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

Rozhovor pro informační portál Proelektrotechniky.cz na téma elektromobilita

Elektromobilita jako systém

23.6.2014 Na konci dubna 1882, tedy již před 132 lety, předvedl Dr. Ernst Werner von Siemens světu první trolejbus, v roce 1879 pak představil první elektrickou lokomotivu, o dva roky později první tramvaj, následovalo metro a počátkem 20. století i vysokorychlostní elektrický vůz. Tyto události názorně ukazují, jak je jméno společnosti Siemens po celou svoji historii spojeno s elektromobilitou. Lidé ze společnosti Siemens správně prezentují elektromobilitu jako ucelený systém elektřinou poháněné dopravy, zahrnující závislou a nezávislou trakci v návaznosti na další důležitý systém veřejné infrastruktury, totiž energetiku. Podívejme se proto nyní na českou a světovou elektromobilitu očima společnosti Siemens právě v tomto duchu, k rozhovoru jsme přizvali Romana Kokšala, ředitele dopravních divizí společnosti Siemens.

V čem vidíte hlavní přínosy elektrické dopravy oproti konvenčním spalovacím motorům, tzv. alternativní paliva nevyjímaje?

Na začátku bych uvedl několik čísel, která stojí za povšimnutí. V České republice kryjí ropné produkty a jejich náhrady 97 % energie pro dopravu. Elektřina představuje zbývající tři procenta. Přitom tato pouhá tři procenta zajišťují zhruba 14 % přepravních výkonů osobní dopravy a 19 % nákladní dopravy. Příčiny vysoké efektivity elektrické vozby jsou dvě. Zaprvé účinnost elektrického pohonu, která je zhruba 2,5 krát vyšší ve srovnání se spalovacím motorem, u kterého většina energie paliva pouze ohřívá okolní vzduch. Zadruhé kolejová doprava, která je těžištěm aplikace elektrické energie v dopravě, má mnohem nižší jízdní odpor, a to jak vlivem nižšího odporu valení ocelových kol, tak díky nízkému aerodynamickému odporu vozidel jedoucích v zákrytu. V součinu obou těchto faktorů je energetická náročnost automobilové silniční dopravy téměř osminásobně větší než elektrifikované železnice, která je charakteristickým reprezentantem elektrické vozby.

Ale to není jediná forma elektromobility…

Pochopitelně. Ne všude jsou tak silné přepravní proudy, aby bylo ekonomicky opodstatněné budovat kolej či liniové trakční vedení pro napájení elektrických vozidel závislé trakce. Ale technika jde vpřed. Prakticky celé 20. století byly k dispozici jen olověné akumulátory s měrnou energií 25 kWh/t. Nyní lze používat lithiové akumulátory, které jsou čtyřikrát lehčí – mají 100 kWh/t. To nastartovalo novou éru vozidel s akumulátory, navíc vydatně podpořenou novou technikou frekvenčně řízených střídavých trakčních pohonů s bezztrátovým rozjezdem a s rekuperačním brzděním. Přitom oba směry elektrické trakce – závislá (neboli trolejová) i polozávislá (tedy akumulátorová) spolu úzce souvisí. Elektrické dráhy mohou napájet nejen vozidla, která jsou na nich provozovaná, ale i vozidla v jejich okolí. Zásadní trendy spatřuji v koordinaci rozvoje závislé elektrické vozby – tedy elektrických vozidel, napájení i zabezpečení elektrických drah, a rozvoje polozávislé elektrické vozby – tedy akumulátorových vozidel a jejich nabíjecích systémů. A to i v jejich vzájemné součinnosti, ve využití pevných trakčních zařízení elektrických drah k nabíjení akumulátorových vozidel. Tudy vede cesta k udržitelné mobilitě.

Nezapomeňme na vodík vyrábějící elektřinu v palivových článcích. Pokud vím, pohon Siemens používá i palivočlánkový autobus od firmy Van Hool, jakých už dnes po světě jezdí něco k padesáti.

