Vliv provozních podmínek silničních vozidel na přínosy zavedení elektrického pohonu Michal Vojtíšek Katedra vozidel a motorů, Technická univerzita v Liberci, Studentská 2, 416 17 Liberec tel. 774 262 854, e-mail michal.vojtisek(at)tul.cz EFFECTS OF VEHICLE OPERATING CONDITIONS ON THE BENEFITS OF ELECTRIC TRACTION Given the low thermal efficiency and high emissions of internal combustion engines in dense urban traffic, during accelerations, and cold starts, and substantial comparative advantages of electric traction during such regimes, highest benefits of pure electric or hybrid electric traction in terms of both fuel consumption and emissions occur in slow urban traffic. Pure electric vehicles are often a better choice for short and less frequent trips, hybrid vehicles are more suitable for prolonged operation and where the range is to be maintained. Electric vehicles can be charged during off-peak periods, can be used to absorb overproduction of electric grid, and have a potential to be used to provide power to the grid during shortages and impeding blackouts. 1. ÚVOD Prakticky veškerá motorizovaná silniční vozidla v České Republice jsou poháněna pístovými spalovacími motory zpravidla na kapalná paliva ropného původu. Paliva mají vysokou energetickou hustotu a lze je snadno skladovat, spalovací motory jsou ověřenou technologií, jsou relativně spolehlivé, a jejich provoz je relativně ekonomický. Ropa je neobnovitelný zdroj energie, jehož cena nekontrolovaně a nepředvídatelně kolísá a dlouhodobě narůstá, a jež je třeba dovážet, často z politicky nestabilních oblastí. Spalováním ropných paliv vznikají emise skleníkových plynů a emise škodlivých látek, které mají neblahý vliv na lidské zdraví a životní prostředí. Výstavba a údržba komunikací, výroba, provoz a likvidace vozidel, výroba motorových paliv, a další aktivity související se silniční dopravou velkou měrou zatěžují životní prostředí, působí škody na lidském zdraví, a kromě ekonomického přínosu s sebou přináší značné externí náklady. Spalovací motory lze konstruovat, nebo stávající motory upravit, na rozsáhlou řadu paliv, počínaje vodíkem (molekulární hmotnost 2), přes zemní plyn, bioplyn, propan, étery, alkoholy, syntetická paliva z bioplynu nebo biomasy, a konče estery mastných kyselin a viskózními rostlinnými oleji (molekulární hmotnost řádově stovek). Tato paliva však nemusí být dostupná, za přijatelnou cenu, v množství potřebném k nahrazení veškeré současné spotřeby motorových paliv. Mohou být proto vyhrazena pro využití ve stávajících motorech tam, kde jsou jiné alternativy nevýhodné. Spalovací motory lze též nahradit motory elektrickými. Ty jsou menší, jednodušší, tišší, a neprodukují emise. Je však třeba je zásobovat elektrickou energií, což v případě jedoucího vozidla nemusí být jednoduchá a ekonomická záležitost, a tuto elektrickou energii též vyrobit. Elektrickou energii je možné odebírat z trakčního napájení nebo ve vozidle vyrábět přeměnou z jiného druhu energie pomocí baterií, setrvačníků, palivových článků, a též spalovacích motorů.
