Wpływ elektryfikacji na zmianę warunków eksploatacyjnych floty autobusów miejskich. Od projektowania po realizację.

To już piąta część z serii artykułów o pojazdach elektrycznych w miejskim transporcie zbiorowym.

By zakup i eksploatacja pojazdów bateryjnych nie okazały się operacyjnym, logistycznym i ekonomicznym „koszmarem” od pierwszego dnia, jeszcze przed opuszczeniem bram zajezdni, a jednym z kluczowych pytań nie stało się „gdzie i jak wykorzystać te nasze bezużyteczne elektryki”.

Planując zakup pojazdu bateryjnego należy dokonać strategicznej analizy wielopoziomowej konkretnego przypadku. Będzie miała ona charakter indywidualny. Analiza ta powinna składać się przynajmniej z omówionych niżej głównych etapów. Będzie to zarówno analiza czynników ekonomicznych, technologicznych, logistycznych i społecznych.

Strategia – teoria

 Najkrócej jak się da to sposób realizacji celów organizacji. Należy dodać do tego posiadane zasoby oraz wiedzę lokując ją w pewnych ramach czasowych – obecnych i przyszłych.

Analiza strategiczna – teoria

Ze względu na kompleksowość podlegających analizie obszarów, istotnym zadaniem jest zintegrowane – ogólne – spojrzenie na całe przedsiębiorstwo, zarówno w aspekcie jego otoczenia jak i sytuacji wewnętrznej. Analizę strategiczną można zatem podzielić na dwie analizy: zewnętrzną oraz wewnętrzną, które z kolei składają się z kolejnych analiz szczegółowych. Analiza zewnętrzna pozwala zidentyfikować procesy oraz zjawiska, które nie zachodzą bezpośrednio w przedsiębiorstwie, ale są z nim związane poprzez oddziaływanie. Stwarzają one szanse bądź zagrożenia, dlatego ważna jest możliwość ich przewidywania. Aby usprawnić analizę zewnętrzną warto dokonać podziału otoczenia na makrootoczenie i mikrootoczenie, nazywane również otoczeniem konkurencyjnym. W skład makrootoczenia wchodzą procesy i zjawiska dalsze, globalne, oddziałujące na przedsiębiorstwo pośrednio.

Wprowadzenie do eksploatacji pojazdów bateryjnych powinno być ściśle związane ze strategią i przeprowadzoną analizą strategiczną tego przedsięwzięcia. Stronami tego postępowania powinny być zarówno samorządy jak i sami operatorzy/przewoźnicy. Już dziś 32% nowo zakupionej floty powinno być niskoemisyjne (gaz, elektryk, wodór) oraz połowa zeroemisyjna (wodór lub prąd).  Nie jest możliwe zignorowanie zapisów zmienionej 2.12.2021 ustawy o elektro mobilności i paliwach alternatywnych z 2018 roku.

Link do ustawy

Obecna niestabilna sytuacja geopolityczna związana z konfliktem na Ukrainie oraz napięciem na linii wielkich mocarstw stanowi podłoże do dużej zmienności w kosztach surowców, półprzewodników oraz dużej liczby produktów gotowych. Nie bez znaczenia pozostają nadal zakłócone łańcuchy dostaw. W tej sytuacji duże wahania cen podstawowych surowców energetycznych jak: ropa, gaz, energia stanowią dużą przeszkodę w racjonalnym planowaniu długoletnim. Cykl życia pojazdów na poziomie 15 lat czy realizowane kontrakty terminowe na 8 do 10 lat wymuszają ścisłą analizę i planowanie kosztów oraz ryzyk.

W tym rozdziale poruszone zostaną kwestie planowania strategicznego wprowadzenia floty elektrycznej biorąc pod uwagę głównie czynniki wysokospecjalistyczne dla zbiorowego transportu miejskiego. Będą to kwestie dotyczące zarówno przewozów jak i samej technologii i techniki.

Zakup pojazdów zeroemisyjnych – aktualnie wykorzystywane metody

Na rynku tylko jeden operator prywatny posiada autobusy elektryczne. Jest to firma która świadczy usługi transportu zbiorowego dla miasta Rybnik na podstawie wygranego postępowania przetargowego. W pozostałych przypadkach zakup pojazdów odbywał się przez operatorów lub przewoźników działających na zasadzie umowy powierzenia.  

Źródło: www.motoryzacja.interia.pl

Zakup pojazdów bateryjnych odbywa się głównie z użyciem środków pomocowych np:

• Kutno 14,6 mln. zł z 21,2 mln. zł na zakup 6 sztuk
• Kraków 109 mln. zł ze 158   zł  na zakup 50 sztuk
• Zielona Góra 167 mln. zł 257 mln. zł. na zakup mn. 47 sztuk elektrycznych
• Zielona Góra 30,3 mln. zł z 45 mln. zł na zakup 8 sztuk
• Warszawa 180 mln. zł na zakup 130 sztuk
• ZTM Lublin na zakup 35 autobusów (20 elektrycznych i 15 trolejbusów) za 106 mln zł

Kolejnymi miastami były między innymi: Radom, Świnoujście, Miechów, Rzeszów, lista miast, gmin jest długa.

Fundusze unijne czy państwowe programy pomagają nie tylko na zakup pojazdów ale i niezbędnej infrastruktury.

Gdzie popełniono zatem błąd gdy w obecnym momencie mówi się głośno lub też już stosuje zastępowanie autobusów elektrycznych pojazdami spalinowymi? Zdecydowanie mniej o szalejących cenach prądu, gwarantowanej cenie dla wybranych lecz od samego początku. Poczynając od etapu przeglądu który powinien dać odpowiedź na tematy bieżącego stanu i posiadanych zasobów.

