpowiedni zapis funkcyjny. Okazuje się, że wykorzystując mapę charakterystyki gęstości czasowej poszukiwanie zapisu funkcyjnego nie jest konieczne. Jak już wspominano mapa charakterystyki gęstości czasowej odzwierciedla zapotrzebowanie pojazdu (ogólnie odbiornika mocy) na energię. Konsekwencją powyższego stwierdzenia jest wniosek, że układ napędzający analizowany pojazd musi spełniać (pokonać) stawiane warunki. Zatem całkowanie w dziedzinie czasu można zastąpić równoważnym mu sumowaniem wartości zapotrzebowania na energię rozciągniętym po całym obszarze charakterystyki silnika lub warunków pracy pojazdu. Graficzną postać wyników pomiaru 98 charakterystyki pracy pojazdu podczas pokonywania przykładowej trasy komunikacyjnej w aglomeracji miejskiej pokazano na rysunku 4.1. Na zamieszczonych tam wykresie dziedziną funkcji jest czas. Rys. 4.1. Przykładowa charakterystyka gęstości czasu pracy pojazdu w warunkach rzeczywistej eksploatacji: V – prędkość pojazdu; a – przyspieszenie pojazdu; ui – udział pracy 4.3. Rzeczywiste cykle jezdne Cykl jezdny określany jest jako profil ruchu pojazdu zdefiniowany funkcją zmiany prędkości pojazdu V = f(t), funkcją zmiany prędkości obrotowej silnika n = f(t) oraz zmianą obciążenia silnika M = f(t). Powtarzalne cykle jezdne stanowią podstawę analizy energetycznej pojazdu, np. przez określenie zapotrzebowania na energię elektryczną. Dla cykli w postaci V = f(t) wprowadzono następujące definicje cykli: a) cykl statystyczny – zlinearyzowany rozkład prędkości w czasie uzyskany metodami statystyki, który obrazuje średnie warunki jazdy w mieście w postaci hamowań i postojów uwzględniający w dużym zakresie właściwości komunikacyjne danej aglomeracji; b) cykl rzeczywisty – rozkład prędkości w czasie dla danego pojazdu poruszającego się cyklicznie po wcześniej ustalonej trasie; c) cykl prosty jazdy – rozkład prędkości w czasie dla ruchu przyspieszonego, ustalonego i opóźnionego, przy czym przyspieszenie i opóźnienie jest stałe i równe sobie co do wartości bezwzględnej; d) cykl zastępczy, reprezentatywny – cykl prosty uzyskany przez redukcję rzeczywistego cyklu jezdnego. Cyklem jezdnym najczęściej wykorzystywanym do badań pojazdów komunikacji miejskiej w Europie był Braunschweig Cycle (rys. 4.2). Test ten opracowano na Uniwersytecie Technicznym w Braunschweigu i zakłada on odwzorowanie ruchu pojazdu w warunkach rzeczywistych z częstymi przystankami. Cykl ten zaliczany jest do grupy najcięższych cykli jezdnych i jest wykorzystywany w wielu projektach naukowo-badawczych. Cykl Braunschweig cechują następujące założenia [3]: 99 – – – – czas trwania: 1740 s; średnia prędkość pojazdu: 22,9 km/h; prędkość maksymalna pojazdu: 58,2 km/h; droga:11 km. Rys. 4.2. Przebieg testu jezdnego Braunschweig Cycle opisany funkcją V = f(t) [2] Kolejnym przykładem cyklu jezdnego dedykowanego dla autobusów miejskich jest BP Bus Cycle opracowany przez brytyjskie przedsiębiorstwo naftowe British Petroleum (rys. 4.3). Jego przebieg jest odmienny niż pozostałych znormalizowanych testów jezdnych – nie składa się z powtarzalnych segmentów oraz nie stanowi on odzwierciedlenia typowych warunków jazdy autobusów miejskich. W teście tym wyróżnić można trzy fazy postoju pojazdu. Pozostałą cześć testu stanowią fazy przyspieszenia i opóźnienia, które w danym segmencie przyjmują stałe wartości. W teście tym nie występuje faza jazdy ze stałą prędkością. Odtworzenie przebiegu testu BP Bus Cycle w warunkach rzeczywistych może być znacząco utrudnione i należałoby przyjąć duże pole tolerancji prędkości, które może powodować rozrzut wyników. Wpłynie to negatywnie na zapewnienie powtarzalności pomiarów. BP Bus Cycle cechują następujące parametry: – – – – – – czas trwania: 903 s; średnia prędkość pojazdu: 22,2 km/h; prędkość maksymalna pojazdu: 59 km/h; średnie przyspieszenie pojazdu: 0,086 m/s2; średnie opóźnienie pojazdu: 0,33 m/s2; droga:5,56 km. 100 Rys. 4.3. Przebieg testu jezdnego BP Bus Cycle opisany funkcją V = f(t) [2] Następną grupę testów jezdnych wykorzystywanych do badań autobusów miejskich w Europie są Helsinki Drive Cycle opracowane przez VTT RTE [5]. Założeniem tych testów jest odwzorowanie różnych warunków ruchu drogowego w Helsinkach. W związku z tym wyróżniono trzy typy testów (rys. 4.4): a) Helsinki 1; b) Helsinki 2; c) Helsinki 3. a) b) c) Rys. 4.4. Przebieg testów jezdnych Helsinki Drive Cycle: a) Helsinki 1, b) Helsinki 2, c) Helsinki 3 [6] 101 W Stanach Zjednoczonych do badań przebiegowego zużycia paliwa oraz emisji spalin pojazdów użytkowych wykorzystuje się głównie trzy cykle jezdne: New York Bus Cycle, Manhattan Bus Cycle oraz The Orange County Transit Authority Cycle (OCTA). Cykl New York Bus Cycle odzwierciedla rzeczywisty profil prędkości autobusów poruszających się po Nowym Jorku – częste przystanki, duże przyspieszenie oraz mała prędkość (rys. 4.5). Poniżej przedstawiono wybrane parametry cyklu jezdnego [3]: – czas trwania testu: 600 s; – średnia prędkość pojazdu: 5,9 km/h (3,7 mph); – średnia prędkość pojazdu bez przystanków: 17,1 km/h (10,6 mph); – prędkość maksymalna pojazdu: 49,6 km/h (30,8 mph); – maksymalne przyspieszenie pojazdu: 2,7 m/s2; – średnie przyspieszenie pojazdu: 0,513 m/s2; – średnie opóźnienie pojazdu: 0,498 m/s2; – droga: 0,9 km; – liczba przystanków: 11. Rys. 4.5. Przebieg testu jezdnego New York Bus Cycle opisany funkcją V = f(t) [4] Cykl Manhattan Bus Cycle podobnie jak cykl New York Bus Cycle jest przeprowadzony na hamowni podwoziowej. Wyznaczono go na podstawie rzeczywistych profili prędkości autobusów poruszających po dzielnicy Nowego Jorku – Manhattanie (rys. 4.6). Poniżej przedstawiono wybrane parametry testu [3]: – czas trwania 1089 s; – prędkość maksymalna 40,9 km/h (25,4 mph); – średnia prędkość: 11 km/h (6,8 mph); – średnie przyspieszenie pojazdu: 0,453 m/s2; – średnie opóźnienie pojazdu: 0,504 m/s2; – droga: 3,3 km. 102 Rys. 4.6. Przebieg testu jezdnego Manhattan Bus Cycle opisany funkcją V = f(t) [3] Ostatnim testem wykorzystywanym do badan autobusów miejskich jest The Orange County Transit Authority Cycle (OCTA). Opracowany został na Uniwersytecie w Wirginii i ma odzwierciedlać warunki ruchu drogowego w Los Angeles (rys. 4.7). Poniżej przedstawiono wybrane parametry testu: – czas trwania testu: 1909 s; – średnia prędkość pojazdu:19,9 km/h (12,4 mph); – prędkość maksymalna pojazdu: 64,5 km/h (40,8 mph); – średnie przyspieszenie pojazdu: 0,412 m/s2; – średnie opóźnienie pojazdu: 0,584 m/s2; – droga: 1,05 km. Rys. 4.7. Przebieg testu jezdnego The Orange County Transit Authority Cycle (OCTA) opisany funkcją V = f(t) [3] 103 4.4. Znormalizowane cykle jezdne SORT – Standardised On-Road Test Testy jezdne SORT opracowane zostały przez UITP (International Association of Public Transport). Podstawową ideą testów tych jest możliwość zbudowania wielomodułowego testu składającego z podstawowych cykli, które odzwierciedlają warunki ruchu w danym mieście. Kluczowymi parametrami decydującym o przydatności testów jezdnych jest ich powtarzalność, prostota i dokładność. Dlatego też zaproponowane testy jezdne SORT składają się z długich cykli, a te z powtarzalnych modułów, dzięki czemu kierowca testowy po ustabilizowania stylu jazdy jest w stanie osiągnąć dużą powtarzalność przejazdów. Podstawowy moduł cyklu opisany jest przez średnią prędkość jazdy, długość trasy i czas pokonywania przejazdu. Parametry te tworzą profil prędkości charakterystyczny dla danej trasy z uwzględnieniem zatrzymywania się na przystankach i na światłach, ruszania z przystanku oraz jazdy ze stałą prędkością. Struktura kompletnego cyklu powinna się składać z (rys. 4.8): – liczby profili prędkości, – liczby cykli podstawowych, – wartości przyspieszenia, – wartości opóźnienia (hamowania), – prędkości maksymalnej, – czasu postoju na przystankach. Rys. 4.8. Proponowana struktura kompletnego cyklu jezdnego [2] Po przeprowadzeniu badań weryfikacyjnych UITP ustaliła, że najlepszym rozwiązaniem jest zaproponowanie następujących trzech typów testów: a) SORT 1: Heavy Urban (rys. 4.9),ma odzwierciedlać natężenie ruchu w dużych miastach, a szczególnie w jego centrum. Średnia prędkość pojazdu wynosi 12,1 km/h i wynika z dużego udziału postoju pojazdu w teście, symulujących zatrzymanie na przystankach. 104 Rys. 4.9. Cykl jezdny SORT 1 do badania autobusów miejskich [2] b) SORT 2 – Easy Urban (rys. 4.10), ma odzwierciedlać warunki ruchu w miastach. Jego średnia prędkość wynosi 18,0 km/h i jest większa niż w przypadku testu SORT 1. Mniejszy jest również udział postoju autobusu w teście. Rys. 4.10. Cykl jezdny SORT 2 do badania autobusów miejskich [2] c) SORT 3 – Suburban (rys. 4.11), ma odzwierciedlać warunki ruchu pozamiejskiego. Maksymalna prędkość wynosi 60 km/h i jest ona większa niż w testów SORT 1 i SORT 2. Mniejszy jest również udział postoju pojazdu, który wynosi łącznie 20,1%. 105 Rys. 4.11. Cykl jezdny SORT 3 do badania autobusów miejskich [2] W tabeli 4.1 przedstawiono szczegółową charakterystykę testów SORT. Tab. 4.1. Charakterystyka testów SORT [1] Prędkość średnia [km/h] Udział postoju w teście [%] Prędkość stała w profilu 1 [km/h]/[m] Przyspieszenie w profilu 1 [m/s2] Prędkość stała w profilu 2 [km/h]/[m] Przyspieszenie w profilu 2 [m/s2] Prędkość stała w profilu 3 [km/h]/[m] Przyspieszenie w profilu 3 [m/s2] Droga pokonywana w teście [m] Opóźnienie w profilach prędkości [m/s2] SORT 1 SORT 2 SORT 3 12,1 39,7 20/100 1,03 20/200 0,77 40/220 0,62 520 0,8 18,0 33,4 20/100 1,03 40/220 0,62 50/600 0,57 920 0,8 25,3 20,1 30/200 0,77 50/600 0,57 60/650 0,46 1450 0,8 106 4.5. Literatura do rozdziału 4 1. UIPUITP Project SORT Standardised On-Road Tests Cycles Brochure, Brussels 2010 2. UITP 2009: UITP Project ‘SORT’ Standardised On-Road Test Cycles. UITP International Association of Public Transport, Brussels 2009 3. https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/4247/ppr354.pdf 4. https://www.dieselnet.com/standards/cycles/nybus.php 5. http://www.motiva.fi/files/1027/2006_HDEnergy_summaryreport_eng_final.pdf 6. http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2007/T2373.pdf 107 Koncepcja wprowadzenia do eksploatacji autobusów elektrycznych w lubelskiej komunikacji miejskiej CZĘŚĆ 2 OCENA WYBRANYCH LINII KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ POD KĄTEM OBSŁUGI PRZEZ AUTOBUSY ELEKTRYCZNE Niniejsze opracowanie powstało w ramach projektu „Wsparcie POPT dla ZIT w Lubelskim Obszarze Funkcjonalnym” finansowanego z Programu Operacyjnego Pomoc Techniczna 2007-2013r na wsparcie podmiotów realizujących Zintegrowane Inwestycje Terytorialne. Poznań 2014 Spis treści 1. Wprowadzenie.................................................................................................................................... 6 2. Założenia eksploatacyjne ................................................................................................................... 6 2.1. Wpływ postoju w pomieszczeniach nieogrzewanych ................................................................ 6 2.2. Wpływ temperatury na eksploatację autobusu elektrycznego .................................................... 7 2.3. Wpływ parametrów napędu i akumulatorów na pojemność pasażerską autobusu ................... 10 2.4. Bilans energetyczny.................................................................................................................. 11 2.5. Określenie zalecanego rodzaju napędu spośród dostępnych na rynku ..................................... 14 2.6. Przeprowadzenie analizy zastosowania układu klimatyzacji ................................................... 15 2.7. Określenie zalecanego rodzaju układu ogrzewania .................................................................. 16 2.8. Sformułowanie zaleceń w zakresie zastosowania baterii ......................................................... 18 2.8.1. Wskazanie najkorzystniejszego sposobu ładowania baterii ................................................ 18 2.8.2. Wskazanie zalecanych parametrów baterii ......................................................................... 21 2.8.3. Analiza możliwości wykorzystania układów stanowiących dodatkowe źródło energii ...... 21 2.8.4. Analiza systemu ładowania baterii w założonych warunkach jazdy ................................... 22 2.8.5. Analiza możliwości zastosowania poszczególnych rozwiązań pod kątem dopuszczenia do ruchu .................................................................................................................................... 23 3. Brygada 01, autobus 12 m, dni powszednie ..................................................................................... 24 3.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW .................................................................................... 24 3.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 25 4. Brygada 01, autobus 18 m, dni powszednie ..................................................................................... 26 4.1. Bateria 400 kWh, 2 ładowarki 120 kW .................................................................................... 26 4.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 27 5. Brygada 01, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 28 5.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW .................................................................................... 28 5.2. Bateria 200 kWh, ładowarka 200 kW....................................................................................... 29 6. Brygada 02, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 30 6.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW ................................................................................... 30 6.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 31 7. Brygada 03, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 32 7.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW ................................................................................... 32 7.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 33 8. Brygada 04, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 34 8.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW ................................................................................... 34 8.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 35 9. Brygada 05, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 36 2 9.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW ................................................................................... 36 9.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 37 10. Brygada 01, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 38 10.1. Bateria 120 kW, 2 ładowarki 400 kW ...................................................................................... 38 10.2. Bateria 120 kW, 2 ładowarki 400 kW ...................................................................................... 39 11. Brygada 02, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 40 11.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW ................................................................................... 40 11.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 41 12. Brygada 03, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 42 12.