Trakčního napájení využívají dnes trolejbusy. Kromě tradičního napájení nad vozovkou lze uvažovat i o indukčním napájení zařízením zabudovaným do vozovky [1-4]. Je však otázkou, jakou část silniční sítě lze ekonomicky elektrifikovat. Baterií dnes využívají převážně vysokozdvižné a manipulační vozíky, užívané v budovách a uzavřených areálech. Při současných energetických hustotách baterií je jejich využití na delší cesty omezeno kombinací hmotnosti, ceny, a času potřebného na jejich dobití. (Olověné akumulátory jsou cenově přijatelné, avšak těžké, pokročilé technologie baterií jsou zpravidla velmi drahé.) Praktické využití palivových článků je omezeno jejich cenou a obtížností skladování vodíku na palubě vozidla. Vodík lze sice vyrobit z jiných paliv, tyto paliva ale též lze spálit v klasickém motoru zpravidla levněji, v některých případech i s vyšší celkovou účinností. I samotný vodík lze spálit ve spalovacím motoru s účinností nad 40% [5]. Elektřina je v České Republice vyráběna převážně z uhlí, které je sice místním, ale rovněž neobnovitelným a omezeným zdrojem jako ropa, a jehož spalováním též vznikají emise skleníkových plynů a škodlivin, a jehož těžbou jsou ničeny rozsáhlé oblasti. Možným řešením je výstavba dalších jaderných reaktorů a využití obnovitelných zdrojů, i ty jsou ale spojeny s různými negativními vlivy a nezanedbatelnou cenou. Další otázkou je přenos elektrické energie – díky její rostoucí spotřebě volná kapacita elektrické sítě klesá. Spotřeba nafty 4,03 Tg (4030 tis. tun) a benzínu 2,02 Tg (2015 tis. tun) v ČR v roce 2008 [6] odpovídá, za předpokladu průměrné celkové účinnosti spalovacího motoru 20%, přibližně 14 TWh na výstupním hřídeli motoru, při přibližně polovičních ztrátách v řetězci přenosová soustava – baterie – elektrický systém vozidla – elektrický motor by byla spotřeba elektrické energie na dobíjení cca 28 TWh (miliard kWh), což je přibližně jedna třetina spotřeby elektrické energie v ČR v roce 2008, 83 TWh (83 518 mil. kWh) [7]. U hybridních pohonů, kdy potřebná elektrická energie je vyrobena spalovacím motorem, odpadají problémy s omezeným dojezdem a s kapacitou sítě. Baterie nebo jiné úložiště elektrické energie slouží spíše k pokrytí výkyvů, jejich kapacita je omezená, a tím i velikost a cena jsou nižší. Nevýhodou je vyšší cena. Hlavní výhodou hybridních pohonů je zvýšení účinnosti spalovacího motoru tím, že je použit motor o menším výkonu, protože výkonové špičky jsou pokryty z baterií, a že tento motor je provozován v relativně optimálních režimech. Menší mírou je pak přínosem rekuperace kinetické energie vozidla při brždění. Z energetického hlediska je zřejmé, že výhody hybridního pohonu jsou relativně velké v městském provozu s častým rozjížděním a brzděním, a naopak relativně malé při jízdě ustálenou vysokou rychlostí. Posouzení výhod z hlediska výfukových emisí, které zdaleka nejsou lineární funkcí množství spotřebovaného paliva, je složitější, a vyžaduje důkladnější znalost problematiky a experimentální měření. Tato práce se zabývá předpokládaným dopadem náhrady nebo doplnění spalovacích motorů elektrickou trakcí na výfukové emise, a to v závislosti na provozních podmínkách vozidla. Jako názorné příklady jsou využity tři aplikace elektrických pohonů v USA z konce 90. let, které úspěšně „přežily trvání dotace“ a jsou nadále v provozu: autobusy s hybridním elektrickým pohonem v New Yorku, hybridní automobily s rozšířenou kapacitou baterií v Kalifornii, a nízkorychlostné elektrické vozíky v univerzitním areálu v Severní Karolíně. 2. KLASICKÝ VS. ELEKTRICKÝ POHON V MĚSTSKÉM PROVOZU 2.1. Charakteristika emisí spalovacích motorů Emise z pístových spalovacích motorů, které jsou hlavní hnací silou silničních vozidel a mobilních strojů, jsou jedním z hlavních zdrojů znečištění ovzduší, a to zejména
