Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

© Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. siemens.cz/mobility Průběžně dobíjené elektrobusy Ing. Jiří.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "© Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. siemens.cz/mobility Průběžně dobíjené elektrobusy Ing. Jiří."— Transkript prezentace:

1 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. siemens.cz/mobility Průběžně dobíjené elektrobusy Ing. Jiří Pohl / Brno

2 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 2Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Člověk a energie Lidé potřebují ke svému životu energii, neboť ta jim usnadňuje: - stravování (vaření), - bydlení (topení, světlo), - práci (výrobu), - pohyb (dopravu). Prakticky jedinou trvale na zem přicházející energií je sluneční záření. Intenzita slunečního záření: I = 1,373 kW/m 2 Na průmět Země dopadá výkon slunečního záření: P = I. S = I. π. R 2 = 1,373. π = kW

3 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 3Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Základem transformace slunečního záření na jiné formy energie je fotosyntéza Při fotosyntéze se pomocí slunečního záření mění oxid uhličitý a voda na glukózu, kyslík a vodu: 6 CO H slunečního záření → C 6 H 12 O O H 2 0 Fotosyntéza ukládá energii fotonů ze slunečního záření o vlnové délce 400 až 750 nm do glukózy, která se dalšími enzymatickými reakcemi mění na asimiláty - škroby, bílkoviny, tuky a další látky Přírůstek energie činí 0,785 kWh/kmol Fotosyntéza probíhá ve velkém měřítku, ročně vzniká na naší planetě fotosyntézou zhruba 600 bilionů kWh energie paliv a je přitom z ovzduší pohlceno zhruba 200 bilionů kg oxidu uhličitého.

4 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 4Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Spalování uhlíku Rovnice exotermické reakce dokonalého spalování uhlíku: 1 kmol (12 kg) C + 1 kmol (32 kg) O 2 → 1 kmol (44 kg) CO ,3 kWh  spálením 1 kg uhlíku vznikne 3,67 kg oxidu uhličitého a 9,11 kWh tepelné energie  vytvoření 1 kWh tepelné energie spalováním uhlíku je provázeno produkováním 0,403 kg CO 2. K zamezení vzniku oxidu uhličitého při spalování látek obsahujících uhlík neexistuje žádný filtr nebo technologie. Uhlík nelze dokonale spalovat jinak (lépe). Jediné, oč se lze snažit, je spalovat uhlíku méně.

5 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 5Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Koloběh oxidu uhličitého v přírodě Součástí transformací slunečního svitu v energii paliv a paliv v teplo je též oxid uhličitý. Při vytváření biomasy se při fotosyntéze z atmosféry odčerpává, při spalování se do ní vrací. V režimu přirozené reprodukce, jaká na Zemi fungovala až do osmnáctého století, než lidstvo začalo hojně spalovat fosilní uhlovodíková paliva, dosahovala koncentrace CO 2 v zemské atmosféře kolem 0,0280 %. Ve vegetačním období přecházel při růstu rostlin vzdušný oxid uhličitý s pomocí slunečního svitu do zeleně listů. Následně při tlení nebo spalování rostlin, respektive funkcí navazujících živých organizmů (trávení, dýchání, …) se oxid uhličitý vracel zpět do atmosféry.

6 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 6Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Přínos spalování fosilních paliv V průběhu devatenáctého století se lidé naučili těžit a využívat uhlí. Následně též ropu a zemní plyn. Tedy fosilní paliva ve všech třech skupenstvích. Využíváním fosilních paliv získalo lidstvo obrovskou energii, která mu umožnila zásadním způsobem rozvinout průmysl, bydlení, dopravu a řadu dalších aktivit. Došlo k rozvoji hospodářského, společenského a rodinného života. Sekundárně se využívání energie fosilních paliv projevilo v prodloužení věku dožití, rozvoji vzdělanosti i změně životnímu stylu.

7 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 7Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Význam spalování fosilních paliv Čerpání energie fosilních paliv má i v současnosti pro fungování společnosti zásadní význam. Na jednoho občana ČR připadá denní spotřeba primární energie 138 kWh/den. Z toho 77 % (106 kWh/den, tedy průběžně 4,4 kW) pokrývají fosilní paliva.

8 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 8Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Fosilní paliva Fosilní paliva jsou v podstatě energetickou konzervou. Vznikala zhruba 200 milionů let biologickou transformací energie slunečního záření a nyní bude zhruba v proběhu dvou století nenávratně spotřebována. Šťastné období spotřeby fosilních paliv je nutno využít k naučení se žít i bez nich T (roky) 2000

9 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 9Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Důsledky spalování fosilních paliv V současné době intenzivního spalování fosilních paliv dochází k nerovnováze, do atmosféry je spalováním předáváno více CO 2, než je ve stejné době z atmosféry odebíráno fotosyntézou. Koncentrace oxidu uhličitého v zemském obalu roste. Aktuálně dosahuje cca 0,0385 %. Oxid uhličitý, podobně jako ostatní skleníkové plyny, propouštějí na zemi sluneční záření, ale absorbují tepelné záření vycházející ze země do vesmírného prostoru. Již koncem 19. století spočítal pozdější nositel Nobelovy ceny Swante Arrhenius, že zvýšení koncentrace C0 2 v atmosféře na dvojnásobek může vést ke zvýšení teploty ovzduší až o 5 °C. Zvýšení teploty ovzduší by mělo závažné dopady a proto se lidstvo snaží produkci CO 2 programově snížit (viz Kjotský protokol).

10 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 10Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Produkce oxidu uhličitého Spalováním fosilních paliv se do zemské atmosféry dostává více CO 2, než kolik je z ní průběžně odebíráno rostlinami při fotosyntéze

11 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 11Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Uhlíková stopa Skutečnost, že se dokonalým spálením jednoho litru nafty dostává do ovzduší 2,65 kg CO 2 (respektive 2,46 kg CO 2 při spálení jednoho litru benzínu, respektive 1,43 kg CO 2 při spálení jednoho kg hnědého uhlí, či 2,79 kg CO 2 při spálení jednoho kg zemního plynu) je faktem, který nelze nijak ovlivnit. Žádný filtr, přísada do paliva či jiná konstrukce motoru touto úměru nezmění. Cílem proto je spalovat méně fosilních paliv, vrátit koloběh oxidu uhličitého do stavu přírodní rovnováhy s fotosyntézou.