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW ................................................................................... 42 12.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 43 12.3. Bateria 240 kWh, 1 ładowarka 240 kW ................................................................................... 44 13. Brygada 04, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 45 13.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW ................................................................................... 45 13.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 46 14. Brygada 05, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 47 14.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW ................................................................................... 47 14.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 48 14.3. Bateria 240 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 49 15. Brygada 03+10, autobus 12 m, dni powszednie ............................................................................... 50 15.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW .................................................................................... 50 15.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 51 16. Brygada 03+10, autobus 12 m, dni powszednie ............................................................................... 52 16.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki 400 kW .................................................................................... 52 16.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 53 15. Brygada 10+03+09, autobus 12 m, dni powszednie ........................................................................ 54 15.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW .................................................................................... 54 15.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 55 16. Brygada 10+03+09, autobus 18 m, dni powszednie ........................................................................ 56 16.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki 400 kW .................................................................................... 56 16.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 57 16.3. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW .................................................................................... 58 17. Brygada 08+11, autobus 12 m, dni powszednie ............................................................................... 59 17.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW ................................................................................... 59 17.2. Bateria 160 kWh, 3 ładowarki 160 kW .................................................................................... 60 17.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 61 3 18. Brygada 08+11, autobus 18 m, dni powszednie ............................................................................... 62 18.1. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW .................................................................................... 62 18.2. Bateria 200 kWh, 3 ładowarki 200 kW .................................................................................... 63 18.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 64 18.4. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki .................................................................................................. 65 18.5. Bateria 120 kW, 1 ładowarka 400 kW...................................................................................... 66 19. Brygada 12+04, autobus 12 m, dni powszednie ............................................................................... 67 19.1. Bateria 160 kWh, ładowarka 160 kW....................................................................................... 67 19.2. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW .................................................................................... 68 19.3. Bateria 200 kWh, ładowarka 200 kW....................................................................................... 69 20. Brygada 12+04, autobus 18 m, dni powszednie ............................................................................... 70 20.1. Bateria 240 kWh, ładowarka 240 kW....................................................................................... 70 20.2. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW .................................................................................... 71 20.3. Bateria 200 kWh, ładowarka 200 kW....................................................................................... 72 20.4. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka ................................................................................................. 73 20.5. Bateria 120 kW, 2 ładowarki 400 kW ...................................................................................... 74 21. Brygada 15+05, autobus 12 m, dni powszednie ............................................................................... 75 21.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW .................................................................................... 75 21.2. Bateria 160 kWh, 3 ładowarki 160 kW .................................................................................... 76 21.3. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................... 77 22. Brygada 15+05, autobus 18 m, dni powszednie ............................................................................... 78 22.1. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW .................................................................................... 78 22.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 79 22.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................... 80 22.4. Bateria 120 kWh, 3 ładowarki .................................................................................................. 81 22.5. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki .................................................................................................. 82 22.6. Bateria 120 kW, 1 ładowarka 400 kW...................................................................................... 83 23. Brygada 04+16, autobus 12 m, dni powszednie ............................................................................... 84 23.1. Bateria 160 kWh, 3 ładowarki 160 kW .................................................................................... 84 24. Brygada 04+16, autobus 18 m, dni powszednie ............................................................................... 85 24.1. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW .................................................................................... 85 25. Brygada 01, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 86 25.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 160kW .................................................................................... 86 25.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW .................................................................................... 87 25.3. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka, 200kW ................................................................................... 88 26. Brygada 02, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 89 4 26.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 160kW .................................................................................... 89 26.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW .................................................................................... 90 26.3. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka, 200kW ................................................................................... 91 27. Brygada 03, autobus 12 m, sobota ................................................................................................... 92 27.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 160kW .................................................................................... 92 27.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW .................................................................................... 93 28. Brygada 01, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 94 28.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW .................................................................................... 94 28.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW .................................................................................... 95 29. Brygada 02, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 96 29.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW .................................................................................... 96 29.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW .................................................................................... 97 30. Brygada 03, autobus 18 m, sobota ................................................................................................... 98 30.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW .................................................................................... 98 30.2. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka, 400kW ................................................................................... 99 30.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarka, 200kW ................................................................................. 100 31. Brygada 12+07+11, autobus 12 m, dni powszednie ...................................................................... 101 31.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW ................................................................................. 101 31.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................. 102 32. Brygada 12+07+11, autobus 18 m, dni powszednie ...................................................................... 103 32.1. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW ................................................................................. 103 32.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................. 104 32.3. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW .................................................................................. 105 32.4. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki 240 kW .................................................................................. 106 33. Brygada: 14 + 06, autobus 12 m, dni powszednie.......................................................................... 107 33.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 400kW .................................................................................. 107 33.2. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka, 400kW ................................................................................. 108 33.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW .................................................................................. 109 34. Brygada: 14 + 06, autobus 18 m, dni powszednie.......................................................................... 110 34.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW .................................................................................. 110 34.2. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka, 400kW ................................................................................. 111 5 1. Wprowadzenie W niniejszej części opracowania przedstawiono ocenę wybranych linii komunikacji miejskiej pod kątem obsługi przez autobusy elektryczne. Omówiono założenia eksploatacyjne ujęte w umowie oraz przedstawiono symulacje użycia akumulatorów dla różnych kompletacji autobusów miejskich. Symulacje zostały przygotowane na podstawie obciążeń brygadowych obowiązujących w Miejskim Przedsiębiorstwie Komunikacyjnym w Lublinie. Wyróżniono dwa typy symulacji – Calcuated case oraz The Worst Case. Pierwszy z nich obejmuje kalkulacje oparte na założeniach metodyki SORT 2. W przypadku takim, autobus przewozi ok. 50% maksymalnej liczby pasażerów, a urządzenia klimatyzacyjne ustawione są na temperaturę około 20⁰C. Drugi przypadek jest opcją najmniej korzystną z punktu widzenia eksploatacji autobusu – 100% obciążenie pasażerskie, maksymalne nastawy ogrzewania i klimatyzacji. W schematach - ciemna zielona linia jest linią ładowania/rozładowywania akumulatorów i przedstawia aktualny poziom energii w akumulatorze. Zaciemnione zielone pole na wykresach jest polem bezpiecznej pracy akumulatorów. Istnieją symulacje, np. brygada 03 obsługiwana przez autobus 18 metrowy w sobotę, wyposażona w baterię 200 kWh i wykorzystująca jedną ładowarkę 200 kW, dla których zielona linia ładowania/rozładowywania wychodzi poza zaciemnione pole. Sygnalizuje to, że taka linia nie może powstać i należy zastosować akumulatory o większej pojemności lub zwiększyć częstotliwość ładowania. 2. Założenia eksploatacyjne 2.1. Wpływ postoju w pomieszczeniach nieogrzewanych Temperatura panująca w bezpośrednim otoczeniu akumulatora ma wpływ na jego pojemność. Akumulatory w czasie pracy nagrzewają się, jednak pozostawione np. na noc w zajezdni pod gołym niebem wychłodzą się do temperatury panującej na zewnątrz autobusu. Zwykle producenci podają pojemność akumulatora w temperaturze ok. 30oC, gdyż jest to najwyższa temperatura spotykana w umiarkowanej strefie klimatycznej w której leży Polska. Wraz ze spadkiem temperatury obniża się pojemność akumulatora, czyli ilości energii jaką może on zmagazynować. Wpływ temperatury na pojemność przeciętnego akumulatora zaprezentowano na rysunku 2.1. 6 120 Pojemność akumulatora [%] 100 80 60 40 20 Temperatura [oC] 0 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Rys. 2.1. Zależność pojemności akumulatora od temperatury otoczenia Jak wynika z rysunku 2.1. zależność tą możemy uznać za w przybliżeniu liniową i przeciętny akumulator przy -30 oC posiada około 50 % swojej pojemności przy temperaturze 30oC, jest to jednak przypadek ekstremalny. Dla miasta Lublina najniższa zanotowana temperatura wynosiła -33,7 oC (8.01.1987) [źródło: dane klimatyczne miasta Lublin], ale najzimniejszym miesiącem jest styczeń, kiedy średnia temperatura wynosi ok -3oC. Przyjmując nawet temperaturę -10oC oznacza to utratę ok. 20 % pojemności przez akumulatory co jest wartością niewielką. Dodatkowo należy podkreślić, że nowoczesne rodzaje akumulatorów, opisane w dalszej części opracowania charakteryzują się mniej pochyłym przebiegiem zależności pojemności akumulatora od temperatury (wynoszącym nawet 65 % przy -30 oC). Przechowywanie autobusów w miejscu nieogrzewanym będzie się wiązało z koniecznością zwiększenia pojemności akumulatorów w stosunku do wartości wyliczonych na podstawie zużycia energii na trasie. 