v městských aglomeracích. Mezi nejškodlivější látky patří velmi jemné částice o velikosti jednotek až desítek nanometrů, které snadno pronikají hluboko do plic, a snadno prostupují buněčnou membránou. Tyto inhalované částice významnou měrou zvyšují riziko různých onemocnění (astma, chronické rýmy, ale i např. infarktu). Zpřísňující se emisní normy a nové technologie nepřináší očekávané snížení emisí, a mnohdy nestačí ani kompenzovat nárůst emisí vlivem nárůstu intenzity dopravy i vlivem zhoršení emisních parametrů motorů v hustém provozu. Využití pokročilých technologií vede k tomu, že nepoměrně velké množství celkových emisí pochází z nepoměrně malého počtu vozidel a nepoměrně krátkých částí celkové doby provozu. Mnohé motory lehkých i těžkých silničních vozidel též vykazují výrazně horší emisní vlastnosti v reálném provozu než při homologačních testech. Hustý městský provoz, kdy volnoběh se střídá s krátkými, zpravidla prudkými akceleracemi, patří, spolu s častým startováním studeného motoru, k nejvíce problematickým provozním režimům. Neuvážené navyšování maximálního výkonu motoru, například za účelem zajištění požitku ze sportovní jízdy, tuto situaci dále zhoršuje. Podrobnému popisu problematiky je věnována samostatná práce v tomto sborníku. Právě v těchto režimech krátkých jízd ve městech a v hustém městském provozu se jeví doplnění, v některých případech i nahrazení, spalovacích motorů elektrickým pohonem jako nejvýhodnější. Naopak při delších cestách mimo město jsou výhody čistě elektrického i hybridního pohonu (kombinace elektrického pohonu se spalovacím motorem) oproti klasickému spalovacího motoru relativně nízké. 2.2. Městské autobusy s hybridním elektrickým pohonem v New Yorku Newyorská Metropolitan Transportation Authority, která provozuje městskou hromadnou dopravu v New Yorku a okolí, provozuje 1171 městských autobusů s hybridním elektrickým pohonem a 1112 autobusů s pohonem na stlačený zemní plyn. Všech více než 4500 „klasických“ autobusů poháněnými naftou je vybaveno zachycovači (filtry) pevných částic (DPF), z toho přes 3200 vozů bylo filtry vybaveno dodatečně. Kromě toho u 671 starších autobusů byly dvoudobé motory nahrazeny nízkoemisními čtyřdobými motory [8]. Všechny autobusy jsou vybaveny pro přepravu invalidních vozíků. V roce 2007 přepravily autobusy přes 2,8 milionu cestujících denně, najezdily přes čtvrt miliardy km, a spotřebovaly naftu a zemní plyn v celkovém množství ekvivalentu přibližně čtvrt miliardy litrů nafty [8]. Většina autobusů je provozována v podmínkách extrémního městského provozu, s průměrnou rychlostí přibližně 10 km/h a spotřebou paliva přibližně 1 litr na 1 km [9]. Laboratorní zkoušky prováděné v režimu jízdních cyklů CBD (Central Business District), NY Bus a Manhattan Bus [10] porovnávající spotřebu paliva a emise hybridního autobusu Orion a klasického autobusu NovaBus RTS vykazují u hybridního autobusu o 19% (CBD), 33% (NY Bus) a 40% (Manhattan Bus) nižší spotřebu paliva, o 50% (CBD), 77% (NY Bus) a 99% (Manhattan Bus) nižší emise částic, a o 36-44% nižší emise NOx [11-13]. Z výsledků testu vyplývá, že snížení emisí může být výrazně vyšší než snížení spotřeby paliva, zejména v případě organických látek a částic, které jsou u hybridního pohonu nižší díky odstranění přechodových režimů (hlavně prudkých přechodů mezi volnoběhem a plným zatížením při rozjezdech). Zde je nutno poznamenat, že jízdní cykly NY Bus a Manhattan Bus, vyvinuté podle skutečných jízdních režimů v New Yorku, jsou sice nízkorychlostní (maximální rychlost je cca 40 km/h), ale relativně agresivní cykly [10,14]. Jízdní cyklus CBD, obecně užívaný pro těžká vozidla v USA, oproti tomu tvoří série identických, relativně mírných opakovaných rozjezdů s konstantním zrychlením, následovaných jízdou konstantní rychlostí a zastavením. Studie z roku 2002 udává skutečnou spotřebu paliva v letech 2000-2001 (hybridní autobusy Orion VI, depo Manhattanville) o 18% a 8% nižší v porovnání s klasickým autobusy Orion (depo Amsterdam) a NovaBus (depo Manhattanville) [11,12,14]. Studie z roku 2006