12 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 12Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Struktura zdrojů energie pro dopravu Závislost dopravy na kapalných uhlovodíkových palivech Současná mobilita lidské společnosti je silně závislá na kapalných uhlovodíkových palivech – na ropě. Kapalná uhlovodíková paliva zajišťují celosvětově 95 % energie pro dopravu a spotřebují k tomu 58 % těžby ropy. Podíl fosilních paliv v energii pro dopravu: svět … 95 % EU … 96 % ČR … 97 % 95 % kapalná uhlovodíková paliva elektřina

13 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 13Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Geologické a ekonomické zákonitosti Intenzita těžby ropy má své geologické zákonitosti, nelze ji jednoduše zvýšit, ropa natéká do vrtů svým tempem. Rovnováhu mezi těžbou a spotřebou ropy udržuje její tržní cena. zvýšení těžby vysokou cenou Intenzita spotřeby [Gb/a] spotřeba těžba snížení poptávky vysokou cenou cena 2000 čas

14 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 14Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Rok 2007: 2 % převis spotřeby nad těžbou vyvolal zvýšení ceny ropy na 200 %  V letech 2007 a 2008 byla spotřeba ropy asi o 2% vyšší než těžba, rozdíl byl pokryt poklesem stavu komerčních zásob.  Trh reagoval na zhruba 2% deficit mezi spotřebou a těžbou zvýšením ceny ropy na 200%.  Eskalaci cen ropy zastavila až světová hospodářská krize a s ní související pokles poptávky.  Problém však nebyl vyřešen, jen odsunut. Spotřeba ropy znovu roste a s ní i její cena.

15 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 15Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Přírodní ropa 1 barel (159 litrů) ropy: náklady na těžbu10 USD prodejní cena (2013)120 USD Úhel pohledu na těžbu ropy: očima ekonoma očima geologa očima historika (Hubert, 1955) t t t

16 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 16Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Fosilní paliva Fosilní uhlovodíková paliva se v přírodě vyskytují ve třech skupenstvích: -pevné (uhlí), -kapalné (ropa), -plynné (zemní plyn). Společné znaky: -omezené zdroje, neopakovatelně spotřebovávané – jen jednou v dějinách lidstva, -teritoriálně nerovnoměrně rozložené (dovozní náročnost), -cena řízena trhem (nabídka – poptávka, respektive těžba - spotřeba), -při spalování vznikají exhalace, -přeměna na mechanickou práci či elektrickou energii se děje s účinností 30 až 40 %, tedy 60 až 70 % se změní ve ztrátové teplo.

17 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 17Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Alternativní paliva Stlačený zemní plyn Zemní plyn je směsí plynných uhlovodíků, obsahuje zejména metan. Metan (CH 4 ) obsahuje relativně velký podíl vodíku, proto při spalování produkuje o 24 % méně CO 2 než nafta. Ale: Zemní plyn má vysokou zápalnou teplotu, proto jej není možno použít jako palivo pro vznětový (Dieselův) spalovací motor – kompresním teplem se nevznítí. Pro spalování zemního plynu je nutné použít zážehový (Ottův) spalovací motor, avšak ten má nižší účinnost a tedy cca o 8 % vyšší spotřebu paliva. Nádrže na stlačený zemní plyn (přetlak 25 MPa) zvyšují hmotnost silničního vozidla o cca 10 %.

18 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 18Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Alternativní paliva Stlačený zemní plyn Výsledek náhrady spalování nafty ve vznětovém motoru spalováním zemního plynu v zážehovém motoru: produkce CO 2 je snížena jen o 11 % (cíl EU: - 70 %), zvýšení spotřeby energie pro pohon vozidla o 16 %. Avšak levnější palivo, což je dáno: z menší části nižší tržní cenou plynu vůči ropě, z větší části nezatížením zemního plynu spotřební daní z minerálních olejů (u nafty 11 Kč/litr) – vozidla poháněná zemním plynem nepřispívají na údržbu a rozvoj dopravní infrastruktury (jezdí po komunikacích financovaných vozidly využívajícími zdaněná kapalná paliva). Tudy cesta nevede!

19 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 19Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Alternativní paliva Břidlicový plyn Princip těžby frakováním / frakturováním: Do vrtu vedeného v břidlici hluboko v podzemí se natlačí voda s pískem. Tím dojde k uvolnění malých částic v břidlici uzavřeného plynu. Nevýhoda: voda vyplavuje z břidlice soli, čistá voda se mění v „mořskou“ Výhoda: další těžba navíc – konkurenční tlak na snížení ceny zemního plynu z tradičních ložisek Musí ČR těžit břidlicový plyn? Těžba břidlicového plynu je realizovaná především v USA. Avšak opět jde o jednorázovou příležitost – o neobnovitelný zdroj. Idea amerických ekonomů: I za cenu vyšších nákladů na těžbu se podařilo vyvolat na trhu převis nabídky nad poptávkou a tím se snížila tržní cena zemního plynu (snížit zisk těžebních společností z obyčejných vrtů). Nákladově je těžba břidlicového plynu vysoká a potenciál v ČR není natolik významný na to, aby se v ČR tato těžba prováděla. Tudy cesta nevede!

20 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 20Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Alternativní paliva Bionafta – metylester řepkového oleje Na 1 ha pole dopadne za rok zhruba 10 mil.kWh slunečního záření, z 1 ha pole lze ročně sklidit 3,5 t řepky a z ní vyrobit (po odečtení vlastní spotřeby) 800 dm 3 bionafty s tepelným obsahem kWh – tedy 0,8 kWh/m 2, výsledná účinnost je 0,08%, (fotovoltaika má 18%). V ČR připadá na 1 obyvatele spotřeba cca 6,5 barelů ropy ročně, tedy ČR celkem spotřebuje cca 10 mld.dm 3 ropy ročně. K úplné náhradě ropy řepkou by bylo potřeba v ČR pěstovat řepku na ploše 12,5 mil.ha, v ČR jsou k dispozici jen 3 mil. ha orné půdy, k pěstování řepky je potřeba čtyřikrát více. Řepka pole velmi vysiluje, znovu lze téže pole oset až po několika letech. Podmínkou současných vysokých výnosů řepky je aplikace fosforečných hnojiv, vyráběných z limitovaných (neobnovitelných) zdrojů surovin. Využívání zemědělských plodin k výrobě paliv vede k propojení cen potravin s cenami pohonných hmot, což má neblahé sociální dopady. Tudy cesta nevede!

