Elektromobilność? Czy coś jeszcze?


18 stycznia uchwalono w Polsce ustawę o elektromobilności. To jedno z ulubionych słów nowego premiera i licznej grupy polityków i wschodzących biznesmenów, którzy wspólnie usiłują wmówić Polakom, że za kilka lat dzięki niej staniemy się gospodarczym liderem Europy, a smog zniknie z naszych miast. Cóż, jak mawiał pewien klasyk, wiara góry przenosi… Zobaczymy. A jakie alternatywy mamy już?

Napęd koncepcyjnego MAN-a City-Truck zapewnia silnik elektryczny o mocy 250 kW.

Napęd koncepcyjnego MAN-a City-Truck zapewnia silnik elektryczny o mocy 250 kW.

Większość pojazdów użytkowych na świecie jest napędzana silnikami spalającymi olej napędowy – paliwo stanowiące wciąż najbardziej opłacalne źródłem energii w transporcie drogowym. Opłacalne, bo wysokoenergetyczny płyn jest łatwy do bezpiecznego magazynowania i transportu w zbiornikach, zapewnia duży zasięg i jest wszędzie dostępny. Kiedy bak jest pusty, tankujemy go w kilka minut i ruszamy w drogę. Takiej możliwości nie ma na razie żaden, podkreślam żaden, samochód elektryczny – ani osobowy, ani ciężarowy, bo ładowanie współczesnych akumulatorów trwa o wiele dłużej. Dlatego tak napędzane pojazdy mogą być atrakcyjne tylko w zastosowaniach dystrybucyjnych i komunalnych, ale z pewnością nie w transporcie dalekodystansowym.

Niemniej jednak, w społeczeństwie zwracającym coraz większą uwagę na kwestie ochrony środowiska, a także wobec faktu wyczerpywania się zasobów ropy naftowej, branża transportowa rozumie potrzebę redukcji swojego „śladu węglowego”. Cóż jednak z tego, że pojazd napędzany jest silnikami elektrycznymi – przecież energię elektryczną gdzieś trzeba wyprodukować, a u nas najczęściej jest to elektrownia opalana węglem, a niektórym ministrom tzw. „dobrej zmiany” roi się już pomysł budowy elektrowni atomowej. Czystą energię to mają np. Niemcy, Holendrzy czy Duńczycy, bo produkują ją wiatrakami lub „łapią” ze słońca w wielohektarowych „farmach” ogniw fotowoltaicznych.

Efektywniej i czyściej

W branży pojazdów użytkowych jednymi z pierwszych firm, które w ostatnich latach (pierwsze ciężarówki z silnikami zasilanymi tzw. gazem drzewnym powstawały już w latach 40. ub. wieku) na poważnie zajęły się przymiarkami do stworzenia napędów zasilanych czym innym niż ON, były Scania i Renault Trucks. Pierwsza pod koniec lat 90. zaczęła rozwijać z powodzeniem silniki zasilane alkoholem etylowym, które pracują w paru tysiącach autobusów kursujących codziennie głównie po skandynawskich miastach. Ich ślad węglowy wynosi zero.
Z kolei Renault Trucks od wielu lat wdraża kompleksową strategię ukierunkowaną na redukcję zużycia paliwa w produkowanych przez siebie ciężarówkach, a także oferowanie pojazdów korzystających z alternatywnych źródeł energii. W zastosowaniach obejmujących tzw. dostawy na ostatnim kilometrze dobrze sprawdza się napęd elektryczny. Od 2011 r. Francuzi mieli w ofercie model Maxity z napędem wyłącznie elektrycznym. Miał zasięg 100 km i poruszał się bezgłośnie. Kolejnym krokiem do zwiększenia zasięgu o 100% była technologia hybrydowa, łącząca w sobie napęd spalinowy z elektrycznym lub nawet napęd ogniwem paliwowym. Obie mogą z powodzeniem być stosowane w miejskich i podmiejskich pojazdach dystrybucyjnych, pokonujących większe odległości. Od 2011 Renault Trucks stosowało tego typu napęd w także w dużo większych Premium Distribution, w wariantach o DMC 19 t i 26 t.

Stacja tankowania CNG wygląda skromnie, ale to droga, wysokociśnieniowa instalacja.

Stacja tankowania CNG wygląda skromnie, ale to droga, wysokociśnieniowa instalacja.