uvádí, že v letech 2004-2005 byla průměrná spotřeba hybridních autobusů (depa Mother Clara Hale a Queens Village) 76 litrů na 100 km, oproti spotřebě klasických autobusů 106 (depo West Farms) a 102 (depo Mother Clara Hale) litrů na 100 km, tedy o 26-29% nižší [9]. Studie z roku 2008 vykazuje spotřebu paliva u hybridních autobusů druhé generace 81 l / 100 km (depo Manhattanville), o 18% nižší v porovnání s naftou a o 30% nižší v porovnání s CNG [15,16]. Skutečné spotřeby paliva u hybridních autobusů kolísají s průběhem roku, data z let 2004-2007 vykazují minima cca 65 litrů na 100 km v zimních měsících a maxima přes 85 litrů na 100 km v letních měsících. Spotřeba klasických autobusů zůstává relativně konstantní. Jedním z faktorů je newyorské klima s vyššími teplotami a relativní vlhkostí v letních měsících. Autobusy v létě využívají klimatizace, která navyšuje spotřebu až o několik litrů za hodinu. Rovněž se za vyšších teplot u první generace hybridních autobusů snižovala účinnost rekuperace a rovněž účinnost baterií. Poměr mezi spotřebou paliva hybridního a klasického autobusu v zimních měsících se přibližuje k již zmíněným hodnotám z jízdních cyklů New York Bus a Manhattan Bus (testy byly provedeny bez klimatizace) [17]. Dlouhodobé statistiky vykazují u hybridních autobusů o 80% nižší náklady na údržu brzdového systému (včetně výměny obložení) v porovnání s autobusy na CNG [9]. Jiná studie vykazuje životnost prvního brzdového obložení 86 tis. km u hybridních autobusů, což je o 54% vyšší než necelých 40 tis. km u autobusů na CNG [15], přičemž plánovaná životnost obložení je cca 30 tis. km. (Nové klasické dieselové autobusy nebyly od roku 1999 pořizovány.) 2.3. Elektrické vozíky v univerzitním areálu Warren Wilson College Warren Wilson College (WWC) je vysokou školou poskytující převážně bakalářské studijní programy, s velkým důrazem na osobní odpovědnost ke společnosti i k životnímu prostředí. Univerzitní areál o rozloze přes 400 ha čítá funkční farmu s rostlinnou a živočišnou výrobou, zahrady, lesy, a technické zázemí (elektrodílna, truhlárna, autodílna, středisko pro recyklaci odpadů), a nalézá se v Apalačských horách východně od města Asheville. Koncem devadesátých let byla za přispění autora provedena analýza spotřeby energie z neobnovitelných zdrojů a produkce emisí související s dopravou. Převážnou část dopravního ruchu tvořily osobní vozy studentů a zaměstnanců, a vozový park WWC skládající se z mikrobusů pro skupinové cesty, několika nákladních automobilů pro zásobování, a starší lehké nákladní automobily (pickupy) využívané pro údržbu areálu. Malou část tvořily vozidla návštěvníků a zásobovací vozidla externích firem. Největším zdrojem emisí byly právě starší pickupy s benzinovými motory, užívané výhradně uvnitř areálu. Jednalo se o vozy na konci své životnosti, tedy s poměrně vysokými emisemi, provozované výhradně na krátkých tratích (řádově stovky metrů), kde motory byly často startovány a provozovány zpravidla v nízkých zatíženích s častým volnoběhem. Tyto pickupy byly nahrazeny jedenácti lehkými elektrickými vozíky s maximální rychlostí cca 30 km/h s přepravní kapacitou dvou až tří osob a několik set kg nákladu. Tyto vozíky jsou dobíjeny přes noc. Později byla pro jejich dobíjení vybudována fotovoltaická elektárna. Pro ukládání elektrické energie byly původně zamýšleny baterie, levnějším, a z hlediska optimalizace energetické sítě praktičtějším, řešením bylo směrování nespotřebované vyrobené energie do místní sítě (špičkové odběry, vyvolané provozem klimatizace v letních měsících, se kryjí se špičkami v produkci fotovoltaické elektrárny), a využívání síťové energie v době nízkého odběru k dobíjení baterií. Náhrada starých vozů elektrickými vozíky se ukázala jako nejekonomičtější řešení z hlediska množství snížení emisí v areálu přepočtené na vynaložený dolar.
