Környezetvédelem a busziparban III./2. – Hibrid buszok a gyakorlatban

2010. június 14. - _zahnrad

A környezet védelme és a kimerülő félben lévő kőolajkészletek miatt egyre nagyobb teret kap a buszok károsanyag kibocsájtásának és a kőolaj felhasználásának minimalizálása. A hagyományos dízelmotorokat kiegészítve villamos motorokkal lehetővé válik a mozgási energia egy részének a visszanyerése, elraktározása és újbóli felhasználása, csökkentve ezzel a gázolajfogyasztást. A hibrid buszok gyártói általában 20-30%-os fogyasztás csökkenést ígérnek. A károsanyagok kibocsájtása is nagymértékben csökken. Ezen felül a hibrid buszok csendesebbek hagyományos társaiknál és a hagyományos fékberendezés is kevésbé kopik.


Legnagyobb hátrányuk, hogy a beszerzési költségük jóval magasabb a hagyományos buszokénál, az ígért fogyasztás csökkenést nem mindig tudják produkálni és az energiatárolók élettartama egyelőre a jövő homályába vész.

Lássuk a konkrét megoldásokat:
 

A képre kattintva műszaki adatokat összefoglaló táblázat nyílik, forrás: saját gyűjtés

Solaris
Európában a Solaris lépett a leghamarabb, már 2006-ban bemutatta saját hibrid buszát. A hajtásláncot az amerikai Allison cégtől vásárolták meg. Az Allison hibridrendszere ekkor már több száz buszban működött sikeresen az amerikai kontinensen. Azonban Európában az első buszok próbafutásai nem hozták meg a várt 20-30%-os fogyasztáscsökkenést, ezért átdolgozták a rendszert.
A hagyományos dízelbusz átlagos 57,1 literes fogyasztásához képest 49,3 litert mértek Drezdában, több vonal átlaga alapján, ami 13,7%-os megtakarítást jelent.
A kezdetben használt 8,9 literes, 330 lóerős Cummins dízelmotor helyett egy kisebb, 6.7 literes 250 lóerős került és az akkumulátorok töltési stratégiáját is az európai viszonyokhoz igazították. Motor elhelyezése is megváltozott, az alacsonypadlós buszoknál szokatlan középmotoros elrendezés helyett vevői kérésre visszatértek a farmotoros kialakításhoz.
A fogyasztás javult, azonban pár városban még jelenleg se váltja be a hozzá fűzött reményeket. Münchenben az MVG csak tíz százalékos fogyasztáscsökkenést tapasztalt a dízel buszokhoz képest, de a szintén müncheni MVV már 25% megtakarítást tudott elérni.
A fogyasztást általában azonos típus dízelmotoros verziójához hasonlítják, vagy azonos kategóriájú buszokhoz.
Németországban több helyen is közlekednek Urbino hibrid buszok, Brémában 8-11% közötti megtakarítást, Münster városában egy hetes tesztfutás alatt 13-15% , Genfben szintén pár hetes tesztüzem alatt 7%-os megtakarítást mértek.
A hibrid rendszer felára 170000euró, a körülbelül 300 ezer euróba kerülő dízel busz ára így 470 ezer euróra növekszik hibrid meghajtás esetén.

A kis képekre kattintva galéria nyílik

A Solaris karosszáló, ezért nem kötelezte el magát egyetlen rendszer mellett. A tavaly Kortrijkban bemutatott 12m-es szóló buszukba már a szintén amerikai Eaton rendszerét építették be. Ennek a busznak az a különlegessége, hogy az akkumulátorokat sikerült az utastérben elhelyezni anélkül, hogy a dízel változattól számottevően több dobogó lenne az utasterében és a tetőre nem került semmi. Ebben a buszban már start-stop rendszer van beépítve, azaz a motor a megállókban leállhat. Ennek az a feltétele, hogy a segédüzemek(légsűrító, szervó szivattyúk) villamos meghajtásúak legyenek.
A valós fogyasztásáról a rövid ideig tartó tesztüzemek miatt még korai lenne nyilatkozni, azonban az utasok és a járművezetők sok helyen a busz gyenge gyorsulására panaszkodtak.

