Sähköbussien ja
latausjärjestelmän
yhteensovitus
Paikallisliikennepäivät
Veikko Karvonen, tutkija
VTT
Esityksen sisältö
1. Näkymät sähköbussien tekniseen kehitykseen
2. Näkymät latausjärjestelmien kehitykseen
3. eBus & eBusSystem – sähköbussijärjestelmien
kehityshankkeet
26.9.2014
2
Miksi sähköbussit?
Sähköisillä ajoneuvoilla energiakustannukset ovat huomattavasti
polttomoottoriajoneuvoja edullisempia
Kaupunkibussi on sähköisen liikenteen ideaalitapaus –
ajoneuvoa hankittaessa sen käyttö on määritelty seuraavaksi 510 vuodeksi – Kaupunkibussilla ei tarvitse päästä kesämökille!
Reitin pituus
Aikataulu
Päivittäinen ajosuorite
Liikennöintiaika
Bussiliikenteen korkea käyttöaste mahdollistaa kalliimpaan
ajoneuvoon tehtävän investoinnin takaisinmaksun
Sähköbussin hiljaisuus ja matkustajamukavuus lisäävät
joukkoliikenteen houkuttelevuutta
Sähköbussi ei tuota lähipäästöjä
26.9.2014
3
Akkutekniikan kehitysnäkymät
Litium-ioniakut tulevat säilymään suuren kapasiteetin akkujen
vallitsevana teknologiana 2010-luvun ja kehittyvät tasaisesti
Energiatiheyden kasvunopeudeksi on oletettavissa muutama prosentti
vuodessa
Energiatiheyden lisäksi oleellista on myös akustojen kyky vastaanottaa ja
luovuttaa energiaa (tehoa)
Seuraavan sukupolven korkeajännite Li-ion akustot ovat 2020luvun jälkeen saavutettavaa teknologiaa
Uuden materiaalin käyttöönotto akuissa kestää 10-20 vuotta
Ennuste akustojen hinnaksi 2020-luvulle on 300 €/kWh
Suurta loikkaa akkutekniikassa ei ole odotettavissa
kehitys
jatkuvaa, liikennöinnin aloituksen mahdollistava teknologia
olemassa
Latausjärjestelmä- ja infrakysymykset ratkaistava
26.9.2014
4
Sähköbussien ”perusasiat”
Sähköbussi kuluttaa linjaa ajettaessa n. 1 kWh/km
Liityntälinjoilla päivittäinen toimintasäde noin 300 km
energian
tarve päivän aikana n. 300 kWh
Sähköbussin akku painaa n. 10kg/kWh
koko päiväksi riittävän
akun paino 3000 kg
Akkujen hinta on tällä hetkellä 500–1000 €/kWh
akun hinta
150–300 k€
Tällaisen sähköbussin hinta helposti kaksinkertainen dieseliin
verrattuna
Sähköbussi voidaan suunnitella ja mitoittaa myös toisin…
26.9.2014
5
Sähköbussien käyttökonseptit
Lataustapa
Infrakustannukset
1. Hidas lataus
varikolla ja
päivätauolla
Pienet, vähäiset
investoinnit
2. Latausajan
lisääminen
aikatauluun
Kohtalaiset,
laturin
hankkiminen
terminaaliin +
pysäköinti
Ajoneuvo- Käyttö-kustannukset
kustannukset
Korkea,
kallis akku
Mahdollinen
kokeiluvaiheessa
Keskiverto, Kallis, pidempi elinikä
Mahdollinen
pienempi akku
akulla, mutta
kokeiluvaiheessa,
kustannuksia seisontalaajemmassa
mittakaavassa
ajasta ja ylimääräisistä
bussiterminaalien tila ei riitä
busseista
Keskiverto,
3. Opportunity
Korkea, suuret
pieni akku,
charging
investoinnit
kallis
(automaattinen pääteasemien ja
pikalataus)
pysäkkien
akkuteknologia
latauslaitteisiin ja latauslaite
26.9.2014
Korkea, akun lyhyt
elinikä
Järjestelmän
toteutettavuus
Edullinen, ei
viivästyksiä
liikenteeseen
Toteutus laajana
järjestelmänä, jossa
automäärä on riittävä
korkeiden investointien
takaisinmaksun kannalta
6
Käytönaikainen lataus (opportunity charging)
•
•
Latausta suoritetaan
silloin kuin se on
mahdollista
Akun lataustila ei
koskaan käy lähellä
nollaa
• akun elinikä kasvaa
• Akussa on aina
reserviä, vaikka
muutama lataus jäisi
välistä
26.9.2014
VK1
7
Slide 7
VK1
Voiko tätä kuvaa käyttää kun on niistä Bombardierin sarjoista? Saatko korvattua jollain jos tarvii. HUOM! kalvot julkaistaan paikallisliikenneliiton sivuilla
tapahtuman jälkeen
Karvonen Veikko; 18.9.2013
Havainnekuvat eri lataustavoista
Kaapelilla kytkettävä
Induktiivinen (langaton)
Virroittimeen perustuva
26.9.2014
8
Induktiivisen latauslaitteiden valmistajia 1
Conductix
Latausteho 30 kW, 60 kW, 120 kW
Ensiön mitat 120 kW (maa-asennus): 3 m x 1,5 m (pituus x leveys), tarvittava
asennussyvyys 1 metri.
