Trolejbusy górą, czyli przyszłość komunikacji miejskiej

BYD Electric Bus w trakcie jazdy testowej w Nowym Jorku.
BYD Electric Bus w trakcie jazdy testowej w Nowym Jorku. Fot. mtaphotos https://goo.gl/BpGYrt CC BY 2.0
Pojazdy elektryczne cieszą cię coraz większym zainteresowaniem. Producenci wypuszczają na rynek kolejne, innowacyjne modele. Właściciele samochodów kalkulują, czy zmiana napędu klasycznego na elektryczny może być opłacalna. Podobne rozterki dotyczą nie tylko indywidualnych użytkowników, ale też włodarzy miast. Postęp technologiczny zmusza do refleksji nad przyszłością komunikacji zbiorowej.

Elektryczna komunikacja


Pomysły na elektryczne pojazdy nabierają rozpędu, a coraz szersze grono producentów zaczyna udostępniać swoje patenty (np. Tesla czy Toyota). Ze względu na duże zatłoczenie miast coraz większą rolę zaczyna tu odgrywać transport publiczny. Połączenie idei pojazdów elektrycznych i transportu publicznego daje możliwość rozwiązania kilku problemów. Przełoży się ono na mniejszą emisję spalin czyli czystsze powietrze. Zyski mogą uzasadnić wyższe koszty zakupu oraz infrastruktury. Coraz częściej miejscy przewoźnicy analizują bądź już wdrażają rozwiązania autobusów elektrycznych.

Zastosowanie silników elektrycznych jest idealnym rozwiązaniem dla transportu drogowego. Nie jest też niczym zupełnie nowym. W kilku polskich miastach wciąż z powodzeniem jeżdżą przecież trolejbusy. Kto miał okazję nimi podróżować na pewno odczuł różnicę. Jest ciszej, a przy ruszaniu z przystanku pasażerowie nie są częstowani świeżą porcją cząstek stałych. Charakterystyka silników elektrycznych pozwala na eliminację skrzyni biegów, co znacząco upraszcza konstrukcję układu napędowego. Dodatkową zaletą jest teoretycznie mniejsza awaryjność, gdyż konstrukcja silnika elektrycznego dużo prostsza niż najnowszych jednostek spalinowych. Niestety jest również druga strona medalu. Odnosząc się do popularnego powiedzenia, że „układ elektryczny podłączony do zasilania działa lepiej” dochodzimy do kwestii dostarczenia do układu napędowego energii elektrycznej. Trolejbusy potrzebują skomplikowanej infrastruktury, do której mogą podpiąć swoje „szelki”. To upodabnia je do tramwajów. W efekcie mają ograniczone pole manewru, a w sytuacji awarii czy przerwy w zasilaniu mogą utknąć na środku skrzyżowania. Czy da się to rozwiązać inaczej?

Gdzie jest gniazdko?

Stałe zasilanie energią elektryczną środków transportu drogowego to największe wyzwanie. Jedyną alternatywą są akumulatory, czy zyskujące na popularności superkondensatory. Te drugie są stosunkowo nową konstrukcją, która charakteryzuje się dużo większą pojemnością oraz krótkim czasem ładowania. Dotychczas największym problemem była zbyt mała ilość zgromadzonej energii. Opracowanie w 2013 roku technologii produkcji grafenu w postaci żelu, pozwoliło na stworzenie prototypu superkondensatora o pojemności elektrycznej zbliżonej do akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Przy odpowiednio niskich kosztach produkcji może to poprowadzić do przełomu w zakresie źródeł przenośnych energii.

Niestety nadal pozostaje kwestia konieczności częstego ładowania akumulatorów. Może więc warto zdecydować się w pierwszej kolejności na rozwiązanie przejściowe – połączenie silnika elektrycznego ze spalinowym (napęd hybrydowy). W takim układzie silnik spalinowy może albo doładowywać akumulatory, albo być dodatkową jednostką napędową w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na moc. W nowym podejściu silnik spalinowy jest zastąpiony wodorowymi ogniwami paliwowymi. Energia elektryczna w ogniwach powstaje w wyniku połączenia (reakcji chemicznej) tankowanego do pojazdu wodoru i pochodzącego z otoczenia tlenu. Wodór czerpany jest ze źródeł naturalnych. W sprężonej postaci można go stosunkowo łatwo przechowywać, a samo tankowanie zajmuje zaledwie kilka minut.

Ładowanie przy okazji

Pantograf, czyli konstrukcja znana od lat i sprawdzona w przypadku transportu szynowego, może się sprawdzić równie dobrze przy transporcie kołowym. Wiele traktów szynowych w miastach jest przystosowana jako „buspasy”, co pozwala autobusom na omijanie korków w godzinach szczytu. Podczas przejazdu taką zelektryfikowaną trasą sterownik wewnątrz autobusu elektrycznego może skierować energię bezpośrednio na doładowanie akumulatorów, bądź w przypadku ich małego rozładowania przejść na bezpośredni napęd elektryczny. Zaletą takiego rozwiązania jest gotowość infrastruktury do przekazania energii praktycznie bez jakiejkolwiek rozbudowy.

W miejscach, gdzie dostęp do takich rozwiązań jest utrudniony lub wręcz niemożliwy, pozostają jeszcze dwa rozwiązania. Jednym z nich jest „konwencjonalne” podłączenie do gniazdka. Producenci deklarują możliwość naładowania akumulatorów do 50% ich pojemności w ciągu 30 minut.

