Revoluce v elektromobilitě: Za 5 minut nabíjení hodina jízdy!
Revoluční novinka v podobě ultrarychlého nabíjení má zcela změnit pravidla hry.
Ačkoliv provoz městského elektrického autobusu je odlišný od individuální dopravy a osobních elektromobilů, tak se v obou oblastech řeší stejné problémy – vždy se hledá optimální kompromis mezi pořizovacími náklady akumulátorů, technickými parametry jako je měrná kapacita kWh vztažená na 1kg, měrný výkon v kW/kg, celkové rozměry a hmotnost, požadavky na chlazení (kapalinou, vlastní klimatizací, …) pro dosažení optimální teploty jednotlivých článků akumulátoru, co nejvyšší garantovaný počet vybíjecích cyklů výrobcem za současného dodržení podmínek výrobce, maximální nabíjecí výkony/proudy atd. a z toho plynoucí reálné životnosti akumulátoru. V obou oblastech přitom platí, že pořizovací náklady akumulátorů tvoří orientačně 30-50% celkových nákladů za vozidlo, v některých případech to může být i více. Proto doposud dává větší ekonomický smysl individuální elektromobilita zejména u luxusních vozidel s cenou od 2 milionů Kč (např. Jaguar I-PACE, AUDI e-tron), případně sportovních a závodních vozů, kde elektromotor zlepšuje díky momentové charakteristice akceleraci a zároveň umožňuje výrazným způsobem snížit emise v rámci homologací dle nové normy WLTP. Toto je tedy další oblast, kde hybridní a čistě elektrický pohon skutečně dává smysl a má své opodstatnění.
Nabíjecí technologie OppCharge
V březnu 2016 se čtyři výrobci elektrobusů (VDL, Volvo, Solaris, Irizar) a tři dodavatelé nabíjecí technologie (Heliox, ABB, Siemens) dohodly na standardizaci technologie ultrarychlého nabíjení OppCharge, pro které se v češtině také používá termín průběžné nabíjení. Společnosti se přitom zároveň dohodly na otevřeném přístupu k této technologii tak, aby byla zajištěna vzájemná kompatibilita i při použití nabíjecí technologie od několika dodavatelů pro jeden elektrobus a naopak.
Elektrobusy s technologií ultrarychlého nabíjení ve standardu OppCharge jsou v evropských městech obvykle používány na kratších linkách, většinou do 15km. Je to z toho důvodu, aby při celkové vzdálenosti na jedno nabití zhruba 30km (při nabíjení pouze na jedné z konečných stanic) byly hmotnost a celkové náklady za akumulátory přijatelné. V extrémních případech (v zimě vč. elektrického topení, resp. v létě při běžící klimatizaci na plný výkon) se průměrná spotřeba energie 12-ti metrového elektrobusu pohybuje okolo 2kWh/km jízdy. Z toho tedy vychází potřebná využitelná kapacita akumulátoru minimálně 60kWh. S ohledem na postupný pokles využitelné kapacity akumulátorů během provozu je pak nutné mít pro 30km jízdy k dispozici akumulátory o využitelné kapacitě ca. 80kWh.
Díky standardizaci bylo možné umístit pantograf nabíjení OppCharge nikoliv na každý elektrobus, ale přímo na nabíjecí stanici (stojan dle schválených rozměrů), který je řízen automaticky a dosedá na kontaktní ližiny na střeše elektrobusu. Tím mimo jiné došlo k úspoře hmotnosti na vozidle a při větší flotile elektrobusů i výrobních nákladů, protože nemusí mít každý elektrobus svůj vlastní pantograf. Nabíjecí technologie OppCharge umožňuje v současné době nabíjení výkony 150kW, 300kW, 450kW a brzy i 600kW. Kromě stojanu s pantografem je nedílnou součástí každé nabíjecí stanice také napájecí skříň a přípojka do distribuční sítě.
Napájecí skříň musí být umístěna v bezprostřední blízkosti stojanu OppCharge a připojena do distribuční nebo jiné sítě, obvykle o střídavém napětí 400V AC. Napájecí skříň dále toto napětí transformuje na stejnosměrný proud, kterým je napájen přímo elektrobus během nabíjení. Výrobci nabíjecí technologie dále standardizovali napájecí skříně tak, aby jejich základní modul poskytoval základní nabíjecí výkon 150kW. Vyšších výkonů (300kW, 450kW, 600kW) se dosahuje instalací odpovídajícího počtu napájecích skříní.
Na střeše vozidla jsou umístěny nad přední nápravou kontaktní ližiny, které mají hmotnost pouze 15kg. Na ně automaticky dosedá pantograf umístěný na stojanu, ale teprve v situaci, kdy je ověřena správná poloha kontaktních ližin pod stojanem v povolené toleranci.
Kontaktní ližiny jsou celkem čtyři a odpovídají technologii OppCharge. Tři ližiny se využívají k samotnému nabíjení vozidla („plus“, „mínus“ a „uzemnění“), poslední ližina („pilot“) slouží k potvrzení správného spojení a komunikace mezi vozidlem a nabíjecí stanicí. Současně dochází k bezdrátové komunikaci přes WiFi a samotné nabíjení může být zahájeno teprve tehdy, když řidič aktivuje ruční brzdu.