Faza przeglądu i  analizy otoczenia oraz własnych zasobów.

Za przykład niech posłuży jedno ze Skandynawskich miast, które zwróciło do producenta autobusy elektryczne z powodu zmiany przez zarządcę linii oraz nieprzystosowania infrastruktury do ich obsługi. Bardziej zasadne okazało się zakończenie okresu leasingu/najmu niż generowanie kosztów wynikających z obsługi niedostosowanych zadań lub postoju pojazdów. Rzeczywistość wskazuje, iż pojazdy bateryjne muszą być przypisane na stałe do konkretnych zadań/linii/pakietów. Planowanie zakupu pojazdów elektrycznych jako element naturalnego procesu odmłodzenia floty i zastąpienia konwencjonalnych napędów nie wchodzi absolutnie w grę.  Nie można zapominać o kwestiach specyfiki ruchu i sieci transportowej które mogą być na pozór nieprzewidywalne lecz konieczne do uwzględnienia:

• Objazdy – wydłużenie trasy stałej;
• Remonty – zmiana czasu przejazdu;
• Zamknięcia – likwidacja czasowa linii;
• Zmian przystanków końcowych – brak dostępu do punktu ładowania
• Stan infrastruktury drogowej i jej poziom rozwinięcia.

Tylko w roku 2022 stolica małopolski ma zaplanowane 120 remontów dróg.

W 2022 roku u operatora transportu miejskiego przy pomocy około 90 pojazdów dokonano 24 zmiany rozkładów jazdy czyli średnio co około 2.5 tygodnia. Wiązało się to ze zmianą obsługiwanych linii, przystanków końcowych oraz ilości pojazdów niezbędnych do realizacji zadań.

Powyższe czynniki mogą znacząco wpłynąć na plan wykorzystania pojazdów, zwłaszcza gdy  zużycie energii w stosunku do kilometrów, natężenia ruchu, warunków atmosferycznych jest policzone z niewystarczającym zapasem optymalizując koszty.

6% pozostałej zmagazynowanej energii – 20 km zasięgu

Każdy z tych elementów może również wpłynąć na liczbę kierowców, pojazdów niezbędny do realizacji danego rozkładu jazdy. Pod warunkiem, iż skutek nie zostanie przerzucony niejako na pasażerów, poprzez ograniczenie oferty lub znaczące pogorszenie jej atrakcyjności (w celu jej finalnej likwidacji).

Liczba pojazdów w obecnej sytuacji rynkowej schodzi na dalszy plan, tak jak do niedawna można było przeczytać o licznych sukcesach zakupu 2, 5, 20 lub nawet więcej pojazdów. MPK/MZK na wielkich zakupach! Nie ma to dziś absolutnie żadnego znaczenia poza przypadkami gdy zastępowane są faktycznie pojazdy wiekowe i maksymalnie wyeksploatowane oraz ,iż w wyniku takiego zakupu znacząco poprawia się standard świadczenia usług np. zamiana busa na autobus.

Kierowcy w nowym systemie mobilności

Dziś oraz w długiej perspektywie również pozostanie z nami problem braku kierowców dla tych pojazdów. O braku prowadzących można napisać wiele, lecz należy zwrócić również uwagę na bardzo niepokojący fakt. Modernizacja floty, zmiana rodzaju napędu, wprowadzenie technologii nie koniecznie musi spotkać się z akceptacją pracowników. Wiele osób mających styczność z kierowcami w komunikacji miejskiej twierdzi ,iż pojazd musi być możliwie jak najprostszy i niewymagający poza podstawowym zakresem kierowania od kierowcy innego zaangażowania. Nie są to odosobnione przypadki w których kierowcy odmawiają pracy na nowym typie taboru bo go nie znają, nie chcą poznać jego obsługi. Stoi to w dużej sprzeczności z tym, iż osoby te posiadają zawodowe prawo jazdy najwyższej kategorii, lecz właśnie z takimi problemami spotyka się elektromobilność w kontekście braku kadry.

Wymagania ustawy – pojazdy zero emisyjne

Wracając do taboru. Tym większy problem pojawia się w przypadku przetargu na świadczenie usług transportu publicznego. Należy przypomnieć, iż od grudnia 2021, 32% pojazdów musi być niskoemisyjnych, (z czego połowa zero emisyjna). Prywatny operator w swojej kalkulacji kosztów opiera wyliczenia między innymi na ilości wzkm, kilometrów pustych/niepłatnych, ilości kierowców, ilości pojazdów niezbędnych do realizacji oraz na ryzyku. Tak, więc planowanie w perspektywie 8-10 letniej nie powinno być niczym zaskakującym.

Cena wozokilometra – środki zewnętrzne jako równoważnie kosztów zmiany

Źródło: www.iveco.com

W przypadku dofinansowania do zakupu pojazdu bateryjnego na poziomie 80-90% TCO pojazdu w cyklu życia jest równe lub korzystniejsze niż w przypadku pojazdu diesla. W przypadku pojazdu wodorowego nie dość ,że konieczne jest dofinansowanie do zakupu to również na tym samym poziomie do paliwa. Oczywiście czytając to zdanie w innym momencie niż październik 2022 może się to prezentować zupełnie inaczej. Tak samo jak cena paliwa CNG/LNG obecnie do np. roku 2020 i podwyżka z ok. 3,50 do 16 zł /kg. I jego udział w stawce za 1 wzkm. na poziomie 8 zł ! Do niedawna przetargi na świadczenie usług transportu wygrywały firmy oferujące stawki na poziomie niewiele ponad 3 zł za km. (KZK GOP ,a obecnie GZM). Dziś według wstępnych wyliczeń stawka za 1 wzkm. dla autobusu elektrycznego musi kosztować około 15 zł. Należy sobie zadać pytanie czy w obecnej sytuacji dużej i zrozumiałej presji społecznej na rozwijanie transportu zbiorowego jest to kwota możliwa do zapłaty przez gminy/miasta czy organizatorów transportu.