A Solaris további hibrid hajtásláncok beépítésétől sem riad vissza, 50db Voith párhuzamos rendszerrel felszerelt buszra van megrendelése és a tervek között szerepel egy Vossloh-Kiepe gyártmányú, soros hibrid rendszerrel szerelt Urbino 18-as busz megépítése is.
Mercedes

Citaro hibrid tekereg Rotterdam utcáin

A Mercedes a Citaro csuklós változatába építette be először a hibrid hajtást, a busz neve Citaro G BlueTEC Hybrid. Egy soros hibrid rendszert használ. A hagyományos dízel csuklós buszokban használt, 6 hengeres, 12literes 300-350lóerő teljesítményű dízelmotor helyére egy 4,8literes 160kW(218LE) teljesítményű motor került, mivel nincs szükség a 12literes motor nagy indítónyomatékára.
Ezzel 450kg tömeget sikerült megtakarítani. Ez a motor egy generátort hajt, a tetőre pedig 170kW teljesítményű, 27kWh energiát tárolni képes 330kg-nyi litium-ion akkumulátort helyeztek. Az akkumulátorokat folyadék hűti. A busz hajtásáról 4db kerékagy motor gondoskodik, amelyeket az utolsó 2 darab portáltengelybe építettek be. A motorok egyenként 80kW teljesítményűek, folyadékhűtéssel. 650V-os feszültségről működnek,
A villamos motorok a dízelmotortól független hűtőkörről üzemelnek, mert az üzemi hőmérsékletük 73°C szemben a dízelmotor 95°C-os hőmérsékletével.
A villamos motorok a portáltengelybe vannak integrálva, a tengely szállítója a ZF. A tengely egy módosított változata bármely karosszéria építőnek elérhető, típusa AVE130, a beépített villamos motorok teljesítménye 2*80kW nyomatékuk 2*10500Nm.
A Mercedes hibrid buszban a segédüzemek villamos meghajtásúak, így a busz tisztán elektromos haladásra is képes. A busz tömege kb 1 tonnával több a dízeltől, a kisebb dízel erőforrás ellenére. A fejlesztése a busznak nehezen haladt, az ígért első közforgalmú próbákkal egy évet csúsztak. Jelenleg már folyik a buszok próbaüzeme Stuttgart, Hamburg és Rotterdam városokban.

Utazás a Citaro hibirden


MAN

Az MAN is a soros hibrid rendszerre szavazott, a hajtást szállító partnere a Siemens.
A visszatáplált energia tárolásáról itt nem akkumulátorok, hanem ultrakapacitások gondoskodnak. Ezeknek nagyobb a várható élettartamuk az akkumulátoroktól és a környezeti hőmérsékletre is kevésbé kényesek. A busz fejlesztése sokáig tartott, azonban az MAN nem szeretne a Solaris hibájába esni, így a hajtást megpróbálják a lehető legjobban összehangolni és a várt 25-30%-os megtakarítást minden körülmény között elérni. Bár a városi buszok esetében a légellenállás többnyire elhanyagolható, mégis jól jelzi a fejlesztés aprólékosságát, hogy a busz alaktényezője a tetőre szerelt légterelővel cw=0,51 lett, ez a hagyományos buszoktól kb.20%-al kedvezőbb.
Egyelőre csak a hibrid prototípusának Nürnberg városában zajlott próbáiról vannak adataink. A hajtásra fordított energia fogyasztása átlagosan 1,3kWh/km volt.
A segédüzemek (légsűrítő, szervoszivattyú, egyenáramú átalakítók) fogyasztása 0,33kWh/km
A kapacitásokba való visszatáplálás átlagos hatásfoka 43%, a maximális visszatáplálási érték 47,% volt. A 36-os vonalon végzett próbafutás során a hagyományos buszok 50,8liter gázolajat fogyasztanak 100 kilométerenként, az előző generáció hibrid buszok 41,18litert, a start-stop automatikával is felszerelt prototípus 34,8litert fogyasztott. Az egyik előszériás példány az elmúlt hetekben állt forgalomba München városában, München után Hágában, Párizsban, Barcelona, Milánó, Bécs városokban hamarosan forgalomba állnak.


