Přečtěte si:  Smart city a elektromobilita pro praktický užitek a jejich aktuální výzvy

Projekt American Fuel Cell Bus: palivočlánkový autobus dvakrát energeticky úspornější než CNG

12.10.2015 V září 2015 vydala americká National Renewable Energy Laboratory (NREL) další zprávu k průběžnému hodnocení projektu palivočlánkových autobusů „American Fuel Cell Bus“ u dopravní společnosti SunLine Transit Agency. Zpráva se zaměřuje na provozní výsledky projektu za uplynulé 2,3leté období. Jako srovnávací základna pro palivočlánkové autobusy zde slouží výsledky autobusů poháněných stlačeným zemním plynem (CNG). Zpráva mimo jiné ukazuje, že spotřeba energie na ujetou vzdálenost je u palivočlánkového autobusu méně než poloviční v porovnání s pohonem na CNG. Zpráva rovněž ukazuje například menší disponibilitu palivočlánkových autobusů oproti CNG, jejíž příčiny však ve většině případů nesouvisí se samotným pohonem.

Palivočlánkový autobus typu „American Fuel Cell Bus“ (viz foto) byl vyvinut ve spolupráci firem Ballard, BAE Systems a ElDorado National v rámci Národního programu pro autobusy s palivovými články, jehož nositelem je Federální úřad pro dopravu (FTA) ve spolupráci s americkým ministerstvem energetiky (DOE). V rámci vládního nařízení „Buy America“ podporujícího americký průmysl při dodávkách pro veřejný sektor byl celý tento autobus a jeho základní součásti vyroben v USA.

American Fuel Cell Bus je 12m autobus o přepravní kapacitě 56 osob, z toho 37 sedících. Základem konstrukce je standardní autobus typu Axess od kalifornského výrobce ElDorado National.

Elektřinu pro jeho pohon vyrábí 150kW palivový článek FCvelocity-HD6, vyrobený v Massachusettském závodě kanadské firmy Ballard Power Systems. Tyto PEM palivové články jsou speciálně konstruovány pro pohon těžkých vozidel v náročném provozu. Pracují s napětím 465–730 V a proudem 300 A, palivem je čistý vodík a váží 404 kg. Autobusy vybavené těmito palivovými články podle výrobce dokáží v městském provozu fungovat na jedno naplnění nádrže až 19 hodin. Palivové články jsou doplněny 11kWh lithium-iontovými bateriemi. Jde tedy o klasickou hybridní sestavu, kdy palivový článek je hlavním zdrojem trakční energie a trakční baterie slouží jako vyrovnávací zdroj pro efektivní hospodaření s energií.

Poznámka: Kromě tohoto typu se v rámci projektů palivočlánkových autobusů v USA se zkoušejí v provozu i vozidla jiných výrobců, jako je například belgický Van Hool nebo kanadský New Flyer.

Z pohledu úrovně technologické zralosti (TRL) se nyní, podle NREL, nachází tento autobus na úrovni TRL 7, tedy demonstrování prototypu v provozních podmínkách. Cílem projektu „American Fuel Cell Bus“ je předvést provozní parametry tohoto palivočlánkového autobusu v reálných podmínkách regionu Coachella Valley v Kalifornii. Tento projekt, do něhož je zapojena také SunLine Transit Agency (viz též naše studie „E-mobilita v MHD“), je součástí již zmíněného Národního programu pro autobusy s palivovými články. Tento program podporuje prostřednictvím NREL celkem osm rozvojových projektů palivočlánkových autobusů v různých státech USA, včetně například projektu ZEBA (viz článek „Palivočlánkové autobusy v Kalifornii lámou rekordy“).

Zmíněná zpráva NREL ze září 2015 ukazuje některé zajímavé parametry čtyř sledovaných palivočlánkových autobusů SunLine Transit Agency v období od března 2013 do června 2015. Jeden z těchto autobusů byl přitom dodán v roce 2011 a tři v roce 2014. Jejich park se tedy během sledovaného období rozšířil.

Jako srovnávací typ vozidla sloužily sériové autobusy na CNG od kanadského výrobce New Flyer s rokem výroby 2014.

Za uvedené 28měsíční období najezdily palivočlánkové autobusy v přepočtu celkem přes 175 tisíc km. Přitom bylo spotřebováno přes 17 tun vodíku. Průměrná spotřeba jednoho autobusu tedy činila cca 10 kg vodíku na 100 km, podobně jako např. u švýcarských palivočlánkových autobusů.