21 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 21Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Alternativní paliva Vodík Vodík je výborným nositelem energie a lze jej využít: - k přímé výrobě elektrické energie v palivových článcích, - jako palivo pro spalovací motory. Vodík se však v přírodě volně nenalézá, ale je vyráběn: a)chemickou cestou z uhlovodíkových paliv, b)elektrolýzou z elektřiny. Proto nejde o primární, ale o sekundární (přeměněný) zdroj energie. Proces složený z výroby vodíku elektrolýzou a z jeho využitím v palivových článcích představuje akumulátor elektrické energie s otevřeným cyklem. Poměrně drahý a s účinností kolem 40 %. Aplikace této technologie je podmíněna levnou (nadbytečnou) elektrickou energií z obnovitelných zdrojů (například větrné elektrárny), využívanou v elektrolyzérech době odběrových sedel. To však není případ ČR. Tudy v České republice cesta nevede!

22 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 22Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Doba hojnosti levné energie Energie akumulovaná ve fosilních uhlovodíkových palivech umožnila nebývalý rozvoj průmyslu, dopravy i bydlení. Tento dar přírody posunul hospodářský, kulturní i rodinný život lidské společnosti výrazně vpřed. Zdroje fosilních paliv jsou však konečné. Chce-li si lidská společnost navyklý životní standard (včetně mobility) zachovat, musí období hojnosti levné energie využít ke zvládnutí přechodu na trvale reprodukovatelné obnovitelné zdroje. Řešením je větší orientace energetiky na elektřinu, kterou lze získávat i z obnovitelných zdrojů různého typu a vlastností.

23 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 23Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Budoucnost dopravy je v ve využívání nikoliv minulé, ale současné energie slunce. PravěkMinulostPřítomnostBudoucnost … → → 20xx20xx → … slunce vytváří zásoby energie člověk využívá energii slunce (transformovanou přes fotosyntézu) člověk těží zásoby energie člověk využívá transformovanou energii slunce

24 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 24Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Náhrada kapalných uhlovodíkových paliv elektřinou Formy uplatnění elektrické energie v dopravě: a)Závislá elektrická trakce pevná trakční zařízení (trakční napájecí stanice a trakční vedení) přivádějí elektrickou energii k dopravnímu prostředku oblast aplikace: silně zatížené přepravní proudy (vyplatí se budovat pevná trakční zařízení) praktické rozšíření: kolejová doprava, trolejbusy b)Polozávislá elektrická trakce dopravní prostředek je opatřen zásobníkem energie, který je v určitých intervalech dobíjen z pevných trakčních zařízení (nabíjecí stanice) oblast aplikace: slabě zatížené přepravní proudy (nevyplatí se budovat pevná trakční zařízení) praktické rozšíření: doprava na kratší vzdálenosti, perspektivně zejména kolektivní

25 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 25Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Náhrada kapalných uhlovodíkových paliv elektřinou V České republice se ročně spotřebuje zhruba dm 3 kapalných uhlovodíkových paliv o výhřevnosti 10 kWh/dm 3. Při uvažování 35 % účinnosti pohonu spalovacím motorem a 70 % účinnosti elektrické trakce lze tato paliva nahradit kWh, tedy 33 TWh elektrické energie. Ročně je v ČR vyráběno zhruba 86 TWh elektrické energie, a spotřebuje se 71 TWh elektrické energie (15 TWh je exportováno). Náhrada kapalných paliv elektrickou trakcí znamená nárůst spotřeby elektrické energie o 46 % což je hodně, ale není to nereálné. K výrobě 33 TWh postačují při rovnoměrném odběru nové elektrárny o výkonu 4 GW (současný instalovaný výkon elektráren v ČR je zhruba 20 GW a ročně jsou schopny vyrobit 175 TWh, v průměru jsou vytíženy na 50 %). Při orientaci na polozávislou vozbu lze dobu nabíjení zásobníků energie na vozidlech situovat do období nízkého odebíraného výkonu (do energetických sedel).

26 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 26Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Chytré sítě (Smart grids) Tradiční řešení Zásobníky energie ve vozidlech jsou nabíjeny ihned po skončení jízdy (do práce a z práce), tedy zvyšují zatížení energetické sítě v době špiček. Moderní řešení Zásobníky energie ve vozidlech jsou nabíjeny až v době sedla, tj. vyrovnávají zatížení energetické sítě v době sedla. Alternativa: využití kapacity baterií nečinných vozidel k podpoře sítě (analogicky jako přečerpávací vodní elektrárny) výchozí zatížení sítě zatížení sítě včetně vozidel se zásobníky

27 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 27Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Náhrada kapalných uhlovodíkových paliv elektřinou Technické a ekonomické limity vozidel polozávislé trakce: a) Technika Rozhodujícím parametrem je hmotnost zásobníku energie. Ta je nepřímo úměrná jeho měrné energii. Přes nesporný pokrok v nedávné době: olověný akumulátor: 25 kWh/t lithiový akumulátor: 100 kWh/t jsou tyto hodnoty výrazně nižší, než u kapalných uhlovodíkových paliv: nafta, benzín: tepelně kWh/t, mechanicky kWh/t. b) Ekonomika Rentabilita investic do zásobníků energie a trakčních zařízení vyžaduje jejich vysoké denní využití (vysoký denní proběh vozidla). Tuto podmínku splňuje vozidlo s profesionálním řidičem (denní doba využití 8 a více hodin), nikoliv vozidlo s řidičem amatérem (denní doba 1 až 2 hodiny). Analogicky k tomu déle působí i příznivé vlivy na životní prostředí.

28 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 28Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Náhrada kapalných uhlovodíkových paliv elektřinou Oblast aplikací silničních vozidel polozávislé elektrické trakce (vozidel se zásobníky energie): Veřejná městská doprava v místech slabších přepravních proudů (tam, kde se nevyplatí budovat pevná trakční zařízení – tramvajové či trolejbusové tratě), tedy elektrobusy a elektrotaxi. Přednosti: vysoké denní využití investic, příznivý vliv na životní prostředí, využití rekuperace ke zvýšení energetické náročnosti zastávkového způsobu jízdy. Nákladní doprava a služby ve městech (zásobování obchodů, odvoz odpadu, čistění ulic…). Přednosti: vysoké denní využití investic, příznivý vliv na životní prostředí.