Van Hool

A Siemens ELFA II rendszerét építi be a buszaikba, ez az MAN-nél használt megoldással nagyrészt megegyezik, eddig 105db buszra van megrendelés, több mint húsz már üzembe állt. A hibrid hajtás a midibusztól kezdve a városi szólón és csuklóson át az elővárosi le buszig szinte az összes városi modelljükbe beépítik. Az AG300 csuklós Genfben 17%-os fogyasztás csökkenést tudott felmutatni.
A középmotoros elrendezésű, 11,5m hosszú A300H típusú szóló buszok ára 375 ezer Euró, ebből a hibridrendszer többletköltsége 155 ezer Euró. A buszokban 191kW teljesítményű MAN D0836 motor hajtja meg a Siemens generátort, az energiát Maxwell ultrakapacitások tárolják.

Scania

A Voith soros rendszerét használja, az energiatárolók ultrakapacitások, a generátort meghajtó motor etanollal működik, így a busz igen tiszta üzemű.
 

A Scania soros hibridrendszerének működése


Volvo

Önjáró B5L híbrid alvázak gyártása és a prototípus 7700 hibrid

A Volvónak az alvázgyártása is igen hangsúlyos a komplett buszok mellett, így a hibrid rendszerét alváz formájában is be lehet építeni idegen karosszéria alá. A Volvo fejlesztése igen gyorsan haladt. A megoldás a párhuzamos hibridek elvét követi, azonban számos érdekes és egyedi megoldást is felvonultat. A dízelmotor csak 5 literes lökettérfogatú és 850Nm nyomatékú. Ilyen mértékben „alulméretezett”(downsizing) motor a párhuzamos hibridekben ritka. A motorhoz tengelykapcsoló keresztül kapcsolódik egy integrált indító-villanymotor(I-SAM). A villanymotor képes önállóan is mozgatni a buszt, a dízelmotor start-stop automatikával fel van szerelve. Az I-SAM egységet a kanadai TM4 cég szállítja, az energiát Li-ion(LiFePO4) akkumulátorok tárolják, ezeket az A123 Systems cég gyártja.
Jelenleg 17db jármű készült el, a genfi közlekedési vállalat az EU-ban tesztelésen lévő 4db 7700 hybrid busz egyikén 26%-os fogyasztás csökkenést mért, a dízel buszokhoz képest. A Volvo Londonba szállított hibrid B5L alvázakat, ezekre helyi gyártó emeletes karosszériát épített. Következő cikkünkben ezekről részletesen is lesz szó.

 

Típus

Város

Üzemeltető

Mért fogyasztás

Solaris U18 Allison I.

Drezda

DVB

-13,7%

Solaris U18 Allison II.

München

MVG

max. -10%

Solaris U18 Allison II.

München

MVV

-25%

Solaris U18 Allison II.

Bréma

BSAG

-8-11%

Solaris U18 Allison II.

Münster

 

-13-15%

Solaris U18 Allison II.

Genf

TPG

-7%

Van Hool AG 300 Siemens

Genf

TPG

-17%

Volvo 7700 Hybrid

Genf

TPG

-26%

MAN Lion’ City Hy. Siemens

Nürnberg

 

-30%

A buszgyárak a sorozatgyártásra készülnek fel, a most bemutatott buszok előszériás járművek, kiterjedt tesztelésük zajlik. Azonban ez a tesztüzem nem olcsó, és nem csak a hibrid rendszer többletköltsége miatt van. A buszok folyamatos felügyelete, a járművezető kiképzése, a hajtáslánc optimalizálása mind pénzbe kerül. Például egy Dél-Hollandiában zajló tesztüzem 4db Van Hool A300H típusú busszal történik. A buszok beszerzési ára egyenként 375000 Euro (~101-105millió forint) volt, a két évig tartó(2010.12.31-ig) projekt teljes költségét 2 millió 900 ezer euróra becsülték. Ebből 500 ezer eurót tesz ki a buszok hajtásláncának finomhangolása. A nagy gyártók általában saját maguk végzik a hajtáslánc hangolását, a hagyományos automata váltók automata terepfelismerő programjához hasonló megoldásokat keresve. Ugyanis a beszerzési árban mutatkozó felárat az akkumulátorok élettartama alatt (ez 5-7évre becsülhető) a kisebb fogyasztásnak kell kompenzálnia, ehhez a csökkenés mértékének nem árt 20% körül, vagy inkább e fölött mozognia.


