Берлин: на что заменять дизель?

6 ноября 2018 г.

Эта статья — первая часть главы 3.7 Плана по развитию общественного транспорта Берлина, посвящённой замене дизельных автобусов на электротранспорт. В некоторых местах перевод приведён без сокращений.

Картинки по запросу berlin diesel transport

На сегодняшний день автопарк Берлина задействует порядка 1500 автобусов. Автопарк Берлинской транспортной компании почти полностью состоит из машин с дизельными двигателями, которые становятся причиной выбросов, оказывающих вредное воздействие на местный климат и здоровье человека, а также являются частью проблемы шумового излучения, создаваемого общественным транспортом. Более того, к настоящему моменту только четыре автобуса оснащены электрическим двигателем.

Рельсовые транспортные средства (трамваи, поезда метро и электрички) уже используют преимущества электрических источников питания. Прежние автобусы частично заменяются новыми трамвайными линиями. Но, кроме того, они должны содействовать крайне важной задаче улучшения климатических условий и здоровья граждан. Вследствие этого необходимо заменить в автобусах дизельные двигатели на экологические источники питания.

В соответствии с реализацией Плана по городскому транспорту и с учётом строительства новых трамвайных линий автопарк подвергнется дальнейшему расширению и к 2030 г. будет насчитывать порядка 1580 транспортных средств. Около ½ автопарка будут составлять сочленённые автобусы; соответственно, ещё по ¼ придётся на двухэтажные и обычные автобусы.


Увеличение производительной мощности трамвайных линий

Трамваи, приводимые в движение энергией из возобновляемых источников, являются альтернативой декарбонизации автобусного транспорта, особенно если таким образом удастся снизить нагрузку на автобусные маршруты с высоким трафиком.

Железнодорожные системы обладают характерными преимуществами относительно воздействия на окружающую среду в сравнении с автобусами на дизель-электрических двигателях. С учетом высокого КПД электромотора, значительно сниженного сопротивления качению между колесом и рельсом и повышенной пассажировместимости трамваи демонстрируют значительно лучшее энергосбережение и экологическое влияние.


Перспективная замена автобусных маршрутов на трамвайные до 2030 г. неосуществима по плановым, организационным и производственным основаниям. Для последовательного снижения вредных выбросов и увеличения КПД общественного транспорта необходим перевод автобусного транспорта на современные альтернативные источники энергии.

Целевые технологии для перевода автобусного транспорта на современные альтернативные источники энергии

В рамках разработки Плана по городскому транспорту прошли проверку различные концепты источников энергии для выяснения их соответствия целям декарбонизации и применимости в городских условиях. Итоги проверки следующие: только электрические двигатели показали эффективность, необходимую для выполнения перспективных экологических и экономических задач в условиях города Берлин. Таким образом, во время реализации Плана по городскому транспорту предусмотрен поэтапный масштабный перевод автобусного транспорта на электромобильную основу.

Картинки по запросу berlin diesel transport

Доступные целевые технологии

В настоящее время многоплановый рынок электробусов предлагает несколько альтернативных вариантов, имеющих различные критерии применимости в зависимости системных характеристик (см. Таблица 1) и готовых к повсеместному использованию в городах мира. Подтверждена базовая технологическая пригодность всех трех систем.

Исходя из конкретного проекта зарядной системы, батареи электробусов подзаряжаются: а) только в парке между периодами эксплуатации; б) во время простоя на конечных станциях; в) постепенно во время поездки на участках с воздушной контактной сетью.

Таблица 1: Проекты зарядных систем для обслуживания электробусов

Критерии

Зарядка в парке

Зарядка на конечной станции

Зарядка в пути

Возможность подзарядки

Только в парке

Ночью в парке, днем на конечных станциях (станции быстрой подзарядки)

Ночью в парке, днем во время поездки (контактная сеть)

Время подзарядки

Несколько часов

4-8 минут

Во время обслуживания пассажиров

Емкость батареи

~ 300–450 кВт/ч

~ 100–200 кВт/ч

~ 35–70 кВт/ч

Дальность пробега

Гарантированно 150–200 км. (12 м. стандартный автобус)

Не ограничена (зависит от доступности инфраструктуры и времени для подзарядки между поездками)

Не ограничена (зависит от доступности инфраструктуры)