2.2. Wpływ temperatury na eksploatację autobusu elektrycznego Zgodnie z normą PN-EN 12831 Polska podzielona jest na pięć stref klimatycznych. Miasto Lublin znajduje się w III strefie, co przedstawiono na rysunku 2.2. Norma określa trzy typy temperatur: projektową temperaturę zewnętrzną, średnią roczną temperaturę zewnętrzną oraz projektową temperaturę wewnętrzną. Wartości projektowej temperatury zewnętrznej oraz średniej rocznej temperatury zewnętrznej zamieszczono w tabeli 2.1. Projektowa temperatura zewnętrzna według PN-EN 12831 odpowiada obliczeniowej temperaturze powietrza na zewnątrz budynku zgodnie z PN-82/B-02403. Wartości średniej rocznej temperatury są potrzebne do obliczania strat ciepła do gruntu oraz strat ciepła przez przenikanie do przyległych pomieszczeń. 7 Rys. 2.2. Podział stref klimatycznych na terenie Polski Tab. 2.1. Projektowa temperatura zewnętrzna i średnia roczna temperatura zewnętrzna Strefa klimatyczna Projektowa temperatura zewnętrzna, °C Średnia roczna temperatura zewnętrzna, °C I -16 7,7 II -18 7,9 III -20 7,6 IV -22 6,9 V -24 5,5 8 Projektowa temperatura wewnętrzna zależna jest od typu pomieszczenia. Zawiera się jednak w granicach od 5°C – dla pomieszczeń nieprzeznaczonych do pobytu ludzi oraz przemysłowych (tj. magazyny bez stałej obsługi, garaże indywidualne, hale postojowe (bez remontów), akumulatornie, maszynownie i szyby dźwigów osobowych) do 24°C dla pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi bez odzieży (tj. łazienki, rozbieralnie – szatnie, umywalnie, natryskownie, hale pływalni, gabinety lekarskie z rozbieraniem pacjentów, sale niemowląt i sale dziecięce w żłobkach, sale operacyjne). Na podstawie powyższych rozważań Wykonawca zauważa, że wystarczającym byłoby przeprowadzenie analizy dla temperatury do -20⁰C, jednak zgodnie z zaleceniem określono zależności dla przyjętych -30⁰C dla pory zimowej. Temperatura otoczenia zdecydowanie wpływa na warunki eksploatacji autobusu elektrycznego. Na podstawie analiz oszacowano średnie zużycie energii w przeliczeniu na 1 kilometr przejechanej przez autobus trasy. Wyniki przedstawiono na rysunku 2.3. średnie zużycie energii [kWh/km] 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 Temperatura [⁰C] Rys. 2.3. Średnie zużycie energii w przeliczeniu na 1 km przejechanej przez autobus trasy Zużycie energii ściśle zależy od uruchomionych urządzeń klimatyzacji i ogrzewania. Szczegółowy bilans energetyczny przeprowadzony zostanie w dalszej części opracowania. Do opracowania powyższej zależności przyjęto dla warunków letnich temperaturę 30⁰C oraz założenie 9 godzin słonecznych w ciągu doby. Warunki zimowe określono zgodnie z wymaganiami Zleceniodawcy na -30 ⁰C. W tabeli 2.2 przedstawiono zakładany procent użytkowania klimatyzacji/ogrzewania w zależności od bieżącego miesiąca w roku kalendarzowym. 9 Tab. 2.2. Zakładany procent użytkowania klimatyzacji/ogrzewania w zależności od bieżącego miesiąca w roku kalendarzowym Miesiąc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Ogrzewanie 70 70 20 20 20 5 5 5 30 30 30 70 [%] Klimatyzacja 5 5 5 5 5 80 80 80 15 15 15 5 [%] 2.3. Wpływ parametrów napędu i akumulatorów na pojemność pasażerską autobusu Jedną z istotniejszych cech eksploatacyjnych autobusu miejskiego jest jego pojemność pasażerska. Przeciętny autobus długości 12 metrów zasilany silnikiem spalinowym może jednorazowo przewieźć około 100 pasażerów. Oczywiście liczba ta zależna jest od konfiguracji jednostki, liczby miejsc siedzących oraz przeznaczenia pojazdu jednak można ją przyjąć jako pewne uogólnienie. Autobusy elektryczne niezależnie od konfiguracji mają ograniczoną przestrzeń pasażerską przez akumulatory znajdujące się na pokładzie. Firma Solaris Bus & Coach udostępniła w Internecie grafikę przedstawiającą jak ma się pojemność akumulatorów (a co za tym idzie zasięg pojazdu) do teoretycznej liczby przewożonych pasażerów (rys. 2.4). Przedstawiona analiza została przeprowadzona na podstawie testu SORT 2 – z wyłączonymi systemami klimatyzacji i ogrzewania. Zastosowanie akumulatorów o pojemności 450 kWh, umożliwiających przejechanie bez ładowania 351 km i ważących 5287 kg ogranicza przestrzeń pasażerską aż o 78 miejsc! Wynika z tego, że zakładając wspomnianą pojemność autobusu jako 100 pasażerów, prawie 80% zajmowały by akumulatory. Sytuacja ulega znacznej poprawie przy stosowaniu akumulatorów o mniejszej pojemności. Akumulator 240 kWh, ważący 2820 kg i dający zasięg teoretyczny 187 km ogranicza przestrzeń już tylko o 42 pasażerów, mniejsza o pojemności 160 kWh, masie 1880 kg i zasięgu 125 km już tylko o 28 miejsc. Najkorzystniejszą opcją do zastosowania w komunikacji miejskiej wydaje się być akumulator o pojemności 80 kWh. Jego masa to 940 kg i pozwala na przejechanie 62 km bez doładowywania. Zasięg taki w zupełności wystarczy do przejechania trasy autobusu miejskiego. Dodatkowym atutem jest również to, że akumulator taki ogranicza przestrzeń pasażerską tylko o 14 miejsc. 10 Rys. 2.4. Zależność masy akumulatorów od pojemności pasażerskiej autobusu o długości 12m 2.4. Bilans energetyczny W celu wykonania bilansu energetycznego przeprowadzono analizy dla poszczególnych pór roku. Pod uwagę wzięto parametry takie jak: oświetlenie zewnętrzne, kierunkowskazy, oświetlenie wewnętrzne, wycieraczki, ogrzewanie lusterek i szyb, informację pasażerską, tablice kierunkowe, kasowniki, biletomat, monitoring, elektroniki, ładowanie akumulatorów, kompresor powietrza, wspomaganie, klimatyzację oraz ogrzewanie. Do analizy przyjęto klimatyzację pełną i ogrzewanie elektryczne. Obliczenia były prowadzone dla temperatur: lato +30⁰C, wiosna +15⁰C, jesień +10⁰C, zima -30⁰C. W tabelach 2.3. – 2.6. przedstawiono wykorzystanie poszczególnych urządzeń w zależności od pory roku. Tab. 2.3. Wykorzystanie urządzeń pokładowych w czasie zimy L.p. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. Odbiornik oświetlenie zewnętrzne kierunkowskazy oświetlenie wewnętrzne wycieraczki ogrzewanie lusterek i szyb informacja pasażerska tablice kierunkowe kasowniki biletomat monitoring elektroniki ładowanie akumulatorów kompresor powietrza wspomaganie klimatyzacja ogrzewanie Suma Moc [W] U12 750,00 150,00 400,00 150,00 200,00 230,00 900,00 60,00 100,00 100,00 300,00 700,00 4000,00 2500,00 16000,00 25000,00 51540 procent użytkowania 65% 15% 65% 15% 20% 90% 80% 80% 80% 80% 80% 100% 40% 20% 5% 70% Moc % [W] U12 487,50 22,50 260,00 22,50 40,00 207,00 720,00 48,00 80,00 80,00 240,00 700,00 1600,00 500,00 800,00 17500,00 23307,50 11 Tab. 2.4. Wykorzystanie urządzeń pokładowych w czasie wiosny L.p. Odbiornik Moc [W] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. oświetlenie zewnętrzne kierunkowskazy oświetlenie wewnętrzne wycieraczki ogrzewanie lusterek i szyb informacja Pasażerska tablice kierunkowe kasowniki biletomat monitoring elektroniki ładowanie akumulatorów kompresor powietrza wspomaganie klimatyzacja ogrzewanie Suma 750,00 150,00 400,00 150,00 200,00 230,00 900,00 60,00 100,00 100,00 300,00 700,00 4000,00 2500,00 16000,00 25000,00 51540 Procent użytkowania 40% 15% 40% 10% 5% 90% 80% 80% 80% 80% 80% 100% 40% 20% 5% 20% Moc % [W] 300,00 22,50 160,00 15,00 10,00 207,00 720,00 48,00 80,00 80,00 240,00 700,00 1600,00 500,00 800,00 5000,00 10482,50 Tab. 2.5. Wykorzystanie urządzeń pokładowych w czasie lata L.p. Odbiornik Moc [W] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. oświetlenie zewnętrzne kierunkowskazy oświetlenie wewnętrzne wycieraczki ogrzewanie lusterek i szyb informacja pasażerska tablice kierunkowe kasowniki biletomat monitoring elektroniki ładowanie akumulatorów kompresor powietrza wspomaganie klimatyzacja ogrzewanie Suma 750,00 150,00 400,00 150,00 200,00 230,00 900,00 60,00 100,00 100,00 300,00 700,00 4000,00 2500,00 16000,00 25000,00 51540 Procent użytkowania 30% 15% 30% 10% 0% 90% 80% 80% 80% 80% 80% 100% 40% 20% 80% 5% Moc % [W] 225,00 22,50 120,00 15,00 0,00 207,00 720,00 48,00 80,00 80,00 240,00 700,00 1600,00 500,00 12800,00 1250,00 18607,50 12 Tab. 2.6. Wykorzystanie urządzeń pokładowych w czasie jesieni L.p. Odbiornik Moc [W] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. oświetlenie zewnętrzne kierunkowskazy oświetlenie wewnętrzne wycieraczki ogrzewanie lusterek i szyb informacja pasażerska tablice kierunkowe kasowniki biletomat monitoring elektroniki ładowanie akumulatorów kompresor powietrza wspomaganie klimatyzacja ogrzewanie Suma 750,00 150,00 400,00 150,00 200,00 230,00 900,00 60,00 100,00 100,00 300,00 700,00 4000,00 2500,00 16000,00 25000,00 51540 Procent Moc % [W] użytkowania 50% 15% 50% 20% 10% 90% 80% 80% 80% 80% 80% 100% 40% 20% 15% 30% 375,00 22,50 200,00 30,00 20,00 207,00 720,00 48,00 80,00 80,00 240,00 700,00 1600,00 500,00 2400,00 7500,00 14722,50 dodatkowy pobór mocy [kW] Na podstawie powyższych tabelarycznych analiz opracowano zestawienie prezentujące jak zmienia się dodatkowy pobór energii w zależności od pory roku. Wyniki przedstawiono na rysunku 2.5. 25 20 15 10 5 0 zima wiosna lato pora roku jesień Rys. 2.5. Zwiększenie poboru mocy w zależności od pory roku 13 Aby określić wpływ układów dodatkowych na zasięg autobusu należy odnieść energochłonność do średniej prędkości autobusu w ruchu miejskim. Na podstawie testu jezdnego SORT 2 – średnia prędkość autobusu miejskiego na trasie określona została na 18 km/h. Na rysunku 2.6 przedstawiono zwiększenie poboru mocy spowodowane zastosowaniem urządzeń dodatkowych. Różnica procentowa jest odniesieniem do poboru mocy dla autobusu wyposażonego tylko w: oświetlenie zewnętrzne, kierunkowskazy, oświetlenie wewnętrzne i wycieraczki dodatkowy pobór mocy [kWh/km] z urządzeniami dodatkowymi bez urządzeń dodatkowych 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 zima wiosna lato jesień pora roku Rys. 2.6. Zwiększenie poboru mocy spowodowane zastosowaniem urządzeń dodatkowych 2.5. Określenie zalecanego rodzaju napędu spośród dostępnych na rynku Eksploatacja autobusu w rzeczywistych warunkach ruchu wiąże się z zapotrzebowaniem na określoną moc silnika , większą, lub równą mocy oporów ruchu. Do podstawowych oporów ruchu należą: opory toczenia związane ze stratami tarcia w łożyskach, na kołach itp., opory wzniesienia związane ze zmianą kąta działania siły ciężkości na pojazd, opory bezwładności związane z przyspieszeniem pojazdu, opory powietrza. Opory powietrza i bezwładności zależą od prędkości poruszania się. W przypadku poruszania się po Lublinie maksymalna prędkość definiowana jest przez prawo i wynosi odpowiednio 50/60 km/h w zależności od pory dnia/nocy. Opory toczenia w tym wypadku odgrywają niewielką rolę, a znacznie większa wartość osiąga opór powietrza, który rośnie wraz z trzecią potęga prędkości. Wjazd pod górę wiążę się z działaniem na pojazd siły ciężkości pomnożonej przez cosinus kąta owego wzniesienia. Opór bezwładności związany jest z masą pojazdu i wartością przyspieszenia. 14 Przeprowadzona analiza tras autobusowych w Lublinie wykazała, że dla autobusu o długości 12 m wymagany jest silnik o mocy nie mniejszej niż 160 kW, zaś dla 18 m pojazdu – nie mniej niż 240 kW przy poruszaniu się ruchu miejskim. W związku z tym, że autobus porusza się z różnymi prędkościami najlepiej sprawdzi się maszyna asynchroniczna. Z drugiej strony użycie silników o mocy znacznie przekraczającej wartości w/w niepotrzebnie zwiększa masę całego autobusu zwiększając wymagania stawiane akumulatorom, zajmuje więcej miejsca, a także potęguje hałas. 2.6. Przeprowadzenie analizy zastosowania układu klimatyzacji W punkcie 2.4. niniejszego opracowania zawarto analizę bilansu energetycznego dla autobusu elektrycznego. W analizie tej założono moc układu klimatyzacji na 16 kW. Zgodnie z opisem obecnego punktu należy przeanalizować dwa inne warianty. Aby określić wpływ układu na zasięg autobusu należy odnieść energochłonność do średniej prędkości autobusu w ruchu miejskim. Na podstawie testu jezdnego SORT 2 – średnia prędkość autobusu miejskiego na trasie określona została na 18 km/h. W tabelach 2.7 i 2.8 przedstawiono zwiększenie poboru mocy spowodowane zastosowaniem różnych wariantów układu klimatyzacji, z podziałem na pory roku dla różnych długości autobusów. Tab. 2.7. Zwiększenie poboru mocy spowodowane zastosowaniem różnych wariantów układu klimatyzacji, z podziałem na pory roku dla autobusu 12 metrowego Odbiornik pora roku lato Klimatyzacja autobus 12 m zima Moc [kW] procent użytkowania Moc % [kW] zużycie energii [kWh/km] 16,00 25,00 2x4,00 16,00 25,00 2x4,00 80% 80% 80% 5% 5% 5% 12,80 20,00 6,40 0,80 1,25 0,40 0,71 1,11 0,36 0,04 0,07 0,02 Tab. 2.8. Zwiększenie poboru mocy spowodowane zastosowaniem różnych wariantów układu klimatyzacji, z podziałem na pory roku dla autobusu 18 metrowego Odbiornik pora roku lato Klimatyzacja autobus 18 m zima Moc [kW] procent użytkowania Moc % [kW] zużycie energii [kWh/km] 24,00 44,00 3x4,00 24,00 44,00 3x4,00 80% 80% 80% 5% 5% 5% 19,20 35,2 9,6 1,2 2,2 0,6 1,07 1,96 0,53 0,07 0,12 0,03 15 Miejskim przedsiębiorstwom komunikacyjnym powinno zależeć na dwóch głównych czynnikach: obniżeniu kosztów przewozu oraz zwiększeniu komfortu pasażerów. Dochodzi oczywiście szereg parametrów, takich jak ochrona środowiska i funkcjonalność transportu publicznego, jednak zdaniem Wykonawcy, te dwa pierwsze mają kluczowe znaczenie przy wyborze konfiguracji autobusów. O ile mowa o ogrzewaniu, to sprawa wydaje się oczywista, i nie można zrezygnować z ogrzewania zarówno przestrzeni pasażerskiej, jak i kabiny kierowcy. Z perspektywy eksploatacji autobusu elektrycznego jedynym słusznym rozwiązaniem wydaje się być zastosowanie ogrzewania elektrycznego. Jeżeli chodzi o układy klimatyzacji, to teoretycznie można by z nich zrezygnować, jednak myśląc o komforcie kierowcy i pasażerów, powinno to być również traktowane jako wyposażenie obowiązkowe. Zdaniem Wykonawcy najkorzystniejszym układem klimatyzacji autobusów miejskich jest rozwiązanie oferowane przez firmę SPHEROS CITYSPHERE omówione w niniejszym opracowaniu. 2.7. Określenie zalecanego rodzaju układu ogrzewania W przypadku pojazdu z klasycznym silnikiem spalinowym do ogrzewania wykorzystywane jest ciepło silnika odbierane przez układ chłodzenia. W nowszych rozwiązaniach używany do tego jest układ elektryczny, który posiada niższą sprawność, ale za to ma niekwestionowaną zaletę niezależności od temperatury płynu chłodniczego, co jest zagadnieniem istotnym z punktu widzenia komfortu pasażerów. W autobusie elektrycznym nie jest możliwy odbiór ciepła z silnika spalinowe, do dyspozycji pozostaje jedynie ogrzewanie elektryczne. Sam system musi też być bardziej rozbudowany w stosunku do tego np. samochodowych pojazdów osobowych, gdzie objętość do nagrzania jest znacznie mniejsza. W związku z tym ciepło należy transportować w różne części autobusu, podobnie jak w przypadku układu chłodzenia pojazdu, za pomocą cieczy, z uwzględnieniem jej ewentualnego wpływu na środowisko w razie rozszczelnienia układu. Do tego celu nadaje się piec elektryczny wraz z układem wodnym. Przykładowy obiekt zaprezentowano na rysunku 2.7. Układ taki, cechuje się: wysoką wydajnością i możliwościami grzewczymi, niewielkimi i prostymi wymiarami zewnętrznymi, odpornością na rdze i zanieczyszczenia z zewnątrz (układ zamknięty), w dużej mierze bezobsługowością, dużymi możliwościami dostosowania układu pod konkretne modele autobusów, dużą rozpiętością temperatur pracy (od -30oC do 90 oC). 