Подвижной состав "Электробус – выбор оптимальной концепции…"


 


Роман МУРАШОВ

Электромобилям во всех их проявлениях уже не нужно доказывать свое право на жизнь – оно закреплено на все обозримое будущее. В сфере электрического автодорожного транспорта сейчас наступило время оттачивания технологий. Электробус – дело замечательное, но какой и с какой зарядкой? Об этом и речь…

 

Классификация

Электробусы разделены на три основных типа. Первый – электробус с концепцией ночной зарядки ONC. Электробус заряжается в ночное время на станции медленной зарядки пистолетного типа (розетка), которая расположена на территории парка. Это такие модели, как ЛИАЗ 6274 1 и 2-поколения, YUTONG ZK6125BEVG12, MODULO EP080ES.

         Второй тип – электробус с концепцией ультрабыстрой зарядки OC. Электробус заряжается на маршруте от станций ультрабыстрой зарядки, которые расположены на контрольных и промежуточных пунктах. Могут применяться зарядки пистолетного типа (розетка), индуктивная зарядка, различные вида токосъема. Этот тип электробусов представлен моделями КАМАЗ 6282 1 и 2-поколения, LINKER 13, БКМ 433.

         Третий тип – электробус с концепцией динамической зарядки IMC. Электробус заряжается на маршруте и/или в парке, в процессе стоянки или движения, от участка контактной сети троллейбусов. Не требует сложной конфигурации контактных сетей. В разговоре этот электробус иногда называют «троллейбус с автономным ходом». Сюда относятся TROLZA 5265 и 5265.02, СВАРЗ 6238 ЭПМ.

 

 

 

  

 Техническая сторона

 В ходе продолжительных испытаний в реальных условиях эксплуатации инженерам удалось выявить следующие особенности разных типов электробусов. Все замеры проводились на одном и том же маршруте протяженностью 10 км.

Итак, машины с концепцией медленной зарядки при выходе из парка на маршрут в 05-00 часов, к 21-00 часу требовали себе замену, чтобы самим встать на станцию зарядки, накатав при этом 210 км и перевезя 7,5 тыс. чел. со средней скоростью 15,1 км/ч. Правда, в течение рабочего дня перерывы требовались лишь персоналу – два раза на обед и одна смена, машины работали без зарядки почти 16 часов.

 Электробусы с концепцией ультрабыстрой зарядки на литий-ионных батареях по техническим показателям оказались несколько эффективнее: полномасштабной зарядки машины запросили после 23 часов, как раз перед самым возвращением с маршрута в парк. Дневной пробег составил 230 км, число перевезенных пассажиров за день – 9350 чел., средняя скорость на маршруте 13 км/ч, рабочий день у машин длился не многим более 18 часов. Помимо традиционных двух обедов и одной смены персонала, машины в течение дня от шести до 11 раз ставились на подзарядку батарей (время зарядки 20 и 10 мин, соответственно).

 Электробусы с концепцией ультрабыстрой зарядки на литий-ионных батареях меньшей емкости или суперконденсаторах сникли примерно на час раньше своих предыдущих аналогов – примерно в 22-30. Подзаряжать батареи и суперконденсаторы на машинах приходилось каждые 40 минут на конечной станции (всего 21 раз за день, примерно 6 мин один цикл зарядки), плюс к этому – два обеда и смена персонала. Дневной пробег составил 210 км со средней скоростью на маршруте 12,6 км/ч, перевезено 10 тыс. пассажиров.

 Опередил всех, по озвученным выше параметрам, электробус с концепцией динамической зарядки – его показатели эффективности оказались наравне с автобусом. Машина трудилась весь день, прерываясь только на два обеда и смену. Дневной пробег составил 250 км, средняя скорость на маршруте – 15,1 км/ч, перевезено пассажиров – 12 тыс. тестовый автобус завершил день точно с такими же показателями.


 Экономический аспект

 Рассмотрим экономику затрат на запуск 10-километрового маршрута с 10 ед. подвижного состава на линии. Электробус с концепцией медленной зарядки – собственно 1 ед. подвижного состава обойдется в 33 млн руб., плюс примерно треть к этой сумме – затраты на создание инфраструктуры в парке (строительство комплексной подстанции, зарядных станций, прокладку кабеля и пр.). При этом необходимо учитывать, что пассажировместимость таких машин 75 человек, что существенно меньше показателя автобуса. При увеличении числа пассажиров – будет сокращаться пробег и появляется риск схода машин в парк из-за падения уровня заряда батарей. Поэтому для устойчивой работы маршрута потребуется увеличение выпуска на линию на 2 ед. Общее число машин на линии – 12 ед. Таким образом, стоимость проекта на 10 ед. транспорта составит примерно 412,5 млн руб., на 12 ед. – приблизится к 500 млн руб.