Összességében még drága játék a hibrid buszok üzemeltetése, azonban a technika fejlődésével egyre megbízhatóbbak lesznek ezek a járművek. Nyugat-Európában a következő években valóságos hibrid boom várható, a főegységek gyártói évente több ezer hibrid busz eladására készülnek fel.
 

Felhasznált irodalmak:

-Dr. Stefan Kerschl, Eberhard Hipp, GeraldLexen : Effizienter Hybridantrieb mit Ultracaps für Stadtbusse; http://www.aachener-kolloquium.de/pdf/Vortr_Nachger/Kerschl.pdf

-Robert Roch : Diselebus-Hybridbus-Elekrobus Die Evolution des Busses oder? DVB AG <http://www.messeoffenburg.de/dynamic/dokumentenarchiv/8_Roch,%20Robert.pdf -Thierry Wagenknecht: Autobus Hybrides http://www.voev.ch/dcs/users/117/2_7_Volvo_Edward_Jobson.pdf -www.mvg.de

-Tramgeschichten.de

-http://www.zuid-holland.nl/apps_sis-single.htm/2008/8_Oktober_2008/opendocument.htm?llpos=82686079&llvol=-2000

A bejegyzés trackback címe:

https://omnibusz.blog.hu/api/trackback/id/tr882074618

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 és az adatvédelmi tájékoztatóban.

jack o'neill 2010.06.14. 13:49:18

Tetszett a poszt, végre olvasok erről is.
Az a MAN Hybrid elképesztően jól néz ki.
Olyan hegyi viszonylatokon, mint Pécset, Miskolcon, vagy a Bp-n a 90-es, 29-es, gondolom nem lenne elvetendő (persze később - 2037 körül, pénz&kiforrotság függvényében) ilyen gépekben gondolkodni.
Ott gondolom még hamarabb is látszódna a kedvezőbb fogyasztás?

Amúgy a Citaro Hybrid nagyon hangos, mint vmi BKV-s 412-es. Volvo meg sípol mint a Flirt. Normális lenne?

_zahnrad 2010.06.14. 14:49:09

@jack o'neill: hát jó kérdés, a kontinensen eddig legjobban teljesítő Volvo gyári mérései szerint sík területen százalékosan nagyobb megtakarítás érhető el. Az akkumulátorokra jobb vigyázni, hegyi vonalakon könnyebben túlmelegedhetnek, rövidebb lehet az élettartamuk. Ez a méréssorozat azért nem került bele, mert inkább hiszek az üzemeltetőknek, mint a hivatalos propagandának. :-)

A Citaro valóban hangos, de spórolni kell a tömeggel. A Volvo sípolását, lehet csak a kamera nagyította fel. De mindenképpen sípol.

jack o'neill 2010.06.14. 18:13:11

@_zahnrad: A hegyi terepet úgy gondolnám, hogy lehetne-e, hogy a dízel moci feltolja a hegyre a buszt (aksi töltés off). Majd lefele full aksiról dolgozva menne + a lejtmenetben keletkező fékenergia meg az aksikba menne.
Vagy ezt így, ebben a formában nem lehet?