16 Zawór odpowietrzający Wylot Wlot Osłona izolacyjna Termostat bezpieczeństwa Rys. 2.7. Przykładowy piec elektryczny Zaprezentowany na rysunku 2.7. piec cechuje się ponadto niewielkimi wymiarami zewnętrznymi (33 cm x 76 cm x 25 cm) przy mocy urządzenia 25 000 W. Wymaga on zasilania o napięciu stałym 690 V, jego waga to 40 kg. Zastosowana w układzie woda, posiada temperaturę wrzenia wystarczającą by spełniać zadanie czynnika w układzie, a w razie wypadku itp. i doszczelnienia instalacji, nie jest zagrożeniem dla otaczającego środowiska. Schemat pracy przykładowego układu zaprezentowano na rysunku 2.8. Jak widać, układ jest prosty w budowie, składa się z niewielu części co gwarantuje niezawodność jego pracy. Jego obsługa ogranicza się do organoleptycznego sprawdzenia szczelności połączeń, a także w przypadku nieużywania przez okres do 3 tygodni, włączenie układu na 10 min, a także kontrolowania poziomu wody. 17 Wymiennik ciepła Zawór odpowi odpowietrzający etrzając Zasilanie ye Zbiornik wyrównawczy Wlot Chłodnice Wejście sygnału sterującego Termostat Pompa Rys. 2.8. Schemat układu ogrzewania wodnego 2.8. Sformułowanie zaleceń w zakresie zastosowania baterii 2.8.1. Wskazanie najkorzystniejszego sposobu ładowania baterii W celu wybrania najlepszego rozwiązania możliwego do wprowadzenia do eksploatacji autobusów elektrycznych w lubelskiej komunikacji miejskiej konieczne jest przeanalizowanie rozwiązań pod kilkoma kluczowymi względami: inwestycja w infrastrukturę, koszt zakupu autobusu, możliwość doładowania autobusu na trasie, możliwość doładowania autobusu w czasie postoju na pętli, czas ładowania autobusu. Pierwszym z parametrów jest koszt inwestycji w infrastrukturę. Omówione rozwiązania znacznie różnią się między sobą. Najkosztowniejszym z rozwiązań jest zasilanie indukcyjne. Wymaga całkowitego przystosowania przystanków do nowych rozwiązań, co wiąże się z dużym kosztem. System ładowania umieszczony jest pod powierzchnią drogi. Autobusy ładowane indukcyjnie wyposażone są w stosunkowo małe akumulatory. Pozwala to na krótkie doładowywanie, ale niesie za sobą konieczność stworzenia wielu punktów ładowania. Drugim pod względem kosztochłonności jest zasilanie pantografowe. Autobus elektryczny w przeciwieństwie do trolejbusu nie może być ciągle zasilany z sieci. Do wykorzystania sieci pantografowej konieczne jest zastosowanie zewnętrznych ładowarek. Przeniesienie napięcia z linii do ładowarek może być połączone z utworzeniem stacji ładowania samochodów osobowych, co może znacznie podnieść innowacyjność miasta. Zdecydowanie tańszym rozwiązaniem jest ładowanie autobusu za pomocą wtyczek plugin. Nie wymaga znaczących zmian w infrastrukturze istniejących linii. Ładowarki można 18 lokalizować w zajezdniach i na pętlach oraz możliwe jest ich wykorzystywanie do wielu pojazdów. Dodatkowo, po przeprowadzeniu stosownych analiz możliwe jest rozmieszczenie stacji ładowania z uwzględnieniem istniejącej infrastruktury elektroenergetycznej. Istnieje wiele typów ładowarek stosowanych w takim rozwiązaniu. Możliwy jest wybór tańszych, ale wolniej ładujących jednostek, lub tzw. ładowarek szybkich, co jednak wiąże się z relatywnie wyższym kosztem. Producenci autobusów elektrycznych w swoich ofertach mają rozwiązania dopasowane dokładnie pod zamówienie klienta. Pod względem nakładów infrastrukturalnych najtańszym z rozwiązań wydaje się wymiana akumulatorów w autobusach. Jednak należy pamiętać, że przy takiej strategii również niezbędny jest zakup ładowarki, zdecydowanie bardziej zaawansowanej technicznie niż przy opcji plug-in. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę zakup akumulatorów do wymiany – koszt takich akumulatorów oscylować może nawet w okolicach 700 000 zł. Dodatkowym utrudnieniem jest fakt, że akumulatory podczas ładowania ulegają znacznemu nagrzewaniu, co może wydłużyć czas ich wymiany – należy odczekać aż temperatura osiągnie oczekiwany poziom. Kolejnym omawianym aspektem jest koszt zakupu autobusu. Najtańszym z rozwiązań jest autobus zasilany poprzez złącze plug-in. Jego cena, w zależności od specyfikacji zamówienia klienta może wynosić około 1 mln zł. Droższy jest autobus wykorzystujący zasilanie z sieci trakcyjnej. Z uwagi na wymagania techniczne dotyczące bezpieczeństwa konieczne jest zastosowanie większej ilości izolacji i zabezpieczeń. Kolejno wymienić można autobus z wymienianymi akumulatorami. Sama konstrukcja autobusu jest uproszczona dzięki temu, że nie wymagane są systemy ładowania. Jednak należy brać pod uwagę cenę wymiennych akumulatorów, o której wspomniano wcześniej, oraz ładowarkę do ich naładowania. Jednak najdroższym z rozwiązań jest autobus ładowany indukcyjnie. Akumulatory (z oczywistych przyczyn) umieszczone są pod podwoziem, co ma tę wartość dodaną, że obniża środek ciężkości autobusu i nie obciąża konstrukcji tak, jak robią to np. butle CNG czy elementy ogniw paliwowych, montowane z reguły na dachu. Jednak takie umieszczenie i skompresowanie akumulatorów wiąże się z wysokim kosztem wprowadzenia takiego rozwiązania. Ze względu eksploatacji istotnym jest możliwość ładowania autobusu w czasie dnia pracy. Poza ładowaniem akumulatorów w nocy na zajezdni istnieją dwie główne strategie uzupełniania stopnia naładowania w ciągu eksploatacji. Do strategii tych zalicza się ładowanie na przystankach oraz na pętlach (rys. 2.9). Pierwsza z opcji zakłada szybkie doładowywanie akumulatorów w czasie wymiany pasażerów. Trwa to, w zależności od natężenia ruchu, około 1 – 10 minut. Druga opcja zakłada ładowanie podczas postoju na pętli. Kierowca dysponuje tu dłuższym czasem, zazwyczaj mieszczącym się w granicach 10 – 30 minut. W strategii tej ładowanie może być wydajniejsze. Ładowanie indukcyjne cechuje się strategią pierwszą, a więc nieznacznym doładowywaniem na wszystkich, bądź większości przystanków. Ładowanie za pomocą wtyczki plug-in możliwe jest tylko jako obsługowe, co oznacza konieczność opuszczenia pojazdu przez kierowcę. Zabiera to więcej czasu i możliwe jest tylko w przypadku ładowania na pętli. Wymiana akumulatorów zajmuje zazwyczaj jeszcze więcej czasu, ale przy sprawnej obsłudze możliwa jest do przeprowadzenia na dłuższym postoju na pętli. Zasilanie akumulatorów z sieci pantografowej możliwe jest 19 zarówno na poszczególnych przystankach (ładowanie krótkie) jak i na pętli (ładowanie dłuższe, uzupełniające niedobory). Rys. 2.9. Możliwości eksploatacyjne podstawowych strategii ładowania akumulatorów w autobusach elektrycznych Ostatnim z kryteriów porównawczych jest czas ładowania akumulatorów. Zależny jest on przede wszystkim od rodzaju akumulatorów i ładowarki. Omówiono już czasy ładowań na trasie autobusu jednak równie ważnym jest czas potrzebny do uzyskania 100% naładowania. Stacjonarne zajezdniowe ładowarki potrzebują od 3 do około 10 godzin. W tabeli 2.9 przedstawiono przykładowe 3 rozwiązania. Tab. 2.9. Koncepcje rozwiązań ładowarek zajezdniowych Umowna nazwa Natężenie prądu Lp. Moc ładowarki ładowania 1 „wolna” 32 A 22 kW 2 „średnia” 63 A 44 kW 3 „szybka” 125 A 88 kW Pojemność akumulatora 200 kWh 200 kWh 200 kWh Przybliżony czas ładowania 10,5 h 5,5 h 3h Inaczej ma się sprawa w przypadku ładowarek miejskich. Tu przede wszystkim istotny jest czas, który nie powinien przekraczać 10 minut. Wyróżnić można 3 główne rodzaje, które przedstawiono w tabeli 2.10. Podany zasięg jest ilością kilometrów, na które teoretycznie powinno wystarczyć energii. Tab. 2.10. Koncepcje rozwiązań ładowarek miejskich Lp. 1 2 3 Umowna nazwa ładowarki Natężenie prądu ładowania Moc „pantograf” 32 A 63 A 125 A 200 kW 400 kW 200 kW „indukcyjna” Zasięg (przy założeniu 1,2 kWh/km) 23 km 46 km 23 km Przybliżony czas ładowania 10 min 10 min 10 min 20 Z punktu widzenia eksploatacji autobusu miejskiego najkorzystniejszym jest rozwiązanie zakładające ładowarkę wolnego ładowania w zajezdni – ładującą akumulatory w nocy, gdy autobusy nie są wykorzystywane, oraz kilka ładowarek miejskich pozwalających na uzupełnienie energii w ciągu dnia. Dla Lubelskiej Komunikacji Miejskiej najkorzystniejszym z rozwiązań wydaje się być zastosowanie ładowania pantografowego. Pozwoliłoby to na wykorzystanie istniejącej już sieci energetycznej w mieście, jak również naturalnie połączyło eksploatowane już trolejbusy z autobusami elektrycznymi planowanymi do wdrożenia. 2.8.2. Wskazanie zalecanych parametrów baterii Ze względu na różne trasy nie ma jednoznacznej odpowiedzi na parametry akumulatorów, analiza konkretnych rozwiązań przedstawiona została w punkcie 3-cim, jeżeli wykres naładowania akumulatorów nie osiąga wartości zerowej to podany zestaw ładowarka plus podana pojemność akumulatora nadaje się do użycia na tej linii (symulacje przedstawiają zwykle wysokie zużycie energii tzw. „worst case”). Tak jak już wspomniano , poprzez spadek temperatury zewnętrznej obniża się pojemność akumulatora, za bezpieczną wartość naładowania uznać można 20 %. 2.8.3. Analiza możliwości wykorzystania układów stanowiących dodatkowe źródło energii Ogniwa fotowoltaniczne mają zdolność odbierania energii słonecznej, by zwiększyć wielkość odbieranej mocy, ich powierzchnia musi także zostać zwiększona. Przeciętny autobus wyposażony w silnik Diesela posiada relatywnie dużo miejsca na dachu, ograniczają je jedynie szyberdachy i klimatyzator. W przypadku autobusów zasilanych energią elektryczną i trolejbusów, ta ilość dostępnej przestrzeni dość znacznie się zmniejsza, na skutek umieszczania akumulatorów na dachu, a także pantografu (szczególnie w trolejbusach). Dodatkowo Lublin charakteryzuje się niewielkim nasłonecznieniem wynoszącym średnio ok. 5,8 godz/dobę przez co bilans montażu ogniw fotowoltaicznych nie będzie uzasadniony z przyczyn ekonomicznych (ich większa masa, koszt, wymagany serwis). Podobnie ma się sprawa z innymi układami do przechowywania energii jak superkondesatory, koła zamachowe itp. Pomimo tego, że pełnią taka samą rolę co akumulatory gromadząc energię potrzebną do poruszania się autobusu, to montaż ich powoduje znaczne rozbudowanie konstrukcji poprzez konieczność dopasowania charakterystyk różnych rodzajów energii. Taka komplikacja, tak jak w przypadku ogniw fotowoltanicznych może okazać się nieuzasadniona z ekonomicznego punktu widzenia. 21 2.8.4. Analiza systemu ładowania baterii w założonych warunkach jazdy Analizę systemu ładowania baterii w założonych warunkach jazdy przedstawiono na przykładzie linii 31 obsługiwanej przez autobus o długości 18 metrów. Zaproponowano trzy rozwiązania, które najefektywniej wykorzystają możliwości konfiguracyjne. W pierwszym z nich zaproponowano akumulator LFP o pojemności 200 kWh oraz dwie ładowarki przystankowe o mocy 200 kW i jedną zajezdniową o mocy 32 kW. Stan naładowania akumulatorów w tym rozwiązaniu przedstawiono na rysunku 2.10. Rys. 2.10. Symulacja stanu naładowania akumulatorów LFP o pojemności 200 kWh na linii 31 obsługiwanej przez autobus 18 metrowy Podczas całego dnia pracy autobusu zakłada się 11 ładowań, a zużycie energii szacowane jest na 3,45 kWh/km, co daje łączne dzienne zużycie 525,6 kWh (przejechany dzienny dystans – 152 172 m). Drugie rozwiązanie zakłada wykorzystanie akumulatora LTO o pojemności 120 kWh oraz dwóch ładowarek – jednej przystankowej o mocy 400 kW i jednej zajezdniowej o mocy 32 kW. Stan naładowania akumulatorów w tym rozwiązaniu przedstawiono na rysunku 2.11. Podczas całego dnia pracy autobusu zakłada się 6 ładowań, a zużycie energii szacowane jest na 3,45 kWh/km, co daje łączne dzienne zużycie 525,6 kWh (przejechany dzienny dystans – 152 172 m). Rys. 2.11. Symulacja stanu naładowania akumulatorów LTO o pojemności 120 kWh na linii 31 obsługiwanej przez autobus 18 metrowy 22 Trzecie z rozwiązań zakłada wykorzystanie akumulatora LFP o pojemności 240 kWh oraz dwóch ładowarek – jednej przystankowej o mocy 240 kW i jednej zajezdniowej o mocy 32 kW. Stan naładowania akumulatorów w tym rozwiązaniu przedstawiono na rysunku 2.12. Podczas całego dnia pracy autobusu zakłada się 6 ładowań, a zużycie energii szacowane jest na 3,45 kWh/km, co daje łączne dzienne zużycie 525,6 kWh (przejechany dzienny dystans – 152 172 m). Rys. 2.12. Symulacja stanu naładowania akumulatorów LFP o pojemności 240 kWh na linii 31 obsługiwanej przez autobus 18 metrowy 2.8.5. Analiza możliwości zastosowania poszczególnych rozwiązań pod kątem dopuszczenia do ruchu Zgodnie z prawem, jakiekolwiek rozwiązania zastosowane w pojazdach dotyczące napędu, wyposażenia itp. muszą przejść proces homologacyjny zanim możliwe będzie ich zastosowanie w pojazdach dopuszczonych do ruchu ulicznego. Producenci wszystkich opisywanych rozwiązań, przede wszystkim akumulatorów mają świadomość panujących norm i ich produkty są albo zgodne, albo nawet wyprzedzają panujące normy celem zwiększenia ich konkurencyjności w przyszłości. Czynności obsługowe autobusu elektrycznego różnią się od takiego wyposażonego w klasyczny silnik Diesela. Ich akumulatory, stosowane w celu magazynowania energii są bezobsługowe. Ich poziom naładowania, dostosowywanie wartości napięć itp. to zadanie układu sterującego, który pełni tez funkcje diagnostyczną informując o ewentualnych nieprawidłowościach. Podobnie jest z silnikami elektrycznymi, jednak tutaj jest potrzebna kontrola organoleptyczna co określoną, zwykle dość znaczną liczbę przejechanych kilometrów. Duże możliwości samo diagnozy systemów powodują zmniejszenie liczby czynności obsługowych w stosunku do rozwiązania z klasycznym silnikiem. W autobusie elektrycznym i trolejbusie poza układem przeniesienia napędu opartym o prąd elektryczny znajdują się podzespoły eksploatacyjne wymagają takiej samej obsługi jak w przypadku autobusów z silnikami spalinowymi (np. hamulce, opony). 23 3. Brygada 01, autobus 12 m, dni powszednie 3.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 02 Zużycie energii: 2,1 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 308,1 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 146 800 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:08 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:15:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:21:00 [hh:mm:ss] 24 3.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 02 Zużycie energii: 2,1 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 308,1 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 146 800 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:59 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:23:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:21:00 [hh:mm:ss] 25 4. Brygada 01, autobus 18 m, dni powszednie 4.1. Bateria 400 kWh, 2 ładowarki 120 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 02 Zużycie energii: 3,54 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 520,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 146 800 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:03 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:41:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:21:00 [hh:mm:ss] 26 4.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 02 Zużycie energii: 3,54 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 520,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 146 800 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:34 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:15:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:21:00 [hh:mm:ss] 27 5. Brygada 01, autobus 12 m, sobota 5.