Nykyisellään laturin tehoelektroniikka asennettuna maahan ensiön alle. Tulevaisuudessa
seuraava kehitysversio mahdollisesti siirtää laturin tehoelektroniikan latauspisteen sivuun
(muutaman metrin säteellä)
Kytkentä verkkoon ja laturin valvonta pienehkössä tehonjakoyksikössä
Asennettuna ensiö näyttää laatalta betonissa
26.9.2014
9
© Conductix
© Conductix
Conductix – Wamphler langaton
latausjärjestelmädemo
s’Herzogenbosch, Hollanti
2
1
3
1. Bussi latauspysäkillä (asemointi pysäkille kuljettajan
toimesta kameralla + merkkiviiva)
2. Bussista laskeutuvat sekundäärikelat
3. Latauspisteeseen asennetut primäärikelat
26.9.2014
10
Induktiivisen latauslaitteiden valmistajia 2
Bombardier
Latausteho 200 kW
Ensiön mitat 500 x 120 x 22 cm (pituus x leveys x korkeus)
Laturin tehoelektroniikka max. 6 m säteellä latauspisteestä
Toisio asennetaan bussin pohjaan
Langaton kommunikaatio latauspisteen ja bussin välillä
26.9.2014
11
Virroittimeen perustuvien latauslaitteiden
valmistajia 1
Siemens
8 bussia kaupallisessa käytössä linjalla Wienissä (Wiener
Linjen)
Lataus raitiovaunujen virroittimista pysäkeillä (2 kpl)
Latausteho 60 kW (on-board-laturi)
Mahdollisuus myös off-board lataukseen mikäli
tarvitaan suurempia lataustehoja
Wienissä lataus ilman matkustajia, sähköteknisesti on
mahdollista ladata matkustajien ollessa kyydissä
Fig. Siemens pantograph eBus charging system in Vienna
26.9.2014
12
Virroittimeen perustuvien latauslaitteiden
valmistajia 2
ABB (TOSA-demonstraatio Genevessä)
Lataus tapahtuu bussin katolla sijaitsevan virroittimen
kytkeytyessä automaattisesti virroitin kouruun
Kytkentätapahtuma vaatii vain muutaman sekunnin
Virroitin vasaran näköinen liitin, joka kytketään laser
paikannuksella, poikkeutusvaraa sivusuunnassa puoli
metriä, pituussuunnassa enemmän
Ennen latauksen aloitusta linja-auto maadoitetaan
turvallinen
”Flash charging” latausteho 400 kW 15 sek ajan
pysäkillä ollessa, 200 kW lataus päättäreillä, 50 kW
lataus varikolla
Flash charging on superkondensaattoripuskuroitu,
verkon ottoteho on maltilliset 50 kW
Latausasema sisältää vain passiivitekniikkaa
tilavaatimukset maltilliset. Aktiivinen lataustekniikka
linja-auton kyydissä
26.9.2014
© ABB
http://www.youtube.com/watch?v=J9zSeA1f5eY
13
eBusSystem – Sähköiset
kaupunkibussijärjestelmät
VTT:n koordinoima projekti, joka valmistaa kaupunkiseutujen
paikallisliikenteen sähköistämiseen
Tavoitteena löytää perusratkaisuja erityyppisten linjojen
sähköistämiseen ja sähköistämisen kannattavuuden arviointiin
sekä kehittää sähköbussiliikennöintiin tarvittavaa osaamista ja
palveluja
Viestii teollisuudelle järjestelmiin kohdistuvaa kysyntää
Toteutetaan tiiviissä yhteistyössä eBus projektin kanssa
26.9.2014
14
Viimeiset kuulumiset lataustekniikan
kehityksestä
Uusia toimijoita ja erilaisia vaihtoehtoja ilmaantunut
UITP koordinoi latausjärjestelmien standardisointiin liittyvää
työtä – VTT mukana työryhmässä
Standardointi, tai ainakin yhteisen rajapinnan löytäminen
nähdään edellytyksenä markkinan syntymiselle ajoneuvovalmistajat odottavat latauslaitteiden valmistajia
Sähköbussien ja latausjärjestelmien tarjonta ja tekniikka
kehittyvät kovaa vauhtia
Vuoden aikana saavutettu latausjärjestelmätoimittajat ovat
alkaneet löytää enemmän yhteistä säveltä
26.9.2014
15
eBusSystem – Sähköiset
kaupunkibussijärjestelmät
Projektin osapuolina on Espoon kaupunki, HSL, Fortum ja
Lahden kaupunki
Hankkeen laajentamisesta muihin kaupunkeihin on käyty
keskusteluja
Pääkaupunkiseudulla ensimmäisen vaiheen painopiste on
länsimetron syöttöliikenteen sähköistämisessä ja sinne sopivan
konseptin kehittämisestä
Toisessa vaiheessa katsotaan laajemmin linja-autoliikenteen
sähköistämistä
26.9.2014
16
Kehityshankkeesta
joukkoliikennesuunnitteluprosessin osaksi
Eri teknologiatoimittajat esittävät erilaisia laskelmia omien
järjestelmiensä teknisistä ominaisuuksista ja
kustannustehokkuudesta julkistamatta arvioinnissa käytettyjä
menetelmiä
VTT kehittää yhteismitallista arviointijärjestelmää eri
teknologioille
Arviointijärjestelmästä muodostetaan kaupungeille ja kunnille
soveltuva ”peruspaketti” lähiliikenteen sähköistämisen
suunnitteluun
Kerran tehtyjen kehityshankkeiden opit tarjotaan kaikkien
kaupunkiseutujen ja kuntien käyttöön
Tavoitteena muodostaa kansainvälisesti kilpailukykyinen
palvelukonsepti
26.9.2014
17
TEKNOLOGIASTA TULOSTA