Zdrojem vodíku pro provoz autobusů byl reformovaný zemní plyn (reformováním se rozumí reakce zemního plynu s vodní párou za vyšších teplot, při níž vzniká směs CO₂ a vodíku). SunLine Transit Agency disponuje vlastní přípojkou zemního plynu a reformovacím zařízením, produkujícím až 9 kg vodíku za hodinu, které je pro potřebu projektu využíváno na cca poloviční kapacitu.

Provozní disponibilita palivočlánkových autobusů činila v průměru 66 % oproti 88 % u

srovnávacích autobusů na CNG. Cílová hodnota disponibility pro palivočlánkové autobusy přitom byla stanovena na 85 %.

Hlavní příčinou odstavení mimo provoz byly banální mechanické problémy, jejichž řešení si vyžádalo delší čas. Například prasklý radiátor byl příčinou čtyřměsíční odstávky, prasklé čelní sklo vyřadilo autobus z provozu na celý měsíc. Vlastní palivočlánkový pohon se na veškeré době, kdy byly palivočlánkové autobusy mimo provoz, podílel ze 16 %. V případě autobusů na CNG byly naproti tomu hlavní příčinou odstávek poruchy plynového motoru, které se podílely na celkové době mimo provoz téměř z 50 %.

Pokud jde o spotřebu energie měřenou v ujetých mílích na galon ekvivalentu motorové nafty (diesel gallon equivalent, DGE), dosáhly palivočlánkové autobusy hodnotu 6,72 mil/galon oproti CNG s hodnotou 3,23 mil na galon. V přepočtu na evropské jednotky je to 35 litrů ekvivalentu motorové nafty na 100 km u palivočlánkových autobusů oproti 73 l/100 km u autobusů na CNG, tedy méně než polovina. Při vysokých nákladech vyrobeného vodíku oproti levnému zemního plynu ovšem stále vycházejí jednotkové náklady paliva na ujetou vzdálenost u palivočlánkového autobusu téměř čtyřnásobné oproti CNG.

Z pohledu ekonomie provozu byly kromě spotřeby paliva sledovány také náklady na údržbu v přepočtu na ujetou míli. Není bez zajímavosti, že tyto náklady byly přibližně stejné u palivočlánkových autobusů i u autobusů na CNG. Jednotkové náklady údržby v obou případech činily 0,54 USD na ujetou míli (tedy cca 0,34 USD na km). Z toho pak jednotkové náklady na údržbu pohonného systému činily v případě palivočlánkových autobusů 0,34 USD/míli (tedy cca 0,21 USD/km) oproti 0,24 USD/míli (0,15 USD/km) u CNG. Do údržby pohonného systému palivočlánkových autobusů ovšem spadají také práce mechaniků dopravce při spolupráci s výrobcem na prototypech autobusu, tedy nejsou plně srovnatelné s touž položkou u CNG.

Celkové provozní náklady na míli či kilometr pak vycházejí zhruba dvojnásobné u palivočlánkových autobusů oproti autobusům na CNG – 1,89 USD/míli (1,17 USD/km) u palivočlánkového vozidla oproti 0,89 USD/míli (0,55 USD/km) u CNG.

Velký rozdíl je pochopitelně i v pořizovací ceně srovnávaných vozidel: Cena prototypového palivočlánkového autobusu činila 2,4 mil. USD oproti ceně sériového plynového autobusu 403 tis. USD, tedy byla téměř šestinásobná. Pro srovnání a pro zajímavost, přibližně stejné pořizovací náklady jako prototypy American Fuel Cell Bus měl v roce 2008 vývoj a dodání palivočlánkového autobusu v rámci českého projektu TriHyBus (přepočítáno současným směnným kursem).

Je zřejmé, že porovnávání prototypových palivočlánkových autobusů se sériovými plynovými autobusy znamená v mnoha ohledech srovnávání technologicky a ekonomicky nesrovnatelného. Z výše uvedených údajů je nicméně patrno, že i z takového srovnání vycházejí palivočlánkové autobusy jako nadějný směr čisté mobility, a to nejen z pohledu ekologického, ale i provozně ekonomického (byť vysoké náklady na vyrobený vodík tuto ekonomii významně zhoršují). To mj. vysvětluje, proč vláda USA prostřednictvím NREL podporuje palivočlánkovou elektromobilitu, a to nejen u autobusů, ale také například u palivočlánkových manipulačních vozíků. 

V případě projektu „American Fuel Cell Bus“ se lze pochopitelně zamýšlet nad tím, zda uhlíkově náročné reformování zemního plynu (viz např. článek „Vodík pro palivočlánková vozidla: úskalí statistik a srovnávání“) je ve slunné Kalifornii tím nejekologičtějším způsobem získávání vodíku pro palivočlánkové autobusy. Z kontextu je nicméně zřejmé, že tento projekt je zacílen na konstrukční a provozní vlastnosti palivočlánkového vozidla – autobusu, zatímco vlastní výroba vodíku je řešena v rámci jiných projektů pod NREL.

