Solaris Urbino 18,75

AUTOBUS – TR ANSPORT PUBLICZNY TRANSPORT

Solaris Urbino 18,75 electric P

od koniec grudnia Solaris przekazał hamburskiemu przewoźnikowi, firmie Hochbahn, pierwszy z dwóch zamówionych autobusów elektrycznych wyposażonych w wodorowe ogniwa paliwowe. Podpoznański producent jako pierwszy w Polsce wykorzystał tę technologię w swoich pojazdach. Honorowymi gośćmi tego znaczącego dla europejskiej branży transportu publicznego wydarzenia byli m.in. burmistrz Hamburga Olaf Scholz, sekretarz stanu w Federalnym Ministerstwie Transportu Rainer Bomba i prezes Hochbahn Günter Elste.

Nowatorskie Solarisy Urbino 18,75 dla Hochbahn wyposażono w baterie o pojemności 120 kWh, które stanowią zasadnicze źródło energii. Nowością jest sposób ich ładowania, za pomocą

zasilanego wodorem ogniwa paliwowego marki Ballard o mocy 101 kW, które pełni rolę range extendera. Liczbę ładowań z góry zaprogramowano, przyjmując, że ogniwo paliwowe będzie załączać się tylko wtedy, gdy pojawi się potrzeba wykorzystania 100% jego mocy.

To znacząco wydłuża żywotność. Ładowanie autobusów przewidziano podczas jazdy, co eliminuje konieczność postoju w celu uzupełniania energii.

Tankowanie wodorem zaplanowano tylko raz dziennie, po powrocie do zajezdni.

Mierzące 18,75 m Urbino to najdłuższe dotychczas elektrobusy zbudowane przez polskiego producenta. „Bazą dla rozwoju tak zaawansowanego technologicznie produktu jest prawie 15-letnie doświadczenie Solarisa w budowie po-

Napęd elektryczny o zasięgu zwiększonym przez zastosowanie ogniwa paliwowego: z eliminuje zastosowanie silnika spalinowego, emitującego związki toksyczne, z ogranicza zużycie paliw ropopochodnych, z zmniejsza energochłonność pojazdu, z prowadzi do zerowej emisji substancji szkodliwych, z pozwala na odzyskiwanie w bardzo dużym stopniu energii kinetycznej autobusu w trakcie hamowania, z umożliwia zastosowanie większej liczby urządzeń pomocniczych zasilanych energią elektryczną, z zmniejsza hałas generowany podczas pracy pojazdu, z zmniejsza zużycia hamulców, z umożliwia wykorzystanie funkcji start/stop,

jazdów z elektrycznym napędem – trolejbusów, autobusów hybrydowych oraz elektrycznych. Cieszymy się, że mamy sposobność wspierać firmę Hochbahn oraz Wolne i Hanzeatyckie Miasto Hamburg w ich dążeniach do osiągnięcia ambitnych celów klimatycznych. Zaprezentowany dziś Solaris Urbino electric, dzięki długości wynoszącej 18,75 m, gwarantuje możliwość obsługiwania przez niskoemisyjne środki transportu nawet najbardziej zatłoczonych linii” – podkreślił podczas prezentacji dr inż.

Dariusz Michalak, Wiceprezes Zarządu Solaris Bus & Coach.

Autobus ma napęd elektryczny z asynchronicznym silnikiem trakcyjnym o mocy 240 kW. Cała energoelektronika została umieszczona na dachu w kontenerze trakcyjnym, w którym znajdują się przetwornice do ładowania baterii pokładowych 24 V, falownik silnika trakcyjnego oraz przetwornice 600 V DC/3x400 V AC do zasilania pompy wspomagania i sprężarki powietrza. Dodatkowymi elementami na dachu są przetwornica 600 V DC/3x400 V AC do zasilania elektrycznej klimatyzacji przestrzeni pasażerskiej oraz rezystor hamowania.

Zwyczajowo w rozwiązaniach napędu elektrycznego z dodatkowym range extenderem są stosowane generatory prądotwórcze z silnikami spalinowymi, stwarzającymi znaczne obciążenie dla

Elektryczny autobus miejski zasilany energią elektryczną, której znacząca część pochodzi z wodorowego ogniwa paliwowego, a mniejsza z sieci energetycznej, jest obecnie najbardziej przyjaznym dla środowiska pojazdem komunikacji miejskiej. Jego walory użytkowe nie odbiegają on standardowych pojazdów zasilanych dieslem, nie ma emisji substancji szkodliwych w miejscu eksploatacji, mniejszy jest hałas. Wydłużenie pojazdu o 0,75 m w stosunku do bazowej konstrukcji autobusów miejskich miało na celu poprawę komfortu pasażerów: zwiększono powierzchnię niskiej podłogi, dodając jeden rząd siedzeń więcej w porównaniu do autobusu 18 m.