Naopak jakékoli úpravy individuálně vlastněných vozidel se ukázaly jako obtížně, pokud vůbec, realizovatelné. Jediným přijatým opatřením bylo rozhodnutí akademické obce neumožnit parkování soukromých vozidel studentů prvního ročníku v areálu. Zvolené řešení kopíruje opatření ke snížení výfukových emisí v dalších lokalitách v USA, kde úsilí se soustředilo zpravidla na velké, centrálně garážované a spravované vozové parky, využívané vesměs výhradně pro místní cesty, a produkující velké množství emisí v dané oblasti, zejména v místech, kde jsou tyto emise vypouštěny v těsné blízkosti lidí. Dalšími příklady jsou přechody na alternativní paliva, dovybavování motorů katalytickými zařízeními a zachycovači částic, náhrada motorů motory s nižšími emisemi, a dalších opatření u vozových parků městských a školních autobusů, zásobovacích a údržbových vozidel. 2.4. Hybridní automobily s dobíjením ze sítě Osobní automobil Toyota Prius s kombinovaným hybridním elektrickým pohonem, vyráběným pro trh v USA od roku 1996, umožňuje při nízkých rychlostech pouze elektrický pohon, s vypnutým spalovacím motorem. (U vozu Toyota Prius jsou propracovaným řídícím systémem voleny režimy provozu pouze na elektrický pohon, elektrodynamické brzdění vozu s rekuperací energie, pouze s využitím spalovacího motoru, s využitím spalovacího motoru současně pro pohon a pro dobíjení baterií, a současný pohon spalovacím motorem a elektromotorem čerpajícím energii z baterií.) Toho začala využívat, zejména v městských oblastech v Kalifornii, kde se soustřeďuje populace s vysokoškolským vzděláním technického směru, řada kutilů, kteří automobil doplnili o přídatné baterie, a upravili řízení pohonu tak, že vůz byl schopen vykonat běžné každodenní cesty (dojíždění do zaměstnání, do školy, na nákupy, na kulturní akce, apod.) o délce jednotek nebo nízkých desítek km pouze na tuto přídatnou baterii. Při delších cestách po vybití přídatné baterie vůz pak nadále fungoval v hybridním režimu. Tato konfigurace, nazývaná „plug-in hybrid“, tedy hybridní automobil s dobíjením trakčních baterií, kombinuje výhody čistě elektrického a hybridního pohonu. Při krátkých jízdách, které tvoří většinu jízd v městských aglomeracích, je vůz provozován jako elektromobil, produkující nulové emise v lokalitě (emise jsou stále produkovány při výrobě elektrické energie). Při delších jízdách se uplatní výhody hybridního elektrického pohonu – dlouhý dojezd na klasická a tím i obecně dostupná paliva, a malá kapacita a tím i přijatelná cena a hmotnost baterií. Dobíjení automobilů je možné průběžně v dobíjecích stanicích instalovaných v regionu, pomalé dobíjení přes noc, kdy je spotřeba elektrické energie relativně nízká, je pak možné realizovat v domácnostech, zpravidla za výhodnou sazbu. Regionální distributor v okolí Sacramenta v Kalifornii, Sacramento Municipal Utility District (SMUD), nabízí mimošpičkové tarify pro dobíjení elektrických vozidel v ceně cca 0,8 Kč/kWh [18]. 3. ELEKTRICKÉ AUTOMOBILY JAKO STABILIZÁTOR ELEKTRICKÉ SÍTĚ 3.1. Dálkově spínané dobíjení ze sítě Kapacita výroby elektrické energie a přenosové sítě musí být dimenzována tak, aby s určitou rezervou pro plánované a neplánované odstávky pokryla špičkové (maximální) odběry. V Kalifornii, kde je hojně využívána klimatizace, tyto nastávají za teplých slunečných dnů, zpravidla odpoledne. Tyto špičky jsou alespoň částečně kompenzovány distribuovanou generací fotovoltaickými elektrárnami, umístěnými na střechách obytných budov, a připojenými k elektrické síti. Produkce fotovoltaických elektráren je totiž nejvyšší za jasného počasí a v rozmezí několika hodin kolem astronomického poledne. Mimo špičky síť disponuje volnou kapacitou, kterou lze využít k dobíjení baterií vozidel na elektrický pohon. Dálkově ovládané spínání, běžně používané v ČR pro elektrické vytápění, tak umožňuje operativně