Ing. Jakub Slavík, MBA

Foto © NREL

Další informace zde

Přečtěte si také:

Ballard a CSR Sifang: škodovácké tramvaje v Číně budou poháněny palivovými články

9.10.2015 Jak jsme uvedli letos v dubnu v článku Čínský výrobce CSR Sifang představil palivočlánkovou tramvaj, sleduje tento čínský výrobce pro pohon nízkopodlažních tramvají, využívajících licenci české Škody Transportation, různé zdroje energie, mj. palivové články. Na konci září 2015 dostal tento směr vývoje velmi konkrétní podobu podepsáním dohody o společném vývoji a dodání speciální palivočlánkové energetické jednotky s kanadským výrobcem vodíkových technologií Ballard. 

Hydrogen Mini Grid: první kompaktní větrná vodíková plnicí stanice ve Velké Británii

6.10.2015 Palivočlánková elektromobilita je jednou z oblastí, které věnují významnou pozornost mj. západoevropské země, především Německo, Francie a Velká Británie. Významným příspěvkem k jejímu rozvoji v posledně jmenované zemi je projekt Hydrogen Mini Grid. Tento projekt představuje první vodíkovou veřejnou plnicí stanici konstruovanou jako kompaktní energetická jednotka zahrnující rovněž větrnou turbínu a elektrolyzér pro výrobu čistého vodíku. 

Ballard nabízí nové typy palivočlánkových jednotek pro mobilní aplikace

2.10.2015 Kanadského výrobce palivočlánkových technologií Ballard netřeba našim čtenářům dlouze představovat. Palivočlánkové jednotky od tohoto výrobce pohánějí v současné době cca stovku elektrických autobusů ve dvaceti městech na celém světě. Ballard letos představil další typ palivočlánkové jednotky pro mobilní aplikace a připravuje jeho rozšíření v modulární řadě. 

Toyota vyvinula palivočlánkový autobus a připravuje projekt „bezemisního vodíku“

17.9.2015 Japonská automobilka Toyota je jednou z předních světových firem, prosazujících palivočlánkovou elektromobilitu. Na konci roku 2014 na trh svůj sedan Toyota Mirai a své zkušenosti využila i u palivočlánkového autobusu, který vyvinula a vyrobila ve spolupráci se společností Hino Motors Ltd. Na konci července 2015 proběhly v Tokiu první provozní zkoušky prototypového vozidla. 

Skládka odpadů pohání palivočlánkové manipulační vozíky v americkém závodě BMW

15.9.2015 Energetické využití odpadů je jednou z důležitých oblastí tzv. „zelené“ či „inteligentní“ energetiky. Netradiční, a přitom velmi efektivní způsob ukázal odborné veřejnosti v srpnu 2015 závod německé automobilky BMW v Greeru, v americké Jižní Karolíně: Část vodíku pro palivočlánkové vidlicové vozíky, které tento závod využívá, je získáván z metanu pocházejícího z nedaleké skládky odpadů. 

Metanolový den: další krok k Dánsku bez fosilních paliv

11.9.2015 Akce s názvem „Metanolový den“ by v Česku nejspíše vzbudila pozdvižení s ohledem stále ještě živou aféru, s níž je tato průmyslová surovina v našich médiích spojována. Nicméně „Metanolový den“ v dánském Aalborgu znamenal událost, která naopak ukazuje jeden z důležitých směrů ke strategickému cíli Dánska v oblasti ochrany životního prostředí: do roku 2050 se zcela zbavit závislosti na fosilních palivech. 26. srpna 2015 zde konsorcium Green Methanol Infrastructure otevřelo první metanolovou čerpací stanici v Evropě. 

Palivočlánkové autobusy v Kalifornii lámou rekordy

10.9.2015 Nedlouho po zprávě o rekordním miliónu kilometrů, který najely palivočlánkové autobusy ve Švýcarsku, byla odborná veřejnost informována o dalším rekordu z této oblasti, tentokrát z USA: Palivočlánková jednotka na jednom z elektrických autobusů, provozovaných kalifornskou dopravní společností AC Transit (podrobnosti viz též studie „E-mobilita v MHD“), překonala v srpnu 2015 rekord 20 000 hodin nepřetržitého provozu. 