Przygotowania SWZ – szczegółowej specyfikacji technicznej pojazdu. Zasób informacji i wiedzy.

Założenie, iż to producenci pojazdów oraz dostawcy infrastruktury są w całości odpowiedzialni za finalny efekt projektu pod hasłem elektromobilność w transporcie zbiorowym jest z gruntu błędne.

Nie można zakładać, iż proces kompletacji pojazdu bateryjnego polega na dostarczeniu danych wsadowych pod postacią już omówionych elementów jak na przykład: rozkład jazdy, dostępna infrastruktura.

Odpowiedź na pytania:

• Czy istotniejszy jest czas gwarancji czy ilość cykli ładowania w kontekście sprawności?;
• Jaki typ baterii i rodzaj ładowania będzie najlepiej dopasowany – co to znaczy NMC, LTO, LiPO i która z tych technologii będzie najlepsza dla danego kontraktu;
• Jaki typ ogrzewania i klimatyzacji zostanie zastosowany – z piecem ogrzewania dodatkowego czy całkowicie elektryczne;
• Jaki typ silnika będzie najbardziej odpowiedni – centralny czy w piastach, czy synchroniczny czy asynchroniczny.

To tylko parę z kluczowych pytań. Czy znane są na nie odpowiedzi?

Pisanie dobrego technicznie, możliwego do zrealizowania i zabezpieczającego interesy zamawiającego zaczyna się długo przed ogłoszeniem postępowania. Jest to sytuacja analogiczna do opisanej w rozdziale Autobusy miejskie – milowe zmiany. Oparta jest ona na chęci zdobycia wiedzy, zebrania doświadczeń oraz docenienia wartości szkoleń.

Konstruując założenia postępowania przetargowego/zakupu, punkty 1 oraz 2 trzeba traktować ściśle łącznie.

Nieodzownym elementem tego punktu staje się również zasób ludzki (cykliczne szkolenia) oraz infrastrukturalny, o których szerzej będzie mowa w kolejnych rozdziałach.

Faza formułowania –założenia eksploatacyjne i przewozowe.

Kolejny raz koniecznym staje się zaakcentowanie faktu, iż komunikacja miejska jest bardzo „uporczywą” gałęzią transportu. Należy rozumieć to, iż kursuje 365 dni w roku przez 24h. na dobę. Niezależnie od często skrajnych warunków ruchowych oraz pogodowych. Nie można także zapominać o aspekcie ludzkim, o którym szerzej będzie mowa w kolejnych rozdziałach. To właśnie w dalszym ciągu połączenie czynnika ludzkiego z techniką (odpowiednio dobraną i utrzymywaną) zapewnia podstawę do  sprawnego funkcjonowania. Należy jednak pamiętać, iż testy rozwiązań mających służyć przez kolejne 10-15 lat nie mogą się opierać o skromną próbę w idealnych warunkach.

Gdańsk.Prezentacja autobusu o napędzie wodorowym na stadionie Polsat Plus Arena.

Źródło: www.gdansk.pl

Prezentacja to nie test pojazdu. W Polsce przyjęło się ,iż pojazd przekazywany jest do użytkownika na testy trwające najczęściej od 1 do 14 dni. Bardzo pięknie. Nie można lecz tego nazwać testami lecz prezentacją. Odliczając od tego czas potrzebny na przygotowanie pojazdu: oklejenie piktogramami, dostosowanie systemu informacji pasażerskiej czy przeszkolenie kierowców robi się nam z tego 10 dni. Jest to zbyt krótka próba nie dająca odpowiedzi na pytanie o przydatność danego pojazdu lub technologii w zróżnicowanych warunkach. Tak jak już wspominałem, kluczem jest założenie ,iż pojazdy w transporcie miejskim kursują 365 dni w roku.

Diesel = elektryk – FAŁSZ

Przyjmując na podstawie dotychczasowych doświadczeń, iż te same wskaźniki np. gotowości i wykorzystania zostaną osiągnięte dla autobusów bateryjnych, projekt ten z góry jest skazywany na porażkę.

Pojazdy bateryjne ze względu na:

• Technologię, która nie ma za sobą wystarczającego zaplecza czasowego niezbędnego na testy – dla przykładu silniki Euro 6 zanim zostały wprowadzone do autobusów były testowane w pojazdach ciężarowych;
• Inną formułę eksploatacji, wykorzystania zestawów bateryjnych – nie można zakładać, iż w jednostce czasu pojazdy o różnym typie zasilania wykonają tą samą pracę, ilość kilometrów;
• Cykl życia zestawów bateryjnych w kontekście ich wykorzystania – należy rozważyć czy założenia, o których była mowa we wcześniejszych rozdziałach nie doprowadzają do przyspieszonego zużycia i degradacji podzespołów. Przykładem staną się baterie NMC3 czyli tak naprawdę NMC811 (8 części niklu, 1 część kobaltu i 1 część  manganu). Ogniwa które dopiero rozpoczynają swoją pracę w rozwiązaniach heavy duty, umożliwiając budowę pojazdów o pojemności baterii prawie 700 kWh.

Autobusy elektryczne nie mogą być obecnie traktowane na równi pod względem gotowości i wykorzystania z pojazdami z silnikami diesla.