využívat volné kapacity k dobíjení vozidel, a naopak omezit spotřebu energie na dobíjení v době špiček. 3.2. Diskuze – energetika elektrifikace dopravy Uvážíme-li celkovou energii potřebnou k dobíjení elektrických vozidel 28 TWh ročně (viz. kapitola 2) při stoprocentní elektrifikaci vozového parku, pak dvacetipětiprocentní elektrifikace bude vyžadovat 7 TWh. Nabíjení poloviny takového parku teoretickým nabíjecím proudem C/5 (teoreticky odpovídající plnému nabití za pět hodin, ve skutečnosti nižším, protože baterie nejsou vybíjeny úplně) by vyžadovalo příkon téměř 2 GW, tedy více než polovina vší dosud rezervované kapacity fotovoltaických elektráren. Ve skutečnosti je pravděpodobné, že elektřinou vyrobenou ve fotovoltaických elektrárnách zpravidla v dobách energetických špiček nebude takto „plýtváno“, a že vozidla budou nabíjena pomalu přes noc, kdy na nabití celého parku, za předpokladů v předchozím odstavci, bude třeba výkonu odpovídajícímu dvoum 1 GW blokům Jaderné elektrárny Temelín. Je třeba si též připomenout, že alternativou, nebo doplněním, jakékoli nové technologie jsou též „netechnická“ řešení, například: akceptace lehčích vozidel s nižší maximální rychlostí a méně výkonnými motory, vhodné řešení územního plánování snižující nároky na dopravu osob i nákladu, podpora produktů místní ekonomiky snižující nároky na dálkovou silniční nákladní dopravu, vhodně navržená symbióza silniční dopravy s dopravou železniční, a s dopravou pěšky, na kole, a jinými nemotorizovanými prostředky. Těmito řešeními se sníží energetická náročnost dopravy i výsledné emise. 3.3. Elektrická a hybridní vozidla jako zdroj energie v energetických špičkách Dalším krokem v tomto směru je využití energie akumulované v bateriích, případně elektrické energie vyrobené spalovacími motory vozidel s hybridním elektrickým pohonem, k pokrytí energetických špiček. Protože jsou automobily zpravidla v zastavěných oblastech, snižuje se tím jak maximální výkon zdrojů, tak maximální výkon přenesený distribuční sítí. Vzhledem k relativně vysoké ceně cyklování baterií i provozu spalovacího motoru je tato možnost omezena spíše na extrémní maxima spotřeby, kdy okamžitá velkoobchodní cena elektrické energie může být až řádově vyšší než průměrná – například v Kalifornii byla v červnu 2000 cena za špičkovou energii až 925 USD za MWh [19,20], ve stejném časovém období (15-16 hodin) bylo ale roční minimum 64 USD za MWh [20], a mimo špičku se cena pohybovala v desítkách USD [19,21]. Se zavedením systému využití vozidel jako zdroje elektické energie (systém „vehicleto-grid“, zkratka V2G) [22] počítá například nová změna zákona ve státě Delaware (USA) [23], která umožňuje zvláštní tarify ceny elektrické energie pro nabíjení baterií z rozvodné sítě a pro dodávku elektrické energie z vozidel do rozvodné sítě. ZÁVĚR Zásadní nevýhody spalovacích motorů z hlediska jejich emisních vlastností – vysoké emise při startu studeného motoru, při provozu na volnoběh a velmi nízká zatížení, a při prudkých akceleracích při maximálních zatíženích, a nízká účinnost při provozu na malý výkon – odpovídají výhodám elektrických motorů, které nespotřebovávají energii při běhu naprázdno, mohou rozjíždět vozidlo z nulových otáček, a mohou být krátkodobě přetěžovány za účelem rychlého rozjezdu vozidla. U čistě elektrických vozidel na baterie se naopak na delších tratích projevují nevýhody ve formě těžkých a drahých baterií a krátkého dojezdu. U vozidel s hybridním elektrickým pohonem, kdy elektrická energie je vyráběna spalovacím motorem, je při jízdě ustálenou vyšší rychlostí účinnost spalovacího motoru zpravidla téměř srovnatelná s klasickým