W 2010 Holendrzy pokazali światu DAF-a LF Hybrid, który wykorzystywał równoległy system hybrydowy z silnikiem wysokoprężnym i elektrycznym, które mogły pracować osobno lub jednocześnie. Samochód był wyposażony w 4,5-litrowy silnik wysokoprężny PACCAR FR EEV o mocy 160 KM i automatyczną sześciobiegową skrzynię biegów Eaton. Między sprzęgłem a skrzynią zainstalowano silnik elektryczny, który zapewniał napęd i mógł funkcjonować jako generator. Energia wyzwalana podczas hamowania była przechowywana w bateriach litowo-jonowych i ponownie wykorzystywana podczas przyspieszenia. W zależności od stopnia naładowania baterii komputer ustalał, kiedy napęd zapewnia silnik wysokoprężny, a kiedy i w jakim stopniu używany jest silnik elektryczny.

Rozwiązania hybrydowe w ostatnich latach stały się specjalnością producentów autobusów miejskich, bowiem w ich specyfice eksploatacji tkwi największy potencjał oszczędności paliwa i odzysku energii hamowania. Jako pierwszy w Europie gotowy pojazd tego rodzaju przedstawił kilka lat temu nasz Solaris i zaczął go z powodzeniem sprzedawać. Podobną ścieżką poszły MAN, Volvo i Scania.

Gaz lepszy i gorszy

Jedną z pierwszych ciężarówek na sprężony gaz ziemny (CNG) było Renault Premium Distribution. Zaletą tego paliwa jest większa cichobieżność jednostki napędowej w porównaniu z konwencjonalnym silnikiem wysokoprężnym, a także bezdymne i pozbawione cząstek stałych spaliny. Oferowany od 1996 r., był pierwszym z trzech proponowanych alternatywnych układów napędowych. W naszym kraju technikę CNG w samochodach dostawczych próbowały zaszczepić włoskie Fiat Professional i Iveco, oferując zasilane CNG modele Ducato i Daily, oraz Volkswagen (Caddy) i Mercedes (Sprinter CNG), ale ze względu na znikomą liczbę stacji tankowania to nie mogło się udać.
Poza pojazdami elektrycznymi styczniowa „Ustawa o elektromobilności i paliwach alternatywnych” przewiduje też zobowiązanie instytucji samorządowych i rządowych do wykorzystania w taborze komunalnych przewoźników (w zależności od wielkości gminy od 30 do 50% taboru) pojazdów z silnikami zasilanymi CNG. Sęk w tym, że takie autobusy, bo ich głównie to dotyczy, są droższe od tych z silnikami Diesla, a w Polsce sieć dystrybucji CNG jest symboliczna – mamy zaledwie dwadzieścia kilka takich stacji. Autobusy z takimi silnikami mogą znacząco wpłynąć na mniejsze zapylenie naszych miast, ale… No właśnie – stacja tankowania CNG to bardzo kosztowne urządzenie i żeby jego zakup był opłacalny, paliwa trzeba sprzedawać dużo. Czy znajdą się chętni do takich inwestycji? Niedługo się przekonamy. Ustawodawca bardzo optymistycznie założył, że przy głównych drogach powstanie ich 70. Tyle, że raczej powinny być one w miastach, blisko taboru. Ale przecież nie każdy autor projektu dotyczącego transportu musi znać jego niuanse…

W transporcie dalekodystansowym jedyną alternatywą dla ON jest na razie LNG.

W transporcie dalekodystansowym jedyną alternatywą dla ON jest na razie LNG.

W kwestii pojazdów długodystansowych, za jedyną alternatywę dla oleju napędowego uznaje się skroplony gaz ziemny (LNG). Gaz w stanie ciekłym zajmuje mniejszą objętość niż sprężony (CNG), co pozwala przewozić większy jego zapas w pojeździe ciężarowym. Umożliwia to zwiększenie zasięgu na tyle (nawet ponad 1000 km), żeby możliwa była skuteczna realizacja transportu transregionalnego. Dzisiaj wielu producentów ma już napędzane LNG ciągniki siodłowe o mocach odpowiadających tym z silnikami na ON, np. Scania, Iveco czy Volvo.

W tekście ustawy, nie wiedzieć dlaczego, pominięto najpopularniejsze w Polsce i najmniej kłopotliwe w eksploatacji paliwo gazowe, czyli LPG, skroploną mieszankę propanu i butanu, która zasila wg niektórych szacunków niemal 3 miliony pojazdów w kraju. A to też paliwo spalające się czysto i bez cząstek stałych. Najpopularniejsze jest w samochodach osobowych, ale pojawiały się w ostatnich latach „jaskółki” także w sektorze aut użytkowych, takie jak Mercedes Sprinter 1,8 LPG czy VW Caddy. Niektórzy z producentów instalacji oferują je też do samochodów ciężarowych, wprawdzie nie jako główne źródło mocy, a tylko jako ok. 25-procentowy dotrysk do oleju napędowego
(w dużym uproszczeniu), który zwiększa moment obrotowy silnika i obniża jego zapotrzebowanie na ON.