Gotowość i wykorzystanie w pojazdach bateryjnych

Wskaźnik gotowości poniżej 90% (około 85%) przy mniejszym niż w przypadku pojazdów z silnikiem diesla wykorzystaniu może zostać uznany obecnie za wartość satysfakcjonującą. Pamiętajmy, iż obecna dekada będzie odpowiedzialna za poziom rozwoju osiągnięty w ostatnich 30 latach.

O wskaźniku gotowości na poziomie dużo niższym niż pojazdy diesla przekonał się boleśnie miejski operator z Krakowa który w swojej flocie ponad 50 pojazdów przegubowych boryka się z ogromnymi problemami z elektryczną osią napędową AVE130 produkcji ZF. Maksymalna wytrzymałość na poziomie 80-90 tys. Km i konieczność wymiany kompletnej osi (brak części zamiennych) to operacyjny koszmar na który stać tylko największych. Tych mających bezpośredni dostęp do kieszeni miejskiej.

Należy również pamiętać, iż niezależnie od przyjętego typu baterii oraz sposobu ładowania do obsługi tych samym zadań potrzeba większej ilości pojazdów. O ile więcej? To zależy od analizy konkretnego przypadku.

Sam fakt ograniczeń wynikających z dziennego zasięgu pojazdów wyposażonych w dużej pojemności baterie lub czasu niezbędnego do szybkiego ładowania w przerwie między kursami narzuca konieczność planowania zakupu dodatkowych pojazdów.

Realne zużycie energii

Nawet rozwój technologii bateryjnej i wprowadzenie baterii NMC811 o zwiększonej gęstości energii w okolicach 275 Wh/kg która przy jednoczesnym zmniejszeniu wagi pakietów pozwala na zwiększenie ich pojemności. Przykładem staje się np. MAN Lions City E który oferuje ,aż 640 kWh pojemności baterii. Odejmując od tego 10% na bezpieczeństwo ogniwa dla głębokiego rozładowania i przeładowania otrzymujemy ok. 576 kWh.

– 1,4 kWh/km – zużycia przy bardzo sprzyjających warunkach i kierowcy który wykorzystuje możliwości odzysku energii – 411 km zasięgu – wartość właściwie nierealna i niemożliwa do przyjęcia do modelu planowania. (ogrzewanie olejowe przy zastosowaniu pompy ciepła i czynnika CO2)

Autobus przegubowy

Autobus standardowy 12m

– 1,8 kWh/km – przy normalnej eksploatacji w umiarkowanych warunkach klimatycznych (ogrzewanie i klimatyzacja) – około 300 km zasięgu – wyniki możliwe do osiągnięcia przez 3-5 miesięcy w roku (przy tych samych parametrach technicznych pojazdu)

–  więcej niż 2 kWh/km – przy wykorzystaniu klimatyzacji lub ogrzewania. Wynik 2,5 kWh/km nie powinien nikogo dziwić, lecz zastanowić czy zasięg dzienny na poziomie 200-220 km. jest wystarczający – odpowiadając na to retoryczne pytanie, nie jest.

W tym samym czasie porównując te wyniki do pojazdów gdzie ogrzewanie pojazdu realizowane jest wyłącznie przy pomocy energii elektrycznej są one oczywiście wyższe. Duże znacznie w tym przypadku ma zasada prekondycjonowania pojazdu tj. wykorzystania energii z ładowarki zewnętrznej do ogrzania/schłodzenia pojazdu przez rozpoczęciem zadania. Można w ten sposób zaoszczędzić nawet około dodatkowych 20-40 kilometrów zasięgu.

Oczywiście powyższe wyniki będą się różnić gdy pojazd nie będzie eksploatowany w milionowej aglomeracji miejskiej i dzierżącej statuetkę prawie najbardziej zakorkowanej w Polsce.

Aspekt ludzki w świecie elektrycznych pojazdów

Nieprzypadkowo pierwsze artykuły zawierały tak rozbudowany wstęp, oparty na historycznych konstrukcjach. Odwiedzając dziś warsztaty komunikacji miejskiej można spotkać w dużej ilości osoby, które są żywym świadectwem tej historii. Przejście od konstrukcji poprzedniego ustroju, pierwsze pojazdy niskopodłogowe, kolejne normy spalin, aż do dzisiejszej Euro 6e i w końcu pojazdy bateryjne, stanowi niebagatelny skok technologiczny.
Do tej pory autobusy komunikacji miejskiej kojarzone były bardziej z mechaniką niż zaawansowaną technologią.
Znajomość budowy i zasady działania podzespołów mechanicznych (hamulce, zawieszenia, silnik, układ napędowy czy chłodzenia/ogrzewania zapewniała do niedawna 80-90% skuteczności w diagnozie i naprawie.

Podwyższając stopień skomplikowania poprzez normę spalin Euro 6, klimatyzację pojazdu, diagnozę opartą głównie na komputerze diagnostycznym czy konieczność czytania/diagnozy/naprawy instalacji elektrycznych, spowodował odwrócenie wspomnianego wskaźnika. Dziś 60-70% napraw wymaga znajomości podstaw elektryki i obsługi urządzeń diagnostycznych.

Wprowadzając na rynek nowe rozwiązania, należy szczególnie pamiętać o osobach, które są, na co dzień odpowiedzialne za diagnostykę, konserwację i utrzymanie w sprawności floty autobusów.
Wraz z wprowadzeniem do ruchu początkowo pojazdów hybrydowych lub z modułem hybrydowym, a następnie pojazdów bateryjnych, zmieniła się struktura specjalistów, których musi posiadać lub czerpać z ich firma transportowa.