uspořádáním (pohon pouze spalovacím motorem), a přínosy hybridního pohonu jsou tak minimální, protože spalovací motoru již pracuje s poměrně vysokou účinností a relativně nízkými emisemi. Úspěšné aplikace elektrické trakce byly převážně pro vozidla provozovaná v městském provozu z centrálního depa. Pro krátké pojezdy jsou vhodné spíše čistě elektrická vozidla, pro vozidla provozovaná dlouhodobě nebo na delší vzdálenosti je výhodnější hybridní elektrický pohon. Elektrická vozidla lze dobíjet mimo špičky, dálkově spínaným ovládáním nabíjení lze, při vyšší míře elektrifikace vozového parku, regulovat stabilitu elektrické sítě, případně absorbovat nahodilé nárůsty výkonu například z fotovoltaických nebo větrných elektráren. Umožněním zpětné dodávky z baterií nebo hybridních pohonů do rozvodné sítě lze, při vyšší míře elektrifikace vozového parku, operativně pokrývat špičková zatížení v elektrické rozvodné síti. PODĚKOVÁNÍ Příspěvek byl vytvořen částečně v rámci projektu MŠMT 1M6840770002 „Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka II“ a částečně z vlastní iniciativy autora. LITERATURA [1] Bolger, J.G.: Roadway power and control system for inductively coupled transportation system. USA patent 4836344, 1987. [2] Tseng, L., Tseng, D.: Inductive charging of a moving electric vehicle's battery. USA patent 5311973, 1992. [3] Ross, H.R.: Roadway-powered electric vehicle system. USA patent 5669470, 1994. [4] Schwind, J.P.: Armature induction charging of moving electric vehicle batteries. USA patent 5821728, 1996. [5] White CM, Steeper RR, Lutz AE: The hydrogen-fueled internal combustion engine: a technical review. Int. J. Hydrogen Energy 31:1292-1305, 2006. [6] Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR. http://www.mpo.cz/cz/energetika-a-suroviny/statistiky-energetika/ (staženo 14.3:2010) [7] Česká
Republika
v číslech
2009.
Tabulka
18.
Český
statistický
úřad.
http://www.czso.cz/csu/2009edicniplan.nsf/p/1409-09 (staženo 14.3.2010) [8] New York City Transit and the Environment. Facts and Figures. Metropolitan Transportation Authority. http://www.mta.info/nyct/facts/ffenvironment.htm (staženo 10.3.2010) [9] Barnitt, R.A.; Chandler, K.: New York City Transit Hybrid (125 Order) and CNG Transit Buses. Final Evaluation Results. Technical Report NREL/TP-540-40125, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA, 2006. [10] J2711: Recommended Practice for Measuring Fuel Economy and Emissions of Hybrid-Electric and Conventional Heavy-Duty Vehicles. Society of Automotive Engineers, Warrensdale, PA, USA, 2002. [11] Clark, N., Wenwei, X., Gautam, M., et al.: Hybrid Diesel-Electric Heavy Duty Bus Emissions: Benefits of Regeneration and Need for State of Charge Correction. SAE Technical Paper 2000-01-2955. Society of Automotive Engineers, Warrendsale, PA, USA, 2000. [12] Emissions Evaluations of Orion VII Hybrid Bus with BAE Systems Controls HybriDrive Propultion System. Environment Canada, Ottawa, Ontario, Canada, ERMD Report no. 01-12, 2001.
