3 Silniční dopravní prostředky s elektrickým pohonem
3.2 Důvody pro elektrizaci městské autobusové dopravy
V úvodu této práce jsem částečně vysvětlil, proč je nutné se zabývat elektrizací veřejné autobusové dopravy. V této části budou podrobněji prozkoumány důvody pro elektrizaci městské autobusové dopravy a výhody, které může přinést.
3.2.1
Naplnění strategických cílů
Nutnotnost náhrady konvenčních autobusů vychází z celé řady strategických programů a legislativních aktů, které se věnují problematice zlepšování kvality ovzduší a snižování emisí.
Nejvýznamnějšími dokumenty, jež regulují tuto oblast, jsou:
• Pařížská dohoda,
• Zelená dohoda pro Evropu,
• Klimatický závazek hlavního města Prahy,
• Národní program snižováni emisí České republiky,
• Národní akční plán čisté mobility,
• Plán udržitelné mobility Prahy a okolí,
• Směrnice 2009/33/ES o podpoře čistých a energeticky účinných silničních vozidel
• Státní energetická koncepce ČR
Uvedené dokumenty ukládají povinnost státu a hl. městu Praze zajistit snížení emisí znečišťujících látek a podněcovat rozvoj čisté mobility. Elektrizace městské autobusové dopravy by měla pomoci naplnit tyto strategické cíle.
3.2.2
Snížení emisí
Emise, které produkuje doprava, se dá rozdělit do dvou částí. První jsou “well-to-tank” emise, neboli emise předcházející provozu. Druhým typem emisí jsou “tank-to-wheel” emise, tedy emise produkované při provozu. Také se používá pojem “well-to-wheel” emise, jež zahrnují obě tyto součásti. Některé studie zahrnují do celkového počtu i emise při výrobě baterií.
Mohamed a kol. (2016) ve své studii porovnávali emise, které produkují autobusy s různými typy pohonů. Z grafu č. 3 je vidět, že z hlediska emisí CO2 produkovaných při provozu elektrobusy jsou logicky lepší než dieselové autobusy nebo autobusy na zemní plyn, jelikož tyto emise během provozu neprodukují. V případě, kdy pro výpočet byl použit průměrný energetický mix Evropské unie (dále i EU), konvenční autobusy produkovaly méně “well-to-tank” emisí než autobusy s elektrickým pohonem. Podle Eurostatu (2021) v r. 2019 podíl obnovitelných zdrojů energie na celkové spotřebě v EU činil 18,87%, v ČR 16,24%. Podíl jaderných zdrojů energie v r. 2019 v ČR činil 39,09% (OTE, 2021), v EU 26,4% (Eurostat, 2021). Podíl bezemisních zdrojů elektřiny v ČR je tak podobný průměru v EU. Hlavní rozdíl je v poměru jaderných a obnovitelných zdrojů energie.
Proto lze považovat výsledky tohoto výzkumu za relevantní pro Českou republiku. Nicméně, když autoři předpokládali využití elektřiny z obnovitelných zdrojů, emise byly téměř nulové.
20 Tabulka č. 7: Emise CO2
well-to-tank tank-to-wheel well-to-wheel
Dieselový autobus 218 1004 1222
CNG autobus 157 1014 1171
Elektrobus- EU mix 720 0 720
Elektrobus- obnovitelné zdroje 20 0 20
To znamená, že ekologičnost provozu vozidel s elektrickým pohonem je do velké míry závislá na energetickém mixu státu. Podle Státní energetické koncepce České republiky cílová struktura výroby elektřiny k roku 2040 musí být v koridorech: ( Ministerstvo průmyslu a obchodu, 2015):
1. Jaderné palivo 46 – 58 %
2. Obnovitelné a druhotné zdroje 18 – 25 % 3. Zemní plyn 5 – 15 %
4. Hnědé a černé uhlí 11 – 21 %
Pokud se podaří naplnit stanovený cíl, výroba elektřiny v ČR bude ve velké míře zajištěna bezemisními zdroji. Taková struktura výroby elektřiny zvýší účinnost zavedení elektrobusů z hlediska snížení objemu produkovaných emisí.
3.2.3 Snížení městského hluku
Podle průzkumu Světové zdravotnické organizace (2018) 32% respondentů ze států EU a 5 kandidátských zemí odpovědělo, že má problém s hlukem v bezprostředním okolí domova. Studie uvádí, že hluk ze silniční dopravy zvyšuje riziko ischemické choroby srdeční, je příčinou rušení spánku a má negativní vliv na vyšší nervové funkce.
V roce 2015 na lince číslo (dále i č.) 55 v Göteborgu začaly jezdit 3 bateriové elektrobusy a 7 plug-in hybridních autobusů. Ve studii projektu ElectriCity (2016), jež se zabývala vyhodnocením dopadů zavedení ekologických vozidel na lince č. 55, bylo provedeno srovnání hluku elektrických Zdroj: Mohamed a kol., vlastní zpracování
0
Dieselový autobus CNG autobus Elektrobus- EU mix Elektrobus-obnovitelné zdroje
Struktura emisí skleníkových plynů (gCo2ekviv./km)
well-to-tank tank-to-wheel
Zdroj:Mohamed a kol., vlastní zpracování
Graf č. 3: Struktura emisí skleníkových plynů (gCo2ekviv./km)
21
autobusů a dieselových autobusů. Měření hluku vozidel používaných na lince č. 55 bylo provedeno při konstantní rychlosti ve vzdálenosti 7,5 m od autobusu na certifikované trase.
