Strateškim aktom Europske unije “Europski zeleni plan” jasno je određen smjer održivog transporta koji se oslanja na elektromobilnost pa se do 2030. godine može očekivati kako će trećina voznog parka EU koristiti električnu energiju za pogon. Iz navedenog proizlazi kako bi u skorijoj budućnosti i javni gradski prijevoz trebao biti elektrificiran te bi, kao takav, trebao biti uklopljen u širi kontekst elektromobilnosti i pametnih elektroenergetskih mreža kao i pametne prometne infrastrukture. U tom je kontekstu profesor Joško Deur s timom istraživača sa zagrebačkog Fakulteta strojarstva i brodogradnje izradio Prometno-energetske analize na podlogama KD Autotrolej, koje su nastale u sklopu aktivnosti Hrvatskog Telekoma unutar podprojekta Surinmo projekta Centar kompetencija za pametne gradove. Kako se izrađena dokumentacija odnosi na analize vezane uz planiranje elektrifikacije gradskog autobusnog prijevoza grada Rijeke, stvorene su podloge za energetsku tranziciju operatora javnog gradskog prijevoza te cjelovitog urbanog prometa Grada Rijeke.
Elektrifikacija javnog gradskog autobusnog prijevoza
Elektrifikacija javnog gradskog autobusnog prijevoza ima snažan utjecaj na smanjenje zagađenja i emisija stakleničkih plinova (posebice, poboljšanje kvalitete gradskog zraka) i onečišćenja bukom što se posebice odnosi na gusto naseljene i prometne urbane sredine kao što je Rijeka. Također, ona vodi prema povećanju udobnosti vožnje, kako u mehaničkom smislu (manja buka, vibracije, trzaji), tako i u termalnom smislu (mogućnost predhlađivanja/predgrijavanja vozila ljeti/zimi). Sve ovo, pored značajnog povećanja energetske učinkovitosti, dovodi i do povećanja zadovoljstva putnika.
Projekt kojim se bavio profesor Deur s timom istraživača se odnosio na provedbu prometno-energetskih analiza usmjerenih prema elektrifikaciji gradskog autobusnog prijevoza, gdje se putem virtualnih računalnih simulacija i primjenom realnih (snimljenih) prometnih podataka te validiranih računalnih simulacija električnih autobusa birala optimalna konfiguracija elektrificiranog transporta, uključujući sustav punjenja. Provedena je analiza postojećeg prometnog sustava u smislu voznog parka, voznog reda, ruta i slično, pri čemu se naglasak dao na definiranje prikladnih korisničkih slučajeva u smislu elektrifikacije. Analizirane su karakteristike prometnog sustava gradskog autobusnog prijevoza Autotrolej, relevantne za planiranje elektrifikacije sustava, poput vremena mirovanja autobusa na pojedinim krajnjim stanicama, prijeđene dnevne udaljenosti autobusa za razne rute, broja autobusa koji simultano miruje na krajnjim stanicama i slično, a kako bi se preliminarno odredio potencijal za ugradnju brzih punjača na krajnjim stanicama, izabrale prikladne krajnje stanice i odredio potreban broj punjača. Nadalje, identificirani setovi podataka uključuju detaljne tehničke podatke o vozilima, uključujući potrošnju goriva postojećih Dieselovih/CNG vozila, te meteorološke podatke, poput temperature zraka i sunčevog zračenja kojima se zasebno modelira sustav grijanja, ventilacije i klimatizacije kao značajan potrošač energije e-autobusa, ali i podaci o različitim investicijskim i eksploatacijskim troškovima flote autobusa i pripadne infrastrukture. Nakon preliminarne analize, provedena je detaljna numerička analiza koja se zasniva na virtualnim simulacijama modela e-autobusa preko voznih ciklusa generiranih iz podataka GPS praćenja postojeće flote gradskih autobusa, kao i tehničko-ekonomska analiza koja se zasniva na financijskom modelu flote kroz pretpostavljeni životni vijek od 12 godina.
| Postoji fundamentalna razlika između troškova električnih i konvencionalnih (Diesel, CNG) autobusa. Na primjer, konvencionalni autobusi imaju inicijalno nižu nabavnu cijenu ali skuplje održavanje i posebice veće troškove energije (gorivo), dok e-autobusi imaju inicijalno veću nabavnu cijenu (uključujući infrastrukturu punjenja) ali zahtijevaju znatno manje redovnog održavanja te posjeduju izuzetno učinkovit i trajan električni pogon koji rezultira značajnom uštedom energije, a shodno tome i nižim troškovima energije (posebice u slučaju noćnog punjenja kojim se ostvaruje dodatni benefit zbog niže cijene električne energije) te potencijalno dužim životnim vijekom. |
Hibridni (HEV), utični hibridni (PHEV) ili potpuno električni (BEV) e-autobus?
