Miért füstölnek az elektromos buszok?

2017. március 18. - _zahnrad

1_ker_modulo_fust.jpgLegyen akár dízel-hibrid vagy akár teljesen elektromos bizony előfordulhat, hogy nagy füst csap elő a környezetbarát busz alól úgy, hogy ez nem hibás működés.

A válasz ott keresendő, hogy az akkumulátorok kapacitása és a szénhidrogén alapú üzemanyagok energiasűrűsége között még mindig több nagyságrendnyi különbség van.

Akkor a Tesla az micsoda?

img_8145.JPGSzerte Európában egyre több elektromos busz kerül forgalomba, de a végállomás, a teljes e-mobilitás még nagyon messze van. A mai hírterjesztési szokások megtévesztik az olvasókat.

Azon túl, hogy Steve Jobs óta (?) tudjuk, hogy nagy tömegeknek bármit el lehet adni megfelelő körítéssel, azért van itt pár részlet. A legfontosabb, hogy a belsőégésű motorok hatásfoka valahol 30-40 % körül lehet. A többi hőveszteségként fűti az utcát. Miközben egy autóban fűtünk, vagy nyáron éppen klímázunk, az legfeljebb pár deci ide vagy oda a fogyasztásban. A fűtés és a hűtés energiaszükséglete alap esetben nem változik, így ha az elektromos járművünkben szeretnénk ugyanolyan fűtést, akkor könnyen előfordulhatna, hogy a hatótávolságunk hirtelen a felére csökken. Ha az akkumulátorok ráadásul nincsenek megfelelően elhelyezve, vagy nem a típusuknak megfelelően történt a hűtésük kiválasztása, akkor bizony utastéri fűtés nélkül is csak kisebb hatótávolságot tudnak biztosítani. Személyautóknál ezen olyan trükkökkel segítenek a gyártók, mint az egyre több fűthető alkatrész a vezető körül, az ülés után a kormány, a kartámasz, stb. Vagy a kevésbé burkolt trükk, a Toyota Prius egyszemélyesre is beállítható hűtése. A buszok esetében ezek nem jöhetnek szóba.

Új meglepetések az elektromos mobilitással

k2abra.jpgAz egyes üzemanyagfajták és a különböző korszerű akkumulátorok energiasűrűsége( kWh/kg) (Kohlenwasserstoffe = szénhidrogének, Batterien = akkumulátorok) [1]

A belsőégésű motor hatásfoka még nem minden. Van még ott sebességváltó, borzasztó pazarló módon hajtott segédüzemek és egy végáttétel. Hacsak nem párhuzamos hibrid járművünk van, akkor ebből csak a végáttétel marad. A hatótávolságot így olyan hétköznapi dolgok is keményen befolyásolhatják, mint az időjárás jellege. Például a nedves út is meglátszik az elektromos autók fogyasztásán és hatótávolságán is.

A számok nyelvén

Vegyünk példának egy átlagos személyautót, egy Volkswagen Golfot. Az üzemanyagtartálya 50 literes. A gázolaj energiasűrűsége literre vonatkoztatva 11,4 kWh/ liter. Azaz 570 kWh-ányi energiát visz magával egy átlagos alsó-középkategóriás autó. Legjobb esetben ennek a helyére, valójában azonban mindig nagyobb helyre érkezik azonos típusba is az akkumulátor, amit a kisebb csomagtartón, vagy az éppen nem ugyanúgy lenyíló üléstámlákról látunk. Nem is beszélve a nagyobb saját tömegről, pedig az elektromos hajtáslánc a belsőégésűnél sokkal könnyebb, kisebb és egyszerűbb, csak az a fránya akkumulátor… Az 50 liter üzemanyagunkkal egy reális, 5,7 liter/100 kilométeres fogyasztást feltételezve 877 kilométernyire juthatunk. Az annyi, mint 64,98 kWh/ 100 km vagy 0,64 kWh/km fogyasztás. A motor hulladékhőjével pedig tudjuk fűteni az utasteret. A gázolaj sűrűsége 0,83 kg/liter. A teljes tank tartalmának tömege tehát nem több 41 kilónál.

Az új elektromos Golfba 35,8 kWh-ás akkumulátor kerül, ami 198 kilométeres hatótávolságot ígér. Ez 0,18 kWh/km. Kevesebb, mint a harmada a fogyasztásunk, viszont szigorúan ideális körülmények közt. Az erősebbik 1,6 TDI Golfunk saját tömege 1301 kg, az elektromos Golfé 1615 kg…


A csuklósbuszba tankolt üzemanyag könnyebb, mint az e-Golf akkumulátora.
A trolibusz pedig mindössze 7-14 kilométer megtételéhez elképesztő többletsúlyt cipel.