Doprava a energetika jsou dvě strategická síťová odvětví národního hospodářství, která se navzájem podmiňují a zajišťují. Právě tato skutečnost je klíčem k pochopení různého přístupu k vozidlům s palivovými články v různých zemích. Vodík není v přírodě volně dostupný, proto jej nelze vnímat jako primární zdroj energie, ale jako přeměněnou energii některého z fosilních paliv (uhlí, ropy, plynu), nebo elektřiny – tak, jak je v konkrétních podmínkách průmyslově vyráběn. Palivový článek je proto v podstatě akumulátorem s otevřeným cyklem: jinde je nabíjen, jinde je vybíjen. Jeho výhodou je nízká hmotnost, avšak na straně nevýhod stojí nižší účinnost a vyšší cena. Velmi záleží na tom, jak levně či draze lze vodík získat. Přímořské země, které mají strategii svého energetického mixu založenou na principu dominantního postavení nepredikovatelných přírodních zdrojů elektrické energie, zejména větrných elektráren, mají v době odběrového sedla přebytek elektrické energie. Její cena je v té době nízká a vyplatí se ji v elektrolyzérech transformovat na vodík. Avšak ve státech s minoritní rolí nepredikovatelných přírodních zdrojů elektrické energie tato situace nenastává, levnou přebytečnou energii z přírodních zdrojů nemají. To je pak důvod jiného úhlu pohledu na vozidla s vodíkovými palivovými články v ČR, než například v Německu či v Nizozemí s velkými větrnými parky v mořských pobřežních mělčinách.

A co říkáte na alternativní paliva, jako je zemní plyn?

Zemní plyn je jen jiným skupenstvím fosilních uhlovodíkových paliv – uhlí či ropy. Provázejí jej tedy ty samé nevýhody. Zmíním například nízkou účinnost spalovacího motoru, čerpání neobnovitelných přírodních zdrojů z omezených zdrojů, lokální i globální exhalace a závislost na dovozu. Navíc vysoká teplota vznícení zemního plynu (ve srovnání s naftou) jej neumožňuje spalovat ve vznětových (Dieselových) spalovacích motorech, ale jen v zážehových (Ottových) spalovacích motorech, které mají oproti vznětovým motorům nižší účinnost. To spolu s nutností ukládat stačený plyn v těžkých tlakových lahvích, které zvyšují hmotnost vozidla, vede k citelnému nárůstu spotřeby paliva a exhalací. Ve společnosti Siemens se snažíme dívat do budoucnosti, zabýváme se nejen minimalizací spotřeby uhlí, ropy či zemního plynu cestou použití vysoce efektivních technologií, ale vytváříme i možnosti, jak tyto suroviny nahradit obnovitelnými zdroji. Do stádia realizace již například dospěla technologie výroby syntetického metanu. Tedy látky, která je základní složkou zemního plynu. Velké větrné elektrárny v pobřežních mořských mělčinách, každá o výkonu několika MW, mají v nočních hodinách přebytek elektrického výkonu, pro který není spotřeba. Bylo by škoda vyráběnou elektřinu nevyužít, avšak její skladování by bylo drahé. Proto je v elektrolyzéru měněna na kyslík a vodík. Vodík je skvělé palivo, ale je pro svou výbušnost nebezpečné. Tak je pomocí oxidu uhelnatého vodík měněn na metan. Ten pak může být pomocí již vybudované plynárenské sítě veden ke spotřebičům či zásobníkům zemního plynu. Jde o moderní technologii, schopnou přeměnit přírodní energii větru na uhlovodíkové palivo, využívat již vybudovanou infrastrukturu plynárenství a nebýt závislý na labilním surovinovém trhu. Mít k dispozici environmentálně nezávadné obnovitelné zdroje elektrické energie i umělého zemního plynu je pro rozvoj civilizace, dočasně po několik století spoléhající na energie fosilních paliv, strategicky důležité.

