Vysoká škola ekonomická v Praze
Bakalářská práce
2021 Yehor Volochai
Vysoká škola ekonomická v Praze
Fakulta podnikohospodářská
Studijní obor: Podniková ekonomika a management
Název bakalářské práce:
Elektrizace veřejné autobusové dopravy v Praze
Autor bakalářské práce: Yehor Volochai
Vedoucí bakalářské práce:
doc. Ing. Lubomír Zelený, CSc.
V Praze dne Podpis
1
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma
„Elektrizace veřejné autobusové dopravy v Praze“
vypracoval samostatně s využitím literatury a informací,
na něž odkazuji.
2
Poděkování
Zde bych rád poděkoval panu doc. Ing. Lubomíru
Zelenému, CSc. za užitečné rady a připomínky,
kterými přispěl k vypracování této bakalářské práce.
3 Název bakalářské práce:
Elektrizace veřejné autobusové dopravy v Praze Abstrakt:
Tato bakalářská práce se zabývá problematikou elektrizace veřejné autobusové dopravy v Praze.
Cílem práce je porovnat bateriové elektrobusy, trolejbusy a parciální trolejbusy, jako možnou náhradu stávajících konvenčních autobusů. Teoretická část práce obsahuje analýzu městské autobusové dopravy v Praze, důvody pro elektrizaci veřejné autobusové dopravy a překážky s tím spojené. V praktické části je provedeno porovnání vybraných elektrických autobusů. Závěrečná část obsahuje výsledky srovnání a doporučení, která mohou být použita při zavádění elektrických autobusů v rámci městské hromadné dopravy v Praze.
Klíčová slova:
Autobusová doprava, MHD Praha, elektrické autobusy, udržitelná doprava
4
Title of the Bachelor´s Thesis:
Electrification of public bus transport in Prague
Abstract:
This thesis deals with the topic of electrification of public bus transport in Prague. The aim of this thesis is to compare battery electric buses, trolleybuses and partial trolleybuses, as a possible replacement of existing conventional buses. The theoretical part of the thesis contains an analysis of public bus transport in Prague, the reasons for the electrification of bus transport and the obstacles associated with it. The practical part is focused on the comparison of the selected electric buses. The final part contains the results of comparison and recommendations that can be used for adopting electric buses in Prague.
Key words:
Public transport bus service, Prague, electric buses, sustainable transport
5
Obsah
1 Úvod ... 6
2 Městská autobusová doprava v Praze ... 8
2.1.1 Definice Městské hromadné dopravy ... 8
2.1.2 Role autobusové dopravy v městské hromadné dopravě ... 8
2.1.3 Preference autobusů ... 9
2.1.4 Historie městské autobusové dopravy v Praze ... 10
2.1.5 Základní charakteristika městské autobusové dopravy v Praze ... 11
2.1.6 Standardy kvality ... 12
2.1.7 Vozový park ... 13
3 Silniční dopravní prostředky s elektrickým pohonem ... 17
3.1 Elektrické autobusy ... 17
3.1.1 Bateriové elektrické autobusy ... 17
3.1.2 Trolejbusy... 17
3.1.3 Hybridní autobusy ... 18
3.1.4 Palivočlánkové autobusy ... 18
3.2 Důvody pro elektrizaci městské autobusové dopravy ... 19
3.2.1 Naplnění strategických cílů ... 19
3.2.2 Snížení emisí ... 19
3.2.3 Snížení městského hluku ... 20
3.2.4 Nižší spotřeba energie ... 22
3.3 Překážky ... 24
3.3.1 Celkové náklady na vlastnictví ... 24
3.3.2 Nabíjecí infrastruktura ... 26
3.3.3 Omezený dojezd a výkon elektrických autobusů ... 27
3.3.4 Baterie ... 27
3.3.5 Odpovědnost za riziko ... 28
4 Porovnání vybraných elektrických autobusů ... 30
4.1 Metodika ... 30
4.2 Kritéria ... 31
4.3 Porovnání ... 34
5 Doporučení ... 36
6 Závěr ... 38
7 Zdroje ... 39
8 Seznam obrázků ... 44
9 Seznam grafů ... 45
10 Seznam tabulek ... 46
6
1 Úvod
Tato bakalářská práce se bude věnovat elektrizaci veřejné autobusové dopravy v Praze. V Evropě a ve světě je snaha omezovat prodej a provoz vozidel na konvenční pohon. Autobusová doprava je druhem městské hromadné dopravy (dále i MHD), který stále používá tento typ vozidel pro přepravu cestujících. Vznikla tak potřeba nahradit stávající konvenční autobusy alternativními vozy. Zatím nejrozšířenější dopravní prostředky, jež neprodukují během provozu CO2, jsou vozidla s elektrickým pohonem. Existuje ale nedostatek výzkumů, které by porovnávaly dopravní prostředky s elektrickým pohonem. Z tohoto důvodu jsem se rozhodl zpracovat tohle téma v této bakalářské práci.
Ekologičnost městské hromadné dopravy je velice kontroverzní téma. I když ekologicky šetrná doprava má řadu zřejmých přínosů, má také významné nedostatky, například vyšší cena pořízení vozidel nebo požadavky na nákladnou a složitou infrastrukturu. Další otázkou je, zda budou mít dopravní prostředky, které jsou dnes považovány za ekologické, skutečně menší dopad na životní prostředí. Nicméně, význam ekologičnosti dopravy i nadále roste.
Podle ministerstva dopravy (2019) sektor dopravy je v České republice (dále i ČR) druhým největším zdrojem emisí skleníkových plynů a významným zdrojem znečišťujících látek.
Například v Praze se doprava v roce 2016 podílela na celkových emisích PM2,5 téměř 50 % a na celkových emisích oxidů dusíku cca 75 %. Z tohoto důvodu snížení nebo kompletní eliminace emisí produkovaných dopravou je důležitou výzvou pro velké moderní město.
Existuje velké množství mezinárodních smluv a programů, které se věnují problematice globálních environmentálních problémů. Nejznámější je pravděpodobně Pařížská dohoda, kterou ČR ratifikovala v roce 2017. V reakci na přijetí této dohody byl aktualizován Národní akční plán čisté mobility, který by měl pomoci naplnit cíle stanovené v Pařížské dohodě. Řada měst, jako je například New York, Londýn, Milán či Paříž, se již zavázala snížit své emise o minimálně 45 % (ve srovnání s rokem 2010) a dosáhnout nulových emisí CO2 nejpozději do roku 2050. Praha se k těmto městům přidala v roce 2019, kdy městská rada schválila klimatický závazek hl. města Prahy.