29 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 29Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Náhrada kapalných uhlovodíkových paliv elektřinou Individuální automobil s elektrickým pohonem a akumulátorem elektrické energie je vhodný pro jízdy na kratší vzdálenosti (zejména ve městech, a to v místech bez veřejné dopravy). Pro dopravu ve směru silných přepravních proudů a pro dopravu na větší vzdálenosti je limitován, a to z více důvodů: vysoká hmotnost zásobníku elektrické energie (dojezd), nízké denní využití drahého pohonného systému a zásobníku (ekonomika) vysoká energetická náročnost jakékoliv formy automobilu, danou jeho vysokým odporem valení a vysokým aerodynamickým odporem (energetika), neřeší nedostatek komunikací a ploch ve městech (urbanizace).  efektivnějším řešením mobility je orientace na veřejnou dopravu v elektrické trakci, která umí využít k přepravě cestujících elektrickou energii i komunikace a plochy lépe než individuální elektromobil.

30 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 30Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrický versus naftový pohon Elektrická vozba (účinnost v rozsahu vstup trakční napájecí stanice – obvod kol ƞ = 70 %), starší vozidlo (bez rekuperace): na 1 kWh trakční práce je nutno odebrat cca 1 / 0,7 = 1,4 kWh z distribuční sítě Elektrická vozba, moderní vozidlo s rekuperací brzdové energie (úspora 35 %): na 1 kWh trakční práce je nutno odebrat cca 1,4. (1 – 0,35) = 0,9 kWh z distribuční sítě Motorová vozba (nafta 10 kWh/litr, účinnost nafta / obvod kol ƞ = 30 %): na 1 kWh trakční práce je nutno spálit cca 0,33 litru motorové nafty o tepelném obsahu 3,3 kWh.

31 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 31Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Při současné cenové úrovni (2,50 Kč/kWh el. energie, 28 Kč/dm 3 nafty bez DPH) je energie pro provoz zastávkových vozidel na naftu téměř čtyřikrát dražší, než vozidel na elektrickou energii. Příklad: zastávkové vozidlo (20 t, 0,1 kWh/tkm, tedy 20. 0,1 = 2 kWh/km): elektrické napájení: E = 0,9. 2 = 1,8 kWh elektrické energie za 1,8. 2,5 = 4,50 Kč/km motorová nafta: B = 0,33. 2 = 0,67 dm 3 motorové nafty za 0, = 18,70 Kč/km => rozdíl: Δ = 18,70 Kč/km – 4,50 Kč/km = 14,20 Kč/km Náklady na energii

32 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 32Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Náklady na dopravu – vyrovnaný výchozí stav (automobil: pohonné hmoty jako jediný vnímaný přímý náklad)

33 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 33Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Náklady na dopravu – stav po zdražení energií o 100 % (automobil: pohonné hmoty jako jediný vnímaný přímý náklad)

34 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 34Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vývoj mobility v EU – cíle Programový dokument EU „Bílá kniha o dopravě“ (březen 2011) má tři základní a kvantifikovatelné cíle: a)neomezovat, naopak rozvíjet mobilitu, neboť ta je součástí hospodářského, společenského i rodinného života, a)zbavit mobilitu závislosti na kapalných uhlovodíkových palivech (zejména na ropě), která v současnosti pokrývají 96 % energie pro dopravu v EU, neboť jde o perspektivně nedostatkové, drahé a do EU importované zboží (v roce 2010 dovezla EU ropu za 210 miliard EUR), b)zásadním způsobem snížit produkci CO 2 dopravou, a to ve srovnání s výchozí úrovní roku 2008 o 20 % do roku 2030 a o 70 % do roku 2050 „Pokud se nebudeme závislostí na ropě zabývat, mohla by být schopnost občanů cestovat, jakož i naše ekonomická bezpečnost značně ohrožena a to by mohlo mít nedozírné následky na inflaci, obchodní bilanci a celkovou konkurenceschopnost ekonomiky EU.“ EU KOM (2011) 144

35 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 35Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vývoj mobility v EU – cíle

36 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 36Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vývoj mobility v EU – nástroje Ve snaze neomezovat mobilitu ani po eskalaci cen ropy je preferována doprava v elektrické trakci: z městské dopravy postupně vyloučit automobily se spalovacími motory (prioritní orientace na hromadnou dopravu s elektrickou trakcí) nákladní dopravu nad 300 km převést ze silnic a dálnic na železnici příměstskou dopravu převést ze silnice na železnici meziměstskou silniční dopravu nahradit železnicí (osobním automobilům a autobusům zůstane operativní a venkovská doprava) leteckou dopravu nad pevninou nahradit železnicí (letadla zůstanou lety přes oceán)

37 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 37Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vývoj dopravy v České republice Za posledních dvacet let (1993 až 2012) došlo v ČR k: zvýšení počtu obyvatel na 102 %, zvýšení HDP na 160 %, zvýšení přepravních výkonů nákladní dopravy na 115 %, zvýšení přepravních výkonů osobní dopravy na 150 %, zvýšení spotřeby energie v dopravě na 230 %, zvýšení exhalací produkovaných dopravou na více než 200 %.  dopravou se plýtvá,  doprava plýtvá energiemi. Dominantním dopravním systémem se stala energeticky vysoce náročná automobilová doprava, která zajišťuje 60 % přepravních výkonů osobní dopravy a 76 % přepravních výkonů nákladní dopravy.

38 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 38Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vývoj posledních dvaceti let v České republice

39 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 39Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Silniční doprava zajišťuje v České republice rozhodující podíl nákladní přepravy

40 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 40Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Silniční doprava zajišťuje v České republice rozhodující podíl osobní přepravy

41 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 41Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vývoj dopravy v České republice - podíl uhlovodíkových paliv na energiích pro dopravu vzrostl na 97 % (17 kWh/den), - podíl elektřiny na energiích po dopravu klesl na 3 % (0,6 kWh/den). I takto malý podíl elektrické energie však v ČR zajišťuje: - 14 % přepravních výkonů osobní dopravy, - 19 % přepravních výkonů nákladní dopravy. => to dokládá vysokou efektivitu elektrické vozby, zejména kolejové.

42 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 42Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Energetika a doprava Doprava je výrazným spotřebitelem energie (v ČR 20 %, vytápění budov 10 %) Vzájemné propojení energetiky a dopravy má čtyři základní hlediska: bilanční (je potřeba pokrýt požadavky na energii pro dopravu), strukturní (je potřebné sladit strukturu forem dodávané a spotřebované energie), síťové (je potřebné zajistit rozvod, respektive dopravu, a akumulaci jednotlivých forem energie), bezpečnostní (energetika i doprava tvoří oblasti kritické infrastruktury, které se musí navzájem zajišťovat).