Propočty jsou uvedeny v decibelech s korekční křivkou A (dále i dB(A)), tato veličina by měla lépe reflektovat lidské vnímání hluku. Studie prokázala, že při nižších rychlostech je rozdíl ve vnějším hluku mezi vozidly významnější (graf č.4). S růstem rychlosti se rozdíl postupně snižuje.
Je to dáno tím, že při zvýšení rychlosti začíná převládat zvuk pneumatik nad zvukem motoru. Při rychlosti 50 km/h tišší motor elektrobusu již nehraje tak velkou roli a hluk obou vozidel je stejný.
Při typických pro městský provoz nižších rychlostech se rozdíl hladiny hluku pohybuje v rozmezí 5–9 dB(A). Z hlediska vnímání hluku člověkem je tento rozdíl považován za “jasný rozdíl“ nebo
„dvojnásobně hlučnější“ dieselový autobus v porovnání s elektrickým.
Graf č. 4: Úroveň hluku vně autobusu
Zdroj: ElectriCity, vlastní zpracování
Následně byla provedena měření hluku uvnitř autobusu. Pro tyto účely byl použit hybridní elektrický autobus. Hlučnost byla měřena ve dvou provozních režimech: dieselovém a elektrickém. Měření byla provedena na zadních sedadlech v úrovni uší. Výsledky měření potvrdily, že rozdíl ve vnitřním hluku klesá s růstem rychlostí vozidla (graf č.5).
Graf č. 5: Úroveň hluku uvnitř autobusu
Zdroj: ElectriCity, vlastní zpracování
61 68 69 72 72
52 60 64 66 72
0 20 40 60 80
10 20 30 40 50
dB(A)
Rychlost km/h
Úroveň hluku vně autobusu
Úroveň hluku diesel Úroveň hluku elektrobus
22
Ve studii jsou dále uvedeny výsledky průzkumu mezi cestujícími na lince č. 55. 74% cestujících souhlasilo s tvrzením: “ hladinu hluku na palubě považuji za komfortní”. Například na lince 16 v Göteborgu s tímto tvrzením souhlasilo jenom 29% cestujících. Lze tedy usoudit, že snížení úrovně hluku je pro cestující ještě významnější, než ukázaly výsledky měření.
3.2.4 Nižší spotřeba energie
Tato kapitola obsahuje porovnání spotřeby energie autobusů s elektrickým pohonem s autobusy na konvenční pohon.“Elektrické motory mohou dosáhnout až 90% efektivity díky minimálním ztrátám při přeměně elektřiny na kinetickou energii, zatímco efektivita u konvenčních motorů je pouze kolem 35%.” (Tzeng, 2005 cit. Xylia, 2018, s. 26)
Studie Mayera a kol. (2020) se zabývala ekonomikou provozu autobusů na alternativní pohony.
Autoři vytvořili počítačový simulační model v prostředí grafického programování Simulink. Byly porovnány autobusy s hmotností 8, 10, 12 a 15 tun. Dieselový autobus byl vybaven motorem s výkonem 100 kW, elektrický autobus motorem se stejným výkonem a rekuperací 25 kW. Model nebere v úvahu netrakční spotřebu energie, tedy energii pro ostatní pomocná zařízení vozidla, jedná se například o klimatizaci nebo topení.
Zdroj: Mayer a kol., vlastní zpracování
Mayer a kol. (2020) zjistili, že průměrná spotřeba energie dieselového autobusu se pohybovala kolem 6.0 kWh/km nebo 0.55 litru/km, zatímco spotřeba elektrického autobusu činila 0.8 kWh/km. Studie prokázala, že spotřeba energie elektrobusu je nižší než dieselového autobusu.
Nicméně, nedostatkem tohohle modelu je to, že nebere v úvahu netrakční spotřebu energie, proto dále bude uvedena studie, jež by tuto mezeru měla vyplnit.
Basma a kol. (2019) udělali studii, ve které byla porovnána spotřeba energie dieselového autobusu a elektrobusu. Autoři porovnávali spotřebu energie na topení, ventilaci a klimatizaci při různých teplotách. Modely autobusů byly vytvořeny v modelovacím softwaru Dymola. Ve studii byly
Graf č. 6: Porovnání spotřeby energie autobusů
23
kapacitou 50 cestujících. První autobus je poháněn elektrickou baterií, druhý má dieselový motor.
Dále je důležité zmínit, že ve studii není zohledněna rekuperace odpadního tepla dieselového motoru, která by mohla snížit spotřebu energie na topení dieselového autobusu.
Graf č. 7: Spotřeba energie na klimatizaci a topení při nízkých a vysokých tepltotách
Zdroj: Basma a kol., vlastní zpracování
Jak je vidět na grafu č. 7, spotřeba obou vozidel mnohonásobně vzrostla při extrémně nízkých a extrémně vysokých teplotách. V případě dieselového autobusu došlo k značnějšímu navýšení oproti elektrobusu. Podle autorů studie hlavním důvodem je vyšší efektivita tzv. systému “HVAC”
elektrického autobusu, tedy topení, ventilace a klimatizace. Studie také ukázala, že celková spotřeba energie autobusu na elektrický pohon může být až čtyřnásobně menší než spotřeba dieselového autobusu. Avšak pro elektrický autobus zvýšení spotřeby energie je významnější z hlediska dojezdu. Problematika dojezdu je detailněji probírána v další části této práce.
0 1 2 3 4
-10 °C 10 °C 40 °C
kWh/km
Teplota
Spotřeba energie na klimatizaci a topení při nízkých a vysokých tepltotách
Diesel Elektřina
24