Az elektromos buszok világában segédüzemek nélkül, technikától és tömegtől függően 0,65-1,6 kWh/km a reális fogyasztás. Ebből az is látszik, hogy a jóval könnyebb belsőégésű motoros személyautó milyen pazarlóan működik. A buszok világában lássunk egy MABI M168d-t és egy akkumulátoros trolit az Ikarus Tr187.2-t. A busz esetén 4 fellépő nélküli ülés alatt lapul kettő, egyenként 170 literes tank, az összesen 340 liter és 3876 kilowattórányi energia. Ez 55 literes átlagos fogyasztással 618 kilométeres elméleti hatótávolságot ad.Az átlagos energiafelhasználása 6,27 kWh/km. Hasonlóan fogyasztanak a mai konkurens tolócsuklósok is. A teli tank tartalmának a tömege 282 kilogramm.

A troli esetében 4 ülés esett áldozatul a 81 kWh-ás kapacitású lítium-ion akkumulátoroknak. A teljes kapacitásból viszont csak 33 kWh-át használ fel, így hűtéssel vagy fűtéssel együtt megtehető felsővezeték nélküli hatótávolsága 7 kilométer, azaz 4,7 kWh/km a fogyasztása, miközben tudjuk, hogy segédüzemek nélkül 1,2-2 kWh/km a reális fogyasztás csak a hajtásra. Az akkumulátorcsomag össztömege 575 kg.

A troliüzemekben a felsővezeték miatt általában frissáramos, átfúvós fűtést alkalmaznak, így ott jól megfigyelhető, hogy akár a duplája is lehet egy-egy téli napon a trolibuszok fogyasztása.

Nem eszik olyan forrón!

img_8126.JPGSolaris Urbino Electric ,,tankol" Tamperében a végállomási töltő alatt, február 24-én. A 75kWh-ás akkumulátorcsomag kevés egy egész napos üzemhez, és a Solaris is gázolajos kályhával fűti az utasteret.

A tankolás egy újabb történet. Míg az elektromos autóknál ez több órába is telhet, a leghangzatosabb szuper töltőknek is negyedórákba telik az akkumulátorok értékelhető szintre hozása, addig a szénhidrogén alapú tankolás kb. 100-300 kWh/perc sebességgel történik. Mit jelentene ez villamos hálózatokon? 230 volton 1kWh-a energia átvitele egy perc alatt 60 kW teljesítményt feltételez, amihez 261 amperes áramerősség tartozik. A lakásokban lévő kismegszakítók 10-16 amperesek, a családi házakban 25 vagy maximum 32... És csak 1 kWh energiát szerettünk volna átvinni 1 perc alatt, nem pedig 200-at.

Ezért kerül képbe a hidrogén alapú hajtás, mert igen gyorsan újratölthető és az elosztása is igen hasonlóan megoldható a szénhidrogénekhez. A tisztán akkumulátoros járművek töltését sem a jelenleg kiépített villamos hálózat, sem a jelenleg ismert termelési módok nem viselnék könnyen, ha valóban tömeges elterjedésükre kerülne sor. A manapság keltett médiahisztéria alaptalan és a valós képtől igen távol áll. Például a Nissan Leaf évente olyan 40-50 ezres sávban fogy, a Tesla teljes tavalyi termelése nem lépte át a 85 ezres darabszámot, miközben egyedül a Volkswagen csoport 10,3 millió autót értékesített.

dsc_0543.jpgKorszerű és jól kialakított a Modulók fűtése. A műszaki valóság a napi hangulatkeltésben érdekelt médiától és egyéb profitéhes szerencsevadászoktól egyre messzebb kerül.

Nem kell olajlobbistának lenni ahhoz, hogy a számok alapján levonjuk a következtetést. Míg a belső égésű motorok hulladékhője (a buszoknál kályhás rásegítéssel) könnyedén felmelegíti a járművek utasterét, minimális fogyasztásbeli különbség mellett, addig az elektromos járműveken egy teljesen elektromos fűtés minimum felezné a hatótávolságot. Az így is éppen csak használhatóság határán egyensúlyozó hatótávolságú elektromos buszok többsége így kénytelen gázolajos fűtést használni.

Bizony gazdaságilag, műszakilag és környezetvédelmileg is egyszerűen indokolható, hogy miért fűtünk egy elektromos járművet gázolajos kályhával. A látványos füst viszont nem szériatartozék, az lehet láthatatlan. Egyedül egy furcsa morgás a szériatartozéka a gázolajos állófűtéseknek, ami már csak a vájt fülűeknek tűnhet fel. A titok az égéstér kiszellőztetésének módja (azonnal leállítom a füstgáz ventilátort az égés után vagy hagyom X ideig még működni), illetve részben ebből adódóan az égőfej elkoszolódása lehet.