Glavni cilj provođenja tehničko-ekonomske analize bilo je ispitivanje troškovne konkurentnosti elektrificiranog gradskog autobusnog prijevoza, kao i potencijalne uštede energije za svaki tip e-autobusa: hibridni (HEV), utični hibridni (PHEV) ili potpuno električni (BEV), u usporedbi s trenutno korištenom flotom koju čine Diesel i CNG autobusi. Kao baza za modeliranje uzeta je Volvo 7900 serija električnih gradskih autobusa, koja je na tržištu nudi i uključuje sve tri vrste e-autobusa (HEV, PHEV, BEV) u 12m (solo) i 18m (zglobnoj) inačici. Iako potpuno električna vozila poznata i kao baterijska električna vozila (BEV) predstavljaju krajnji cilj za ostvarenje budućeg čišćeg i energetski učinkovitog prometnog sustava, hibridna (HEV) i utična hibridna električna vozila (PHEV) prepoznata su kao dobro prijelazno rješenje, koje zaobilazi trenutne probleme vezane uz primjenu BEV poput visoke cijene baterije, dugog vremena punjenja te ograničenog dometa vozila.
Međutim, ustanovljeno je kako se problemi u vezi s dometom vožnje i punjenjem mogu učinkovito prevladati čak i kod BEV varijanti autobusa slijedeći dva osnovna principa:
- autobusi su opremljeni dovoljno velikim baterijama da izdrže cijeli dan rada, te se učinkovito pune korištenjem sporog punjenja u garaži (dominantno preko noći), pri čemu je zbog značajnog prometnog opterećenja danog sustava za kritične linije potrebno uključiti po jedan dodatan električni autobus uz odgovarajuće promjene voznog reda radi dnevne dopune
- veličina baterije je minimizirana te se primjenjuje (super)brzo punjenje za dnevnu dopunu na krajnjim autobusnim stanicama. Naime, rezultati makrosimulacijskih analiza su pokazali da tipično prosječno vrijeme mirovanja na krajnjim stanicama iznosi 12 min, što znači da bi se s 300 kW brzim punjačem moglo dopuniti 60 kWh energije u bateriju e-autobusa, što je obilato za sljedeće putovanje na ruti do povratka na krajnju stanicu za novu dopunu.
Iako se elektrifikacijom gradskog autobusnog prijevoza dugoročno postiže značajna ušteda u troškovima energije, ona uključuje dodatan zahtjev za izgradnjom infrastrukture za punjenje e-autobusa, koji povećava investicijske troškove čitavog sustava. Naime, elektrificirani gradski autobusni prijevoz zahtjeva ne samo postavljanje brzih punjača već i postavljanje odgovarajućih trafostanica (na krajnje stanice ili u garaži) te eventualno ojačavanje postojeće elektroenergetske mreže. No, u oba slučaja (instalacija punionica na krajnjim stanicama ili u garaži) angažiranu snagu se može iskoristiti za širu potporu e-mobilnosti, primjerice kroz realizaciju e-čvorišta (e-huba) formiranog oko punionice autobusa. Naime, izvođenjem lokacija za punjenje u obliku e-huba povećava se stupanj iskorištenja punionica na način da se ostala privatna ili javna vozila pune s istog mrežnog priključka u intervalima kada se ne pune autobusi, pri čemu se prioritet daje na punjenje autobusa. Time se omogućuje amortizacija investicijskih (infrastrukturnih) troškova investitora kroz naplatu usluge punjenja/parkiranja krajnjem korisniku.
Sustav elektrificiranog gradskog autobusnog prijevoza karakterizira visoka razina povezanosti zbog visoke razine digitalizacije samog e-autobusa. Time se stvara mogućnost integracije pametnih raskrižja na rute javnog prijevoza kojima se omogućuje protočnost prometa tj. smanjuje vrijeme prijevoza putnika u javnom prijevozu. Pametna raskrižja pogoduju što bržem i lakšem kretanju e-autobusa kroz grad, dajući im prioritet prolaza nad ostalim vozilima, što rezultira boljom protočnosti prometa i s tim povezanim uštedama u vremenu putovanja i energiji, te smanjenju kašnjenja pri obavljanju redovnih voznih misija. Nadalje, autobusi dobivaju informaciju o planiranom stanju semafora i prilagođavaju mu se u eko-načinu vožnje (npr. smanjenje brzine, ali bez stajanja s izraženim deceleracijama i akceleracijama) – ovo, također, doprinosi uštedama energije ali isto tako i povećanju udobnosti vožnje.