Już dziś znalezienie osoby chętnej do pracy, jako mechanik stanowi wyjątkowy problem. Będzie on tym większy im osoba na danym stanowisku będzie musiała odznaczać się większymi umiejętnościami.
Wysokoprądowe układy elektryczne, baterie, silniki lub osie elektryczne, osprzęt elektryczny pod postacią falowników, sterowników. To tylko ułamek tematów, które zmieniają całkowicie strukturę niezbędnych fachowców zatrudnionych na warsztacie. Dopiero w ostatnim czasie niektórzy z renomowanych producentów pojazdów przeprowadzają w pierwszej kolejności dla swoich autoryzowanych stacji obsługi szkolenia z obsługi i naprawy pojazdów bateryjnych. Szkolenia takie są wieloetapowe, dające coraz większe uprawnienia, aż do serwisu i naprawy packów bateryjnych.

Kontrakty serwisowe – zupełnie inaczej niż ASO samochodów osobowych

Rozwiązaniem tej sytuacji są kontrakty serwisowe. Już podczas zamawiania pojazdów zwiększając budżet, lub poświęcając jego część kosztem dodatkowych pojazdów, zapada decyzja o serwisie zewnętrznym. Polega on na zleceniu producentowi całkowitego utrzymania technicznego pojazdu. Zapisy umowy serwisowej mogą regulować również kwestie gotowości. Należy podkreślić, iż model taki będzie zawsze droższy niż utrzymanie warsztatu własnego oraz samodzielna naprawa pojazdów.

Za przykład niech posłuży ostatni zakup pojazdów z silnikiem diesla dla miasta Łodzi. Dziesięcioletni koszt wynajmu 52 autobusów przegubowych w przeliczeniu na 1 pojazd to: 3 729 489 zł netto. Porównując to do kosztu pojazdu w leasingu finansowym za ok. 1 800 000 zł netto oraz uwzględniając koszty serwisu oferta ta jest droższa o około 30%. Należy oczywiście dokonać dużo bardziej szczegółowej analizy biorąc pod uwagę między innymi:

• wymaganą gotowość pojazdów w całym okresie trwania kontraktu – bardzo kluczowy czynnik do planowania bieżącego funkcjonowania, który został omówiony w poprzednich rozdziałach;
• użycie części zmiennych o określonej jakości – najczęściej oryginalnych producenta pojazdu;
• wartość pojazdu po okresie najmu.

Obecnie rynek wtórny pojazdów elektrycznych praktycznie nie istnieje. Oprócz pojedynczych sztuk pojazdów z pierwszych partii produkcyjnych oraz z krótkich kontraktów z gwarantowanym odkupem nie istnieje. Dodatkowym haczykiem jest technologia która w ciągu ostatnich 8 lat znacząco uległa zmianie. Pierwsze autobusy elektryczne nie posiadały systemu chłodzenia baterii trakcyjnych. Niska gęstość energii pierwszych typów baterii NMC111 (1/3 niklu, 1/3 manganu i 1/3 kobaltu) nie przewidywała późniejszych tak dużych problemów z temperaturą zestawów bateryjnych. Dla przypomnienia muszą one w całym cyklu pracy być w optymalnej temperaturze około 20 stopni Celsjusza. Niezbędne jest do tego zarówno ogrzewanie jak i chłodzenie. Przebudowa takiego pojazdu jest ekonomicznie nie uzasadniona i oscyluje w kwocie bliższej 1 mln. zł.

W tym miejscu należy sobie zadać pytanie o wartość rezydualną pojazdu po okresie najmu, dzierżawy czy zakończeniu terminowego kontraktu. Również na obecną chwilę żadna z firm nie zajmuje się tematem drugiego życia pojazdu bateryjnego, co z punktu widzenia ekonomicznego i funkcjonalnego może okazać się zasadne.

Zaplecze techniczne – świadomość, umiejętności

Całodobowa obsada warsztatu i dostępność serwisantów, zarówno do planowych obsług technicznych, napraw bieżących jak i awarii nie jest wcale oczywistością w strukturach firm publicznego transportu zbiorowego.

Nieodosobnionymi przypadkami są sytuacje, w których osoby mogące dokonać naprawy pojazdu dostępne są tylko do godzin późno popołudniowych, a także z wyłączeniem weekendów. Pojazdy, które ulegną awarii, mają nawet drobną usterkę oczekują do pierwszego dnia roboczego na usprawnienie.

Jest to model, który nie zapewnia prawidłowej obsługi bieżącej i technicznej pojazdów. Wprowadzenie do ruchu pojazdów bateryjnych spowoduje dodatkowe obnażenie niedoskonałości tak prowadzonego procesu, dlatego tak ważnym jest, by pochylić się nad tym wyzwaniem już dziś.

Wraz z wejściem w eksploatację pojazdów ekologicznych jak hybrydy, elektryczne czy wodorowe zmianie ulega również wymagana struktura zatrudnienia specjalistów mogących serwisować te pojazdy. Umiejętności diagnozy, analizy problemu pod kątem instalacji elektrycznych oraz urządzeń to także nie wszystko. By móc zrozumieć sposób funkcjonowania pojazdów ekologicznych należy rozszerzyć swoją dotychczasową wiedzę mechaniczną o między innymi elektrykę, fizykę, chemię. Niestety wielu producentów podzespołów wykorzystywanych w pojazdach zero emisyjnych nie informuje o szczegółach funkcjonowania podzespołów.

Można dostrzec panującą na rynku aurę tajemniczości wokół nowoczesnych technologii. Tak jak budowa silnika diesla jest znana od dziesięcioleci tak niestety wiedza nt. nowoczesnych systemów pojazdów bateryjnych jest mocno ograniczona. Jak wspominałem w poprzednich akapitach, już na etapie kompletacji pojazdu pod indywidualne warunki użytkownika niezbędne jest wyspecyfikowanie kluczowych i w konsekwencji kosztownych elementów zwłaszcza układu napędowego. Do dnia dzisiejszego wielu użytkowników zmaga się z problemami sadzy w silnikach Euro 6 – chociaż w niezliczonych wpisach na www.stmbus.pl o tym wspominałem dając jednoznaczne wskazówki i rozwiązania.