 Электробус с концепцией ультрабыстрой зарядки – единица транспорта обходится существенно дешевле – в 28 млн руб. Помимо создания инфраструктуры в парке, требуется еще инфраструктура на маршруте: по расчетам специалистов общая стоимость обеих систем зарядки и подзарядки добавит к стоимости единицы подвижного состава порядка трети суммы. Из-за невысокой пассажировместимости – 85 чел. – и частых зарядок, пусть и не продолжительных, возникнут сбои в расписании движения. Для устойчивой работы маршрута 10 ед. подвижного состава недостаточно, число машин необходимо довести до 12. Стоимость проекта составит от 367 млн руб. до 423 млн руб. на 10 и 12 машин соответственно.

 Электробус с концепцией динамической зарядки от контактной сети имеет самую низкую стоимость единицы подвижного состава – на уровне 20 млн руб. При этом вложения в инфраструктуру парка – не велики: как максимум придется построить станцию медленной зарядки для электробусов с длительным простоем, в остальном же для этих машин вполне подойдут существующие троллейбусные парки. Потратиться в основном придется на строительство контактной линии зарядки на маршруте, что в рамках рассматриваемого проекта добавит к стоимости электробуса примерно половину суммы. При этом не потребуются дополнительные машины, поскольку при рациональном использовании подвижного состава на маршруте справятся 10 электробусов. В отличии от классических троллейбусов, электробусу не нужна сложная конфигурация контактной сети. В отличии от классических троллейбусов, имея лишь условную привязку к проводам, такая концепция электробусов является привлекательной для коммерческих перевозчиков. Общая стоимость проекта – около 300 млн руб.

 

Общие проблемы эксплуатации

 Установка станций медленной зарядки требует дополнительных площадей парка. Необходимо закладывать увеличение контролирующего персонала, который будет следить за срабатыванием защиты, подключением. Для подвода питающих кабелей потребуется большой объем земляных работ. Также наличие станций затрудняет уборку снега на территории.

 В зависимости от погодных условий, непредсказуемой дорожной обстановки, манеры вождения водителей и количества полезной нагрузки, электробус проходил от 160 до 235 км. Для обеспечения выполнения расписания потребуется выделение дополнительных электробусов и водителей. В ходе испытаний отмечено падение динамики разгона на всех испытуемых электробусах при разряде тяговых батарей свыше 20% и на подъемах. Вес и размещение тяговых батарей оказывает воздействие на элементы подвески, ускоряя их износ. Отмечается валкость электробусов при маневрировании. 

 Конструкция зарядного коннектора/разъема подвержена перегибам и нарушению контакта с контактами розетки, что приводит к увеличению времени заряда и срабатыванию дополнительных защит.

 Время работы по расписанию автобуса составляет 16–20 часов в сутки, таким образом ночная зарядка свыше четырех часов потребует выделения дополнительных электробусов для обеспечения выпуска.

 Жидкостная система термостатирования тяговых батарей и система охлаждения тяговых двигателей и/или инверторов, подвержена течи охлаждающей жидкости, что увеличивает простои машин на ремонте.

 При эксплуатации электробусов с ультрабыстрой зарядкой контактная группа требует обслуживания в виде зачистки от нагара на самом пантографе и на рампе зарядной станции. Неизвестна эффективность работы пантографа при обледенениях.

 Высота и расположение контактной группы зарядной станции вызывает риск повреждения элементов зарядной станции посторонним крупногабаритным и коммунальным транспортом при проведении работ на территории ОРП или УДС.

 Сам зарядный пантограф, в том числе распространенный в Европе модельный ряд пантографов SCHUNK, обладает степенью свободы для отклонений, однако этого расстояния недостаточно для мгновенного и перманентного позиционирования. На испытаниях электробусов были отмечены трудности при позиционировании электробуса, из-за скоплений снега и при наличии автобусов на конечной станции.

 В зависимости от погодных условий, непредсказуемой дорожной обстановки, манеры вождения водителей и количества полезной нагрузки электробус разряжался до 7% при пробеге до 37 км. Отмечено падение динамики разгона на всех испытуемых электробусах при разряде тяговых батарей свыше 30%.

 При постоянной работе зарядной станции наблюдается перегрев силовых элементов, которые требуют системы охлаждения. При сбоях или течах охлаждающей жидкости происходит ограничение зарядного тока и увеличение времени зарядки. Удаление от тяговой подстанции и состояние кабелей также влияет на падение напряжения. Время заряда батарей от 30 до 45 минут. Деформация контактной группы приводит к плохому контакту. Высокие токи и скачки напряжения на тяговой подстанции провоцируют срабатывание защиты электробуса, что прерывает процесс заряда батарей. На испытаниях в Москве время заряда увеличивалось от 6 до 30 минут.