30

AUTOBUS – TR ANSPORT PUBLICZNY TRANSPORT

z ogniwem wodorowym środowiska. Celem tego projektu było stworzenie autobusu elektrycznego, który nie będzie emitował żadnych szkodliwych substancji w miejscu użytkowania, nawet podczas jazdy przy użyciu dodatkowego źródła energii. Takie kryterium spełnia ogniwo paliwowe.

Innowacyjność rozwiązania Solaris polega na wykorzystaniu ogniwa paliwowego jako range extendera i wysoce inteligentnych algorytmów sterowania, zapewniających maksymalizację czasu jego życia, przy zapewnieniu dziennej operacyjności równej autobusom z napędem Diesla. Nieliczne próby wykorzystania tego urządzenia w autobusach zakładają użycie ogniwa jako podstawowego źródła zasilania elektrycznych silników trakcyjnych, natomiast akumulatory są używane tylko w chwili zwiększonego zapotrzebowania na energię, której nie może dostarczyć ogniwo.

Rozwiązanie takie skutkuje tym, że ogniwo jest często włączane i wyłączane oraz pracuje w całym zakresie mocy i sprawności. Powoduje to szybsze zużycie bardzo drogich elementów eksploatacyjnych (np. membrany, której zużycie decyduje o sprawności ogniwa paliwowego).

Konstruktorzy Solarisa po wnikliwej analizie zdecydowali, że podstawowym źródłem zasilania silników będą baterie trakcyjne, a ogniwo paliwowe będzie załączane tylko wtedy, gdy wystąpi potrzeba naładowania baterii. W efekcie ogniwo pracuje w optymalnym zakresie pod względem wydajności, trwałości i zużycia paliwa. Technologia wodoro-

Rozmieszczenie elementów napędu elektryczno-wodorowego w prototypowym autobusie Solaris: 1 – kontener trakcyjny, 2 – dodatkowe falowniki, 3 – rezystor hamowania, 4 – sprężarka powietrza, 5 – wtyczka ładowania zewnętrznego „plug in”, 6 – silnik napędowy 240 kW, 7 – klimatyzacja, 8 – pompa wspomagania, 9 – chłodzenie. Dach musi w tym przypadku znieść wyjątkowo dużo. Zespół ogniwa ma w sumie masę ok. 400 kg (270 kg samo ogniwo, ok 50 kg zespół chłodzenia, ponad 70 kg pompa dostarczająca powietrze). Butle wodorowe ważą 1200 kg.

wa stanie się dzięki temu tańsza w eksploatacji i bardziej niezawodna. Jest to pewien przeskok jakościowy, który może mieć wpływ na rozwój technologii wodorowej w motoryzacji.

Paliwem dla ogniwa jest wodór, z którego jest produkowana energia elektryczna. Zaletą tego paliwa jest brak emisji substancji szkodliwych. Zasada działania ogniwa paliwowego opiera się na reakcji odwrotnej do elektrolizy wody, w wyniku której otrzymuje się energię elektryczną do napędu, a również energię cieplną, którą można wykorzystać do ogrzewania przestrzeni pasażerskiej. W ten sposób rozwiązuje się także problem dużego zużycia energii zimą, gdy pojazd elektryczny potrze-

buje praktycznie tyle samo energii do jazdy, co na ogrzanie wnętrza. Produktem ubocznym reakcji jest czysta para wodna.

Wszystkie komponenty wchodzące w skład range extendera zostały zabudowane na dachu pierwszego wagonu autobusu. Oprócz ogniwa wraz z akcesoriami pomocniczymi, znajdują się tam zbiorniki do magazynowania 45 kg wodoru pod maksymalnym ciśnieniem 350 atmosfer przy 15o. Takie ciśnienie magazynowania zapewniają cylindry typu 3, z aluminiowymi ściankami wzmacnianymi zewnętrzną warstwą kompozytu.

W układzie występuje wiele zabezpieczeń na wypadek awarii. Przed pożarem chronią zawory, które w tempera-

Ogniwo paliwowe jest zbudowane z katody, anody i elektrolitu między nimi. Wodór jest dostarczany do anody, gdzie następuje jego rozszczepienie na protony i elektrony. Protony wędrują przez elektrolit (w tym przypadku membranę polimerową) do katody, a elektrony przechodzą do zewnętrznego obwodu elektrycznego. Na katodzie zachodzi reakcja łączenia protonów z tlenem oraz elektronami z obwodu zewnętrznego, w wyniku czego tworzą się woda i ciepło.