43 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 43Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Aktualizovaná státní energetická koncepce České republiky V listopadu 2012 předložilo Ministerstvo průmyslu a obchodu vládě ČR strategický dokument Aktualizovaná státní energetická koncepce České republiky (zpracovaný týmem odborníků pod vedením prof. Pačese). Jedním z bodů koncepce je orientace ČR na jadernou energetiku, což má dva cíle: Zvýšení podílu elektřiny na celkové konečné spotřebě energií z dosavadních 21 % na 25 %,  náhrada části importované ropy elektrickou energií (pokles jejího podílu na konečné spotřebě ze 30 % na 25 %), Zásadní proměna elektrárenství, dosud z 61 % založeného na spalování fosilních paliv (zejména hnědého uhlí), na dominantní (71 %) roli bezemisních elektráren,  pokles produkce CO 2 na výrobu 1 kWh elektrické energie pod 50 %.

44 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 44Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Aktualizovaná státní energetická koncepce ČR

45 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 45Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Aktualizovaná státní energetická koncepce České republiky Energetická koncepce ČR řeší energetický mix nejen na straně zdrojů, ale i na straně spotřeby. A to včetně dopravy, která je významným spotřebitelem energie (20 %). Základním principem je odklon energetiky od fosilních uhlovodíkových paliv. V dopravě předpokládá výrazný růst podílu elektrické energie: 2012: … GWh (100 %) 2020: … GWh (123 %) 2030: … GWh (154 %) 2040: … GWh (203 %)

46 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 46Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Aktualizovaná státní energetická koncepce ČR

47 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 47Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Aktualizovaná státní energetická koncepce České republiky Na současné spotřebě elektrické energie pro dopravu (2 200 GWh/rok) se podílí: -zhruba z 50 % (1 100 GWh/rok) železnice, -zhruba z 50 % (1 100 GWh/rok) městská hromadná doprava (metro, tramvaje, trolejbusy). Jak a proč zvýšit spotřebu elektrické energie v dopravě o GWh již do roku 2030? Cílem není spotřebovat více energie, ale cílem je dosáhnout celkového snížení spotřeby energie: -zvýšit podíl efektivně využívané elektrické energie, -to umožní snížit podíl kapalných paliv, která jsou využívána méně efektivně. Dvě cesty k vyšší energetické efektivnosti dopravy: -náhrada spalovacího motoru (účinnost 30 až 40 %) elektrickým (účinnost 90 %), - snížení trakčního odporu (kolejová doprava, hromadná doprava – dlouhá vozidla /vlak s nízkým aerodynamickým odporem).

48 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 48Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Aktualizovaná státní energetická koncepce České republiky - přínos Cílem pochopitelně není spotřebovat více elektřiny, ale spálit měně nafty. Multiplikační faktor úspor při převedení dopravy z automobilů poháněných naftou na vlaky poháněné elektřinou je přibližně 7,5: -poměr účinnosti pohonu elektromotorem versus spalovacím motorem: K p = η e / η d = 90 % / 36 % = 2,5 -poměr středního trakčního odporu automobilu a vlaku: K o = p s / p ž = 15 ‰ / 5 ‰ = 3 Výsledný multiplikační faktor: K = K p. K o = 2,5. 3 = 7,5 Jedna spotřebovaná kWh elektrické energie (za 2,5 Kč) tedy nahradí 7,5 kWh energie z nafty. To znamená (při výhřevnosti nafty 10 kWh/litr) úsporu 0,75 litru nafty (za 0, Kč/litr = 21 Kč). elektrická energie : 1 mld. kWh/rok (2,5 mld. Kč) úspora nafty: 7,5 mld. kWh/rok / 0,75 mld. litrů/rok (21 mld. Kč/rok) úspora nákladů:21 – 2, 5 = 18, 5 mld. Kč/rok

49 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 49Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Jak v městské dopravě? Rovněž v městské dopravě je potřebné zásadním způsobem zvýšit podíl elektrické energie na úkor spalování uhlovodíkových paliv (nafta, benzin, plyn). Na individuální elektromobily nelze spoléhat, to není efektivní cesta – automobily jsou svými majiteli denně využívány jen velmi krátký čas a ujedou malou vzdálenost. Ekonomicky se nevyplatí investovat do nákupu individuálně používaného elektromobilu zaměstnaným člověkem (tedy s nízkým denním časovým využitím). Elektromobily proto budou mít význam jen v oblastech četnějšího využívání, tedy s profesním řidičem (taxi, služební vozy, rozvážka, …). => Rozhodující roli ve zvýšení podílu elektrické trakce ve městské dopravě musí zajistit vozidla denně provozovaná 12 až 18 hodin a schopná denně ujet 200 až 400 km, tedy vozidla městské hromadné dopravy.

50 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 50Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Jak v městské dopravě? Jak zvýšit podíl elektrické vozby v městské hromadné dopravě? Jaké jsou závislosti mezi přepravními výkony a spotřebou elektrické energie? Příklad: Metro Praha 60 % spotřeby elektrické energie mají stanice 40 % spotřeby elektrické energie mají vozidla => při (teoretickém) zvýšení přepravních a dopravních výkonů na současných linkách na 200 % stoupne spotřeba elektrické energie jen na 140 % - jaký je potenciál dalšího rozvoje elektrické vozby? -jaké investice do infrastruktury vyžaduje další rozvoj elektrické vozby?

51 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 51Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Role autobusové dopravy v MHD v ČR V 19 velkých městech v ČR, jejichž Dopravní podniky jsou členy SDP ČR zajišťuje povrchová elektrická vozba (tramvaje a trolejbusy) 54 % přepravní nabídky (v místových kilometrech). Zbývajících 46 % přepravní nabídky zabezpečují autobusy (výkony roku 2012): přepravní nabídka …… místových km dopravní výkon …………… vozových km počet vozidel ……………………… vozů spotřeba nafty …………..… litrů/rok náklady na naftu …….… Kč/rok produkce CO 2 ………..…… kg/rok Perspektivní převzetí autobusové dopravy vozidly elektrické trakce – elektrobusy je významným potenciálem rozvoje elektromobility a naplnění Aktualizované státní energetické koncepce ČR (spotřeba elektrické energie cca 264 GWh/rok).