V prosinci 2020 vláda schválila zákon o podpoře nízkoemisních vozidel prostřednictvím zadávání veřejných zakázek a veřejných služeb v přepravě cestujících. (Ministerstvo pro místní rozvoj ČR, 2020). Zákon stanovuje minimální podíl ekologických vozidel při zadávání veřejných zakázek a při pořizování veřejných služeb v přepravě cestujících. Pro autobusy do konce roku 2025 výše minimálního podílu ekologických vozidel je stanovena na úrovni 41%, přičemž poloviny podílu stanoveného pro autobusy musí být dosaženo bezemisními vozidly.
Je zjevné, že provozovatelé veřejné autobusové dopravy v Praze budou muset přizpůsobit své vozové parky novým podmínkám. V současné době se aktivně diskutuje o tom, která elektrická vozidla jsou lepší alternativou pro provoz ve městě. Ve své práci se pokusím částečně zodpovědět tuto otázku. Cílem této práce je porovnat bateriové elektrobusy, trolejbusy a parciální trolejbusy,
7
jako možnou náhradu stávajících konvenčních autobusů, analyzovat jejich silné a slabé stránky a vyhodnotit vhodnost využití těchto dopravních prostředků v podmínkách Prahy.
V teoretické části se zaměřím na analýzu městské autobusové dopravy v Praze. Bude prozkoumána její role v systému pražské hromadné dopravy, historie vývoje a také bude provedena analýza vozového parku. Druhá kapitola bude věnována analýze vozidel s elektrickým pohonem, výhodám elektrizace městské autobusové dopravy a překážkám při zavádění elektrických autobusů.
V praktické části bude provedeno porovnání vybraných dopravních prostředků městské hromadné dopravy. Na závěr udělám shrnutí výsledků porovnání a nabídnu doporučení, která mohou být použita pro případné zavedení těchto vozidel v rámci MHD v Praze.
Při zpracování této bakalářské práce byla použita metoda literární rešerše a metoda váženého součtu. Podle Jersákové (2010) cílem literární rešerše je vytvořit aktuální přehled znalostí o nějakém konkrétním tématu. Literární rešerše byla použita pro získání znalostí o problematice elektrizace autobusové dopravy a také přehledu o výzkumech, které se touto problematikou zabývaly. Rešerše obsahuje informace o současném stavu autobusové dopravy v Praze, přehled existujících typů elektrických autobusů, výhody elektrizace veřejné autobusové dopravy a překážky s tím spojené. Literární rešerše je základem pro porovnání, které bylo zpracováno v praktické části. V praktické části byla použita metoda váženého součtu. Podrobněji tato metoda byla popsána v kapitole Metodika. Údaje získané v teoretické části a doplněné o další zdroje jsem vyhodnotil a porovnal. Výsledky srovnání jsou dále shrnuty v kapitole Doporučení a v závěru práce.
8
Teoretická část
Teoretická část se skládá ze dvou částí. První část bude zaměřena na analýzu městské autobusové dopravy v Praze. Jejím cílem je vysvětlit roli autobusové dopravy v systému pražské MHD. V další části bude věnována pozornost silničním dopravním prostředkům s elektrickým pohonem a specifikům použití těchto vozidel v městském provozu.
2 Městská autobusová doprava v Praze
Tato kapitola se zabývá charakteristikou autobusové dopravy v systému pražské MHD. Obsahuje definici MHD, stručnou historii městské autobusové dopravy a analýzu vozového parku Dopravního podniku hl. města Prahy (dále i DPP).
2.1.1 Definice Městské hromadné dopravy
Pro pochopení významu autobusové dopravy pro zajištění dopravní obslužnosti města je nutné začít definicí městské hromadné dopravy jako celku. Drdla (2005) uvádí tuto definici MHD:
“Městská hromadná doprava je charakterizována jako činnost spjatá s cílevědomým hromadným přemisťováním osob a definovaných hmotných předmětů v předpokládaných objemových a definovaných časových a prostorových souvislostech za použití pro tento typ vhodných dopravních prostředků a technologií”.
Zelený (2017) definuje MHD, jako dopravu ve městech. Zdůrazňuje také, že město musí mít dostatečně velký počet uživatelů městské dopravy, aby bylo možné ji efektivně provozovat. Hlavní charakteristiky MHD: (Zelený, 2017)
linkové uspořádání dopravy,
použití pravidelného či taktového jízdního řádu, preference MHD před individuální dopravou, jednoduchý a přehledný tarif,
zajištění plošné obsluhy města místně a časově.
2.1.2 Role autobusové dopravy v městské hromadné dopravě
Podle Zurynka a kol. (2008) autobus je silniční vozidlo, které má nejvyšší rozšíření v MHD. Autoři uvádějí, že v provozech, kde se vyskytují jiné dopravní prostředky, například metro, tramvaje nebo vlaky, má autobusová doprava mít roli napájecí. Podle Zeleného (2007) autobusová doprava je velmi přizpůsobivá konkrétním dopravním podmínkám, většinou doplňuje kolejovou dopravu, případně ji nahrazuje. Autor zmiňuje, že autobusová doprava je méně nárořná z hlediska nákladů na výstavbu infrastruktury, jelikož využívá společných komunikací s jinými silničními dopravními prostředky. V porovnání s výstavbou metra nebo tramvajové tratě budování autobusových zastávek je podstatně méně nákladné.
9
Na základě výše uvedených informací lze usoudit, že autobusová doprava je doplňkovou sítí k jiným dopravním prostředkům, jež umožňuje zajištění obsluhy méně zatížených dopravních úseků, kde výstavba infrastruktury pro provoz metra nebo tramvají není z ekonomického hlediska účelná.
Pro autobusovou dopravu jsou typické tyto typy linek: (Zelený, 2017)
napájecí — navazují na radiální a diametrální linky, netvoří samy osobě o sobě úplnou obsluhu města,
tangenciální — obcházejí centrum města, spojují okrajové části,
překryvné — kombinovaný typ linek, které jsou zrychlené oproti ostatním linkám pomocí vynechávání méně významných zastávek.
Ve městech, kde neexistují alternativní dopravní prostředky, mohou mít autobusy roli hlavního dopravního prostředku, to je typické pro menší města. V případě absence metra nebo vlaku autobusy mohou být aktivně používány i na diametrálních linkách. Jedná se o linky, které protínají celé město přes jeho centrum, mají velkou kapacitu vozidel a krátký interval mezi spoji. (Zelený, 2017)
2.1.3 Preference autobusů
Souběh autobusové dopravy s individuální automobilovou dopravou má řadu problémů. Zelený (2007) zdůrazňuje zejména negativní dopad na cestovní rychlost a výrazné odchylky od jízdního řádu. Tyto problémy lze řešit pomocí preference veřejné dopravy. Preference veřejné dopravy je významným nástrojem pro zajištění spolehlivého a plynulého provozu systému městské veřejné dopravy. Umožňuje zvýšení cestovní rychlosti, dodržování jízdního řádu a snížení jízdní doby.