Projekt CHIC: švýcarské palivočlánkové autobusy ujely milión kilometrů

14.8.2015 V rámci evropského projektu CHIC, zaměřeného na provozní ověřování palivočlánkových autobusů, je od roku 2011 v provozu i pět palivočlánkových autobusů společnosti PostAuto Schweiz AG, hlavního švýcarského autobusového dopravce (v angličtině používá název PostBus). Ke konci července 2015 dosáhly tyto autobusy důležitý milník: dohromady najezdily celkem milión kilometrů.  

Pozvánka na odbornou konferenci

Elektrické autobusy pro město IV

15.7.2015 Konference „Elektrické autobusy pro město“, pořádaná konzultační firmou Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services pod záštitou Sdružení dopravních podniků ČR, se již od svého prvního běhu v říjnu 2013 vyprofilovala jako zcela ojedinělá prezentační a vzdělávací akce i jako místo vzájemné výměny aktuálních zkušeností mezi profesionály z elektrické osobní dopravy. Její další běh se koná 26. listopadu 2015 na Výstavišti Praha-Holešovice jako doprovodný program veletrhu CZECHBUS 2015 

Kalifornie připravuje další projekty autobusů a nákladních automobilů s palivovými články

22.4.2015 Na konci března 2015 schválila Kalifornská energetická komise dva významné projekty v rámci svého programu „Medium and Heavy-Duty Vehicle Technology Demonstration“ (Demonstrace technologií pro střední a těžká vozidla) v celkovém objemu 4,4 mil. amerických dolarů na rozvoj palivočlánkových autobusů a nákladních automobilů. Dodavatelem palivočlánkového zdroje energie bude v obou případech kanadský výrobce Hydrogenics. 

První vodíkovou čerpací stanici u nákupního střediska má Londýn

16.4.2015 O síti vodíkových čerpacích stanic v londýnské aglomeraci jsme na našem portále psali již více než před dvěma roky. Tato síť se na konci března 2015 rozrostla o další čerpací stanici, tentokrát u supermarketu Sainsbury’s v Hendonu na předměstí Londýna. Stanici vlastní a provozuje společnost Air Products. 

Čínský výrobce CSR Sifang představil palivočlánkovou tramvaj

1.4.2015 Palivočlánkové zdroje elektrické energie pro nezávislý bezemisní provoz přitahují nejen konstruktéry silničních vozidel. Možnosti jejich uplatnění jsou stále více sledovány i v kolejové dopravě. Vedle vývoje palivočlánkového regionálního vlaku v Německu přichází nyní na řadu i tramvaj. 

Aktualizovaná verze studie „E-mobilita v MHD“ zveřejněna

31.3.2015 Na konci března 2015 byla zveřejněna k volnému využití aktualizovaná verze studie „E-mobilita v MHD“ již dříve avizovaná na našem portále. Tato studie se zabývá stavem a vývojem elektrických autobusů v ČR a ve světě, tj. především bateriových a palivočlánkových elektrobusů a diesel-hybridních autobusů. Jako nových technologií u elektrických autobusů si aktualizovaná verze všímá také plug-in hybridních autobusů a parciálních trolejbusů. Jejím zpracovatelem je firma Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services a hlavním příjemcem Sdružení dopravních podniků ČR (SDP ČR). Studie vznikla v rámci činnosti Pracovní komise pro elektromobilitu při SDP ČR. 

Vodík pro palivočlánková vozidla: úskalí statistik a srovnávání

26.1.2015 V rámci připravované aktualizace studie „E-mobilita v MHD“ se její zpracovatelé zabývají mj. jednoduchým srovnáním elektrických pohonů pro autobusy, mj. i z hlediska dopadu na životní prostředí. Jedním z podkladů pro toto srovnání byla i publikovaná metodická pomůcka „CIVITAS policy note: Smart choices for cities – Clean buses for your city“, publikovaná v roce 2013 v rámci evropské iniciativy CIVITAS. Zpracovatelé zde narazili na problém srovnatelnosti a interpretace dat v souvislosti s palivočlánkovým pohonem. 

Palivové články: provozní životnost přesahuje 10 tisíc hodin

22.5.2013 Provozní životnost současných palivových článků je zpravidla kolem 4 – 5 tisíc hodin. Společnost Proton Power Systems Plc, jejíž dceřiná společnost Proton Motor dodala palivový článek i do českého autobusu TriHyBus (viz foto), oznámila 14. května 2013 velmi významný výsledek testování: Její palivový článek dosáhl životnosti 10 000 hodin v režimu start-stop, čili v denním zapínání a vypínání, běží dál a nenese známky výraznější degradace. 

Copyright © 2012 – 2024 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services