_zahnrad 2010.06.14. 18:31:07

@jack o'neill: Az akkumulátorok kapacitása nem végtelen, és töltés közben melegszenek.
Legjobban talán egy villamosos példával tudnám érzékeltetni a dolgot, mert ott a hálózat huzamosabb fékezés esetén jobban fel tudja venni az energiát, mint az akkumulátorok. Budán is és Pesten is megmérték a korszerűsített Tarótra villamosok visszatáplálási arányát és közel azonos lett. Tehát hiába táplálja vissza lejtmenetben a felvett energia kilencvensok százalékát, a hegyre felmenet többlet energiát igényel. A hibridek pedig úgy vannak kitalálva, hogy nagy teljesítmény szükséglet esetén az akkumulátor is besegít a hajtásba(hegyre fel), mert a dízelmotorok alul vannak méretezve.

stepboy 2010.06.14. 21:19:03

Klassz írás, már vártam. Köszi!

Az infók alapján a Citaro nekem nagy csalódásnak tűnik, hiába raktak bele kisebb motort és hiányzik belőle a váltó, így is nehezebb, mint a sima dízel. Úgy látszik nem véletlenül nem dicsekedtek a tömegével...
A második videón hallatszik, h főként gyorsuláskor jön meg a motor hangja, tehát "ráerősítéses" elven működik. Ezt viszont nem értem: a soros rendszernek éppen az volna a lényege, h a motor csak az energiatárolót tölti generátor üzemben (állandó fordulatszám, optimalizált fogyasztás). Vagy itt ilyen gyorsan lemerülnek az akkumulátorok?

Kíváncsi vagyok egy CNG hibrid konstrukció mennyire lenne életképes? Gondolom a tartályok és az akkuk/kondenzátorok bajosan férnek már el a tetőn; vagy inkább már a plusz tömeg jelenti a problémát?

_zahnrad 2010.06.15. 00:34:53

@stepboy: Mindegyik hibridnek van valamekkora többlet súlya.
A soros hibridekben nem csak az energiatárolót tölti a motor, főleg nem, ha az energiatároló ultrakapacitás. A fordulatszám így is optimális lehet, mert nem pörög egy határ fölé, és a terhelő nyomatékot szép lehet szabályozni. Az akkumulátorok nem meríthetőek minden határon túl, illetve az egész rendszer optimális működése nem feltétlenül "az addig gyorsítunk csak akkuról, amíg van benne szufla" üzemmódról szól. Ebbe nem látunk bele mit hogy csinálnak. A motor fékezésekkor is felpöröghet, ekkor a generátor hajtja meg, befecskendezés nincs, így a dízelmotor belső surlódását kihasználva nagyobb lehet a villamos fékerő.

A CNG hibrid nehéz lenne, de valami hasonló a hidrogénes próbálkozások sora, ami újabb post lesz. :-)

eml 2010.06.15. 01:27:58

@_zahnrad:
"a dízelmotor belső surlódását kihasználva nagyobb lehet a villamos fékerő."
Ne súrlodjon, mert akkor beáll a csapágy, gyűrű.
Értem egyébként amire gondolsz, csak a súrlodás szerencsétlen szó.

VEKE 2010.06.15. 07:25:48

A cikk szerint a Solaris és a VanHool hibridmodelljeinek többletköltsége ma 155-170 ezer euró, azaz 41-45 millió forint (valószínűleg a többi gyárnál is ez hasonló lehet). A BKV Volvójánál a kilométerenkénti energiaköltség 113 forint (BKV-adat, de benne van a motorolaj is, azonban ettől most nagyvonalúan tekintsünk el ...és vegyük úgy, hogy annak fogyasztása is csökken). Ezek szerint, ha a fogyasztás 10%-ot csökken, akkor 3,5-4, ha 20%-ot (ami a példákban sem általános), akkor 1,7-2 millió kilométert kell futnia ezeknek a kocsiknak, hogy a feláruk megtérüljön. Ez irreális - tehát, csökkennie kell még a hibridek árainak vagy nagyot nőnie a környezetvédelmi tudatosságunknak, hogy ez megérje.

eml 2010.06.15. 14:20:55

@VEKE: Ez egy egész egyszerűen hamis adat.
Ha nincs benne a motorolaj, akkor is 35 liter körülire jön ki 100Km-re vetítve a fogyasztás.