Zelený (2017) uvádí dva způsoby preference veřejné dopravy: legislativní preference a stavební preference.
Mezi legislativní preference patřínapříklad povinnost umožnit autobusu/trolejbusu v obci vyjetí ze zastávky nebo přednost autobusu či trolejbusu při odbočování doprava, nebo i doleva. Možností stavebních preferencí existuje velké množství. Lze mezi ně zařadit: (Novotný a kol., 2017) vyhrazený jízdní pruh pro autobusy — jízdní pruh v hlavním dopravním prostoru komunikace, který je vyhrazen pro autobusy MHD,
vyhrazený řadicí pruh — řadicí pruh před křižovatkou, který je vyhrazen pro specifikovaná vozidla, například autobusy MHD,
samostatný autobusový pás — odděluje jízdní dráhu autobusů od ostatní dopravy,
provoz autobusů na tramvajovém pásu — prostorové opatření, kdy je dodatečně zaveden provoz autobusů MHD po tramvajovém pásu,
vedení MHD pěší zónou, omezení vjezdu ostatních vozidel atd.
10
2.1.4 Historie městské autobusové dopravy v Praze
Příběh městské autobusové dopravy v Praze začíná v roce 1908, kdy byl zahájen provoz první městské autobusové linky elektrických podniků. Trasa první linky vedla z Malostranského náměstí na Hradčanské náměstí a na Pohořelec. Čtyři autobusy pro zkušební provoz měly dodat 4 evropské firmy: Fiat, francouzská firma Automobiles Aries (obrázek č.1), společnost Laurin & Klement s továrnou v Mladé Boleslavi a německá společnost Süddeutsche Automobil-Fabrik Gaggenau.
Od počátku provozu často docházelo k výpadkům kvůli řadě technických problémů. Jednotlivé vozy mohly být mimo provoz i několik týdnů. V srpnu 1909 byly mimo provoz všechny 4 autobusy. Provoz první linky byl velice nespolehlivý, správní ráda Elektrických podniků začala uvažovat o úplném zastavení dopravy. Dalším faktorem, který urychlil konec provozu první autobusové linky v Praze, byl negativní dopad provozu na Karlův most. V listopadu roku 1909 došlo k vážné nehodě jednoho z autobusů. Během jízdy praskl hnací řetěz, a řidič ztratil kontrolu nad vozidlem.
Obrázek č. 1: Autobus značky Ariès před Vozovnou Centrála
Zdroj: Archiv hlavního města Prahy
Při nehodě nebyl nikdo zraněn, ale i přesto se vedení elektrických podniků rozhodlo ukončit provoz linky. Dva autobusy byly přestavěny na hasičské automobily. Zbylá dvě vozidla elektrické podniky používaly jako montážní vozy pro údržbu trolejového vedení tramvají. (Linert, 2002, s.
7-9)
Zájem o rozvoj městské autobusové dopravy se vrátil po první světové válce. Značný pokrok v konstrukci silničních vozidel během 1. světové války umožnil provoz autobusové dopravy bez větších technických rizik. Zpočátku měla autobusová doprava napájecí funkci. Autobusy měly zajišťovat spojení okrajových částí města s nejbližšími linkami tramvají. V červnu roku 1925 provoz první autobusové linky byl obnoven. Linka byla označena písmenem A, její trať tentokrát
11
vedla z Vršovic do Záběhlic. V říjnu byla spuštěna linka B, která jezdila z Pankráce do Kunratic.
V následujícím roce vznikly linky C, D a E, díky čemuž dopravní spojení získaly Hrdlořezy, Bohnice, Malešice a Jinonice. O rok později vznikla linka F, která spojovala Vysočany a Kbely.
V dalších letech vznikaly nejen linky napájecí, ale i linky překryvné a jejich kombinace. V listopadu 1932 autobusy zajišťovaly první celonoční provoz v systému pražské hromadné dopravy.
Tímto začal prudký růst městské autobusové dopravy v Praze. (Fojtík, 2005, s.125-128)
2.1.5 Základní charakteristika městské autobusové dopravy v Praze
Autobusová doprava v Praze čítá 162 linek: (TSK, 2020) 123 denních linek, jsou označeny čísly 100-250;
14 nočních (901-915);
22 školních (251-275);
linka pro osoby se sníženou pohyblivostí (H1);
linka AE, jež spojuje Hlavní nádraží a Letiště Václava Havla, momentálně je zrušena (DPP, 2020);
trolejbusová linka 58, která jezdí mezi Palmovkou a Letňany.
Hlavním provozovatelem MHD v Praze je Dopravní podnik hl.m. Prahy, a.s. DPP provozuje 127 autobusových linek v Praze, zbylých 35 provozuje 5 soukromých dopravců (TSK, 2020). Podle technické správy komunikací hl.m. Prahy (2020) (dále i TSK) v roce 2019 bylo v Pražské integrované dopravě (dále i PID) provozováno 162 městských autobusových linek (s trasou výhradně na území Prahy) a 108 příměstských linek. Provozní délka sítě autobusů na území Prahy činila 868,1 km. Průměrná vzdálenost zastávek činila 0,586 km.
Z grafu č.1 je evidentní, že podle počtu ujetých vozokilometrů na území Prahy autobusová doprava byla lídrem mezi všemi druhy dopravních prostředků v PID.
Graf č. 1: Vývoj ročních dopravních výkonů PID na území hl.m. Prahy
Zdroj: TSK, vlastní zpracování
12
Jak bylo zmíněno v kapitole Role autobusové dopravy, jedním z významných problémů autobusové dopravy může být rychlost. Podle ročenky TSK (2020) v r. 2019 průměrná cestovní rychlost pražské autobusové dopravy činila 23,8 km/h, tedy byla vyšší než průměrná rychlost tramvají (18,5 km/h), ale nižší než rychlost metra (35,7 km/h). Preference, které umožňují zvýšení cestovní rychlosti autobusů MHD, již byly popsány v této práci.
V roce 2019 počet přepravených cestujících na území Prahy činil 1 281 700 000 osob. Podíl metra v rámci PID činil 34,37% (440 489 000 cestujících ročně), autobusů 32.59% (417 656 000 cestujících) a tramvají 28,78% (368 874 000 přepravených cestujících za rok). Autobusy jsou tak druhým nejvýznamnějším dopravním prostředkem provozovaným v PID z hlediska počtu přepravených osob (graf č.2).V průměru na území Prahy jezdilo 25 520 autobusových spojů během jednoho pracovního dne. Nejzatíženější autobusovou zastávkou v r. 2019 byla zastávka Kačerov, kterou denně využívalo 49 860 osob. Ve špičce provoz autobusové dopravy zajišťovalo 1 445 vozů.
