Mestni avtobusi so segment vozil, ki se najhitreje elektrificira, zato pričakujejo, da bo leta 2025 več kot 35 odstotkov mestnih avtobusov v Evropski skupnosti električnih. Lani se je število dizelskih avtobusov v primerjavi z letom prej zmanjšalo za 17 odstotkov, število električnih avtobusov pa povečalo za 47 odstotkov. Nemška vlada močno podpira uvedbo brezemisijskih avtobusov, za katere namerava porabiti skupno 1,25 milijarde evrov, s ciljem, da bi do leta 2030 bil vsak drugi mestni avtobus v Nemčiji električni. Vedeti moramo tudi, da standarda Euro 7 za avtobuse razreda I ne predvidevajo, saj do njegove uveljavitve avtobusov te kategorije z dizelskimi motorji ne bo več.
Seveda pa za tako kompleksno preobrazbo niso dovolj le vozila na električni pogon (ali katerakoli druga z ničelnim izpustom škodljivih plinov), temveč so potrebni tudi polnilna oprema, organizacija polnjenja v garažah ter izobraževanje voznikov in serviserjev. Zgraditi bo treba celoten ekosistem, v okviru katerega bodo vozili električni avtobusi.
Petindvajset let citara
Avtobus citaro, Mercedes-Benzov glavni adut v mestnem prometu, letos praznuje 25. rojstni dan, saj so ga prvič javno pokazali spomladi leta 1997. Do danes je bilo dobavljenih že več kot 60 tisoč teh avtobusov (v solo in zgibni izvedbi). Avtobus nenehno izpopolnjujejo, tako da so leta 2018 predstavili tudi električno različico, imenovano ecitaro. Do danes so kupcem dostavili 600 ecitarov in tako je ta model postal najbolj priljubljen električni avtobus v Nemčiji.
V prve ecitare so vgrajevali baterije NMC 1 z največjo zmogljivostjo 243 kilovatnih ur in z njimi je doseg (solo) avtobusa znašal največ 150 kilometrov. Kmalu so razvili baterije NMC 2, baterije NMC 3 pa so napovedali za avtobuse v drugi polovici tega leta. Gre za litij-ionske baterije z grafitno anodo in najnaprednejšo kemijo, ki omogoča veliko večjo energijsko gostoto. Prav tako so nove celice namesto dozdajšnjih prizmatičnih cilindrične oblike in imajo oznako 21700 (premer 21 milimetrov in višina 70 milimetrov), kar omogoča kompaktnejše pakiranje modulov. Ko vse skupaj seštejemo, se je zmogljivost baterije pri enaki masi povečala za približno 50 odstotkov in zdaj znaša 98 kilovatnih ur na modul.
V solo različici bo ecitaro na voljo z najmanj štirimi in največ šestimi moduli z največjo zmogljivostjo do 588 kilovatnih ur (trije ali štirje moduli na strehi in eden ali dva v nekdanjem motornem prostoru), kar bo dovolj za realen doseg okoli 280 kilometrov. Zgibna različica ecitaro G bo lahko imela od štiri do sedem modulov z največjo zmogljivostjo 686 kilovatnih ur oziroma realnim dosegom 220 kilometrov. Poudariti je treba, da se ob ugodnih pogojih (raven teren, manjše potrebe po ogrevanju oziroma hlajenju) doseg lahko poveča na več kot 300 kilometrov.
Večji doseg z vodikom
Pri Mercedes-Benzu bodo kljub občutnemu povečanju dosega z novo generacijo baterij prihodnje leto začeli dobavljati modele ecitaro range extender. Gre za različico, ki so ji dodali sistem za povečanje dosega z gorivnimi celicami. S tem bodo omogočili še večji doseg na posebej pogostih ali daljših progah, ki jim 280 (ali 220) kilometrov ni dovolj in med izmeno nimajo možnosti za polnjenje.
Vgradili so modul gorivnih celic z največjo močjo 60 kilovatov (proizvajalec Toyota) in z delovno napetostjo od 400 do 750 voltov. Pri Daimlerju poudarjajo, da je sistem najučinkovitejši, kadar deluje z močjo 30 kilovatov. Modul tehta 240 kilogramov in je nameščen na strehi avtobusa, pri solo različici za zadnjo osjo, pri zgibni različici pa na koncu zadnje sekcije avtobusa.