52 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 52Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrická vozba Zdroj elektrické energie Vozidlo Werner von Siemens 1879 Živnostenská výstava, Berlín 1879

53 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 53Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrická vozba Typické znaky: - Vysoké investiční náklady (drahá infrastruktura) - Nízké provozní náklady (levná energie) náklady celkové náklady měrné náklady provoz hospodárnost roste zatížení investice

54 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 54Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Ekonomické zákonitosti elektrické vozby Elektrizace tratí však vyžaduje vynaložit počáteční investiční náklady => málo zatížené tratě se nevyplatí elektrizovat náklady oblast hospodárného provozu el. volby elektrická vozba přepravní výkony (t/den, osoby/den) 0 motorová vozba

55 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 55Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrický pohon (elektrická trakce)  závislá el. trakce (potřebuje pevná trakční zařízení) vozidlo je prostřednictvím sběrače a trakčního vedení (trolejový drát, přívodní kolejnice) napájeno ze stacionárního zdroje elektrické energie  nezávislá el. trakce (nepotřebuje pevná trakční zařízení) vozidlo je napájeno ze zdroje elektrické energie, který je jeho součástí  polozávislá el. trakce (občas potřebuje pevná trakční zařízení) vozidlo je napájeno ze zásobníku elektrické energie, který je jeho součástí, ale ten je nutno občas dobít ze stacionárního zdroje elektrické energie

56 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 56Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrická trakce Závislá el. trakce Polozávislá el. trakce Nezávislá el. trakce naftový motor trakční generátor elektrárna nabíjecí stanice akumulátor zásuvka vozidlo elektrárna měnírna trakční vedení sběrač trakční motor distribuční síť

57 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 57Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Závislá trakce  vysoké fixní náklady (pevná trakční zařízení)  nízké variabilní náklady (levná elektrická energie) Polozávislá trakce  nízké fixní náklady  vyšší variabilní náklady (zvýšení ceny elektrické energie jejím uskladněním) Oblasti optimálního využití: -- dostatečně intenzivní provoz => výhodnější (levnější) je závislá trakce -- málo intenzivní provoz => výhodnější (levnější) je polozávislá trakce náklady [Kč/os.km] [Kč/tkm] přepravní tok [osob/h] [tun/h] 0 polozávislá trakce závislá trakce smysluplná oblast elektrizace tratí Optimální volba

58 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 58Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vozidlo se zásobníkem energie 1. Fáze- nabíjení Z Stacionární zdroj elektrické energie Zásobník energie na vozidle je nabíjen ze stacionárního zařízení 2. Fáze - jízda Z Stacionární zdroj elektrickéen ergie Pohon vozidla je napájen ze zásobníku na vozidle

59 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 59Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Lithiové akumulátory mají čtyřnásobně větší měrnou energii, než olověné

60 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 60Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Lithiové akumulátory již jsou lehčí, než zásoby uhlí a vody pro parní stroj. Ale mnohonásobně těžší, než nafta

61 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 61Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Potřebný denní dojezd Směrné hodnoty denní doby provozu: - soukromý individuální elektromobil pod denní dojíždění do práce: L = T. v = 2. 0,5. 80 = 80 km - městský linkový elektrobus: L = T. v = = 300 km

62 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 62Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Energetická bilance polozávislých vozidel Vytvořená trakční práce (A t ): A t = k A. m z. η. (1 – β) k A … měrná energie zásobníku (kWh/t), m z … hmotnost zásobníku energie (t), η … účinnost trakčního pohonu β... poměrný příkon vedlejší spotřeby (osvětlení, klimatizace, …), Spotřebovaná trakční práce (A t ): A t = p. m. g. L / p … měrný trakční odpor (N/kN), m … hmotnost vozidla (t), g … gravitační zrychlení (9,81 m/s 2 ), L … ujetá dráha (dojezd) (km)

63 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 63Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Akční rádius (dojezd) polozávislých vozidel Kummlerův vztah pro dojezd akumulátorového vozidla (Hermann Kummler, 1863 – 1949) L = k A. k m. η. (1 – β) / (p. g) L … dojezd (km) k A … měrná energie zásobníku (kWh/t), k m … poměrná hmotnost zásobníku energie (k m = m z / m), η … účinnost trakčního pohonu β... poměrný příkon vedlejší spotřeby (osvětlení, klimatizace, …), p … měrný trakční odpor (N/kN), m z … hmotnost zásobníku (t) m … hmotnost vozidla (t), g … gravitační zrychlení (9,81 m/s 2 ). => vysoké hodnoty dojezdu vyžadují vysokou poměrnou hmotnost zásobníku energie

64 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 64Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Akční rádius (dojezd) polozávislých vozidel Kummlerův vztah lze modifikovat pro měrnou potřebu energie (kWh/tkm): L = k A. k m / e L … dojezd (km) k A … měrná energie zásobníku (kWh/t), k m … poměrná hmotnost zásobníku energie (k m = m z / m), e … měrná spotřeba energie (e = E / m; kWh/tkm). Respektive pro gradient spotřeby energie (kWh/km): L = k A. m z /E L … dojezd (km) k A … měrná energie zásobníku (kWh/t), m z … hmotnost zásobníku energie, E … gradient spotřeby energie (E = A / L; kWh/km).

65 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 65Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Rekuperace brzdové energie Soudobá technika frekvenčně řízených střídavých trakčních pohonů umožňuje rekuperační brzdění. Akumulátor tak plní nejen funkci zásobníku pro ukládání energie čerpané z vnějšího (stacionárního) zdroje energie, ale též umožňuje ukládat (rekuperovat) elektrickou energii generovanou trakčními motory při elektrodynamickém brzdění: - zastavovacím (při brzdění do zastávek a na křižovatkách) - využití kinetické energie, -spádovém (při brzdění v průběhu jízdy po spadu) – využití potenciální energie. A = A 0 + A k - A k r + A p – A pr = (A 0 + (A k + A p ). (1 – ƞ 2 )) / ƞ A … příkon trakčního pohonu A 0 … práce pro překonání jízdního odporu (valení, aerodynamika), A k … kinetická energie, A kr … rekuperovaná kinetická energie, A p … potenciální energie, A pr … rekuperovaná potenciální energie, … účinnost pohonného řetězce Úspora energie rekuperací činí v běžném městském provozu 30 až 40 %. Typicky jde pro elektrobus délky 12 m o pokles z cca 1,6 kWh/km na cca 1 kWh/km. -

66 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 66Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vytápění elektrobusů Energetická bilance spalovacího motoru: - 30 až 40 % energie paliva se promění v mechanickou práci, - 30 až 40 % energie paliva ohřívá výfukové plyny - 20 až 30 % energie paliva ohřívá chladící vodu. Energetická bilance trakčního elektromotoru: - 90 až 95 % elektrické energie se promění v mechanickou práci, - 5 až 10 % elektrické energie se promění v tepelné ztráty.  pohon spalovacím motorem je energeticky nehospodárný, ale produkuje dostatek ztrátového tepla pro vytápění vozidla odpadní energií,  pohon trakčním elektromotorem je energeticky hospodárný, proto ale neprodukuje dostatek ztrátového tepla pro vytápění vozidla odpadní energií.