Zdecydowanie najdroższym i czasochłonnym wariantem jest ładowanie indukcyjne. Metoda indukcyjna została przyjęta przez producentów ze względu na jej zaawansowanie przy bezprzewodowym przesyłaniu energii elektrycznej. Możliwe jest wyposażenie zatok autobusowych w systemy ładowania indukcyjnego, lecz efektywność ładowania akumulatorów w ten sposób jest przy krótkich postojach znikoma. Pozostaje możliwość doładowywania na pętlach, bądź połączenia idei buspasów oraz stacji ładowania. To już jednak zdecydowanie zwiększa niezbędne nakłady inwestycyjne. Odpowiednia modernizacja np. skrajnie prawego pasa jezdni daje możliwość położenia szyny indukcyjnej, która zasilałaby każdy pojazd znajdujący się bezpośrednio nad nią. Pozwoliłoby to nie tylko na dopuszczenie na nim do ruchu autobusów, lecz także odpowiednio przystosowanych samochodów elektrycznych. Pozostaje tylko problem rozliczenia poszczególnych pojazdów za pobraną energię elektryczną.

Niemcy już testują. Polacy też

Jednym z pionierów testów komunikacji zbiorowej o napędzie elektrycznym jest Hamburg. Miasto postawiło sobie za cel, aby do 2020 roku zaprzestać całkowicie zakupu autobusów zasilanych silnikami spalinowymi. W grudniu 2014 roku utworzono nową linię autobusową o numerze 109, która biegnie przez ścisłe centrum. Cała trasa o długości 9,3 kilometra liczy 23 przystanki, a przeciętne obłożenie dzienne planowane jest na 15 tysięcy pasażerów. Taka trasa powinna się sprawdzić do testów nowego taboru, szczególnie wrażliwego na korki w godzinach szczytu. Do testów zostały wykorzystane 4 modele autobusów. Pierwszym z nich jest Volvo 7900 Electric Hybrid. Napęd na baterii umożliwia przejazd 7 km, po czym automatycznie jest on przełączany na konwencjonalny silnik diesla. Autobus został dodatkowo wyposażony w pantograf umożliwiający doładowanie akumulatorów litowo-jonowych na pętli w ciągu 6 minut. Drugą wykorzystywaną maszyną będzie Mercedes Citaro FuellCELL-Hybrid. Jest to jednostka wykorzystująca ogniwa paliwowe o mocy 120 kW, sprzężone z silnikiem elektrycznym o mocy 160 kW. Zasięg pojazdu bez ładowania wynosi około 250 km, przy czym minusem wobec poprzednika jest brak „awaryjnego” silnika konwencjonalnego w sytuacji braku energii. Wisienką na torcie jest autobus polskiej produkcji Solaris Urbino 18.75 electric. Dwie jednostki zostały zbudowane specjalnie na potrzeby pilotażu w Hamburgu i są wyposażone w baterie o pojemności 120 kWh, które stanowią zasadnicze źródło energii dla silników elektrycznych. Ładowanie tego modelu odbywa się poprzez wodorowe ogniwa paliwowe o mocy 101 kW, które doładowują zespół akumulatorów podczas jazdy. Takie rozwiązanie pozwala na przejechanie ponad 300 km bez konieczności doładowywania zewnętrznego.

Niemcy często dają się poznać jako społeczeństwo, kładące szczególny nacisk na ekologię oraz nowe technologie i nie inaczej jest w tym przypadku. Elektryczne pojazdy komunikacji miejskiej są już zamawiane i wykorzystywane w kilku miastach tego kraju m. in. wspomnianym Hamburgu, Berlinie, Hanowerze czy Dusseldorfie. Jeżeli testy w aglomeracjach miejskich wypadną pomyślnie, w ślad za Niemcami mogą pójść inne państwa, w tym Polska. Ważną kwestią jest tutaj zastosowanie nowego typu hybrydy, czyli wspomnianego silnika elektrycznego wraz z doładowującym układem ogniw paliwowych. Eliminuje to dodatkową konieczność stosowania silników spalinowych, które w przypadku miast mają wpływ na ilość emitowanych do powietrza gazów cieplarnianych. W Polsce rozpoczęte zostały działania związane z testowaniem warunków eksploatacji autobusów elektrycznych. W Warszawie testowane są autobusy elektryczne Chińskiej firmy BYD (Build Your Dreams), których deklarowany zasięg wynosi 250 km. Są to pojazdy ładowane klasycznie poprzez stacje ładowania znajdujące się w 4 punktach Warszawy. W przeciwieństwie do rozwiązań hamburskich, tutaj mamy do czynienia z autobusem zasilanym akumulatorowo, a czas jego ładowania wynosi od 6 do 8 godzin.

Autobus przetrze szlak

Transport kołowy znajduje się dziś w przededniu elektrycznej rewolucji. Dziś jest to wciąż rozwiązanie kosztowne i dla osób prywatnych praktycznie poza zasięgiem finansowym. Stopniowa realizacja takich działań w sektorze transportu publicznego daje nadzieję na spadek cen, a co za tym popularyzację także elektrycznych samochodów osobowych. Niewykluczone, że za jakiś czas centra miast staną się ostoją ciszy i świeżego powietrza.
Trwa ładowanie komentarzy...