Graf č. 2: Vývoj ročních dopravních výkonů PID na území hl.m. Prahy
Zdroj: TSK, vlastní zpracování
2.1.6 Standardy kvality
Úroveň kvality služeb poskytovaných na linkách autobusové veřejné dopravy v Praze stanovují Standardy kvality PID. Popisují požadavky na stáří vozidel, technickou vybavenost, vzhled, čistotu atd. V tabulce č. 1 jsou uvedeny typy vozidel, které je možné provozovat v rámci systému PID. Tabulka také uvádí parametry vozidel, které musejí splňovat autobusy spadající do jednotlivých kategorií. Těmito parametry jsou délka, počet dveří a počet sedadel. Jak je patrné z tabulky č.1, parametry vozidel jsou závislé nejen na typu vozidel, ale i na tom, jestli se jedná o městskou nebo příměstskou linku. Pro městské linky je typický větší počet dveří, zatímco příměstské linky musejí být vybaveny větším počtem sedadel.
34.37%
28.78%
32.59%
4.02%
0.25%
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
Metro Tramvaje Autobusy Železnice Lanovka a
přívozy
Podíl přepravených cestujících na území
hl.m. Prahy
13 Tabulka č. 1: Typy vozidel a jejich základní parametry
Zdroj: PID
Jedním z významných indikátorů kvality je bezbariérovost. Za bezbariérově přístupné se dá považovat vozidlo, které umožňuje přepravu všem skupinám osob s omezenou schopností pohybu a orientace. V případě městských linek musí bezbariérové vozidlo splňovat tyto náležitosti: plně nízkopodlažní – všechny dveřní vstupy bez schodů, prostor pro minimálně 1 vozík pro pohybově postižené, který bude využitelný i pro přepravu kočárků, u kategorie Standard+ a delší musí být vyhrazen prostor pro 2 vozíky pro pohybově postižené, využitelný i pro přepravu kočárků. (PID, 2018)
Pokud se jedná o příměstské linky, musejí mít alespoň jedny z dveří s bezbariérovým vstupem, (v případě neprůjezdnosti trasy možné udělit výjimku), prostor pro minimálně 1 vozík pro pohybově postižené, který bude využitelný i pro přepravu kočárků. Dle Standardů kvality PID 75% výkonů zajišťovaných na městských linek musí být zajišťováno bezbariérovými vozidly a 50% výkonů na příměstských linkách. (PID, 2018) Podle dat DPP (2019) V roce 2019 89% vozového parku DPP tvořila bezbariérová vozidla.
2.1.7 Vozový park
V této části budou uvedeny základní technické údaje vozidel, které jsou aktuálně provozovány na území Prahy. Pro analýzu vozového parku v této práci byl použit vozový park Pražského dopravního podniku, jelikož DPP je hlavním dopravcem v PID, který provozuje největší počet autobusových linek. Hlavním dodavatelem autobusů DPP je český výrobce autobusů SOR Libchavy spol. s r.o. Podle výroční zprávy DPP (2020) celkem v roce 2019 ve vozovém parku DPP bylo 1228 autobusů autobusů: 65 vozidel Midi, 656 standardních a 507 kloubových vozidel.
Průměrné stáří provozních vozů v r. 2019 kleslo na hodnotu 6,66 roku.
Autobus SOR NB 18
Nejčetněji zastoupeným typem autobusů v r. 2019 byla nízkopodlažní vozidla SOR modelové řady NB 18, počet těchto vozidel činil 452. SOR NB 18 je kloubový nízkopodlažní autobus určený pro hromadnou přepravu osob v městském provozu. Vůz je vyráběn od roku 2006 doposud.
14 Tabulka č. 2: Technické údaje vozidla SOR NB 18
Délka 18 750 mm
Šířka 2 550 mm
Výška (s klimatizací) 2 900 (3 110) mm
Počet dveří 5
Konstrukční rychlost 80 km/h
Emisní norma EURO VI
Počet míst k sezení 40 + 1+ 6 sklopných
Zdroj: https://smlouvy.gov.cz/smlouva/9845771?backlink=brg44, vlastní zpracování
Autobus SOR NB 12
Druhým nejpočetnějším vozidlem ve vozovém parku DPP je autobus modelové řady SOR NB 12.
Autobus navazuje na vůz SOR BN 12. Výroba vozů typu NB 12 začala v roce 2006 a trvá dodnes.
Tabulka č. 3: Technické údaje vozidla SOR NB 12
Zdroj: https://smlouvy.gov.cz/smlouva/9845763?backlink=js2yg, vlastní zpracování
Autobus Solaris Urbino 8,9 LE
Solaris Urbino 8,9 LE je midbus, který DPP začal používat v roce 2013. Jedná se o hlavní midibus ve vozovém parku DPP. Dodavatelem tohoto vozidla je polská společnost Solaris Bus & Coach S.A, která je druhým nejvýznamnějším dodavatelem autobusů pro DPP.
Délka 12 180 mm
Šířka 2 550 mm
Výška (s klimatizací) 2 900 (3 110) mm
Počet dveří 4
Konstrukční rychlost 80 km/h
Emisní norma EURO VI
Počet míst k sezení 26+1 + 2 sklopná
Zdroj: https://flic.kr/p/MG6PQs
Zdroj:
http://strategickeprojekty.dpp.cz/vozy/autobusy/fotogalerie/cat egory/31-sor-nb-12#
Obrázek č. 2: SOR NB 18
Obrázek č. 3: SOR NB 12
15 Tabulka č. 4: Technické údaje vozidla Solaris Urbino 8,9 LE
Délka 8 950 mm
Šířka 2 400 mm
Výška 3050 mm
Počet dveří 2
Konstrukční rychlost 100 km/h
Emisní norma EEV
Počet míst k sezení 28
Zdroj:
http://strategickeprojekty.dpp.cz/vozy/autobusy
/technicke-udaje-vozidel/solaris-urbino-89-le, vlastní zpracování
Autobus SOR BN 8,5
Další důležité vozidlo pro vozový park DPP je částečně nízkopodlažní vůz typu midibus SOR BN 8,5. Tento autobus je součástí vozového parku DPP od roku 2010. V roce 2019 autobusy SOR BN 8,5 tvořily třetinu midibusů DPP, tedy 21 z celkových 62.
Tabulka č. 5: Technické údaje vozidla SOR BN 8,5
Délka 8 400 mm
Šířka 2 525 mm
Výška (s klimatizací) 2950 (3150) mm
Počet dveří 2
Konstrukční rychlost 80 km/h
Emisní norma Euro VI
Počet míst k sezení 24
Zdroj: https://www.sor.cz/wp-content/uploads/2017/09/
BN_85-95_CZ_LoRes.pdf, vlastní zpracování
Čtyři vozy, jež byly popsány výše, tvoří větší část vozového parku DPP. V letech 2019-2020 byly vyřazeny z provozu vozy: Midi Ikarus E91, Karosa B 941, Irisbus Citybus 12M a Karosa B 961 – poslední autobusy značky Karosa v pražské hromadné dopravě. Nahrazení těchto vozidel novými vozy značky SOR umožnilo snížit průměrné stáří provozních vozů a zvýšit podíl nízkopodlažních vozidel na autobusových linkách provozovaných DPP.