9 1 2 3 8

7 6 5

4

31

AUTOBUS – TR ANSPORT PUBLICZNY TRANSPORT turze 105o usuwają ze zbiorników wodór, zapobiegając eksplozji. Przez przedział pasażerski przechodzi tylko jedna rura wodorowa z przyłącza tankowania, bez żadnych połączeń, zabezpieczona zaworem zwrotnym. W przypadku jej awarii do przedziału może dostać się tylko wodór znajdujący się w jej objętości, co nie stanowi zagrożenia. Na wypadek awarii pozostałego orurowania system jest wyposażony w zawory zamykające przepływ, gdy nagle stanie się on zbyt duży.

W układzie zastosowano złącze do szybkiego tankowania, które komunikuje się ze stacją wodorową przesyłając parametry temperaturowe i wartość ciśnienia w zbiornikach. Zatankowanie autobusu wodorem trwa poniżej 15 minut, a takie jednorazowe tankowanie pozwala na eksploatację na linii przez 350 km. Dodatkowo umożliwiono ładowanie baterii metodą Plug-in. Łączna masa baterii wynosi 1650 kg.

Autobus elektryczny z range extenderem wodorowym jest sam w sobie pojazdem innowacyjnym: pokazuje, że pojazdy czysto elektryczne, w połączeniu z technologiami wodorowymi, mogą z powodzeniem konkurować z pojazdami napędzanymi konwencjonalnie pod względem funkcjonalnym. Rozpowszechnienie technologii zastosowanych w autobusie Solaris i ich weryfikacja w normalnej eksploatacji dają sygnał potencjalnym klientom, że nowatorskie pomysły się sprawdzają.

Solaris podpisał kontrakt na dostawę 2 autobusów elektrycznych z wodoro-

Pierwszy autobus wodorowy Solaris świętował swoją premierę podczas uroczystego otwarcia innowacyjnej linii autobusowej 109, po której będą poruszały się wyłącznie pojazdy z alternatywnymi źródłami napędu. Przybliżony koszt opracowania nowego pojazdu i przygotowania produkcji to ok.

1 mln euro.

32

wym range extenderem dla Hamburga w grudniu 2013 r. Wartość kontraktu to kilka mln euro (dokładna suma jest zastrzeżona przez kupującego). W związku z unikalnymi cechami tego pojazdu, jak również zainteresowaniem bezemisyjną komunikacją miejską, Solaris prowadzi rozmowy na temat przyszłych dostaw podobnych pojazdów lub udziału w międzynarodowych projektach połączonych z budową infrastruktury tankowania pojazdów wodorem z potencjalnymi klientami w Niemczech, Holandii, Estonii, na Łotwie i z niektórych dużych miast w Polsce.

Nie bez znaczenia dla firmy jest fakt, iż opracowany pojazd znacznie wyprzedza pod względem technicznym bardzo nieliczną konkurencję. Solaris umacnia pozycję przedsiębiorstwa innowacyjnego, które optymalnie i szybko wprowadza do produkcji najnowsze zdobycze technologii. To już skutkuje licznymi zaproszeniami do wspólnych ogólnoeuropejskich, a nawet ogólnoświatowych przedsięwzięć w obszarze rozwoju i propagowania bezemisyjnych pojazdów wykorzystujących paliwo wodorowe. Efekt marketingowy i wizerunkowy przekłada się w tym przypadku nie tylko na efekty finansowe, ale i na postrzeganie polskiej gospodarki i jej potencjału na arenie międzynarodowej.

Prototypowe autobusy, w których wykorzystuje się ogniwa wodorowe, specjalnie wyprodukowane (jak Mercedes-Benz) bądź przerobione z pojazdów używanych i przystosowane do tej

technologii, pojawiły się w Kanadzie, Stanach Zjednoczonych, Brazylii, Chinach, Niemczech. Cały czas są to pojazdy eksperymentalne, na których producenci, odbiorcy i dostawcy kluczowych komponentów uczą się nowych technologii i zbierają doświadczenia przed uruchomieniem seryjnej produkcji. O skali zaawansowania technicznego świadczy fakt, że do tej pory tylko Mercedes-Benz wyprodukował partię autobusów doświadczanych. Pokazuje to zarazem, jak wielki jest stopień zaawansowania technicznego technologii wodorowych ogniw paliwowych. W tym przypadku trzeba dodać skomplikowanie autobusu z napędem elektrycznym z bateriami trakcyjnymi i konieczność zintegrowania tych komponentów w jednym niezawodnym i bezpiecznym pojeździe. Nie ma na rynku gotowych wzorców, rozwiązań, nie ma algorytmów sterowania takimi pojazdami, nie ma doświadczonego personelu.