Ker gorivne celice delujejo na vodik, so za to potrebni vodikovi rezervoarji. Pri solo različici je zmogljivost rezervoarja od 25 do 30 kilogramov, pri zgibni pa od 30 do 35 kilogramov. Sistem je modularen in kupec izbira, koliko vodika potrebuje. Tudi rezervoarje, v katerih vodik hranijo pod tlakom 350 barov, so namestili na streho.
Osnovni koncept pogona se vseeno ni spremenil in ecitaro še vedno ima baterije, le število modulov je nekoliko manjše, da so pridobili prostor za rezervoarje vodika in modul gorivnih celic. Tako lahko znaša zmogljivost baterij v solo različici od 192 do 294 kilovatnih ur (dva ali trije baterijski moduli), ecitaro G pa lahko ima tri ali štiri module, kar pomeni zmogljivost od 294 do 392 kilovatnih ur.
Kako to deluje? V primerjavi z navadnim ecitarom pravzaprav ni razlike, avtobus še vedno ima električen pogon, razlika pa je v tem, da v gorivnih celicah poteka reakcija med vodikom (iz rezervoarja) in kisikom (iz zraka), katere produkt je električna energija, ki polni baterijo, od tod pa tok teče v pogonske elektromotorje. Seveda se baterije tudi tukaj med zaviranjem polnijo z rekuperacijo. Tako je mogoče doseči doseg 400 kilometrov pri solo izvedbi oziroma 350 kilometrov pri zgibni, kar je več kot dovolj za najzahtevnejše dnevne operacije.
Tudi tukaj baterije polnijo z enosmernim (DC) polnilnikom z največjo močjo 150 kilovatov (priključki so trije, dva spredaj v višini prednje osi in eden zadaj). Baterije je mogoče tudi ultra hitro polniti – s pantografom. V tem primeru največja moč znaša 300 kilovatov, zato naj bi ta način uporabljali le za polnjenja med kratkimi postanki. Kljub gorivnim celicam bo ta sistem na voljo tudi za modele range extender.
Kompleksen sistem upravljanja energije
Ecitaro range extender deluje v dveh osnovnih načinih, načinu največjega dosega in načinu optimalne porabe vodika. V prvem primeru, torej ko razdalja vožnje ni znana, bo sistem, da bi zagotovil čim večji doseg, hkrati porabljal elektriko iz baterij in tisto, pridobljeno iz vodika. Če pa je dolžina poti znana, bo sistem poskušal z vodikom varčevati (ker je občutno dražji) in bo najprej izkoriščal samo električno energijo iz baterije, ki jo lahko z gorivnimi celicami dopolni. Ta način poskuša ob koncu vožnje v rezervoarjih obdržati kar največ vodika.
Zelo pomembno za varčevanje z energijo je tudi pravilno upravljanje toplote, kar je še zlasti pomembno pri avtobusih, saj ogrevanje notranjosti zahteva veliko energije. Vgradili so 28-kilovatno toplotno črpalko z možnostjo ogrevanja oziroma hlajenja, kadar je vozilo priklopljeno na električno omrežje. V vozilu so skupno štirje hladilni krogi: nizkotemperaturni krog, visokotemperaturni krog, krogotok za hlajenje vodikovih celic in krogotok za hlajenje visokonapetostne baterije. Sistem lahko glede na trenutne razmere izkoristi toploto ene pozicije za ogrevanje druge in obrnjeno, tako da se odvečna toplota vseh hladilnih krogov lahko uporabi za ogrevanje notranjosti, kar lahko porabo energije občutno zmanjša.
Celostna rešitev
Pri Mercedes-Benzu se zavedajo, da je električni avtobus le eden izmed dejavnikov v verigi elektrifikacije javnega prometa in da nakup vozila reši le del težave. Tako svojim kupcem ponujajo celostno storitev, kar pomeni analizo potreb glede na število in konfiguracijo linij, možnost gradnje infrastrukture, uporabne rešitve za optimizacijo polnjenja, usposabljanje uporabnikov in podobno. Ponujajo tudi možnost vgradnje baterijskih hranilnikov za zmanjšanje koničnih obremenitev med polnjenjem oziroma zmanjšanje potrebne instalirane moči in s tem znižanje stroškov. Gre za velike količine energije in s pravilnim gospodarjenjem z njo je mogoče stroške občutno znižati. Ne smemo pozabiti na usposabljanje kadrov za vzdrževanje infrastrukture in vozil, glede na posebnosti električnega pogona pa tudi voznikov.