Proces szkolenia pracowników należy lecz rozpocząć dużo wcześniej. Należy dotrzeć z informacją o generalnych założeniach polityki klimatycznej, ograniczenia emisji szkodliwych substancji w transporcie w ramach czasowych wynikających z ustawy o elektromobilności.

Wspomniane zabiegi ograniczenia dostępności specjalistycznej wiedzy już na etapie planowania skutkuje ,iż producenci niejako wymuszają skierowanie klienta na tory serwisów zewnętrznych lub kontraktów serwisowych. Są one oczywiście zawsze mniej korzystne ekonomicznie dla użytkownika.

Kolejnym skutkiem blokady informacyjne są niestety tzw. techniczne fake newsy. Można usłyszeć ,iż ogniwa litowo-polimerowe to stara technologia, jedyną różnicą pomiędzy silnikami asynchronicznymi i synchronicznymi to ich sprawność czy też ,iż na koła elektrycznego autobusu przenoszone jest 12 000 Nn. Nie komentując również przez grzeczność faktu, iż ładowarki do pojazdów elektrycznych muszą być schowane pod dachem ze względu na ich wrażliwość na wodę.

Kolejną ważną kwestią są zasady bezpieczeństwa oraz bhp przy wykonywaniu prac serwisowych. Proszę wskazać osoby które wyznaczają i oznaczają podczas naprawy pojazdów strefy zagrożenia, używają specjalistycznych narzędzi nieiskrzących czy specjalistyczną odzież ochronną. Nie możliwe jest już wykonywanie napraw pod chmurką czy na kanale gdzie woda prawie wlewa się do butów.

W tym miejscu celowo pomijam kwestie bezpieczeństwa pożarowego oraz wybuchowego w przypadku pojazdów elektrycznych oraz wodorowych ponieważ jest to osobny szeroki temat na pogłębioną analizę.

Tankowanie autobusu klasycznego oraz elektrycznego – zagrożenia

W przypadku klasycznego diesla procedura tankowania rozpoczyna i zakańcza w przeciągu 2-3 minut przy założeniu stosowania wysokoprzepływowego dystrybutora i nalewaka (120 l/min do klasycznego 80 l/min). W tym przypadku głównym zagrożeniem jest ,iż osoba tankująca zinterpretuje samoczynne odbicie pistoletu jako zakończenie procesu tankowania. Odbicie pistoletu jest to zabezpieczenie ciśnieniowe przeciwko przepełnieniu zbiornika. W niektórych przypadkach może ona zadziałać przy kumulacji paliwa nalewanego spowodowanego np. kształtem wlewu lub zbiornika w pojeździe. Brak obserwacji wskaźnika paliwa na desce rozdzielczej i przyjęta zasada codziennego tankowania która niejako zdejmuje z kierowcy obowiązek troski o poziom paliwa może spowodować sytuacje w której pojazd zostanie unieruchomiony w trakcie wykonywania zadania przewozowego.

W przypadku pojazdów zasilanych paliwem CNG lub LPG również mamy do czynienia z istotnymi zagrożeniami mogącymi wpłynąć na funkcjonowanie operatora. Tankowanie wspomnianych paliw dzielimy na szybkie oraz wolne. Standardowy autobus komunikacji miejskiej posiada butle gazu CNG na dachu pojazdu o pojemności około 1700 litrów. W 1 litrze zbiornika CNG można zmagazynować 0,2 Nm3 (0,15kg). Daje nam to pojemność butli na poziomie  255 kg gazu. Posiadając dużą flotę autobusów gazowych liczonych w dziesiątkach sztuk codzienne uzupełnianie paliwa należy rozpatrywać dwojako. Szczyt zjazdów do miejsca garażowania pojazdów przypada najczęściej na godzinę 23-24. Tak więc w celu uzupełnienia paliwa dla nawet 80% floty jest tylko między 3-4 godziny. Zakładając ,iż szybkie tankowanie trwa 10 minut, w tym czasie można obsłużyć jedynie 50 pojazdów dla 1 stanowiska. Pozostałe pojazdy muszą korzystać z instalacji wolnego ładowania znajdujących się na miejscach postojowych.

Tankowanie autobusu elektrycznego przy pomocy złącza plug in ze stacji lub punktów ładowania o dużej mocy odbywa się przy zachowaniu szczegółowej procedury. Dostępne na rynku ładowarki o mocy od 25 do 500 kW przy zasilaniu prądem trójfazowym przemiennym (AC) 3x 400 V i częstotliwości 50 Hz. Stacjonarne stacje ładowania lub punkty ładowania wyposażone są w standaryzowaną wtyczkę CCS Combo 2.

PE – przewód ochronny

CP – przewód wymiany informacji o ładowaniu

PP – przewód potwierdzający połączenie

L1, L2, L3 – przewody fazowe

N – przewód powrotny

W dużym skrócie ładowarka po podpięciu do pojazdu musi skomunikować się z pojazdem weryfikując spełnienie zapisanych kryteriów jak np: postój pojazdu, aktywowany hamulec postojowy.

Zagrożeniem w przypadku ładowania pojazdu elektrycznego jest nie nawiązanie łączności dwustronnej lub też przerwanie procesu ładowania w trakcie. Przykładem może być sytuacja w której podczas procesu ładowania osoby z obsługi rozpoczną pewne procesy przy pojeździe np. podczas sprzątania czy drobnego serwisu. Również procedura podpięcia do ładowarki przez kierowcę może zawieźć gdy nie utwierdzi się ,iż proces się prawidłowo rozpoczął.