Elektrický závazek
Dopravní podnik Ostrava v nedávné době oznámil, že od roku 2020 nebude mít ve své flotile žádné autobusy s naftovým pohonem - plánuje tedy provozovat pouze autobusy na stlačený zemní plyn CNG a elektrobusy. Zároveň se stal prvním v České republice a na Slovensku, který při dobíjení svých elektrobusů využívá unikátní technologii OppCharge. Dodavatelem nabíjecí stanice se stala společnost Heliox a dva elektrobusy vyvinula a vyrobila ostravská firma EKOVA Electric. Nabíjecí stanice je umístěna poblíž železniční zastávky Svinov a elektrobusy jezdí na lince č. 64 do Klimkovic. Zajímavostí je rozhodně vysoký počet kilometrů (okolo 350 km), které každý elektrobus ujede během jediného dne. Tuto vzdálenost by přitom při tzv. nočním nabíjení a průměrné spotřebě okolo 1,4kWh/km elektrobus nemohl ujet. Díky nabíjecí technologii OppCharge tedy v žádném případě nedochází k omezení jízdního řádu při nasazení těchto elektrobusů.
Noční nabíjení vs. ultrarychlé OppCharge během provozu
Jestliže typický městský dopravní podnik vlastní několik desítek až stovek autobusů a v rámci pilotního projektu si např. na základě výběrového řízení pořídí pouze jeden elektrobus, tak současná elektrická třífázová přípojka v depu s odpovídajícím jističem mu umožní nabíjet tento elektrobus přes noc výkonem např. 50kW. V takovém případě je lepší vybavit elektrobus dostatečně velkou celkovou kapacitou akumulátorů, aby mohl být provozován v průběhu celého dne a následně se akumulátory v rámci nočního nabíjení v řádu 6-10 hodin znovu nabily. Dopravní podnik není v tomto případě nucen investovat značné částky do dobíjecí infrastruktury, což ale není systémové řešení pro všechny autobusy.
Pokud si ale tento náš virtuální dopravní podnik najednou pořídí například 50 elektrobusů, tak by při nočním nabíjení každého elektrobusu o výkonu 50kW potřeboval příkon od distributora elektrické energie v řádu několika megawatt a to v naprosté většině případů nemají dopravní podniky ve svých autobusových depech v současné době k dispozici. Z tohoto důvodu v posledních několika letech nachází zejména v EU čím dál větší uplatnění technologie ultrarychlého nabíjení elektrobusů, která umožňuje v řádu několika minut dobít elektrobus na přibližně 1 hodinu jízdy nebo i více. Vyžaduje to ovšem nejen značnou počáteční investici do nabíjecí infrastruktury, která je podobná jako cena samotného elektrobusu (orientačně 10 mil. Kč i více), tak i nutnost použít jiný typ akumulátorů, které zvládnou nejen vysoké nabíjecí proudy, ale také velký počet vybíjecích cyklů, aniž by se významně snížila jejich kapacita a životnost (25.000 cyklů umožňuje v současné době na trhu pouze technologie LTO).
Provozní vlastnosti elektrobusů s rychlonabíjením OppCharge
Výhody
Díky vysokým nabíjecím výkonům umožňuje tato technologie dobít akumulátory elektrobusu v řádu několika málo minut a poskytnout vozidlu průměrný dojezd minimálně okolo 30km. Je přitom nezbytné, aby bylo vozidlo vybaveno takovými akumulátory, které jsou vhodné pro potřebné výkony a vysoké nabíjecí proudy. Zároveň musejí být akumulátory vybaveny vhodným systémem chlazení, které udrží i při tomto velmi rychlém nabíjení teplotu jednotlivých článků akumulátorů pod maximální povolenou hranicí, aby nedošlo k omezení jejich životnosti.
Zmíněná standardizace technologie OppCharge a dohoda všech výrobců zaručuje vzájemnou kompatibilitu a zákazníci (dopravní podniky) tedy nebudou při rozšiřování nabíjecí technologie odkázáni pouze na jednoho dodavatele, kterého již v minulosti vybrali pro pilotní projekt a testovací fázi.
Technologie OppCharge v kombinaci se správně zvolenou infrastrukturou v daném městě a optimalizovaným jízdním řádem zajišťuje velkou flexibilitu elektrobusů a prakticky neomezený dojezd každý den. Současní výrobci akumulátorů s technologií LTO jsou schopni garantovat 25.000 i více cyklů, což např. při 10-15 nabíjecích cyklech denně znamená životnost akumulátoru minimálně 6 let, kdy dosáhne 80% původní kapacity.
Velkou výhodou této nabíjecí technologie je skutečnost, že nabíjení může probíhat přímo na zastávce během nastupování cestujících do vozidla. Ačkoliv je obvyklé instalovat nabíjecí stanice na konečné autobusových linek, nemusí to tak v budoucnu vždy být. Díky krátké době nabíjení může být nabíjecí stanicí vybaven např. významný dopravní uzel v centru města. Tento způsob nabíjení navíc v budoucnu budou moct využít i další vozidla, např. lehká nákladní (zásobovací) vozidla pohybující se převážně ve městech, komunální vozidla atd.
Nevýhody
Určitou nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady nabíjecí technologie, zejména v rámci pilotního projektu a prvotním zavádění nabíjení OppCharge, kdy je v provozu jen několik elektrobusů. S přibývajícím počtem vozidel je ale tento nedostatek eliminován.
V současné době se technologie OppCharge obvykle kombinuje i s nočním nabíjením v depu, avšak v budoucnu lze očekávat, že depa bude nutné vybavit rovněž nabíjecí stanicí Oppcharge.
Jestliže technicky složitá nabíjecí stanice přestane z jakéhokoliv důvodu spolehlivě fungovat, má to negativní vliv na jízdní řády elektrobusů, které jsou závislé na častém nabíjení během dne.
Autor: Jan Plomer