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Zużycie energii: 1,86 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 419,6 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:09:53 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:59:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:01:00 [hh:mm:ss] 28 5.2. Bateria 200 kWh, ładowarka 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza 01 Zużycie energii: 1,88 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 424,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 225 477 [m] Ilość ładowań: 9 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:14:28 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:59:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:24:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:01:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:01:00 [hh:mm:ss] 29 6. Brygada 02, autobus 12 m, sobota 6.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,9 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 320,1 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 168 599 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 168 599 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:17:39 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:15:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:45:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:45:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:45:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 30 6.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,9 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 320,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 168 599 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 168 599 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:14:14 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:15:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:42:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:45:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:45:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 31 7. Brygada 03, autobus 12 m, sobota 7.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,85 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 417,6 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 225 477 [m] Ilość ładowań: 9 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:18:01 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:05:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:55:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 32 7.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,85 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 417,6 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 225 477 [m] Ilość ładowań: 9 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:14:39 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:05:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:03:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:55:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 33 8. Brygada 04, autobus 12 m, sobota 8.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,86 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 339,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 182 058 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 182 058 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:18:39 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 09:20:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:53:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 14:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 14:40:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 34 8.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,86 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 338,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 182 058 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 182 058 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:14:41 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 09:20:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:01:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 14:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 14:40:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 35 9. Brygada 05, autobus 12 m, sobota 9.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,83 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 358,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 195 554 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 195 554 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:17:34 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:59:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:21:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:21:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 36 9.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 1,83 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 358,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 195 554 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 195 554 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:14:20 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:50:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:21:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:21:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 37 10. Brygada 01, autobus 18 m, sobota 10.1. Bateria 120 kW, 2 ładowarki 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręb Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza 01 Zużycie energii: 3,14 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 708,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:06:51 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:59:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:32:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:01:00 [hh:mm:ss] 38 10.2. Bateria 120 kW, 2 ładowarki 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręb Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza 01 Zużycie energii: 3,14 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 708,1 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:05 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:59:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:28:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:01:00 [hh:mm:ss] 39 11. Brygada 02, autobus 18 m, sobota 11.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,21 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 540,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 168 599 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 168 599 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:12:49 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:15:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:45:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:45:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 40 11.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,21 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 541,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 168 599 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 168 599 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:22:01 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:15:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:05:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:45:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:45:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 41 12. Brygada 03, autobus 18 m, sobota 12.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,13 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 706,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 225 477 [m] Ilość ładowań: 9 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:09 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:05:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:19:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:55:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 42 12.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,24 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 645,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 199 166 [m] Ilość ładowań: 8 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:21:07 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:05:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:07:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 16:29:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 43 12.3. Bateria 240 kWh, 1 ładowarka 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,13 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 706,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 225 477 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 225 477 [m] Ilość ładowań: 9 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:20:11 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:05:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:54:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:55:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 44 13. Brygada 04, autobus 18 m, sobota 13.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,15 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 573,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 182 058 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 182 058 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 09:20:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:43:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 14:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 14:40:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 45 13.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,14 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 572,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 182 058 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 182 058 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:20:52 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 09:20:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 05:41:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 14:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 14:40:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 46 14. Brygada 05, autobus 18 m, sobota 14.1. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,09 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 604,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 195 554 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 195 554 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:02 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:41:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:21:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:21:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 47 14.2. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,1 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 606,4 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 195 554 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 195 554 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:21:21 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:29:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:21:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:21:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 48 14.3. Bateria 240 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |GRANITOWA· os.Poręba||| Średnie zużycie energii: 3,1 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 606,4 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 195 554 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 195 554 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:19:39 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:39:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 05:11:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:21:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:21:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 49 15. Brygada 03+10, autobus 12 m, dni powszednie 15.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 01 Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza 01 Zużycie energii: 2,06 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 321,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 156 087 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:59 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:57:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:58:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:03:00 [hh:mm:ss] 50 15.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 01 Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza 01 Zużycie energii: 2,06 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 321,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 156 087 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:08:51 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:57:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:03:00 [hh:mm:ss] 51 16. Brygada 03+10, autobus 12 m, dni powszednie 16.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 01 Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza 01 Zużycie energii: 3,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 541,4 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 156 087 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:49 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:57:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:34:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:03:00 [hh:mm:ss] 52 16.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba 01 Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza 01 Zużycie energii: 3,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 541,4 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 156 087 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:14:23 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:57:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:43:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:03:00 [hh:mm:ss] 53 15.Brygada 10+03+09, autobus 12 m, dni powszednie 15.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY · Paderewskiego Miejsca ładowania: PLAC DWORCOWY· Dworzec GL PKP 06 Zużycie energii: 1,98 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 337,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 170 093 [m] Ilość ładowań: 13 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:08:23 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:10:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:16:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:50:00 [hh:mm:ss] 54 15.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY · Paderewskiego Miejsca ładowania: PLAC DWORCOWY· Dworzec GL PKP 06 Zużycie energii: 1,98 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 337,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 170 093 [m] Ilość ładowań: 13 ------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:14 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:10:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:41:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:50:00 [hh:mm:ss] 55 16.Brygada 10+03+09, autobus 18 m, dni powszednie 16.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY · Paderewskiego Miejsca ładowania: PLAC DWORCOWY· Dworzec GL PKP 06 ||| Zużycie energii: 3,32 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 565,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 170 093 [m] Ilość ładowań: 13 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:06:09 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:10:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:39:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:50:00 [hh:mm:ss] 56 16.