Зарядные станции в парках

Зарядные станции в парках подходят к эксплуатации, поскольку не требуют особых вмешательств в общественные пространства, а также реализуют свой целевой технологический потенциал по причине удобства при эксплуатации и техобслуживании. С помощью зарядных станций в парках, учитывая существующие технические ограничения и запас дальности пробега с коэффициентом 1:1 для обычных дизельных автобусов (12 метров), длина пробега между сеансами подзарядки продолжительностью в несколько часов может составить ~150 км, теоретически при оптимальных условиях эксплуатации – до 250 км. Однако побочные потребители (отопление, кондиционер, система опускания пола) существенно ограничивают дальность пробега нынешних автобусов с дизель-электрическим приводом, особенно при температуре 5℃ и ниже. Для обеспечения вышеуказанной дальности пробега при низких температурах на данный момент транспортные средства следует оборудовать неэлектрическими системами обогрева, которые обычно работают на устаревшем топливе. Характерные особенности берлинского автобусного транспорта сегодня заключаются, с одной стороны, в наличии больших автобусов (двухэтажные и сочлененные машины), а с другой стороны – в высокой ежедневной норме пробега: от 300 до 400 км. Доля участия большого транспорта составляет до 20%. Соответственно, лишь небольшой процент оборота транспортных средств может получать электроэнергию от зарядных станций в парках. В случае если, несмотря на перечисленные трудности, полностью оборудовать парки зарядными станциями, то, по оценке Берлинских транспортных предприятий, возникнет дополнительный спрос в размере от 20 до 50% по сравнению с потребностями в дизельных автобусах. Исходя из общего состава автопарка, этому спросу соответствовал бы прирост автобусов в количестве от 300 до 750 единиц. Этот вариант представляется нереализуемым ни экономически, ни технически (потребность в дополнительном пространстве, водителях и т. д.)

Картинки по запросу berlin electrobus

Зарядные станции на конечных

Такие станции в экспериментальном порядке были запущены на маршруте 204, начиная с 2015 года; при возведении соответствующей инфраструктуры и осуществлении подзарядки между поездками в необходимых временных рамках они теоретически могут давать неограниченную дальность пробега. При регулярной подзарядке и, как следствие, возможности снизить энергоемкость батареи этот концепт применим также к сочлененным автобусам. Он может оказать неоспоримую техническую помощь и двухэтажным автобусам, при этом использование батарей соразмерной емкости, по текущим данным, сопряжено с заметными ограничениями пассажировместимости.

Необходимость дополнительного времени для подзарядки на конечных приведет к сверхплановому спросу (в размере от 10 до 20% по сравнению с автобусами на дизель-электрических двигателях) на транспорт и водителей. Кроме того, стационарная инфраструктура, особенно при размещении на конечных пунктах или между ними, значительно снизила бы оперативность движения по загруженным линиям. Увеличенная частота хода влечет за собой соразмерную корректировку числа доступных станций для зарядки электробусов на конечных.

Похожее изображение


Динамическая подзарядка

Технология динамической подзарядки (прямо во время поездки) от контактной сети, проложенной для троллейбусных маршрутов, позволит уменьшить минимальный размер батареи в 2-3 раза относительно используемых с зарядными станциями на конечных. Применение технологии, таким образом, оправданно для всех имеющихся в наличии транспортных средств и в любом радиусе действия. При зарядке батарей во время движения транспорта ныне существующие, оптимизированные в технико-экономических аспектах, производственные планы относительно дизельных автобусов могут быть по большей части оставлены без изменений.

Таким образом, не возникает чрезмерного дополнительного спроса на транспортные средства. С учётом повышенного (около 18 лет) срока эксплуатации транспортных средств и инфраструктуры для зарядки эта технология показывает большую экономическую эффективность, особенно на маршрутах с высокой частотой хода (10-минутный интервал или чаще) и направлениях, включающих в себя несколько маршрутов. Кроме того, используя технологию прямой подачи энергии, можно избежать существенных потерь при её трансформации. Следовательно, динамическая подзарядка показывает наиболее высокую энергоэффективность среди электробусов.

Использование подобных электробусов даёт такие преимущества, как сокращение расходов на установку контактной сети, а также предотвращение технических и экономических проблем, возникающих при проведении воздушных стрелок. Также это позволит полностью обойтись без контактной сети в парках. Контактная сеть может быть протянута на несколько километров, а максимальная длина участка с контактной сетью займёт примерно половину длины от всего маршрута. При условии стратегического распределения участков, где инфраструктура для зарядки будет доступна одновременно нескольким маршрутам, можно значительно сократить требуемый объём общей электросети. Это, в свою очередь, позволит добиться экономии средств, затрачиваемых на инфраструктуру для зарядки, а также сосредоточиться на других аспектах проектирования дорожных маршрутов, что, в конечном счете, может послужить серьёзным аргументом в пользу одобрения и принятия такого проекта системы электробусов.

Недостаток технологии динамической зарядки заключается в высокой стоимости инвестиций и длительном периоде подготовительных работ, необходимых для планирования и строительства контактной сети. Также с многочисленными трудностями сопряжена установка контактной сети в габаритах улиц.