Források:

[1]: Dr. Németh Zoltán Ádám - Dr. Dózsa Gábor: Az új Ikarus-Škoda Tr187.2-es trolibusz Szegeden [3] :Lino Guzzella, Swiss Federal Institute of Technology Zurich, „Anforderungen an ÖV Systeme der Zukunft”, Internationale Trolleybus Konferenz Leipzig, 23. und 24. Oktober 2012

http://www.rets-project.eu/UserFiles/File/pdf/respedia/A-Beginners-Guide-to-Energy-and-Power-HU.pdf

http://www.gjt.bme.hu/sites/default/files/kiegeszitesekatablazathoz.pdf

http://aszodiattila.blog.hu/2016/01/12/elektromos_autok_uj_hullama_es_a_villamosenergia-rendszer

Címlapkép: I. kerület, Budavár facebook oldal

A bejegyzés trackback címe:

http://omnibusz.blog.hu/api/trackback/id/tr2112290541

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

Arcade Macho 2017.03.19. 22:04:06

ez a kWh / kg mintha 100 -szoros lenne, azaz most legugliztam es ennyit irnak
nos ehhez meg hozzajon egy ketszeres szorzo ugyebar az elektromos javara, hiszen duplaannyi a lokalis hatasfoka, illetve az is hozzajon, hogy egy autot nezve aminek 50 lityis a tankja, ott a motor meg egyeb bizbaszt kihagyva lehet nyerni 200 kg -ot ahova akksit lehet berakni (tehat masik 5szoros szorzo az elektromos javara)

tehat ez a kezdeti fellangolas hogy huha a dizelke mennyivel tobb dzsuzt tartalmaz, ezt ki lehet hozni 10szeresre is!

Moszkvicsslusszkulllcs 2017.03.19. 23:23:02

Szerintem teljesen másképpen kell megközelíteni a kérdést.

Példa:
Egy dízelbuszba a BKV beletölt nagyságrendileg 5 millió forint gázolajat évente.
Az elektromos buszba beletolnak nagyságrendileg 2 millió forint delejt egy évben.
Tegyük fel, hogy az akkupack 50 millió forintba kerül, és t.f., hogy 5 évente cserélni kell (másképpen: egy akku átlagosan 5 évet bír ki). Ez a példánkban 10 millió forint / év akkumulátorköltség.
Tehát az akkumulátorköltség "mindent visz".
Ez nem újkeletű dolog, ha visszaolvastok az 1990-es, 1980-as, 1970-es évek irományaiba (pl: BME TDK-k, diplomák), akkor kiderül, hogy mióta világ a világ, az elektromos járművek az akkumulátorköltség miatt nem tudták megverni a belsőégésű motoros járműveket üzemeltetési költség tekintetében.
(A tartalékállomány költségeit, továbbá a beszerzés és a fenntartás költségeit meg sem említem, mert túl nagy lenne a kavarodás.)

Hogy jön ez a szappantartók gázolajkályhájához?
Szerintem úgy, hogy a magas akkumulátorköltség miatt mindenki spórol az akkumulátorokkal. És ebből jönnek ki olyan szörnyszülött megoldások, mint egy gázolajkályha egy elektromos buszban.

Mi a megoldás?

Természetesen a vonali töltés.
El kellett volna döntenie a BKK/BKV-nak, hogy mely vonalakon közlekedteti a szappantartóit, és azon vonalak egyik végállomására, az indulási helyekre és/vagy műszaki tárolóállásokra 1-1 töltőoszlopot kellett volna telepíteni (úgy sincsen szükség 18 töltőoszlopra a garázsban).

Mellékszál: azzal, hogy túlságosan spóroltak az akkuval (esetleg nem fért el több akku a szappantartóban -> konstrukciós hiba) plusz nincsen vonali töltés, és ezek miatt csak 1-1 műszakot tölthet a vonalon a plasztikbusz, buszonként évente 1 millió forint többlet munkabérköltség keletkezik, a többlet garázsmenetek miatt.

Van még egy érvem a gázolajkályhák ellen: a nyári klímahasználat miatt úgyis számolni kell az őszi/tavaszi fogyasztáshoz képesti 50%-os energiafelhasználás-többlettel, a téli fűtés pedig úgysem éri el az 50%-os többletet, menetrendileg pedig úgysem lehet megjósolni, hogy mikor lesz csontdermesztő hideg, illetve kánikula, tehát az 50%-os tartalékot bele kell tervezni menetrendileg.

Információim szerint a Webasto klíma nem tud fűteni, ezért kellett külön utastérfűtést beleépíteni.
Mert lehet csak klímával is fűteni: például a VT_Arriva tavalyelőtt leállított Aabenraa-iban lényegében nem is volt melegvizes utastérfűtés, télen a klímaberendezés fűtötte az utasteret.

itoérambolafoci 2017.03.20. 17:32:53

@ Arcade Macho

Ha már az aprópénzt is számoljuk, akkor néhány dolgot azért még vegyél figyelembe.