Zdroj:
http://strategickeprojekty.dpp.cz/images/phocagallery/Vozy/b us/thumbs/phoca_thumb_m_solaris.jpg
Zdroj: https://www.tram-bus.cz/wp- content/uploads/2014/08/SOR-BN-855.png
Obrázek č. 4: Solaris Urbino 8,9 LE
Obrázek č. 5: SOR BN 8,5
16 Autobus Solaris Urbino 10,5
V roce 2020 DPP koupil 20 nových vozů Solaris Urbino 10,5. Jedná se o nízkopodlažní autobus kategorie midibus plus, který od roku 2017 vyrábí firma Solaris Bus & Coach S.A. První autobusy již začaly obsluhovat linky 101 a 138.
Tabulka č. 6: Technické údaje vozidla Solaris Urbino 10,5
Délka 10 500 mm
Šířka 2 550 mm
Výška 3 050 mm
Počet dveří 3
Emisní norma EURO VI
Počet míst k sezení 29 + 4
Zdroj: https://www.mkm.szczecin.pl/encyklopedia/su105, vlastní zpracování
Zdroj: https://i1.wp.com/dopravacek.eu/wp- content/uploads/2020/11/DPP-Solaris-Urbino-105- 1.jpg?resize=800%2C445&ssl=1
Obrázek č. 6: Solaris Urbino 10,5
17
3 Silniční dopravní prostředky s elektrickým pohonem
V této části budou uvedeny základní informace o různých typech elektrických autobusů.
Detailnější analýza vybraných elektrických autobusů bude provedena v praktické části této práce.
3.1 Elektrické autobusy
Elektrické autobusy jsou autobusy, k jejichž pohonu slouží elektromotor. Mezi ně patří bateriové elektrické autobusy, trolejbusy, parciální trolejbusy, palivočlánkové a také hybridní autobusy.
3.1.1 Bateriové elektrické autobusy
Bateriové elektrické autobusy jsou poháněny elektromotorem a získávají energii z palubních baterií. Bateriové elektrobusy lze rozdělit do dvou skupin.
• Elektrobusy s nočním dobíjením, mají dostatečně velký dojezd, dobíjení probíhá jednou za den po ukončení provozu, během noční odstávky vozidla.
• Elektrobusy s oportunním dobíjením, pro tyto autobusy jsou typické menší baterie v porovnání s nočními elektrobusy, používají dobíjení během provozu. Podle Estrady (2017) existují dvě schémata dobíjení oportunního elektrobusu: na konečných zastávkách nebo na zastávkách trasy autobusu.
Dnes existuje hodně technologií baterií elektrických autobusů: Lithium-iontové, nikl-metal hydridové, lithium-sírové atd. Podle Iclodeana a kol. (2017) Lithium-iontové (dále i Li-ionové) baterie dnes představují nejpoužívanější technologii v elektrických vozidlech, a to díky vysoké hustotě energie a vyššímu výkonu na jednotku hmotnosti baterie. Tato práce hodnotí elektrické autobusy z manažerského hlediska, nikoliv z technického. Proto pro získání základního přehledu o problematice dojezdu elektrických autobusů zde bude uveden pouze nejrozšířenější typ baterií, tedy Li-ionové baterie.
3.1.2 Trolejbusy
Trolejbus je hybrid silničního a drážního vozidla, které využívá jako zdroj trakční energie pevné trakční vedení. Trolejbus je vybaven dvěma tyčovými sběrači, které převádějí elektrický proud do vozidla a zároveň jej odvádí zpět. Trolejbusy zajišťují dopravní obslužnost středně silných přepravních proudů, cestovní rychlost trolejbusů se pohybuje kolem 20 km/h. Česká republika vykazuje velkou hustotu trolejbusového provozu, jak na rozlohu, tak na počet obyvatel; v roce 2016 v České republice fungovalo 13 trolejbusových provozů. (Zelený, 2017)
V roce 2021 DPP získal stavební povolení pro elektrifikaci autobusové linky č. 140 z Palmovky do Miškovic, dopravce plánuje zprovoznit linku do konce roku 2022. (DPP, 2021) Trolejbusová
18
linka č. 58 by tak nahradila autobusovou linku č.140. Obsluhovat linku budou parciální trolejbusy, poněvadž trolejové vedení bude pokrývat jenom 50 % trasy.
Parciální trolejbus
Parciální trolejbus nebo také hybridní trolejbus je vybaven zásobníkem energie, akumulátorem nebo dieselovým generátorem, který mu umožňuje jízdu bez troleje. Výhodou těchto trolejbusů oproti klasickým trolejbusům je vyšší mobilita a větší nezávislost na napájecí infrastruktuře.
3.1.3 Hybridní autobusy
Dalším druhem elektrických autobusů jsou hybridní autobusy. Kombinují elektrický pohon a naftový pohon, díky čemuž jsou velice efektivní z hlediska spotřeby paliva. Hybridy mohou být mezičlánkem v procesu přechodu na elektrické autobusy. Avšak dlouhodobým cílem Prahy je dosáhnout lokálně bezemisní dopravy do roku 2050. Hybridní autobusy mají zřejmé výhody, ale nemohou eliminovat lokální emise z dopravy. Proto se v této práci chci zaměřit na plně elektrické autobusy.
3.1.4 Palivočlánkové autobusy
Posledním druhem elektrických autobusů jsou autobusy s pohonem na vodíkové palivové články (dále i FCE autobusy). Stejně jako jiné elektrické autobusy jsou vybaveny elektromotorem. Rozdíl je ale v tom, že tento typ autobusů vytváří elektrický proud pomocí speciálního zařízení – palivového článku. “Palivové články patří mezi zařízení, v nichž na základě elektrochemických procesů dochází k přímé přeměně vnitřní energie paliva na energii elektrickou.” (Švába, 2006, s.38) Palivový článek mění vodík a kyslík na elektrickou energii, při tomto procesu vzniká pouze voda nebo pára.
Tato technologie zatím není rozšířená. V České republice doposud fungovala jediná neveřejná vodíková stanice. V roce 2020 společnost Bonett uzavřela smlouvu se společností Unipetrol na instalaci 3 vodíkových stojanů v Praze. (Bonett,2020) V Evropě je 144 vodíkových stanic, z toho jen 16 stanic je určeno pro autobusy. (h2-map.eu, 2021) Nejvíce vodíkových stanic v Evropě má Německo. Podle Financial Times (2021) společné investice Francie a Německa do technologie výroby vodíkové energie činily 16 miliard eur. Lze tedy očekávat, že vývoj vodíkových vozidel bude pokračovat. Nicméně, v současné době FCE autobusy jsou v počáteční fázi vývoje v ČR i ve světě. Z tohoto důvodu se v této práci jim více věnovat nebudu. Zaměřím se hlavně na bateriové autobusy a trolejbusy, tedy vozidla, která jsou již aktivně používána v moderní autobusové dopravě.