"A BKV által beszerzett Volvo 7700A buszok nem mondhatók minden tekintetben sikeresnek. A járműveket a gyártó cég tanácsa ellenére a kisebb, hétliteres hengerűrtartalmú dízelmotor-változattal rendelték meg, amely nagy utasterhelésnél és különösen nyáron, ha a klíma-berendezés is működik, csak erőltetett üzemben képes mozgatni a 18 méteres járművet. A fogyasztás ilyenkor eléri a 65-80 litert 100 kilométeren, ami a régi Ikarus 280-as típus üzemanyag normájának közel a duplája és ez igen költségessé teszi a Volvók üzemeltetését."

Forrás: hu.wikipedia.org/wiki/Volvo_7700A

Ha 50 litert számolunk fogyasztásra, ami reális. Akkor is motorolaj nélkül napi áron 158 Ft/km az energia költség.

stepboy 2010.06.15. 18:45:22

@_zahnrad: igen, a többletsúly világos volt a számomra, de inkább a párhuzamos hibridek esetén. Arra gondoltam, h a soros felépítésből adódó előny, mint a kisebb motor, meg néhány feleslegessé váló mechanikai egység elhagyásával nyerhető súlymegtakarítás képes lesz az elektromos lánc többletét kompenzálni; de tévedtem.

Az akkumulátorok merítésével kapcsolatban igazad van, ha sokszor sokat merül, akkor hamarabb elhasználódik. Viszont eredetileg én úgy gondoltam, h alapból megy az akkumulátorról a jármű, egy bizonyos merültségnél meg indul a belső égésű egység, és folyamatos üzemben visszatáplál amíg a töltöttség el nem ér egy kívánatosan magas szintet. Ekkor a motor leáll, és a folyamat kezdődik elölről. Ide elegendő lenne egy sokkal kisebb teljesítményű motor is. Ugyanakkor elismerem, h egy ilyen rendszert szabályozástechnikailag sokkal nehezebb lenne megvalósítani; főleg, ha nem is akkumulátorban akarjuk az energiát tárolni.

A témába vágó következő posztot meg szerintem már sokan kíváncsian várjuk :-)

torqmatic 2010.06.15. 19:22:18

@eml:

"járműveket a gyártó cég tanácsa ellenére a kisebb, hétliteres hengerűrtartalmú dízelmotor-változattal rendelték meg"

Mondjuk ez a rész speciel elég nagy hülyeség (bár a magyar nyelvű wikipedia tömegközlekedéssel kapcsolatos oldalain már megszoktuk az ilyeneket) lévén, hogy akkoriban ezt a típust csak ekkora hengerűrtartalmú motorral lehetett rendelni...

_zahnrad 2010.06.15. 19:45:32

@stepboy: a tömeget az akkumulátor nagysága is meghatározza.

A videón nem látjuk éppen milyen állapotban van az akkumulátor, a városi közlekedés pedig attól bonyolultabb, hogy ilyen egyszerű algoritmus alapján lehessen üzemelni. Főleg, ha egy-két energia igényesebb segédüzem is dolgozik közben, mint például fűtés vagy hűtés.

Airider 2010.06.17. 22:23:25

@_zahnrad: "de valami hasonló a hidrogénes próbálkozások sora, ami újabb post lesz. :-) "

Abban benne lesznek a hazai próbálkozások is???
Elsősorban az ARC hidrogénbuszára gondolok.

Másik dolog: A MAN hibridbuszában csak szuperkapacitások vannak vagy használ amellett akkumulátorokat is??
Legjobb talán az lenne, ha szuperkapacitások mellett LiPo akkumulátorokat is alkalmaznának. Mert a szuperkapacitásokat a hirtelen gyorsitásoknál, az akkumulátorokat meg a huzamosabb terhelésnél (pl. emelkedőn haladás) lehetne jobban használni.

_zahnrad 2010.06.22. 21:59:37

@Airider: hazai próbálkozás nem volt, mivcel nem készült működő hidrogénes busz.

Csak ultrakapacitások vannak benne. Van olyan kísérleti hibrid, ami használ akkut és ultrakapacitást is, illetve a felső kategóriás, új személyautókban a fedélzeti elektromos rendszer is ilyen.