Egyrészt a villamos hajtásnak és a hozzá tartozó hűtőrendszernek is jelentős tömege van, tehát "a motor meg egyeb bizbasz" megtakarított tömegének csak egy részét tudod az akkutömeg növelésére beszámítani.

Másrészt a hosszú akkuélettartam elérése érdekében az akkukapacitásnak is csak egy (0,5-08) részét tudod kihasználni, tehát nem számolhatsz a teljes fajlagos akkukapacitással.

Harmadrészt pedig az akku dobozolásának és hőfokstabilizálásának is jelentős többlettömege lehet, ami a cellák fajlagos tömegéhez képest még jó tervezés esetén is könnyen egy másfélszeres szorzóval növelheti az akku rendszerszintű tömegét.

Tehát az akkus járműhajtással eelérhető energiasűrűségre vonatkozó egyszerűsített számítások a valósághoz képest inkább túlzóan optimisták, mintsem pesszimisták.

itoérambolafoci 2017.03.20. 19:14:01

@Moszkvicsslusszkulllcs:

Néhány megjegyzés.

Egy tisztességesen megtervezett akkumulátor ma már az elektromos autókban sem 5 évig, hanem sokkal tovább bírja.
Buszok esetében reálisan 10-15 év közötti akku élettartammal számolhatunk.
Nem véletlen, hogy a BYD is 10 évnél hosszabb garanciát az az elektromos buszai akkujára.
Tehát a számításodban én inkább 10 éves akku élettartammal számolnék.

Egy tisztességes hatásfokú villamos hajtásrendszer energiaköltsége éjszakai töltés mellett legfeljebb ötöde lehet a dízel busz üzemanyagköltségének.
Tehát a számításodban 5MFt/év dízelolaj költséggel szemben én inkább 1MFt/év villamosenergia-költséggel számolnék.

Egy olyan elektromos buszhoz, ami évente 1MFt értékű, 24Ft/kWh árú éjszakai áramot fogyaszt, vagyis naponta 114kWh energiát használ fel, 160kWh névleges akkukapacitás bőségesen elég, ami 600€/kWh árszint feltételezése mellett 30MFt-os akku árat jelent.

Ezekkel az adatokkal számolva a dízel busz 5MFt/év üzemanyagköltségével szemben az elektromos busz akku+energia költsége csupán 3MFt/év+1MFt/év=4MFt/év lesz.

Ami azt jelenti, hogy egy tisztességesen méretezett akkus hajtás gazdaságosabb lehet, mint a dízel hajtás.

A napközbeni töltés csak a busz sajáttömegének csökkentésére jó, az akku+energia költséget viszont nem csökkenti, hanem inkább növeli.

Egyrészt az akku adott ciklusélettartama miatt a sűrűbben töltött akkut gyakrabban kell cserélni, tehát teljes élettartam alatt a fajlagos akkuköltség nem csökken.

Másrészt a nagyobb fajlagos terhelés miatt a töltési-kisütési veszteségek sokkal nagyobbak, a napközbeni töltés miatt pedig az áram ára is sokkal nagyobb, mint az éjszaka töltött akku esetében.

Harmadrészt pedig a nappali gyorstöltéshez szükséges kiegészítő berendezések plusz beruházásigénye, valamint a gyorstölthető akku sokkal magasabb fajlagos ára is növeli a számlát.

Tehát a napközbeni töltés nem gazdasági optimum, hanem csak műszaki kényszermegoldás.
Nem véletlen, hogy mostanra már a gyorstöltéses buszok prófétájának számító Proterra is átállt az egész napra elegendő kapacitású nagyakkus megoldásra.

Teljesen egyetértek viszont veled abban, hogy egy olyan akkus hajtás, ami elegendő energiatartalékkal rendelkezik a kánikulai időszakban a klíma energiaigényének kielégítéséhez, egy jó hatásfokú hűtő/fűtő klímával a téli fűtést is el tudná látni.

Az egy más kérdés, hogy az olajkályha teljes értékű kiváltásához olyan speciálisan hangolt klímaberendezésre van szükség, ami az elvárt kb. 10kW-os fűtőteljesítményt még -30 fokon is jó hatásfokkal tudja produkálni.

A piacon kapható hűtő/fűtő járműklímák erre nem képesek.

Petyka366 2017.03.20. 19:28:28

Zahnrad! Te egész jó "cikkeket" írsz. Ha ilyen emberek irányítanák a közlekedési cégeket, szerintem nem volna ennyi "gebasz" sehol sem :). Sőt megmerem kockáztatni, hogy a sok hülyének is el lehetne magyarázni, hogy ez meg az miért is történik így!
további jó munkát kívánok :)