19
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
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
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 porovnávány 12 metrů dlouhé autobusy s pohotovostní hmotností 15 500 kg a maximální
0 1 2 3 4 5 6 7
Diesel Elektřina Elektřina+rekuperace
kWh/km
Typy pohonu
Porovnání spotřeby energie autobusů
Standardní autobus Midibus
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
3.3 Překážky
Tato část je zaměřena na překážky a omezení, která jsou spojená s elektrizací veřejné autobusové dopravy.
3.3.1 Celkové náklady na vlastnictví
Podle studie Kleinové a Lantzové (2019) jednou z největších překážek v zavedení elektrických autobusů jsou vyšší náklady na vlastnictví, tzv. “TCO”, oproti autobusům na konvenční pohon.
Autoři studie udělali rozhovory s provozovateli městské hromadné dopravy, výrobci autobusů a zástupci dopravního úřadu ve Švédsku. Bylo zjištěno, že 40% respondentů považuje celkové náklady na vlastnictví za významný problém.
Problematika celkových nákladů na vlastnictví autobusů na elektrický pohon je velice komplikovaná a je závislá na velkém množství faktorů:
• pořizovací cena vozidel,
• životnost baterie,
• náklady na infrastrukturu,
• energetický mix,
• náklady na údržbu,
• cena energie,
• strategie nabíjení atd.
Debnár a kol. (2018) porovnávali ekonomiku provozu dieselových a elektrických autobusů na lince Trnavské Mýto – Vajnory (11 km) v Bratislavě. Pro porovnání byl zvolen dieselový autobus Mercedes-Benz, Merkavim Pioneer a elektrický autobus SOR-NS-12. Výsledky analýzy ukázaly, že celkové náklady na vlastnictví vozidla s desetiletou životností činily 691 073 eur v případě elektrického autobusu a 559 256 eur v případě dieselového autobusu (graf č.8). Provozní náklady elektrobusů jsou podstatně nižší, což je hlavně dáno rozdílem v nákladech na energie (26,960.69€
ročně dieselový autobus a 7,322.52 € ročně elektrobus). Avšak pořizovací cena elektrobusu činila 577,777 eur, kdežto cena dieselového vozu 234,000 eur.
Zdroj: Debnár a kol., vlastní zpracování
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 Diesel
Elektrobus
Celkové náklady na vlastnictví
Investiční náklady Provozní náklady
Graf č. 8: Celkové náklady na vlastnictví
25
Studie Debnára a kol. (2018) ukázala, že se náklady na vlastnictví elektrického a dieselového autobusu vyrovnají jen za 17,5 let provozu. Výpočty v této studii nezahrnují externí náklady způsobené emisemi, takže nezohledňují pozitivní ekonomický přínos elektrických autobusů. Proto dále bude uvedena studie, která zohledňuje i tyto náklady.
Ve studii Evropské federace pro dopravu a životní prostředí Transport & Environment (2018) byly porovnány náklady na vlastnictví dieselových autobusů a elektrobusů. Předpoklady studie:
• tři autobusy: prvním je elektrobus s oportunním nabíjením, druhým je elektrobus s nočním nabíjením a třetím je dieselový autobus,
• životnost autobusů 8 let,
• denní ujetá vzdálenost 250 kilometrů,
• provozní náklady nabíjecí infrastruktury jsou zahrnuty mezi náklady na infrastrukturu,
• studie rozlišuje zdravotní externí náklady a klimatické externí náklady.
Studie Transport & Environment (2018) ukázala, že pokud budou vyloučeny externí náklady, celkové náklady na vlastnictví elektrických autobusů na kilometr budou vyšší v porovnání s dieselovým autobusem. Nicméně, po započtení zdravotních externích nákladů, elektrické autobusy budou efektivnější z hlediska nákladů na kilometr ( 1,04 €/km u dieselového autobusu oproti 1,01€/km u elektrobusu s oportunním nabíjením a 1,02 €/km u elektrobusu s nočním nabíjením). Po započtení klimatických externích nákladů se rozdíl v nákladech prohloubil v prospěch elektrobusů (1,04 €/km oportunní nabíjení, 1,05 €/km noční nabíjení a 1,12 €/km diesel)
Je důležité zmínit, že ani zohlednění externích nákladů neznamená bezpodmínečnou ekonomickou efektivitu elektrických autobusů. Například Topal a Nakira (2018) se zabývali elektrizací veřejné autobusové dopravy v Istanbulu. Na základě dat získaných během testovacího provozu byly spočítány celkové náklady na vlastnictví vozidel. Do výpočtů byly zahrnuty externí náklady způsobené emisemi autobusů na konvenční pohon. Topal a Nakira. (2018) zjistili, že TCO dieselového autobusu činily 384,187 eur, autobusu na zemní plyn 378,506 eur a elektrického autobusu 404,307 eur. Takže v Turecku výsledky porovnání celkových nákladů na vlastnictví budou jiné než například ve Švédsku.
Jak tvrdí Mohamed a kol. (2016), úspěšná implementace elektrických autobusů je ovlivněná celou řadou faktorů, které mají významný dopad na výkon elektrických autobusů: energie, logistika, infrastruktura, energetický profil atd. Výše uvedené studie poukazují na to, že provoz elektrických autobusů může mít výrazně odlišné ekonomické výsledky, tudíž je nutné posuzovat nákladovou efektivnost vždy pro daný konkrétní stát nebo město.V této souvislosti bych chtěl říci, že existuje nedostatek studií, které by zkoumaly problematiku celkových nákladů na vlastnictví elektrických autobusů v České republice.
Na další problém studií zaměřených na analýzu nákladů elektrických autobusů upozornili Mohamed a kol.(2017). Udělali rozhovory se zástupci 11 provozovatelů autobusové dopravy v Kanadě. Respondenti kritizovali metody výpočtu celkových nákladů na přechod na elektrické autobusy, poněvadž nezahrnují náklady na zaměstnance, hlavně mechaniky a řidiče. Jeden z respondentů zmínil, že v současné době mzdy tvoří téměř 50% nákladů dopravního podniku,
26
zatímco náklady na energie tvoří jenom 10%. Takže navýšení počtu odpracovaných hodin zaměstnanců způsobené přechodem na elektrické autobusy bude mít větší dopad na celkové náklady než úspora nákladů za energie.
Není možné obecně říci, zda jsou autobusy na elektrický pohon ekonomicky efektivní. Z výše uvedených studií lze odvodit několik závěrů:
• Pořizovací cena elektrických autobusů je o 100-200% větší než cena dieselových vozidel.