Elektryczni dostawcy

MAN Truck & Bus zademonstrował w 2016 r. kilka rozwiązań eMobility. Oprócz elektrycznego autobusu miejskiego i różnych koncepcji infrastruktury ładowania, również ciągnik siodłowy TGS z napędem elektrycznym. Ten 18-tonowy samochód ciężarowy zaprojektowano do zastosowań z naczepami siodłowymi typu City i obsługi dostaw na terenie miasta. Napęd koncepcyjnego MAN-a City-Truck zapewnia silnik elektryczny o mocy 250 kW. Przekazuje moment 2700 Nm na tylną oś. Podzespoły dodatkowe, w tym wspomaganie układu kierowniczego, sprężarka powietrza i klimatyzacja, są elektryczne i sterowane zależnie od potrzeb systemem zarządzania energią. Odzysk energii podczas hamowania pozwala na konwersję energii kinetycznej pojazdu w fazie toczenia na elektryczną, wykorzystywaną do ładowania akumulatorów. Trzy akumulatory litowo-jonowe o pojemności 35,3 kWh są umieszczone pod kabiną. Oszczędność na masie dzięki wyeliminowaniu silnika spalinowego rekompensuje dodatkową masę podzespołów elektrycznych, przez co pojazd wykazuje taki sam ciężar użyteczny, jak porównywalny konwencjonalny ciągnik TGS. Pojemność akumulatorów pozwala w zależności od zastosowania na dzienny przebieg między 50 a 150 km.

Ponowne ładowanie odbywa się zwykle nocą. Jednocześnie system jest przystosowany do tzw. Opportunity-Charging, tj. podładowywania podczas użytkowania pojazdu. Poza tym pojazd można dodatkowo wyposażyć w montowane z boku ramy akumulatory (maks. 4×35,3 kWh) i/lub montowany w ten sam sposób agregat Range-Extender albo ogniwo paliwowe. Te rozwiązania od 2021 r. mają wejść do oferty.
Bodaj najdalej posunął się Mercedes-Benz, który pod koniec 2016 r. pokazał całą gamę elektrycznych pojazdów użytkowych – od dostawczego przez autobus po ciężarówkę. Mimo futurystycznego wyglądu i wysublimowanych technicznie rozwiązań, podobnie jak w przypadku MAN-a, widać po tych konstrukcjach, że niemieccy decydenci mocniej od naszych stąpają po ziemi. To wszystko są pojazdy przeznaczone do pracy w środowiskach miejskich! Mercedes-Benz Urban eTruck przemierza miasto w ciszy i bez emitowania spalin. To pojazd wagi ciężkiej o DMC 26 t. Bazuje na unikatowej koncepcji napędu – silniki elektryczne zamontowano przy piastach kół, a energia do ich zasilania pochodzi z modułowego zestawu akumulatorów. Pod względem osiągów i ładowności Urban eTruck plasuje się na równi z ciężarówkami napędzanymi jednostkami spalinowymi, ale nie ma sobie równych w dziedzinie ochrony środowiska, lokalnej bezemisyjności i cichej pracy.
Energia czerpana jest z modułowych zestawów akumulatorów litowo-jonowych. Ich zestaw o łącznej pojemności 212 kWh zapewnia zasięg do 200 km. Akumulatory są umieszczone w miejscu chronionym przed skutkami zderzeń, we wnętrzu ramy. Na potrzeby Urban eTruck oryginalna, niskopodłogowa oś otrzymała chłodzone cieczą trójfazowe silniki asynchroniczne przy obu kołach. Napięcie znamionowe wynosi 400 V, a moc maksymalna 2 x 125 kW. Jednostki generują maksymalny moment obrotowy o wartości 2 x 500 Nm. W połączeniu z przekładnią na kołach osiąga on 11.000 Nm. Ponieważ jednostka elektryczna generuje pełen moment obrotowy przy bardzo niskich obrotach, Urban eTruck zapewnia bardzo dobre osiągi i dynamikę jazdy.

Sławomir Rummel
Fot. autor, Daimler, MAN

Słowa kluczowe: ,

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.

*