Avšak existují i biopaliva…

Ano, ale jejich význam je, řekl bych, epizodní. Je to dáno nízkou účinností agrochemických procesů. V konečném součinu se jen 0,08 % slunečního záření, které za rok dopadne na řepkové pole, promění v tepelnou energii bionafty. Zemědělství je schopné uživit občany, nikoliv jejich automobily. Abychom v ČR nahradili bionaftou dovoz ropy, potřebovali bychom řepku pěstovat na pětinásobku orné půdy, než kterou máme k dispozici. Nehledě na velkou závislost celého řetězce na dovozu fosforečných hnojiv i na sociálně nebezpečné propojení trhu potravin s trhem paliv. Potraviny je potřeba jíst a ne je pálit.

Jak vidíte, v porovnání se světem, uplatnění elektrické dopravy v nejširším slova smyslu v ČR? Využívá plně možností, které jí současné technologie nabízejí?

Skutečností je, že za posledních dvacet let stoupla v České republice spotřeba energie pro dopravu na více než dvojnásobek a úměrně tomu vzrostly i exhalace produkované dopravou. Je to logický důsledek poklesu podílu železnice na přepravních výkonech osobní dopravy na polovinu. Ještě významnější pokles podílu železnice na přepravních výkonech zaznamenala nákladní doprava. Příčina je zřejmá – železnice nebyla včas a náležitě modernizována, a tak dali lidé přednost automobilové dopravě. Zkušenost z řady zemí říká, že tento trend je vratný. Moderní kvalitní veřejná doprava dokáže své zákazníky získat zpět. Jistě, neobejde se to bez investic do dopravní infrastruktury i do dopravních prostředků, bez podpory moderních technologií. Ale toho si je dobře vědoma i Evropská komise a budování energeticky úsporných dopravních systému velkoryse podporuje. Moderní technologie jsou k dispozici. Je tedy nanejvýš aktuální, začít je plnohodnotně využívat. Iniciativa zdola je přínosná, koncepční rozhodnutí však vyžadují řešení minimálně na státní úrovni. Aby byl program bezemisní dopravy reálný, musí být řešen a podporován centrálně. Jde zejména o rozvoj elektrizace železnic i městské dopravy, a to jak formou závislé (trolejové), tak i polozávislé (akumulátorové) vozby. Na kolejích i mimo ně. Také závislá elektrická vozba v silniční dopravě získává svoji novou podobu – už byl například úspěšně dokončen vývoj stacionární i mobilní části systému elektrizace dálnic a v letošním roce přechází do stadia komerčních aplikací.

Kam podle zkušeností Siemens světový vývoj v jednotlivých oblastech elektrické dopravy – závislé i nezávislé, hromadné i individuální – směřuje?

Doprava je systém tvořený kombinací různých dopravních módů. Každý z nich má oblast svého racionálního uplatnění. Vše je určeno ekonomikou a efektivní využitelností investic. Kupříkladu oblast racionální aplikace hromadné dopravy v elektrické závislé trakci je tam, kde existují silné a pravidelné přepravní proudy. Tam má smysl budovat liniovou infrastrukturu. Poněkud slabší přepravní proudy lze díky moderním technologiím již také efektivně obsloužit hromadnou dopravou, a to i bez budování nákladných liniových pevných trakčních zařízení. Zde vidím potenciál pro použití vozidel polozávislé trakce, vozidel s akumulátorem energie. V místech nejslabší přepravní poptávky se už ale nevyplatí zřizovat veřejnou hromadnou dopravu. Taková místa nejlevněji obslouží individuální automobilová doprava, jízdní kola anebo pěší chůze. I individuální doprava dokáže být bezemisní. Doprava není o jediném univerzálním řešení, ale o koordinované spolupráci různých dopravních systémů. Rozhodně je potřeba rozvíjet a budovat různé druhy bezemisních dopravních systémů, a přitom též dbát na jejich vzájemné propojení v přestupních bodech.