• Z hlediska nákladů na energie elektrobusy jsou úspornější v porovnání s konvenčními autobusy.
• Externí náklady jsou závislé na energetickém mixu země.
• Existuje nedostatek dat z reálného provozu elektrických autobusů, proto odhadované provozní náklady mohou být nepřesné, například náklady na údržbu.
• Nákladová efektivnost musí být posuzovaná zvlášť pro každý konkrétní projekt.
• Studie zabývající se ekonomikou provozu elektrických autobusů nevěnují dostatečnou pozornost zvýšeným mzdovým nákladům.
3.3.2 Nabíjecí infrastruktura
Velkou překážkou v zavedení elektrických autobusů je nabíjecí infrastruktura, která vyžaduje nejen vysokou úroveň kapitálových investic, ale i vysokou úroveň kompetencí z pohledu technologického a manažerského. Definovat nejdůležitější problémy spojené s infrastrukturou se pokusili Sclar a kol. (2019). Ve své studii porovnali zkušenosti s zavedením elektrických autobusů v 16 městech v Africe, Asii, Latinské Americe, Španělsku a USA.
Sclar a kol. (2019) zjistili, že důležitou překážkou je omezený počet nabíjecích stanic. Jsou obvykle drahé, vyžadují trvalé přidělení prostoru a pravidelnou údržbu. Z těchto důvodů je obtížné instalovat velké množství stanic. Například ve Filadelfii dostupnost nabíjecích stanic byla hlavním omezením v rozšíření vozového parku elektrických autobusů. Dalším problémem je to, že města často nepočítají s případnými poruchami nabíjecí infrastruktury, kvůli čemuž se ještě více snižuje její dostupnost.
Dále Sclar a kol. (2019) upozorňují na nutnost rozsáhlé plochy pro umístění nabíjecích stanic.
Například během plánování projektu v Kapském Městě byla definována potřeba zvýšit plochu vozoven o 30-40%. Znamená to další náklady pro dopravce, které je také složité odhadnout.
Další důležitou otázkou podle Sclara a kol. (2019) je rozdělení odpovědnosti za údržbu a financování nabíjecí infrastruktury. Nabíjecí infrastruktura představuje nový náklad, proto není tady zřejmé, kdo by tento typ nákladů měl hradit. Není obvyklé, aby výrobci autobusů zajišťovali výstavbu infrastruktury. Takže různé zájmové skupiny budou muset spolupracovat na financování a údržbě nabíjecích stanic.
I když v Praze hlavním provozovatelem městské hromadné dopravy je DPP, autobusovou dopravu ve městě a okolí zajišťuje více než 20 soukromých dopravců. Lze předpokládat, že dopravní podniky budou muset využívat sdílenou nabíjecí infrastrukturu z technických nebo nákladových
27
důvodů. Tudíž vzniká tady potřeba efektivní kooperace soukromých dopravců, DPP a města, což může být relativně komplikované s ohledem na počet zúčastněných stran.
3.3.3 Omezený dojezd a výkon elektrických autobusů
Ekström a Regula (2019) udělali rozhovory s deseti manažery a inženýry dopravních společností ve Švédsku. Výsledky rozhovorů ukázaly, že nízký dojezd je nejčastěji zmíněnou nevýhodou elektrických autobusů. Provozovatelé dopravy zmínili, že nízký dojezd byl jedním z hlavních důvodů, který ovlivnil jejich rozhodnutí nekupovat elektrické autobusy.
Podle studie Basmy a kol. ( 2019), která byla podrobněji popsána v kapitole Nižší spotřeba energie, spotřeba energie elektrického autobusu může být až čtyřnásobně vyšší při extrémně nízkých nebo vysokých teplotách.. Další studie potvrzuje závislost spotřeby na teplotě vzduchu. Henning a kol.
(2019) zjistili, že při zvýšení teploty o 1 stupeň Fahrenheita (rozdíl 1 °F je ekvivalentní rozdílu teploty 0,556 stupně Celsia) dochází ke zvýšení spotřeby energie o více než 1%. V případě snížení teploty o 1 °F průměrná spotřeba elektrického autobusu vzrostla o víc než 1%, v případě jednoho z provozovatelů dokonce o 2%. Narůst spotřeby znamená drastické snížení dojezdu, což s ohledem na vyšší četnost nabíjení elektrobusů může narušovat pravidelnost a plynulost provozu (Basma a kol., 2019, s.9). I když lze považovat elektrické autobusy za energeticky efektivnější, takové zvýšení spotřeby má mnohem větší dopad na jejich dojezd v porovnání s konvenčními autobusy.
Perrotta a kol.(2014) zjistili, že terénní profil má významný dopad na autonomii a dojezd elektrických autobusů. Při porovnání spotřeby elektrobusů na třech linkách v Portu autoři přišli na to, že na lince s nejnáročnějším terénním profilem spotřeba energie byla o 31% vyšší oproti lince s relativně rovným terénem. Podle Grygara a kol. (2019) spotřebu energie elektrických autobusů ovlivňuje hlavně jízda do kopce. Při stoupání cesty nahoru se sklonem 5 procent může docházet až k trojnásobnému zvýšení spotřeby elektřiny (Grygara a kol.,2019, s.233).
3.3.4 Baterie
Další překážkou při zavádění elektrických autobusů je technologie a velikost baterie. Vilpo a Markkula (2015) se zabývali optimální velikostí Li-ionové baterie elektrického autobusu. Zjistili, že velikost baterie je ovlivněna třemi faktory: (Vilpo a Markkula, 2015)
1. technickými požadavky (výkon baterie musí být dostačující pro maximální provozní rychlost a pro zrychlení autobusu do kopce);
2. nabíjecím proudem (baterie musí být dostatečně velká s ohledem na velikost nabíjecího proudu, zejména pro rychlé nabíjení a zajištění delší životnosti baterie);
3. požadovaným dojezdem (minimální velikost baterie je ovlivněna požadovaným dojezdem autobusu na jedno plné nabití).
