Vom Hybrid- und Trolleybus zum Elektrobus
Wolfgang Presinger Intelligenter und Gesunder Solaris Bus & Coach S.A. Öffentlicher Stadtverkehr [email protected] Pilsen, 06.04.2011 Produkte
Stadtbusse Solaris Urbino 8,6 / 10 / 12 / 15 / 18 m Diesel / Erdgas
Überlandbusse Solaris Urbino LE 8,9 / 12 / 15 m Diesel / Erdgas
Überlandbus Solaris InterUrbino 12 m Diesel Produkte
Hybridbusse Solaris Urbino Hybrid 12 / 18 m diesel-elektrisch seriell/parallel
Trolleybusse Solaris Trollino 12 / 15 / 18 m
Straßenbahn Solaris Tramino 32 m Produkte
Solaris Urbino Hybrid – Referenzen: 70 E. bis 12/2011
Oslo Norwegen: 15 E.
Polen: 3 E.
Hannover Poznań Bochum Leipzig Neuss Herten Dresden Düsseldorf Sosnowiec Deutschland: 43 E. Île-de-France München Strasbourg Lenzburg Frankreich: 8 E. Schweiz: 1 E.
Toulon La Réunion Hybridbusse
Hybridbus-Komponenten (Auswahl)
Hybridart Energiezuführung Effizienzsteigerung seriell Verbrennungsmotor + elektrifizierte Generator Nebenverbraucher parallel Brennstoffzelle Start/Stop leistungsverzweigt Plug-in-Anschluss streckenspezifisches Energiemanagement Energiespeicher Oberleitung Leichtbau („spaceframe“) Batterien Induktion
Supercaps Batteriewechsel elektrischer Antrieb hydraulische Speicher Zentralmotor
Schwungrad Radnabenmotoren Systemlösungen – Hybrid
Urbino 18 Hybrid (Allison)
Leistungsverzweigter Hybridbus mit NiMH-Batterie
Erster europäischer Hybridbus mit serienmäßiger Technologie
Vorstellung 2006, Weiterentwicklung 2008
Elektromotoren 150 kW Dieselmotor 181 kW Batterie ~20 kWh Systemlösungen – Hybrid
Urbino 18 Hybrid (Allison) Systemlösungen – Hybrid
Kraftstoffverbrauch Solaris Urbino 18 Hybrid (Allison) ggü. konventionellem Solaris Urbino 18
Diesel1 Hybrid2 Einsparung DAF (265 kW, Euro 5) Cummins (181 kW, Euro 5) Allison EP50 l/100km l/100km l/100km % SORT1 74,7 56,9 -17,8 -23,8% 12km/h SORT2 62,4 47,8 -15,1 -23,4% 17km/h SORT3 56,0 43,2 -12,8 -22,9% 27km/h
1 Messungen durchgeführt von Fraunhofer IVI Dresden 2 Messungen durchgeführt von TÜV SÜD Systemlösungen – Hybrid
Abgasemissionen Solaris Urbino 18 Hybrid (Allison) ggü. konventionellem Solaris Urbino 18 (Diesel, Euro 5)
Reduzierung
NOX (gesundheitsschädlich, saurer Regen) DPIM -13,3%
CO2 (Klimawandel, Treibhauseffekt) -25,3% HC -31,8% CO -56,4% PM (gesundheitsschädlich, krebserregend) -78,1%
Messungen 2008 auf Referenzstrecke in Stadtregion Posen Messungen von TU Posen durchgeführt mit Messausstattung SEMTECH DS Systemlösungen – Hybrid
Urbino 12 Hybrid (Eaton)
Paralleler Hybridbus mit Li-Ion-Batterie
Hybridisiertes automatisiertes Getriebe, einfache Systemarchitektur
Vorstellung 2009
Elektromotor 44 kW Dieselmotor 162 kW Batterie 3,6 kWh Systemlösungen – Hybrid
Urbino 12 Hybrid (Eaton) Systemlösungen – Hybrid
Kraftstoffverbrauch Solaris Urbino 12 Hybrid (Eaton) ggü. konventionellem Solaris Urbino 12 (EEV)
Diesel1 Hybrid2 Einsparung DAF (231 kW, EEV) Cummins (162 kW, EEV) ZF 6AP EcoLife Eaton Hybrid l/100km l/100km l/100km % SORT1 54,7 36,5 -18,2 -33,3% 12km/h SORT2 43,3 33,7 -9,6 -22,2% 17km/h SORT3 38,0 30,8 -7,2 -18,9% 27km/h
1 Messungen durchgeführt von TÜV SÜD 2 Messungen durchgeführt von IDIADA, Spanien Systemlösungen – Hybrid
Urbino 18 Hybrid (Voith)
Paralleler Hybridbus mit Supercaps
„DIWAhybrid“: Hybridvariante des DIWA-Automatikgetriebes
Vorstellung 2011
Elektromotor 150 kW Dieselmotor 181 kW Supercaps 0,5 kWh Systemlösungen – Hybrid
Urbino 18 Hybrid (Voith) Systemlösungen – Hybrid
Urbino 18 Hybrid (Vossloh Kiepe)
Serieller Hybridbus mit Li-Ion-Batterie, Supercaps und Plug-in
Basierend auf Trolleybus-Technologie, Erprobungsträger zur maximalen Nutzung elektrischer Energie, modulares Konzept
Vorstellung 2010
Elektromotor 240 kW Dieselgenerator 195 kW Batterie 26,5 kWh Supercaps 1 kWh Plug-in 63 A Systemlösungen – Hybrid
Urbino 18 Hybrid (Vossloh Kiepe) Trolleybusse
seit 2001 geliefert 475 Solaris Trollino (Trolleybus) davon 270 Solaris Trollino 12 (Zweiachser) 57 Solaris Trollino 15 (Dreiachser) 148 Solaris Trollino 18 (Gelenk)