Następnym przykładem może być przestawienie parametrów samej ładowarki przez osoby postronne. Zamiast np.: 40 kW dla których mamy zoptymalizowany proces otrzymujemy 10 kW. Skutkuje to 1/3 wartości naładowania baterii w tym samym czasie, tak więc niezdolność do realizacji zadań przewozowych.

Oczywiście do monitoringu tych sytuacji można wykorzystać system zdalnej obsługi stacji ładowania, lecz pamiętajmy ,iż to dodatkowy znaczny koszt okresowej licencji. Problem staje się tym większy, im operator opiera bardziej rozwiązania na ładowaniu Plug-in na terenie zajezdni.

Rozwój systemów ładowania

Cały czas pozostaje otwarta dyskusja na temat przyszłości rozwiązań ładowania pojazdów elektrycznych. Rozwój technologii NMC do poziomu 811 spowodował zwiększenie pojemności ogniw i finalnie powiększenia zasięgów pojazdów.

Najważniejszą cechą akumulatora NMC 811 jest jego wysoka gęstość energii . Pochodzi to z niklu w katodzie, który może zwiększać aktywność materiału, a tym samym gęstość energii. Ponadto wysoka zawartość niklu jest ważna dla zwiększenia wydajności . Kobalt jest również aktywnym składnikiem, który stabilizuje strukturę laminarną materiału, zwiększając w ten sposób zdolność odprowadzania materiału. Składnik manganu , który pełni rolę wspierającą w elektrodach, zapewnia stabilność podczas ładowania i rozładowywania. przykładowa  bateria NMC 811 ma gęstość energii ok. 275 Wh/kg.

Poniżej przykład jak tylko poprzez rozwój technologii na przykładzie popularnego samochodu osobowego zwiększył się zasięg pojazdu, nie zwiększając pojemności baterii i ilości zajmowanego miejsca.

Auto, które w 2014 roku ma realny zasięg 128 km (NEDC 190 km), w 2017 osiąga 201 km (NEDC 300 km), w 2018 – 255 km (NEDC 380 km), w 2020 – 282 km (NEDC 420 km). Wszystko przy bateriach o tej samej objętości, czyli bez zmiany konstrukcji auta: w ciągu zaledwie 6 lat pojemność rośnie więcej niż dwukrotnie

Źródło: Volkswagen

W przypadku wyboru innego typu ogniw jak LTO przystosowanych do szybkiego ładowania otwiera się szansa w niedługim czasie na wprowadzenie standardu MCS (Megawatt Charging System). System ładowania jak na razie samochodów ciężarowych obsługujący moce od 350 kW (kompatybilność wsteczna), przez 1 MW, aż do 3,75 MW (teoretyczne maksimum).

                              Źródło: www.elektrowoz.pl

Serwis bieżący pojazdów bateryjnych

W tekście poruszony już został bardzo bieżący problem z pracownikami, a dokładniej z wykwalifikowanymi specjalistami których profil wraz z wprowadzeniem pojazdów zeroemisyjnych znacząco się zmieni.

Nie należy zapominać, iż każda konstrukcja pojazdów wymaga specjalistycznej infrastruktury. Posiadanie podnośników kolumnowych pozwalających na swobodne podniesienie pojazdu w górę jest dziś standardem i rzeczą niezbędną. Eksploatując pojazdy CNG należy odpowiednio dostosować instalację awaryjnego przewietrzania hali naprawczej oraz pomyśleć o narzędziach nieiskrzących.

Podobnie w przypadku pojazdów bateryjnych – koniecznym staje się wykonanie bezpiecznych pomostów do prac na dachu pojazdu. Producenci pojazdów coraz częściej dokonują zabudowy packów bateryjnych jedynie na dachu pojazdu co ma swoje wady i zalety o których pisałem w poprzednich częściach. Wracając do pomostów, zapewnią one nie tylko swobodny dostęp, ale i bezpieczeństwo dla pracowników. W związku ze znaczną wagą zestawów bateryjnych niezbędna również będzie suwnica. Koszt wykonania mobilnego pomostu jezdnego rozpoczyna się od około 20 tysięcy złotych.

Źródło: www.stl-biznes.pl

Źródło: www.stl-biznes.pl

To nie koniec listy. Pojazdy bateryjne coraz częściej wyposażone są w układy klimatyzacji/ogrzewania zintegrowane z pompą ciepła oparte na wysokociśnieniowej instalacji z czynnikiem, CO2. W układzie panuje ciśnienie do 10x wyższe niż w standardowym układzie na czynnik R134a i wynosi nawet 100 bar. Do serwisu takiej klimatyzacji niezbędna jest również dedykowana maszyna o wartości nawet około  (kilkukrotnie droższa od standardowego urządzenia wielofunkcyjnego wartego ok. 10-12 tys. zł).

Klimatyzacja dachowa z czynnikiem, CO2

Faza realizacji

Po długiej analizie ekonomicznej i technicznej wprowadzenia do użytku pojazdów bateryjnych czas na kluczowe założenia. Za przykład prawidłowo przeprowadzonego procesu w zakresie testowania innowacyjnych rozwiązań niech posłużą firmy które od 2014 gdy zaczęto głośno rozmawiać o elektromobilności rozpoczęły omawiany proces. Na początku opierał się on na pojazdach testowanych w długodystansowym modelu. Miał on na celu poznanie produktu w zróżnicowanych warunkach, a zwłaszcza atmosferycznych. Wielu producentów, różne rozwiązania. Następnie zakup własnych pojazdów które stanowiły tylko około 3% całości taboru. Dla przypomnienia z poprzednich rozdziałów, stanowi to ilość swobodnie możliwą do zastąpienia przez przyjętą rezerwę taborową w kontekście % wykorzystania floty. Bezpieczeństwo. To kluczowy element modelu wprowadzenia elektromobilności do transportu zbiorowego. Nie można cały czas zapominać, iż transport zbiorowy nie służy sam sobie lecz jest jedną podstawowych usług publicznych na których oparta jest mobilność, a w konsekwencji gospodarka, zdrowie czy edukacja na danym terenie.