Zvětšení baterie vede ke zvýšení hmotnosti autobusu a tudíž i spotřeby energie, snížení kapacity a vyžaduje větší investice. Zároveň ale má několik pozitivních efektů. Například umožňuje nenabíjet baterii na 100%, díky čemuž lze prodloužit životnost baterie. Další výhodou je to, že se větší
28
baterie zahřívá méně, což snižuje spotřebu energie na chlazení. Tohle je obzvlášť důležité pro rychlé nabíjení baterie. (Vilpo a Markkula, 2015)
Podle Kostopoulosa a kol. (2020) úroveň nabití Lithium-iontové baterie má vliv na životnost baterie a spotřebu energie elektrického autobusu. Úroveň nabití baterie by se měla pohybovat v rozmezí od 20% do 80%. Při nabíjení baterie více než na 80% dochází k až dvojnásobně větší ztrátě energie a k růstu reálné spotřeby energie. Nedodržení těchto limitů také způsobuje rychlejší stárnutí baterie. (Kostopoulos a kol., 2020)
Jako další problém se jeví kapacita baterie. Podle Rogge a kol. (2015) kapacita Li-ionové baterie není konstantní a klesá s věkem a spotřebou baterií. Shirk a Wishart (2015) tvrdí, že velký vliv na kapacitu baterii elektrického vozidla má počet najetých kilometrů. Zjistili, že po ujetí 50 000 mil (přibližně 80 000 kilometrů) maximální kapacita baterie klesla o téměř 25%. Studie také prokázala, že při použití rychlého nabíjení došlo k většímu poklesu kapacity baterie (cca o 3%). Nicméně, oproti celkovému poklesu kapacity tento rozdíl je relativně malý. Z tohoto vyplývá, že počet ujetých kilometrů ovlivňuje životnost baterie značně více než rychlost nabíjení, i když oba faktory jsou významné pro dlouhodobě udržitelné použití baterie.
Z výše uvedených kapitol vyplývá, že dojezd elektrického autobusu je ovlivněn velkým množstvím faktorů: terénním profilem, teplotou vzduchu, velikostí baterie atd. Reálně využitelná kapacita baterie s věkem a spotřebou klesá a její životnost je závislá na strategii nabíjení. Tyto faktory značně omezují flexibilitu provozu autobusů s elektrickým pohonem. Toto ovšem neplatí v případě trolejbusů, které využívají elektrickou energii pevné infrastruktury.
V současné době je velice málo dat z reálného provozu, které by mohly prokázat dlouhodobou efektivitu určité strategie výběru baterie a režimu nabíjení. Z tohoto důvodu provozovatelé autobusové dopravy, kteří se rozhodnou začít elektrizaci svého vozového parku, budou muset podstoupit určité riziko. Pokud během provozu bude zjištěno, že zvolená strategie nabíjení není efektivní, bude potřeba vynaložit další náklady. Tímto se dostávám k další komplikaci spojené se zavedením elektrických autobusů.
3.3.5 Odpovědnost za riziko
Podle Frenaije (2014) rizika zavedení elektrických autobusů jsou spojená s:
• velkým objemem kapitálových investic nutných pro realizaci projektu,
• strachem z nové technologie,
• nedostatkem zkušeností z reálného provozu.
Mohamed a kol. (2017) přišli na tato rizika ve svém výzkumu:
1. Riziko tzv. “časných uživatelů”
Provozovatelé dopravy mají obavy z nejistoty spojené s novou technologií. Uvedli, že je riskantní být prvním, kdo zavede elektrické autobusy.
29 2. Riziko rychlého vývoje technologie.
Někteří provozovatelé vyjádřili obavy, že se na trhu za několik let objeví lepší technologie.
Minimální životnost autobusů se pohybuje kolem 12 let, takže s ohledem na tempo vývoje technologie během tohoto období vozidla mohou ztratit konkurenceschopnost.
3. Nedostatek standardů
V současné době je na trhu hodně druhů elektrických autobusů, baterií a technologií nabíjení. Správa vozového parku a výstavba infrastruktury je velkou výzvou pro vedení dopravních podniků, poněvadž zatím neexistují standardy, které by jim pomohly udělat správné rozhodnutí.
Z uvedených studií lze odvodit závěr, že provozovatelé dopravy mají velké obavy ze zavedení elektrických autobusů. Nesou plnou odpovědnost za finanční a reputační riziko, takže jejich znepokojení je zcela opodstatněné. Rozdělení odpovědnosti mezi provozovatele dopravy a město, které usiluje o lokálně bezemisní dopravu, může pomoci snížit riziko dopravních podniků.
Detailněji se touto otázkou budu zabývat v kapitole Doporučení.
30
Praktická část
V této části bude provedeno porovnání vybraných elektrických autobusů, na jehož základě bude udělán závěr a doporučení pro zájmové skupiny.
4 Porovnání vybraných elektrických autobusů
Tato část je věnována porovnání bateriových elektrobusů s oportunním a nočním dobíjením, trolejbusů a parciálních trolejbusů. Pro porovnání byly zvoleny čtyři elektrické autobusy, které byly zakoupeny českými dopravními společnostmi mezi lety 2018-2021. Jedná se o bateriový elektrobus s oportunním nabíjením vyráběný společností Solaris (název modelu nebyl specifikován), bateriový elektrobus s nočním nabíjením Electron 12, parciální trolejbus Škoda 32 Tr a trolejbus Škoda 32 Tr. Porovnání vychází z informací získaných v teoretické části. Dalším zdrojem informací o cenách a technické specifikaci vozidel je Registr smluv. Vybraná vozidla jsou porovnávána na základě šesti kritérií:
• pořizovací cena,
• infrastruktura,
• disponibilita,
• stabilita výkonu,
• flexibilita,
• obsaditelnost.
4.1 Metodika
Pro porovnání byla zvolena metoda váženého součtu. Tato metoda vychází z principu maximalizace užitku (Brožová a kol., 2003, s.30). Porovnávané varianty jsou ohodnoceny podle vybraných kritérií a uspořádány podle klesajícího celkového užitku. Metoda pracuje s váhami jednotlivých kritérií. Všem kritériím byla přiřazena stejná váha, poněvadž důležitost kritérií je závislá na rozhodnutí konkrétního uživatele, ať už je to město, DPP nebo soukromí dopravci. Váha kritérií je vypočtena podle vztahu 𝑣𝑗 = 1
𝑛, 𝑗 = 1,2, … , 𝑛, kde n je počet kritérií a 𝑣𝑗 je váha kritéria.
Metoda váženého součtu se skládá z těchto kroků:(Brožová a kol., 2003, s.30)
1. Převedení minimalizačních kritérií na maximalizační:
𝑦𝑖𝑗 = max
𝑖=1,..𝑚(𝑦𝑖𝑗 ) − 𝑦𝑖𝑗 , kde 𝑦𝑖𝑗 je hodnota varianty 𝑎𝑖 podle kritéria j
2. Dále je potřeba určit ideální variantu H s ohodnocením (ℎ1, …, ℎ𝑛) a bazální variantu D s ohodnocením (𝑑1, …, 𝑑𝑛).
3. Následně je vytvořena standardizovaná kriteriální matice R, jejíž prvky lze získat takto:
𝑟𝑖𝑗 =𝑦𝑖𝑗−𝑑𝑗
ℎ𝑗− 𝑑𝑗 , kde 𝑟𝑖𝑗 ∈〈0; 1〉
4. Pak je možné vypočíst agregovanou funkci užitku:
u(𝑎𝑖) = ∑𝑛𝑗=1𝑣𝑗 𝑟𝑖𝑗