Картинки по запросу berlin trolleybus


Выявление целевой технологии для Берлина

Полноценный переход общественного транспорта на альтернативные двигатели или двигатели без ископаемого топлива, который в настоящее время по закону о мобильности (MobG) планируется к 2030 году, принципиально не меняет вывод данного исследования относительно целевой технологии. Существующие прогнозируемые неопределенности в отношении разработки батарей и затрат обсуждались как часть анализа сценариев (см. Таблицу 2):

Сценарий 1 (пессимистичный). В этом сценарии предполагается, что растущий спрос на литий-ионные батареи с застойными производственными мощностями и исчерпанной разработкой в технологии батарей приведет лишь к небольшим улучшениям в работе батареи.

Сценарий 2 (средний сценарий). Разработка технологии батарей соответствует прогнозам развития батареи и затрат, разработанным Институтом Фраунгоф.

Сценарий 3 (оптимистичный): развитие технологии батарей превосходит предыдущие ожидания. Кроме того, производственные мощности для аккумуляторов постоянно увеличиваются. Это позволяет значительно снизить затраты на батареи до уровня стоимости аккумуляторных батарей электромобилей.

Таблица 2: Рассмотренные сценарии развития технологии аккумуляторных батарей (период рассмотрения: 2018-2035)

Критерий

На 2018 год

Прогноз развития

Сценарий 1

Сценарий 2

Сценарий 3

Цена батареи (€/кВч)

700-1000

-30%

-50%

-80%

Плотность (Вч/кг)

150-200

+10%

+30%

+50%

Картинки по запросу berlin e-bus


Перспективы оперативного применения

В связи с усовершенствованием систем хранения энергии, которое предполагается здесь, электробус с зарядкой в парке будет иметь запас хода в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3: Эволюция запаса хода электробусов с зарядкой в депо (исследовано до 2035 года)

Надёжный запас хода

На 2018 год

Сценарий 1

Сценарий 2

Сценарий 3

Обычный автобус

150-200 км

≤250 км

≤300 км

≤350 км

Сочленённый автобус

≤150 км

≤150 км

150 км

≤200 км

Двухэтажный автобус

недоступно

недоступно

недоступно

≤150 км

Согласно сценарию 2, обычные автобусы с надежным запасом хода до 300 км могут использоваться в среднесрочной перспективе. Это означает, что большинство маршрутов, обслуживаемых обычными автобусами (около 83% от текущего количества маршрутов BVG), могут быть покрыты электробусами с зарядкой в парке.

Для более крупных транспортных средств с более высокими потребностями в энергии производительность батарей будет оставаться фактором риска для использования электробусов с зарядкой в депо. Согласно среднему сценарию для двухсекционных электробусов с зарядкой в парке ожидается, что надежный запас хода будет примерно 150 км. Это означает, что зарядка в парке данной категории транспортных средств может покрывать только около 18% сегодняшних рейсов BVG.

Похожее изображение

Для берлинского двухэтажного автобуса (длина 13,7 м, трехосного) с его уменьшенным базовым размером, и из-за высоты крыши не пригодной для использования батареями, исключается установка больших батарей, так как это значительно ограничит количество пассажирских мест. Однако, двухэтажный автобус с большим количеством посадочных мест является самым оптимальном транспортным средством для тех автобусных маршрутов в Берлине, где пассажиры преодолевают длинные расстояния. К этим линиям относятся множество маршрутов скоростного автобуса и экспресс-автобусов. Только технология зарядки на ходу с небольшими батареями обеспечивает достаточную производительность для этих автомобилей.

Для транспортных средств с большим пространством для пассажиров и длинными ежедневными побегами для перехода на электроприводы необходима дополнительная технология зарядки, помимо парковой и динамической. При обновлении парка двухэтажных автобусов технологически может быть рассмотрена только зарядка на ходу. Для сочлененных автобусов также может быть использована зарядка на ходу, а в будущем и зарядка на конечных остановках. Выбор технологии для данных категорий транспортных средств основан на технико-экономическом обосновании в соответствии с представленными сценариями.

Перевод с немецкого: Ярослав Емельянов, Марк Степанов. Поддержать:



В защиту троллейбуса
Текущий проект

На нашем сайте "В защиту троллейбусов" мы отвечаем на все самые часто задаваемые вопросы по поводу троллейбусов. Рассказываем, чем троллейбус лучше автобуса. Показываем, что такое хороший современный троллейбус. Также вы можете узнать про историю московского троллейбуса, про подземный скоростной троллейбус в Бостоне и про двухэтажные троллейбусы в Москве; какая троллейбусная сеть самая длинная, а какая самая старая, и многое другое.

Сбор средств на текущую деятельность
нояб.
Собрано 42 260₽ из 120 000

Еще статьи на эту тему

Поделиться
Отправить
Отправить
Отправить