67 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 67Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vytápění elektrobusů Energetická náročnost trakčního pohonu roste s druhou mocninou rychlosti jízdy: E t = K vs + k a. v 2 + k k. v 2 E t … gradient spotřeby energie pro trakci (kWh/km), K vs … valení a sklon, k a …. součinitel aerodynamických ztrát, k a …. součinitel rozjezdových a brzdných ztrát, v … rychlost. Energetická náročnost vytápění roste s poklesem rychlost: E v = A / L = P / v E v … gradient spotřeby energie pro vytápění (kWh/km), P … příkon vytápění, v … rychlost. => U elktrobusů v provozních aplikacích s nízkou cestovní rychlostí (městské linky: 20 až 25 km/h) má příkon pro vytápění zásadní význam, zvyšuje spotřebu energie o 50 % a více (pro 12 m bus typicky z 1 kWh/km na 1,5 kWh/km) a tomu úměrně snižuje dojezd.

68 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 68Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vliv vytápění na energetickou náročnost elektrobusu

69 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 69Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vytápění elektrobusů Možnosti vytápění elektrobusů: a)Naftové Není čisté řešení: -vozidlo je nadále závislé na drahých kapalných palivech (na ropě), -vozidlo produkuje spaliny, -vozidlo nelze deklarovat jako bezemisní a využívat výhody s tím spojené, -naftový agregát nedokáže v letním období chladit (klimatizovat) interiér, což již je standardem automobilů a během pár let bude i standardem MHD. b) Elektrické Je čisté řešení: -vozidlo je nezávislé na drahých kapalných palivech (na ropě), -vozidlo neprodukuje spaliny, -vozidlo lze deklarovat jako bezemisní a využívat výhody s tím spojené, -rezervu v energii akumulátoru pro vytápění lze v letním období využít pro chlazení interiéru, což již je standardem automobilů a během pár let bude i standardem MHD. => jednoznačným trendem u soudobých elektrobusů je elektrické vytápění a klimatizace prostoru pro cestující (byť to zvyšuje dimenzování akumulátoru).

70 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 70Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Akční rádius (dojezd) městského autobusu Směrné hodnoty dojezdu městského elektrobusu délky 12 m a s hmotnosti v obsazeném stavu 16 t. (využití jmenovité energie akumulátoru na 72 %) E = 2,1 kWh/km … bez rekuperace, s topením, E = 1,5 kWh/km … s rekuperací, s topením, E = 1,0 kWh/km … s rekuperací, bez topení. Poznámka: hmotnosti zásobníku nad cca 2 až 3 t jsou technicky neschůdné

71 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 71Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Dojezd elektrobusů

72 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 72Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Modelový městský elektrobus 12 m, 10 t netto

73 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 73Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Modelový městský elektrobus 12 m, 10 t netto

74 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 74Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Modelový městský elektrobus 12 m, 10 t netto

75 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 75Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Modelový městský elektrobus 12 m, 10 t netto

76 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 76Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Praktická realizace elektobusů V zásadě jsou dvě možnosti technického řešení elektrobusů: a)Modifikované vozidlo na bázi standardně vyráběného autobusu s naftovým motorem výhoda: ověřené vozidlo, levné, dostupné náhradní díly, nevýhoda: malý prostor a hmotnostní limit pro zástavbu zásobníku energie, b)Unikátní vozidlo koncepčně řešené jako elektrobus (s velkým prostorem a hmotnostní rezervou pro zásobník energie) výhoda: potřebný prostor a hmotnostní limit pro zástavbu zásobníku energie nevýhoda: neověřené vozidlo, drahé, obtížně dostupné náhradní díly.  druhá možnost je ekonomicky investičně i provozně neschůdná, => při současném stavu techniky (akumulátory 100 kWh/t) není technicky reálné postavit na bázi standardního autobusu elektrobus pro celodenní linkový provoz v městské hromadné dopravě (výjimka: speciální nemocniční či turistické linky s velmi malým denním proběhem).

77 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 77Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrobus - alternativy Pracovní a nabíjecí režimy: a)celodenní provoz (například 15 h. 20 km/h = 360 km/den), pak noční nabíjení – při současném stavu techniky pro běžné linky nereálné, b)polodenní provoz (ranní a odpolední špička, zhruba dvakrát 5 h. 20 km/h = 100 km), mezi tím noční i polední nabíjení – technicky reálné, ale omezený rozsah aplikací, c)zastávkový princip (2 minuty jízdy, 15 s nabíjení na každé zastávce), d)opakovaný jednohodinový cyklus (50 minut provoz, 10 minut nabíjení na konečné) Pro města s již zavedenou elektrickou trakcí (tramvaj, trolejbus) se velice zajímavým jeví opakovaný jednohodinový cyklus – nabíjení elektrobusů je napájeno z existujícího trakčního vedení a měníren.

78 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 78Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrobus – noční nabíjení Po nabití zásobníku energie na vozidle v nabíjecí stanici využívá vozidlo energii ze zásobníku energie až do jeho vybití. Reálný dojezd v městském provozu (s rekuperací a elektrickým vytápěním, Li akumulátor 20 % hmotnosti vozidla): 150 km, tedy cca 8 hodin A T 0 L Nabíjecí stanice 150 km

79 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 79Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrobus pro oběhový provoz (denní cyklus) Noční dobíjení ze zásuvky 3 X 400 V 50 Hz

80 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 80Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrobus – zastávkový princip (malý rychlý zásobník) Zásobník je dobíjen na každé zastávce (v průběhu výstupu a nástupu cestujících) po dobu cca 15 až 20 sekund a je dimenzován pouze na jízdu k následující zastávce (dojezd na jedno nabití cca 2 km). Vozidlo je na lince schopno neomezeného celodenního provozu. A T 0 L zastávka A cca 1 km zastávka B zastávka Czastávka D rekuperační brzda

81 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 81Ing. Jiří Pohl / IC RL EN E-BRT (electric Bus Rapid Transit)

82 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 82Ing. Jiří Pohl / IC RL EN E-BRT (electric Bus Rapid Transit)