Obecna sytuacja rynkowa dobitnie pokazuje, iż strategiczne zarządzanie zasobami pod postacią pojazdów transportu publicznego jest kluczowym elementem funkcjonowania całego systemu transportowego na danym terenie. Dywersyfikacja rodzajów napędu oraz brak uzależnienia od jednego typu paliwa które w danym okresie czasu ekonomicznie jest korzystne. Nawet posiadanie własnych złóż paliwa gazowego nie może dać gwarancji ceny. Przekonał się o tym jeden z przewoźników ze wschodniej Polski któremu koszt paliwa CNG wzrósł o niebagatelną wartość 400%. Innym przykładem z tego samego województwa jest przypadek w którym na tej samej stacji paliwo dla przewoźnika miejskiego jest droższe niż dla klienta indywidualnego.

Do 2024 roku w takich miastach jak Kraków oraz Warszawa które stoją w czołówce zlecających przewozy miejskie w ramach otwartego przetargu dojdzie do strategicznych rozstrzygnięć na kolejne 8-10 lat pod kątem planowania transportu w oparciu o nisko lub zeroemisyjne technologie. W stolicy małopolski mowa o co najmniej 100 pojazdach oraz w Warszawie o kolejnych przynajmniej 200.

Podsumowanie

Słuchać, pytać, doświadczać, uczyć się, zdobywać wiedzę i doświadczenie. Tymi na pozór sloganami można podsumować kwestię elektromobilności w transporcie zbiorowym. Będącej nadal w początkowej fazie, skąd zarówno błędy ze strony użytkowników, jak i ograniczenia samej technologii.

Testy pojazdów bateryjnych u operatora transportu publicznego

Planowanie, jako nieodzowny element procesu, bez którego nie można myśleć o wprowadzeniu pojazdów do użytku. Pojazdów zeroemisyjnych nie da się wprowadzić do eksploatacji na dotychczasowych zasadach wymiany floty w stosunku 1 do 1. Bez odpowiedniego planowania technologia będzie powodem braku możliwości realizacji wyznaczonych zadań  w zakładanym budżecie.

Wspomniany budżet to właśnie ekonomia pod postacią zwiększonych kosztów począwszy od zakupu po zmiany w ciągu realizacji przyjętych zadań. Skrótowe myślenie ,iż 80% dofinansowanie do zakupu pojazdu rozwiązuje sprawę jest błędem. Patrząc na zmieniające się koszty energii, ograniczenia proceduralne i koszty związane z eksploatacją zmuszają do stworzenia szczegółowego planu. Ściśle związanymi z ekonomią pojęciami są także gotowość o wykorzystanie. Dopiero ich analiza i zrozumienie pozwala przyjąć model działania kolejny raz specyficzny dla pojazdów zeroemisyjnych. Tak by nie być zdziwionym ,iż pewnego dnia nie będzie możliwa realizacja zadań ze względu na awarie systemu ładowania, mroźną zimę czy lato które spowoduje drastyczne ograniczenie zasięgu pojazdu.

Technika, jako świadomość rozwiązań ułatwiających realizację, lecz także ograniczeń. Nie doprowadzając jednocześnie do sytuacji gdzie zakupione urządzenia są użytkowane na wzór Rosyjskich czołgów. To na pozór nie trafione porównanie jest bardzo celne czytając wiadomości o odstawianiu kolejnych autobusów elektrycznych z powodu drogiej energii czy awarii osi napędowych przy jednoczesnym braku podzespołów zamiennych czy masowej awarii ładowarek (często programowej) uziemiającej pojazdy.

Aspekt ludzki, jako dokonująca się zmiana w niezbędnych umiejętnościach przy jednoczesnym ich niedoborze na rynku. Zakup pojazdu i możliwości jego finansowania schodzą na kolejny plan w przypadku braku możliwości ich utrzymania ze względu na brak wykwalifikowanej kadry. Począwszy od kierowców którzy umieją obsługiwać i wykorzystać przekazaną technikę do serwisantów.

Rozwiązania technologiczne i infrastruktura, jako możliwe rozwiązania w zależności od warunków eksploatacji oraz niezbędne inwestycje do bieżącej obsługi. Dobór odpowiednich komponentów pojazdu jak rodzaj baterii, typ ogrzewania lub napędu oraz kwestie gwarancji na najbardziej kosztowne podzespoły jak np. baterie. To kluczowe wyboru już na wstępnym etapie by móc następnie przejść do przystosowania zaplecza technicznego do obsługi poprzez niezbędną infrastrukturę.

Po przejściu fazy zakupu pojazdów bateryjnych przez firmy dysponujących solidnymi budżetami, wykorzystując środki pomocowe przyszedł czas na bardziej świadome decyzje zakupowe. Nowelizacja ustawy z  grudnia 2021 narzucająca procentowy udział pojazdów zero-emisyjnych w każdym postępowaniu przetargowym, otworzy nowy rozdział. Po upływie 8 lat od pojawienia się na ulicach Polskich miast pierwszych autobusów elektrycznych czas na implementację rozwiązania bateryjnego po fazie testów i ewolucji technologii.