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY · Paderewskiego Miejsca ładowania: PLAC DWORCOWY· Dworzec GL PKP 06 Zużycie energii: 3,5 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 445,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 170 093 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 127 345 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:08:32 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:10:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:07:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:50:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 10:09:00 [hh:mm:ss] 57 16.3. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY · Paderewskiego Miejsca ładowania: PLAC DWORCOWY· Dworzec GL PKP 06 Zużycie energii: 3,32 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 565,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 170 093 [m] Ilość ładowań: 13 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:08:23 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 11:10:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:45:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 12:50:00 [hh:mm:ss] 58 17. Brygada 08+11, autobus 12 m, dni powszednie 17.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW Typ autobusu: Pojemność baterii: Moc ładowarki na przystanku: Moc ładowarki na zajezdni: Miejsca ładowania: Zużycie energii: Ilość zużytej energii: Przejechany dzienny dystans (rozklad): Ilość ładowań: -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: Czas jazdy (rozklad): E12 160 [kWh] 160 [kW] 32 [kW] GRANITOWA· os.Poręba 1,63 [kWh/km] 212,2 [kWh] 130 425 [m] 2 00:11:30 [hh:mm:ss] 15:09:00 [hh:mm:ss] 04:48:00 [hh:mm:ss] 08:51:00 [hh:mm:ss] 59 17.2. Bateria 160 kWh, 3 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 1,63 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 212,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 130 425 [m] Ilość ładowań: 4 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 15:09:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:31:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 08:51:00 [hh:mm:ss] 60 17.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 1,63 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 212,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 130 425 [m] Ilość ładowań: 2 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:11:30 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 15:09:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:21:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 08:51:00 [hh:mm:ss] 61 18.Brygada 08+11, autobus 18 m, dni powszednie 18.1. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: INŻYNIERSKA • Inżynierska Zużycie energii: 2,75 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 358,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 130 425 [m] Ilość ładowań: 4 ------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:11:31 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 15:09:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 05:43:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 08:51:00 [hh:mm:ss] 62 18.2. Bateria 200 kWh, 3 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: INŻYNIERSKA • Inżynierska Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 2,76 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 359,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 130 425 [m] Ilość ładowań: 6 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:11:40 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 15:09:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:18:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 08:51:00 [hh:mm:ss] 63 18.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: INŻYNIERSKA • Inżynierska Zużycie energii: 2,84 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 306,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 130 425 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 108 184 [m] Ilość ładowań: 3 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:11:40 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 15:09:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:07:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 08:51:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 07:31:00 [hh:mm:ss] 64 18.4. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 2,63 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 118,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 130 425 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 44 867 [m] Ilość ładowań: 0 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:00:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 15:09:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 08:51:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 02:48:00 [hh:mm:ss] 65 18.5. Bateria 120 kW, 1 ładowarka 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 2,6 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 116,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 130 425 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 44 867 [m] Ilość ładowań: 0 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:00:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 15:09:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 08:51:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 02:48:00 [hh:mm:ss] 66 19. Brygada 12+04, autobus 12 m, dni powszednie 19.1. Bateria 160 kWh, ładowarka 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: TURKA· Turka os.Borek Zużycie energii: 1,61 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 427,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Ilość ładowań: 6 ------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:20:50 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] 67 19.2. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: TURKA· Turka os.Borek Miejsca ładowania: ZBOŻOWA· Zbożowa Zużycie energii: 1,61 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 427,4 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Ilość ładowań: 13 ------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:11:47 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:13:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] 68 19.3. Bateria 200 kWh, ładowarka 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: TURKA· Turka os.Borek||| Zużycie energii: 1,61 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 427,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Ilość ładowań: 6 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:19:13 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] 69 20. Brygada 12+04, autobus 18 m, dni powszednie 20.1. Bateria 240 kWh, ładowarka 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: TURKA· Turka os.Borek Zużycie energii: 3,07 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 468,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 152 686 [m] Ilość ładowań: 3 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:20:40 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 07:21:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 11:38:00 [hh:mm:ss] 70 20.2. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: ZBOŻOWA· Zbożowa Miejsca ładowania: TURKA· Turka os.Borek Zużycie energii: 2,74 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 725,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Ilość ładowań: 13 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:24 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:58:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] 71 20.3. Bateria 200 kWh, ładowarka 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: ZBOŻOWA· Zbożowa Zużycie energii: 2,92 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 393,7 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 134 685 [m] Ilość ładowań: 3 ------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:21:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:07:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 09:58:00 [hh:mm:ss] 72 20.4. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: TURKA· Turka os.Borek Zużycie energii: 2,51 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 116,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Ilość ładowań: 0 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:00:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] 73 20.5. Bateria 120 kW, 2 ładowarki 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: ZBOŻOWA· Zbożowa Miejsca ładowania: TURKA· Turka os.Borek Zużycie energii: 2,57 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 117,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 264 805 [m] Ilość ładowań: 0 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:00:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:14:00 [hh:mm:ss] 74 21. Brygada 15+05, autobus 12 m, dni powszednie 21.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 1,95 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 378,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Ilość ładowań: 8 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:39 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:11:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] 75 21.2. Bateria 160 kWh, 3 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 1,91 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 164,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 85 734 [m] Ilość ładowań: 1 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:03:13 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:54:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 06:49:00 [hh:mm:ss] 76 21.3. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok||| Zużycie energii: 1,95 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 378,6 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Ilość ładowań: 7 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:14:28 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:48:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] 77 22. Brygada 15+05, autobus 18 m, dni powszednie 22.1. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: DASZYŃSKIEGO· Daszyńskiego Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 3,29 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 638,4 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Ilość ładowań: 15 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:01 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:16:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] 78 22.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: DASZYŃSKIEGO· Daszyńskiego Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 3,29 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 639,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Ilość ładowań: 15 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:11 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 05:52:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] 79 22.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: DASZYŃSKIEGO· Daszyńskiego Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok Zużycie energii: 3,42 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 558,7 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 163 197 [m] Ilość ładowań: 12 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:09:35 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:07:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:14:00 [hh:mm:ss] 80 22.4. Bateria 120 kWh, 3 ładowarki Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok Miejsca ładowania: DASZYŃSKIEGO· Daszyńskiego Zużycie energii: 3,29 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 639,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Ilość ładowań: 15 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:06:25 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:10:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] 81 22.5. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok Zużycie energii: 3,04 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 171,4 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 56 323 [m] Ilość ładowań: 2 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:04:17 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 04:12:00 [hh:mm:ss] 82 22.6. Bateria 120 kW, 1 ładowarka 400 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: FILARETÓW· os. Widok Zużycie energii: 3 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 141,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 194 176 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 47 246 [m] Ilość ładowań: 1 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:04:00 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:46:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:14:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 03:31:00 [hh:mm:ss] 83 23. Brygada 04+16, autobus 12 m, dni powszednie 23.1. Bateria 160 kWh, 3 ładowarki 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Miejsca ładowania: CHOINY Paderewskiego Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 1,58 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 401,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 253 589 [m] Ilość ładowań: 19 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:06:50 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:44:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:47:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:16:00 [hh:mm:ss] 84 24. Brygada 04+16, autobus 18 m, dni powszednie 24.1. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego Zużycie energii: 2,68 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 679,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 253 589 [m] Ilość ładowań: 19 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:28 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:44:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:55:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:16:00 [hh:mm:ss] 85 25.Brygada 01, autobus 12 m, sobota 25.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 160kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Zużycie energii: 1,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 441,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:09:34 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:35:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy: 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 86 25.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Zużycie energii: 1,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 441,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:38 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:37:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 87 25.3. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka, 200kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 1,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 441,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 9 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:46 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:42:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:43:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 88 26.Brygada 02, autobus 12 m, sobota 26.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 160kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Zużycie energii: 1,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 441,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:09:34 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:35:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy: 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 89 26.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Zużycie energii: 1,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 441,8 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:38 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:37:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 90 26.3. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka, 200kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 1,47 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 441,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 9 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:46 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:42:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 18:43:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 91 27.Brygada 03, autobus 12 m, sobota 27.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 160kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 1,52 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 323,1 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 212 012 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:38 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:26:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:18:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:34:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:34:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 92 27.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 1,52 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 322,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 212 012 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:08:23 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:26:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy: 13:34:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 93 28.Brygada 01, autobus 18 m, sobota 28.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Zużycie energii: 2,5 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 750,7 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:06:44 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:57:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 94 28.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 2,5 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 750,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:11:24 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 05:16:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 95 29.Brygada 02, autobus 18 m, sobota 29.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Zużycie energii: 2,5 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 750,7 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:06:44 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:57:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 96 29.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki, 200kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 2,5 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 750,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 299 782 [m] Ilość ładowań: 18 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:11:24 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 05:17:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 05:16:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 18:43:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 97 30.Brygada 03, autobus 18 m, sobota 30.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 2,59 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 548,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 212 012 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:26 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:26:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:46:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:34:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:34:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 98 30.2. Bateria 120 kWh, 1 ładowarka, 400kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: CHOINY· Paderewskiego, WOJCIECHOWSKA· Lipniak Średnie zużycie energii: 2,59 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 548,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 212 012 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:12:16 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 10:26:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:28:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 13:34:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 13:34:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 99 30.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarka, 200kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WOJCIECHOWSKA· Lipniak, CHOINY· Paderewskiego Średnie zużycie energii: 2,61 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 598,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 229 500 [m] Ilość ładowań: 13 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:13:20 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 09:03:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 14:57:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 14:57:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 100 31. Brygada 12+07+11, autobus 12 m, dni powszednie 31.1. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka 160 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 160 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 160 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |CHOINY· Paderewskiego||| Średnie zużycie energii: 1,74 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 412,2 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 236 925 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 236 925 [m] Ilość ładowań: 6 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:23:10 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:14:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:36:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:46:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:46:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 101 31.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |WOJCIECHOWSKA· Lipniak|CHOINY· Paderewskiego||| Średnie zużycie energii: 1,74 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 412,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 236 925 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 236 925 [m] Ilość ładowań: 10 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:12:43 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:14:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:16:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:46:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:46:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 102 32. Brygada 12+07+11, autobus 18 m, dni powszednie 32.1. Bateria 200 kWh, 1 ładowarka 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |CHOINY· Paderewskiego||| Średnie zużycie energii: 2,88 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 392,7 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 236 925 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 136 285 [m] Ilość ładowań: 3 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:24:40 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:14:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:07:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:46:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 10:01:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 103 32.2. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: |WOJCIECHOWSKA· Lipniak|CHOINY· Paderewskiego||| Średnie zużycie energii: 3,03 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 658,3 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 236 925 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 217 341 [m] Ilość ładowań: 10 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:17:24 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:14:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 06:07:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:46:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 16:52:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 104 32.3. Bateria 240 kWh, 2 ładowarki 240 kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 240 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 240 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WOJCIECHOWSKA· Lipniak|CHOINY· Paderewskiego||| Średnie zużycie energii: 2,94 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 697,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 236 925 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 236 925 [m] Ilość ładowań: 10 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:17:09 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:14:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 04:37:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:46:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:46:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 105 32.4. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki 240 kW Typ autobusu: Pojemność baterii: Moc ładowarki na przystanku: Moc ładowarki na zajezdni: Miejsca ładowania: E18 120 [kWh] 400 [kW] 32 [kW] |WOJCIECHOWSKA· LipniakCHOINY· Paderewskiego|MEŁGlEWSKA· Mełgiewska WSEI|| Średnie zużycie energii: 2,94 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 697,0 [kWh] Przejechany dzienny dystans (rozklad): 236 925 [m] Przejechany dzienny dystans (rzeczywisty): 236 925 [m] Ilość ładowań: 11 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:10:09 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 06:14:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 03:09:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 17:46:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 17:46:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 106 33. Brygada: 14 + 06, autobus 12 m, dni powszednie 33.1. Bateria 160 kWh, 2 ładowarki, 400kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza; GRANITOWA· os.Poręba Średnie zużycie energii: 2,02 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 380,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 188 382 [m] Ilość ładowań: 15 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:03:49 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:34:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:08:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:26:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 107 33.2. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka, 400kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 2,02 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 380,5 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 188 382 [m] Ilość ładowań: 8 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:10 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:34:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:08:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:26:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 108 33.3. Bateria 200 kWh, 2 ładowarki 200 kW Typ autobusu: E12 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza, GRANITOWA· os.Poręba Średnie zużycie energii: 2,02 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 380,7 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 188 382 [m] Ilość ładowań: 15 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:07:28 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:34:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:23:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy: 15:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:26:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 7,2[kW] (12kW *60%) wspomaganie: 0,44[kW] (2,2kW *20%) kompresor: 1,2[kW] (4kW *30%) chłodzenie: 0,48[kW] (1,2kW *40%) instalacja 24V: 5,4[kW] (9kW *60%) 109 34. Brygada: 14 + 06, autobus 18 m, dni powszednie 34.1. Bateria 120 kWh, 2 ładowarki, 400kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 120 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 400 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza, GRANITOWA· os.Poręba Zużycie energii: 3,41 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 642,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans : 188 382 [m] Ilość ładowań: 15 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:06:32 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:34:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 01:40:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:26:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 110 34.2. Bateria 160 kWh, 1 ładowarka, 400kW Typ autobusu: E18 Pojemność baterii: 200 [kWh] Moc ładowarki na przystanku: 200 [kW] Moc ładowarki na zajezdni: 32 [kW] Miejsca ładowania: WĘGLARZA· Węglarza; GRANITOWA· os.Poręba Średnie zużycie energii: 3,41 [kWh/km] Ilość zużytej energii: 642,9 [kWh] Przejechany dzienny dystans: 188 382 [m] Ilość ładowań: 15 -------------------------------------------------------------------------Średni czas pojedynczego ładowania: 00:12:49 [hh:mm:ss] Czas postoju po zjechaniu do zajezdni: 08:34:00 [hh:mm:ss] Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy: 02:03:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rozklad): 15:26:00 [hh:mm:ss] Czas jazdy (rzeczywisty): 15:26:00 [hh:mm:ss] -------------------------------------------------------------------------klimatyzacja: 14,4[kW] (24kW *60%) wspomaganie: 1,32[kW] (2,2kW *60%) kompresor: 1,6[kW] (4kW *40%) chłodzenie: 0,78[kW] (1,2kW *65%) instalacja 24V: 6,3[kW] (9kW *70%) 111 Koncepcja wprowadzenia do eksploatacji autobusów elektrycznych w lubelskiej komunikacji miejskiej CZĘŚĆ 3 ANALIZA EKONOMICZNA Niniejsze opracowanie powstało w ramach projektu „Wsparcie POPT dla ZIT w Lubelskim Obszarze Funkcjonalnym” finansowanego z Programu Operacyjnego Pomoc Techniczna 2007-2013r na wsparcie podmiotów realizujących Zintegrowane Inwestycje Terytorialne. Poznań 2014 Spis treści 1. Wprowadzenie ................................................................................................................................. 3 2. Koszt zakupu taboru ........................................................................................................................ 3 3. Koszty eksploatacji.......................................................................................................................... 5 4. Koszty infrastruktury ....................................................................................................................... 