Referenzen Bologna (I), Budapest (H), La Chaux-de-Fonds (CH), Chomutov-Jirkov (CZ), Coimbra (P), Debrecen (H), Eberswalde (D), Gdynia (PL), Jihlava (CZ), Kaunas (LT), Landskrona (S), Lublin (PL), Napoli (I), Opava (CZ), Ostrava (CZ), Pardubice (CZ), Plzeň (CZ), Riga (LV), Roma (I), Salzburg (A), San Remo (I), Sofia (BG), Tallinn (EST), Teplice (CZ), Tychy (PL), Vilnius (LT), Winterthur (CH)
(Stand 31.12.2010) Trolleybusse
Systempartner für Trolleybusse
Škoda Pilsen (CZ) Trollino 12, 15, 18
Cegelec Prag/Ostrava (CZ) Trollino 12, 15, 18
Medcom Warschau (PL) Trollino 12 Trolleybusse
Mögliche Weiterentwicklung
– leistungsstärkere Hilfsantriebe (Dieselgeneratoren, verbesserte Batterien) – Energiespeicher zur Nutzung von Bremsenergie im Fahrzeug anstelle von ggf. verlustbehafteter Rückspeisung in die Fahrleitung, dadurch geringerer Energieverbrauch – automatische Stromabnehmer (Heben und Senken während der Fahrt?) – Nutzung von Synergien aus Hybridbus-Entwicklung – Weiterentwicklung zu oberleitungsunabhängigem Elektrobus Elektrobus
Entwicklungspfad Elektrobus
Paralleler Serieller elektrische Plug-in- Hybrid Hybrid Neben- Hybrid verbraucher
Elektrobus
Trolleybus Batterie- Bremsenergie- Hilfsantrieb speicher
Gewichtsreduzierung Elektrobus
Energiebedarf Energiebedarf für einen Standardbus (12 m), 18 t Gewicht (voll beladen), 350 km Tageszyklus, SORT 2
1500
1000
500 1575 kWh 1225 kWh 875 kWh Speicherkapazität 4,5 kWh/km 3,5 kWh/km 2,5 kWh/km aktuell (noch?) nicht darstellbar
0 Diesel Hybrid Elektrobus
(Messungen: TU Posen) Elektrobus
Energiebedarf
Aktueller Stand Batterietechnologie (Li-Ionen) Spezifisches Batteriegewicht (inkl. Housing) 14 kg/kWh Kosten ca. 700 EUR/kWh
Bedarf für Tageszyklus 350 km x 2,5 kWh = 875 kWh 875 kWh x 14 kg = 12 250 kg nicht darstellbar 875 kWh x 700 EUR = 612 500 EUR
Kompromisslösungen notwendig (z.B. Batteriewechsel, Schnellladung, partielle Oberleitung) Elektrobus
Energiebedarf
Konstruktive Begrenzung Derzeit konstruktiv im Fahrzeug max. ca. 1,4 t Batteriegewicht darstellbar, entspricht 100 kWh Energieinhalt Limitierung der Zyklentiefe auf max. 50% notwendig zur Erhöhung der Lebensdauer auf ca. 5-8 Jahre (= ½ Busleben)
Damit bei Standardbus 20 km Streckenlänge darstellbar bis zur nächsten Energiezufuhr, d.h. bei durchschnittlicher Umlauflänge (20 km) 1x Batterieladen pro Umlauf notwendig
weitere Maßnahmen wichtig, insbesondere Leichtbau Elektrobus
Offene Entwicklungsfelder
– Reichweitenausdehnung – leistungsfähigere, leichtere, preiswertere Batterien – Energiespeicher mit längerer Lebensdauer (Gesamtfzg. >12 Jahre) – elektrifizierte Komponenten (Kompressoren, Lenkhilfpumpe, etc.) – Gewichtsreduktion (z.B. „spaceframe“) – verbesserte Rekuperation – Aufbau von Infrastruktur, insbesondere (Schnell-) Ladestationen – Aufbau von Produktions- und Servicekapazitäten (Qualifikationen) – für Verkehrsunternehmen wirtschaftlicher Kostenrahmen möglich !? Elektrobus
Elektrobus: Prototyp in Entwicklung
auf Basis Alpino 8,9 LE
geplante autonome Reichweite 100 km, langfristig 350 km (abhängig von Speichertechnologie)
Fertigstellung Prototyp Sommer 2011 Serienfertigung ab ca. 2015
Entwicklung mit Unterstützung der Europäischen Union Elektrobus
Antriebsschema (Konzept)
zentraler Traktionsmotor Traktionsbatterie Verteilerkreis Leistungselektronik
Plug-in Bremswiderstand
- Heizung - Batterien 24V - Lenkungspumpe - Luftkompressor - Ventilatoren Elektrobus
Anordnung der Komponenten
Bremswiderstand Drosselspule Traktionscontainer
elektrischer Kompressor
Traktionsbatterie elektrische Lenkhilfspumpe elektrischer Traktionsmotor Elektrobus
Ziel: E-Mobilität mit oberleitungsunabhängigem Elektrobus
Heutiger Stand: – Trolleybusse mit unterschiedlichen Hilfsantrieben (Dieselaggregate „down-sized“ / Batterie) – Hybridbusse (parallel / seriell + Plug-in) daraus Synergienutzung und Weiterentwicklung
Jedoch: Es wird noch einige Zeit vergehen, bis Elektrobusse flächendeckend fahren ! Entwicklungspfad
Energie- elektrifizierte rekuperation Komponenten größerer Supercaps Einsatz- radius verbesserte Batterien Start/Stop Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!