[13] Chandler, K., Walkowicz, E., Eudy, L.: New York City Transit Hybrid-Electric Buses: Final Results. National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA, Report no. NREL/BR-540-32427, 2002. [14] Lanni, T.R., Chatterjee, S., Conway, R., et al.: Performance and Durability Evaluation Evaluation of Continuously Regenerating Particulate Filters on Diesel Powered Urban Buses at NY Transit. SAE Technical Paper 2001-01-0511. Society of Automotive Engineers, Warrendsale, PA, USA, 2001. [15] Barnitt, R.A.: BAE/Orion Hybrid Electric Buses at New York City Transit. A Generational Comparison. Technical Report NREL/TP-540-42217, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USA, 2008. [16] Barnitt, R.A.: In-Use Performance Comparison of Hybrid Electric, CNG and Diesel Buses at New York City Transit. SAE Technical Paper 2008-01-1556. Society of Automotive Engineers, Warrendsale, PA, USA, 2008. [17] Bass, E., Alferman, T.: The Influence of Idle, Drive Cycle and Accessories on the Fuel Economy of Urban Hybrid Electric Buses - Chassis Dynamometer Tests. SAE Technical Paper 2003-01-3438. Society of Automotive Engineers, Warrendsale, PA, USA, 2003. [18] Tarify Sacramento Municipal Utility District, odbor Electric Transportation, Sacramento, Kalifornie, USA, zjišťováno 10.3.2010. [19] Velkoobchodní ceny elektřiny. Statistiky Energetické informační agentury, Department of Energy, USA, http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/wholesale/sp1501.xls (staženo 14.3.2010) [20] Borenstein, S.: Frequently asked questions about implementing real-time electricity pricing in California for summer
2001.
University
of
California
Energy
Institute,
Berkeley,
CA,
USA,
http://www.ucei.berkeley.edu/PDF/faq.pdf (staženo 14.3.2010) [21] Rassenti, S,J., Smith, V.L., Wilson, B.J.: Demand-Side Bidding Will Reduce the Level and Volatility of Electricity Prices. The Independent Review, v.VI, n.3, Winter 2002, ISSN 1086-1653, pp. 441–445. [22] Program Vehicle-to-Grid na University of Delaware, www.udel.edu/V2G (staženo 10.3.2010) [23] Změna č.1 ze dne 21.9.2009 a změna č.2 ze dne 21.9.2009 senátu státu Delaware, kterou se mění zákon 153 senátu státu Delaware a svazek 26, paragrafu 1014 sbírky zákonů státu Delaware. Legislativní informační služba senátu státu Delaware, USA, 2009. http://phoenix.state.de.us/LIS/lis145.nsf/vwLegislation (staženo 10.3.2010)
ČESKÁ ANOTACE PŘÍSPĚVKU Největších výhod elektrifikace vozového parku lze dosáhnout u vozidel provozovaných v městském provozu, a to z hlediska spotřeby energie i emisí. Úspěšné aplikace elektrické trakce byly převážně pro vozidla provozovaná v městském provozu z centrálního depa. Pro krátké pojezdy jsou vhodné spíše čistě elektrická vozidla, pro vozidla provozovaná dlouhodobě nebo na delší vzdálenosti je výhodnější hybridní elektrický pohon. Elektrická vozidla lze selektivně dobíjet mimo špičky, při vyšší míře elektrifikace lze vozový park využít pro absorbování přebytků elektrické energie, vhodně vybavená vozidla lze využít i jako distribuované zdroje elektrické energie v dobách energetických krizí.