7 5. Symulacja kosztów dla linii 31 oraz dla linii 44 ............................................................................. 7 2 1. Wprowadzenie Do przeprowadzenia analizy ekonomicznej rozwiązania należy wziąć pod uwagę trzy główne składowe kosztów: koszty zakupu taboru, koszty eksploatacji taboru, koszty infrastruktury. Analiza taka może być zasadna, w przypadku wyboru konkretnego rozwiązania. Dokładne dane nie są publicznie dostępne. Dlatego rozważania ujęte w niniejszej części pracy mają charakter poglądowy i realnie mogą się znacznie różnić. 2. Koszt zakupu taboru Producenci autobusów komunikacji miejskiej nie podają cen do wiadomości publicznej. Jedynym sposobem oszacowania kosztów zakupu są więc wyniki publicznych przetargów na terenie Polski. W niniejszej pracy przyjęto 9 przetargów z ostatnich lat. Brano pod uwagę tylko zwycięskie oferty, co powoduje uzyskanie możliwie najrzetelniejszych kalkulacji. W tabelach 3.1, 3.2 i 3.3 zestawiono przykładowe wartości przetargowe do poszczególnych typów autobusów. Analiza została przeprowadzona dla trzech klas autobusu – MIDI, MAXI i MEGA – zgodnie z ogólnie przyjętą klasyfikacją autobusów miejskich ze względu na długość. Jako klasę MIDI rozumie się autobus miejski o długości zawierającej się w przedziale od 9 do 11,5 metra. Klasa MAXI to pojazdy o długości całkowitej od 11 do 15 metrów, przy czym zdecydowana większość autobusów w tej klasie mierzy 12 metrów. Autobusy klasy MEGA charakteryzują się długością w przedziale od 15 do 24 metrów. W zestawieniach przedstawiono dwa typy napędów: jako ZS oznaczono autobusy wyposażone w silnik o zapłonie samoczynnym, skrót EV (ang. Electric Vechicle) oznacza autobus elektryczny. Tab. 3.1. Zestawienie dla autobusów klasy MIDI Lp. Miasto Typ napędu Ilość zamawiające autobusu zamówionych sztuk Inowrocław ZS 1 1. Ciechanów ZS 1 2. Ostrołęka EV 2 3. Szacunkowa cena 1 szt autobusu netto ok. 670 tys. zł ok. 520 tys. zł ok. 1,6 mln zł Rok ogłoszenia przetargu 2013 2014 2014 3 Tab. 3.2. Zestawienie dla autobusów klasy MAXI Lp. Miasto zamawiające Typ napędu autobusu 1. Toruń ZS 2. Starachowice ZS 3. Częstochowa ZS 4. Jaworzno EV 5. Warszawa EV Wartość Szacunkow Ilość Wartość przetargu a cena 1 szt sztuk w przetargu brutto autobusu przetargu netto netto 7,86 mln 6,38 mln ok. 1,06 mln 6 zł zł zł 8,97 mln 7,29 mln ok. 729 tys. 10 zł zł zł 6,9 mln zł 5,64 mln ok. 805 tys. 7 zł zł 2,09 mln ok. 1,7 mln 1 1,7 mln zł zł 21,89mln 17,8 mln ok. 1,78 mln 10 zł zł zł Rok ogłoszenia przetargu 2013 2010 2014 2014 2014 Tab. 3.3. Zestawienie dla autobusów klasy MEGA Lp. Miasto zamawiające 1. Lublin Typ napędu autobusu ZS Ilość sztuk 27 Szacunkowa cena 1 szt autobusu brutto ok. 1,46 mln zł Szacunkowa cena 1 szt autobusu netto ok. 1,18 mln zł Rok ogłoszenia przetargu 2011 Z powyższych danych można przyjąć średnie ceny autobusów miejskich w różnych konfiguracjach. Z uwagi na to, że dotychczas nie zakupiono w Polsce autobusu w pełni elektrycznego klasy MEGA, jego cenę oszacowano na podstawie proporcji i zależności pomiędzy cenami poszczególnych autobusów tej samej klasy, ale z różnymi napędami. I tak, dla klasy MIDI, pojazd wyposażony w silnik ZS to koszt około 600 tys. zł, autobus elektryczny – około 1,6 mln zł. Wynika z tego, że elektryczny jest o 2,6 razy droższy niż autobus z napędem konwencjonalnym. Dla klasy MAXI pojazd wyposażony w silnik ZS kosztuje około 865 tys. zł, a elektryczny około 1,74 mln zł – co daje różnicę o 2 razy. Założono zatem, że elektryczny autobus klasy MEGA powinien kosztować 2,3 razy więcej niż jednostka z napędem konwencjonalnym, co daje koszt rzędu 4,35 mln zł. Powyższą kalkulację przedstawiono zbiorczo w tabeli 3.4. Tab. 3.4. Zestawienie szacunkowych kosztów zakupu autobusu w zależności od typu napędu EV ZS MIDI 1,6 mln zł 600 tys. zł MAXI 1,74 mln zł 865 tys. zł MEGA 2,72 mln zł 1,18 mln zł 4 3. Koszty eksploatacji Poza kosztem zakupu należy wziąć pod uwagę koszty eksploatacji linii. Analizę tej kwestii oparto na podstawie badań w rzeczywistej eksploatacji. Badania takie, jako jedyne rzetelnie i dokładnie określają zużycie paliwa oraz emisję szkodliwych składników spalin podczas eksploatacji pojazdu, w szczególności autobusu miejskiego. Na podstawie badań przeprowadzonych zgodnie z metodyką SORT możliwe było określenie zużycia paliwa w rzeczywistych warunkach ruchu miejskiego. Doświadczenie badawcze ISSiT pozwoliło na określenie średniego zużycia paliwa dla poszczególnych autobusów w wartościach: pojazd klasy MIDI – ok. 34,4 dm3/100 km, pojazd klasy MAXI – ok. 43,9 dm3/100 km, pojazd klasy MEGA – ok. 55,4 dm3/100 km. Przeprowadzono również analizę poboru energii dla autobusu elektrycznego. Na podstawie danych zawartych w części 2 niniejszego opracowania oszacowano średnie zużycie energii na omawianych trasach. W tabeli 3.5 zestawiono średnie zużycie. Wyniki te są uśrednione pomiędzy wersją „oszczędną” – autobus z ok. 50% maksymalnej liczby pasażerów i klimatyzacją nastawioną na 20⁰C, a wersją „obciążoną” – wykorzystującą maksymalnie wszystkie dodatkowe urządzenia, przy pełnym obciążeniu przez pasażerów. Należy zaznaczyć, że przedstawione wyniki stanowią wersję poglądową. Tab. 3.5. Średnie zużycie energii elektrycznej na trasach będących przedmiotem opracowania Linia rodzaj autobus średnie zużycie energii 210 kWh/100 12 m 2,10 kWh/km km dni powszednie 354 kWh/100 18 m 3,54 kWh/km km 31 186 kWh/100 12 m 1,86 kWh/km km sobota 314 kWh/100 18 m 3,14 kWh/km km 149 kWh/100 12 m 1,49 kWh/km km 44 dni powszednie 257 kWh/100 18 m 2,57 kWh/km km Koszty energii oraz oleju napędowego zależą od bardzo wielu czynników, m.in. lokalizacji, wielkości zamówień, typu umowy z dostawcą. Dla szacunkowych obliczeń przyjęto, że koszt 1kWh to 0,50 zł, koszt 1 dm3 oleju napędowego wynosi zaś 4,50 zł. Na rysunku 3.1 przedstawiono symulację kosztu przejechania 100 km autobusami 12 i 18 metrowymi w zależności od rodzaju napędu. 5 koszt przejechania 100 km [zł] 300 EV ZS 250 200 150 100 50 0 autobus 12m autobus 18m Rys. 3.1. Symulacja kosztu przejechania 100 km autobusami 12 i 18 metrowymi w zależności od rodzaju napędu Koszt obliczony powyżej nie może być traktowany jako realny koszt przejechania kilometra trasy przez autobus. Aby mieć realny pogląd należałoby porównać tak zwany wozokilometr. Jest to stosowana zwyczajowo w transporcie kołowym jednostka miary długości drogi wykonanej przez środki transportu w określonym czasie, odpowiadająca kilometrowi. Jednostka ta wykorzystywana jest w działaniach statystycznych (w tym w zestawieniach danych eksploatacyjnych rozkładów jazdy w transporcie pasażerskim, często z dodatkowym podziałem: na typy taboru, jednostki terytorialne), ekonomicznych, a także dla potrzeb planowania, gospodarki materiałowej, itp.; niekiedy jako punkt odniesienia dla innych wyliczeń dotyczących przewozu osób i towarów, zwłaszcza kosztowych, bądź składowa ich algorytmów. Wyróżnia się następujące rodzaje wozokilometrów: handlowe, dojazdowe oraz techniczne. Przewoźnicy dla własnych potrzeb rozliczeń kształtują również inne podziały wozokilometrów, definiując je np.: jako planowane, wykonane, stosując przy tym tzw. wskaźnik realizacji, będący procentowym stosunkiem wozokilometrów faktycznie zrealizowanych do zleconych (planowanych do realizacji). Zakładając jednak, że porównywane autobusy operować będą w tym samym przedsiębiorstwie komunikacyjnym do porównania parametrów użytkowych wskaźników eksploatacyjnych można pominąć koszty stałe i zysk przedsiębiorstwa, a skupić się wyłącznie na wielkości zależnej od zastosowanego układu napędowego – czyli przebiegowym zużyciu paliwa bądź energii elektrycznej. 6 4. Koszty infrastruktury Trzecim ważnym elementem analizy ekonomicznej jest koszt infrastruktury. W zależności od wybranego wariantu koszty te również mogą się znacznie różnić. Politechnika Poznańska wystąpiła z zapytaniem ofertowym do producentów stacji ładowania autobusów elektrycznych. W odpowiedzi uzyskała dane z firmy EKOENERGETYKA sp. z o.o. z siedzibą w Zielonej Górze. Kalkulacja cenowa producenta przedstawiona została w tabeli 3.6. Tab. 3.6. Kalkulacja cenowa producenta stacji ładowania EKOENERGETYKA Cena netto Ilość na 1 szt. Wartość [PLN] Uwagi [szt.] [PLN] Stacja ładowania prądu stałego DC-M 32kW Stacja ładowania DC-M jest stacją mobilną na kołach, przystosowana jest do ładowania za pomocą złącza plug-in 85 000 85 000 1 typu Combo2 Stacja ładowania prądu stałego DC-F 90kW Stacja ładowania DC-F jest stacją stacjonarną, przystosowana jest do ładowania za pomocą złącza plug-in 210 000 210 000 1 typu Combo2 Stacja ładowania prądu stałego CC-M 200kW Stacje ładowania CC-M, CC-F są stacjami stacjonarnymi, przystosowane 340 000 340 000 1 są do ładowania za pomocą Stacja ładowania prądu stałego CC-F 400kW automatycznego systemu szybkiego ładowania wyprodukowanego przez 520 000 520 000 1 firmę Schunk GmbH W analizie nie brano pod uwagę kosztów infrastruktury związanych z utworzeniem nowych linii trolejbusowych. Politechnika Poznańska wystosowała jednak zapytanie ofertowe do poznańskiego dostawcy energii elektrycznej – firmy ENEA S.A. odnośnie kosztów takiej trakcji. Przedsiębiorstwo wskazało, że koszt utworzenia 1 kilometra nowej sieci trakcyjnej dla trolejbusu to kwota rzędu 1 000 000 zł. 5. Symulacja kosztów dla linii 31 oraz dla linii 44 Jeśli chodzi o porównanie autobusu elektrycznego i trolejbusu w różnych wariantach zasilania/akumulatorów dokonano analizy przejazdu linią nr 31 autobusem o długości 18 m. Wyniki zestawiono odpowiednio w tabeli 3.7 i 3.8. 7 Tab. 3.7. Analiza trasy linii 31 dla różnych rozwiązań autobusu elektrycznego Autobus 18 metrowy – symulacja uwzględniająca rzeczywisty przebieg trasy i punkty postoju Bateria 200kWh 120kWh 240kWh Technologia LFP LTO LFP Ładowarki przystanek 2x200kW 1x400kW 1x 240kW Ładowarka zajezdna 32kW Poziom naładowania baterii na linii 31 Miejsca ładowania Ilość ładowań Zużycie energii Ilość zużytej energii Przejechany dzienny dystans Średni czas pojedynczego ładowania Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy Czas postoju po zjechaniu do zajezdni Czas jazdy Akcesoria GRANITOWA - os. Poręba WĘGLARZA-Węglarza 11 WĘGLARZA-Węglarza 6 3,45 kWh/km 525,6 kWh 152 172 m WĘGLARZA-Węglarza 6 00:13:12 hh:mm:ss 00:12:34 hh:mm:ss 00:16:10 hh:mm:ss 02:47:00 hh:mm:ss 02:16:00 hh:mm:ss 05:30:00 hh:mm:ss 11:30:00 hh:mm:ss 12:30:00 hh:mm:ss 24,4 kW 8 Tab. 3.8 Analiza trasy linii 31 dla różnych rozwiązań trolejbusu Trolejbus 18 metrowy – symulacja uwzględniająca rzeczywisty przebieg trasy i punkty postoju Bateria 240 kWh 160 kWh Technologia Długość trasy pod siecią trolejbusową Ładowanie – sieć trolejbusowa na linii Ładowanie sieć trolejbusowa zajezdnia Miejsca ładowania Poziom naładowania baterii na linii 31 Zużycie energii Ilość zużytej energii Przejechany dzienny dystans Czas postoju po zjechaniu do zajezdni Czas jazdy Akcesoria LFP LFP 3,752 km/3,998 km 100 kW 130 kW 32 kW Trolejbus podłączony do trakcji 3,41 kWh/km 518,8 kWh 152 172 m 11:30:00 hh:mm:ss 12:30:00 hh:mm:ss 24,4 kW 9 Z danych przedstawionych w tabelach 3.7 i 3.8 zauważyć można, że w przypadku trolejbusów zaczynają pojawiać się problemy. W czasie kiedy trolejbus jest podłączony do trakcji (3,752 km w jednym kierunki linii i 3,998 km w drugim) energia zużywana jest na cele trakcyjne, zasilanie akcesoriów i dodatkowo potrzebujemy jeszcze ciągłego ładowania 100 kW baterii trakcyjnych. Oscylujemy więc przy maksymalnej wartości wytrzymałości prądowej układu pantografowego na co trzeba zwrócić szczególną uwagę. W przypadku ładowania 100 kW nie jesteśmy w stanie dostarczyć tyle energii do akumulatorów podczas pojedynczego podłączenia trolejbusu do linii. Niemożliwe jest zastosowanie akumulatora trakcyjnego o małej pojemności. Musimy użyć baterii o dużej pojemności i tak zwanej wersji schodkowej to oznacza, że uzupełniamy jedynie w części zużytą na jazdę autonomiczną energię w bateriach. Pomimo takiego zabiegu akumulator o maksymalnej pojemności zapewniającej możliwość przewiezienia odpowiedniej liczby pasażerów nie spełni warunku, który mówi, że pod koniec życia baterii (80% jej bazowej pojemności) jesteśmy w stanie pokonać jeszcze trasę. Aby tego dokonać musimy zwiększyć moc ładowania akumulatorów trakcyjnych podczas gdy trolejbus jest podłączony do linii. Zwiększając moc ładowania do 130 kW możemy zmniejszyć zainstalowaną w trolejbusie baterię nawet poniżej 160 kWh. W przypadku linii 44 dokonano podobnej analizy, również dla rozwiązania 18 metrowego autobusu elektrycznego i trolejbusu. Wyniki zestawiono w tabelach 9-11. Symulacja dla linii 44 uwzględniająca rzeczywisty przebieg trasy i punkty postoju pokazuje, że ta linia jest trudniejsza dla autobusu elektrycznego niż dla trolejbusu. Trolejbus w tym przypadku pokonuje dwukrotnie dłuższy dystans podłączony do sieci trakcyjnej niż w przypadku linii 31, a pojedynczy przejazd (cykl) jest dłuższy o niecałe 30%. Wydłużenie czasu, w którym pojazd podłączony jest do trakcji pozwala więc na wydłużenie czasu ładowania baterii, a więc jesteśmy w stanie uzupełnić w pełni zużytą na dany cykl jazdy autonomicznej energię w akumulatorach co skutkuje możliwością zamontowania akumulatora o małej pojemności. 10 Tab. 3.9 Analiza trasy linii 44 dla różnych rozwiązań autobusu elektrycznego opartego o akumulatory LFP Autobus 18 metrowy – symulacja uwzględniająca rzeczywisty przebieg trasy i punkty postoju Bateria 200 kWh 240 kWh Technologia LFP LFP Ładowarki przystanek 2x200 kW 1x240 kW Ładowarka zajezdna 32 kW Poziom naładowania baterii na linii 44 Miejsca ładowania Ilość ładowań Zużycie energii Ilość zużytej energii Przejechany dzienny dystans Średni czas pojedynczego ładowania Czas postoju po zjechaniu do zajezdni Czas jazdy Akcesoria WOJCIECHOWSKA Lipniak CHOINY· Paderewskiego 15 2,83 kWh/km 699,5 kWh 246 852 m 00:13:54 hh:mm:ss CHOINY· Paderewskiego 7 00:18:17 hh:mm:ss 06:24:00 hh:mm:ss 17:36:00 hh:mm:ss 24,4 kW 11 Tab. 3.10 Analiza trasy linii 44 dla różnych rozwiązań autobusu elektrycznego opartego o akumulatory LTO Autobus 18 metrowy – symulacja uwzględniająca rzeczywisty przebieg trasy i punkty postoju Bateria 120 kWh 120 kWh Technologia LTO LTO Ładowarki przystanek 2x400 kW 1x400 kW Ładowarka zajezdna 32 kW Poziom naładowania baterii na linii 44 Miejsca ładowania Ilość ładowań Zużycie energii Ilość zużytej energii Przejechany dzienny dystans Średni czas pojedynczego ładowania Czas postoju po zjechaniu do zajezdni Czas jazdy Akcesoria WOJCIECHOWSKA Lipniak CHOINY· Paderewskiego 15 2,83 kWh/km 699,5 kWh 246 852 m 00:07:10 hh:mm:ss CHOINY· Paderewskiego 7 03:40:00 hh:mm:ss 06:24:00 hh:mm:ss 17:36:00 hh:mm:ss 24,4 kW 12 Tab. 3.11 Analiza trasy linii 44 dla różnych rozwiązań trolejbusu Trolejbus 18 metrowy – symulacja uwzględniająca rzeczywisty przebieg trasy i punkty postoju Bateria 240 kWh 160 kWh Technologia LFP LFP Długość trasy pod siecią 7,448/7,451 trolejbusową Ładowanie sieć trolejbusowa 100 kW 130 kW na linii Ładowanie sieć trolejbusowa 32 kW zajezdnia Miejsca ładowania Trolejbus podłączony do trakcji Poziom naładowania baterii na linii 44 Zużycie energii Ilość zużytej energii Przejechany dzienny dystans Czas potrzebny na naładowanie po zjechaniu z trasy Czas postoju po zjechaniu do zajezdni Czas jazdy Akcesoria 2,8 kWh/km 691,6 kWh 246 852 m 01:50:00 hh:mm:ss 01:16:00 hh:mm:ss 06:24:00 hh:mm:ss 17:36:00 hh:mm:ss 24,4 kW 13 14