83 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 83Ing. Jiří Pohl / IC RL EN E-BRT (electric Bus Rapid Transit)

84 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 84Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrobus – průběžné dobíjení Po nabití zásobníku energie na vozidle v nabíjecí stanici využívá vozidlo v průběhu provozu na lince čas pobytu na konečných stanicích k opakovanému dobíjení po dobu cca 10 až 15 minut při zhruba jednohodinovém cyklu. Reálný dojezd v městském provozu (s rekuperací a elektrickým vytápěním, Li akumulátor 10 % hmotnosti vozidla): 300 km, tedy cca 16 hodin (prakticky neomezený cyklus). Bez průběžného dobíjení cca 80 km. A 0 Nabíjecí stanice Konečná stanice 20 km Konečná stanice Konečná stanice

85 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 85Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Elektrobus pro oběhový provoz (1-hodinový cyklus) Postupné dobíjení z dvoustopého trakčního vedení

86 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 86Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Možnosti čerpání energie pro průběžné dobíjení elektrobusů a) Distribuční síť 3 x 400 V 50 Hz - omezený výkon sítě, -nutnost jednání s distributorem, -výkopové práce, -nutnost řešení přenosu energie síť – vozidlo (konduktivní či induktivní), - drahá energie ze sítě nn b)Trakční napájení elektrických drah -velký nabíjecí výkon (krátké nabíjecí časy), -využití existujících měníren a trakčního vedení metra, tramvají a trolejbusů, -vlastní energetická sít dopravce, příznivý vn tarif, -výkonová rezerva v tradiční síti po nasazení moderních vozidel s rekuperací, -levné zřízení nabíjecích míst (vzdušné vedení), -možnost využití přebytků rekuperované energie, -snadné a rychlé připojení sběračem.

87 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 87Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Aplikace průběžně dobíjených elektrobusů v systému MHD -páteřní linky MHD jsou zajišťovány systémy s elektrickou závislou trakcí (s liniovým trakčním vedením a trakčními napájecími stanicemi): metro, tramvaje, trolejbusy, -k přestupním stanicím na páteřních linkách svážejí, respektive rozvážejí, cestující autobusy. Ty obsluhují méně osídlených oblastí), ve kterých se z důvodu slabých přepravních proudů nevyplatí budovat liniové trakční vedení a trakční napájecí stanice. = > v těsné blízkosti konečných autobusových linek je městská elektrická dráha. Nabízí se racionální možnost využit již existujících trakčních napájecích stanic (měníren) a trakčního vedení i k napájení nabíjecích míst pro elektrobusy. Konečná stanice tak má nejen přepravní význam (přestup cestujících), ale i energetický význam (předávání energie). Analogicky je možno zřizovat i parkoviště elektromobilů P + CH + R, respektive nabíjecí místa rozvážkových elektromobilů, na principu smart grids.

88 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 88Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení elektrobusu s průběžným nabíjením  celková hmotnost (obs.): kg  hmotnost prázdného vozidla: kg  délka: 7,720 m  šířka: 2,200 m  výška: 3,050 m  rozvor: 3,675 m  převis: 2,345 m  nejvyšší provozní rychlost 62 km/h  přepravní kapacita: (sedadla + stojící + osoba na vozíku + řidič)  dojezd:neomezený (ve městě na určené lince)  typ akumulátoru: LiFe (Lithium-železo)  energie akumulátoru: 96 kWh  klimatizace: přepravní prostor, elektrická  trakční motor: třífázový asynchroní 85 / 150 kW  trakční měnič: DC-AC IGBT Mono  doba nabíjení: min / 1 hodina

89 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 89Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení midibus se sběračem proudu

90 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 90Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení midibus se zdviženým sběračem proudu

91 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 91Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení trakční vedení na konečné stanici

92 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 92Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení trakční vedení na konečné stanici

93 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 93Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení trakční vedení na konečné stanici

94 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 94Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení trakční vedení na konečné stanici

95 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 95Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení trakční vedení na konečné stanici

96 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 96Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení trakční vedení na konečné stanici

97 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 97Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Technické řešení trakční vedení na konečné stanici

98 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 98Ing. Jiří Pohl / IC RL EN © Siemens AG 2012 Elektrobus Siemens - Rampini ověření v Brně 5. až (Mendlovo náměstí – Výstaviště – Přehrada (elektroloď)

99 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 99Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Zvýšení podílu elektrické vozby v městské dopravě Výchozí stav Elektrická vozba je podmíněna liniovou infrastrukturou - trakční vedení plus kolej (u kolejových systémů) Současnost a) ve městech a jejich okolí jsou především rozvíjeny silniční komunikace primárně určené především pro individuální automobilovou dopravu (včetně tunelů, přemostění, …), zatím co rozvoj sítě elektrických vozidel (metro, tramvaje, trolejbusy) stagnuje => využít nově budované komunikace i pro MHD, b) s růstem kultury bydlení (vysoké činžovní domy versus přízemní rodinné domky se zahradou) v okrajových oblastech měst výrazně klesá plošná koncentrace osídlení – elektrickou vozbu je potřebné přestat vázat jen na liniové stavby. = > vozidla se zásobníky energie (polozávislá elektrická trakce) Klíčové téma: elektrobus

100 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 100Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Vývoj městské dopravy Trendy ve společnosti: roste cena kapalných uhlovodíkových paliv => je potřebné řešit náhradu ropných paliv elektrickou energií, mění se formy osídlení měst. V důsledku růstu komfortu bydlení klesá plošná koncentrace obyvatelstva => jsou potřebné i méně kapacitní dopravní systémy. Základem městské dopravy jsou systémy charakteru elektrické dráhy (metro, tramvaj, trolejbus), které jsou ekonomicky vysoce efektivní, avšak jsou racionálně použitelné jen při náležitě silných přepravních proudech. Pro ostatní oblasti se jeví vhodné doplnit městskou hromadnou dopravu i o systémy polozávislé elektrické vozby - elektrobusy.

101 © Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. Strana 101Ing. Jiří Pohl / IC RL EN Děkuji Vám za Vaši pozornost. Jiří Pohl Engineer Senior Siemens, s.r.o. / IC RL EN Siemensova Praha 13 Česká republika siemens.cz/mobility


Stáhnout ppt "© Siemens, s.r.o., divize Rail Systems & Mobility and Logistics 2013 Všechna práva vyhrazena. siemens.cz/mobility Průběžně dobíjené elektrobusy Ing. Jiří."

Podobné prezentace


Reklamy Google