Jak na tento vývoj z Vašeho pohledu reaguje ČR?

U vedení měst i u dopravců s potěšením zjišťujeme zájem jak o novou techniku, tak i o ochranu přírody a životního prostředí díky bezemisním vozidlům. Podobně je tomu u široké veřejnosti. Nejen cestující, ale obyvatelé v blízkých ulicích či podnikatelé, provozující živnost poblíž silně zatížených komunikací s nadějí očekávají novou techniku. Příkladem byla pozitivní odezva na prezentace naší nové technologie, průběžně nabíjených elektrobusů, které jsme předvádědli v nedávné době v Brně, Českých Budějovicích, Pardubicích a v Praze. V dopravních podnicích jsme se setkali s velkým zájmem a iniciativním přístupem, se snahou nabídnout městům kvalitní a čistou dopravu. Nyní je potřeba propojit zájmy občanů s cíli centrálních orgánů tak, aby se logický kruh uzavřel. Ohlasy na nasazení nových vozidel a technologií je nepřehlédnutelný. To spatřujeme i při jízdách vozidel ČD Railjet mezi Prahou a Brnem, kde má železnice jedinečnou příležitost vytvořit nejen pro cestující atraktivní, ale i energeticky úspornou a environmentálně přívětivou alternativu k silniční dopravě. Ani školy nechtějí být stranou a chtějí vychovávat mládež k perspektivním formám dopravy. Myslím, že k elektromobilitě mají pozitivní přístup i magistráty jednotlivých měst, svým občanům určitě chtějí zajistit nejen fungující dopravu, ale i tiché a čisté město. V neposlední řadě k rozvoji přispívají i osvětové aktivity odborných sdružení a z mého pohledu sílí zájem o bezemisní dopravu i na úrovní ministerstva dopravy.

Kde vidíte, jakožto světový výrobce dopravních prostředků a trakční výzbroje, hlavní tržní potenciál pro elektrickou dopravu?

Jednoznačně v oblasti veřejné hromadné dopravy. Kapacitní dopravní prostředky ovládané řidiči profesionály a provozované kolem 18 hodin denně mají dokonce více než stonásobně vyšší vliv na spotřebu energie i na produkci exhalací, než malé elektromobily využívané pár osobami jednu hodinu denně. Tímto směrem má smysl zacílit inovační aktivity i investice. Jde o celé dopravní systémy a jejich elektrické subsystémy: kolejová i nekolejová vozidla, napájení i zabezpečení drah.

Jak se jako výrobce realisticky díváte na příležitosti ke koordinaci mezi elektrickou dopravou a energetikou v systémech typu smart grid, o nichž se často hovoří?

Doprava a energetika jsou dvěma důležitými obory národního hospodářství. Oba mají síťový charakter a na obou závisí bezpečnost a prosperita státu. Navzájem se potřebují a navzájem se zajišťují: energetika potřebuje dopravu a doprava potřebuje energii. Pro dopravu a energetiku vznikají nové společné úlohy, zejména v souvislosti s přechodem výroby elektrické energie na obnovitelné zdroje. Ty na rozdíl od tradičních elektráren nelze ani řídit, ani předpovídat. Již nelze předpokládat, že se výroba energie vždy dokáže plně přizpůsobit spotřebě. Spotřeba elektrické energie musí být s její výrobou solidární a k tomu potřebuje mít informace, jak si navzájem vyhovět. Zejména u dopravních systémů se zásobníky energie jsou aplikační možnosti tohoto přístupu velmi široké. To je smyslem smart grid. Je to i smyslem společného řešení dopravních a energetických projektů. Jde o nové myšlení v systémových souvislostech.

Děkuji za rozhovor.

Jakub Slavík

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