 В Минске при эталонном времени заряда суперконденсаторов – 5–7 минут, возникают скопления электробусов на конечных станциях. Емкость конечной станции ограничена и электробусы вынуждены выстраиваться в очереди для заряда на УДС, при этом производить высадку пассажиров вне остановочных пунктов, что вызывает недовольство пассажиров и других участников дорожного движения.

 Поскольку время зарядки повлияет на общую эксплуатационную скорость прохождения маршрута, потребуется увеличение количества электробусов на маршруте. Увеличение количества электробусов приведет к привлечению дополнительных водителей или к росту переработки действующего водительского  состава парка, что негативно скажется на безопасности. Привлечение дополнительных водителей приведет к перерасходу фонда оплаты труда. Дополнительные электробусы и дополнительные расходы на сервис неизбежно приведут к росту тарифов.

Пожарная безопасность

 Зарядка большими токами требует дополнительного электрического расчета. При создании электробусов производителям стоит уделить повышенное внимание вопросам пожарной безопасности при неисправности электрооборудования, а также пожарной безопасности систем отопления с учетом воздействий дорожных реагентов, необходимо предусмотреть необходимую вентиляцию отсеков с обеспечением герметичности.

 Подвод мощностей, установка зарядных станций потребуют большого объема проектно-сметных, согласовательных и земельных работ, которые увеличат сроки реализации проектов. Остается открытым вопрос по адаптации нормативно-правовой базы в соответствии с требованиями по безопасности для эксплуатации электробусов и подключения станций.

 Для обеспечения устойчивого энергоснабжения необходимо кабельное хозяйство, которое сможет выдерживать одновременную нагрузку от процесса зарядки на станциях ультрабыстрых зарядок электробусов и потребления энергии современными трамвайными вагонами. Исходя из степени износа кабельного хозяйства, для внедрения электробусов необходима замена силовых кабелей и модернизация подстанций.

 

А как у них…?

Италия. Рим. Отстранены от работы все 60 электробусов. Причина проблемы с зарядом и дальностью хода.

США. Веначи, штат Вашингтон. Несмотря на первые положительные результаты испытаний индуктивной зарядки, вскрылись проблемы с воздействием магнитного поля на здоровье людей, а также вопросы с обеспечением заряда зимой.

Финляндия. Хельсинки. С 2017 г. работает 12 электробусов на двух маршрутах строго в будние дни. В выходные работают автобусы.  Мощность зарядной станции 350 кВт. Емкость накопителей 55 кВт/ч. Частые подмены автобусами.

Финляндия. Турку. С 2016 г. работает один маршрут, длина 12,4 км. Выпуск – 6  электробусов. При работе на маршруте 15–17 часов, максимальный пробег 210–230 км. Маршрут дублирован двумя автобусными маршрутами.

Финляндия. Тампере. С 2017 г. работает один маршрут, длина 4,4 км. При работе 16,5–17,2ч, пробег – 190 км. Мощность зарядной станции 300 кВт. Емкость литий-титанатных батарей 71.5 кВт/ч. Время зарядки от 7–15 минут. Маршрут задублирован автобусом.

Франция. Париж. Испытания междугороднего электробуса – пробег 250 км, 50 пассажиров, 5 часов зарядки.

Китай. Шеньжень. Массовый перевод автобусных маршрутов на электробусы с ночной и быстрой зарядкой. Однако коэффициент выпуска 0,54–0,7.

Нидерланды. 2015–2016 гг.  – испытания электробусов с прицепами двух типов: водородный генератор из муравьиной кислоты и аккумуляторные батареи и система термостатирования. Испытания завершены – жалобы на ухудшение маневренности и отсутствие инфраструктуры.

Дания. Копенгаген. С 2017. работает один маршрут, длина 18,2 км. Работают два электробуса. За 16 часов работы, пробег 170–185 км. Мощность зарядной станции 350 кВт. Емкость накопителей 61 кВт/ч. На маршруте постоянно работают дизельные автобусы.

Польша. Варшава. Регулярный маршрут с 2015г. Выпуск 10–12 электробусов. Мощность зарядной станции 120 кВт. Емкость накопителей 160–208 кВт/ч. Применена комбинированная система заряда – ночная в парке и подзарядка на конечной от станции быстрой зарядки. Зарядка на конечной станции 20–30 мин. Данная концепция была рассчитана на долгий срок батарей, однако в зиму 2017/2018 г. батареи пришлось заменить.