Opracowane i zbudowane przez Solaris autobusy elektryczne z wodorowym range extenderem są pojazdami unikalnymi w skali świata. W Europie, Hamburg jako jedyne do tej pory miasto stosuje pojazdy z ogniwami paliwowymi. Stopień skomplikowania pojazdu jako całości i problemy ze zintegrowaniem wszystkich komponentów to bariera, która odstrasza większość producentów autobusów i powstrzymuje od zastosowania rozwiązań, które opracował Solaris. Zgłoszono do ochrony wzory przemysłowe dotyczące zestawów baterii trakcyjnych zastosowanych

AUTOBUS – TR ANSPORT PUBLICZNY TRANSPORT w tym pojeździe. Poszczególne kluczowe komponenty, jak ogniwo paliwowe, zbiorniki wodoru, pojedyncze ogniwa do budowy baterii trakcyjnych, są produkowane przez wyspecjalizowanych poddostawców i dostępne na rynku.

Największym know-how jest sposób połączenia i algorytmy sterowania całością, których właścicielem i twórcą jest Solaris.

Wszystkie prace związane z opracowaniem nowego pojazdu wykonał doświadczony zespół Biura Rozwoju Autobusów. Pierwsze autobusy powstały przy dużym zaangażowaniu Działu Budowy Prototypów. Zdobyte przy tym umiejętności stawiają kompetencje tego zespołu na najwyższym światowym poziomie. Politechnika Poznańska przeprowadziła analizy i badania drogowe, związane z określeniem zapotrze-

bowania energetycznego autobusu miejskiego o określonej masie i wymiarach, celem doboru parametrów technicznych układu silnik elektryczny-ogniwo paliwowe. Zastosowano unikatową w skali świata aparaturę naukowo-badawczą do badań energochłonności pojazdów, w tym pomiarów toksyczności. Badania obejmowały wyznaczenie zapotrzebowania mocy w danych warunkach drogowych w ruchu miejskim, określenie możliwość zwiększenia zasięgu autobusu elektrycznego z zastosowaniem ogniwa paliwowego jako range extender i analizę kosztów eksploatacji innowacyjnego napędu w porównaniu do napędów konwencjonalnych.

Oprócz wyników badań energochłonności, prace dostarczyły informacji na temat rzeczywistych parametrów pracy

całych układów napędowych. Realizując projekt, przedstawiono analizę energochłonności różnych konfiguracji napędów w zależności od procedury pomiarowej, a także analizę warunków eksploatacji pojazdów w ruchu miejskim. Odniesiono rzeczywiste warunki pracy napędów do parametrów w testach homologacyjnych. Przygotowano specjalny test jezdny, który odzwierciedla warunki występujące w aglomeracji poznańskiej.

Analizy potwierdziły wnioski wynikające z wcześniejszych prac, o konieczności zmiany procedur testów homologacyjnych pod kątem eksploatacji autobusów miejskich. Przeprowadzone badania mają charakter wyprzedzający i mogą posłużyć do dalszego rozwoju różnych konfiguracji alternatywnych napędów pojazdów miejskich.

Solaris i dwie Politechniki tworzą dwuprzegubowy autobus elektryczny „Pierwszy polski autobus klasy MEGA z wieloosiowym napędem hybrydowym zasilanym gazowymi paliwami ekologicznymi” – to oficjalny tytuł projektu realizowanego przez konsorcjum, które tworzą Solaris Bus & Coach oraz Politechnika Poznańska i Politechnika Warszawska. Przedsięwzięcie uzyskało wsparcie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu InnoTech.

Celem konsorcjum jest zaprojektowanie, zbudowanie oraz przetestowanie autobusu klasy mega o napędzie hybrydowym, zasilanym ekologicznymi paliwami gazowymi. Zgodnie z założeniem pojazd ma mieć ponad 20 m długości. „Dzisiaj możemy już ogłosić na pewno, że będzie to dwuprzegubowy autobus o długości 24 m. Jego napęd mają stanowić silniki elektryczne zasilane z baterii doładowywanych energią elektryczną z zewnętrznego źródła, w razie potrzeby dodatkowo zasilanych energią wytwarzaną przez wodorowe ogniwo paliwowe zamontowane w pojeździe. To niezwykle zaawansowany technologicznie napęd, dodatkowo zastosowany w autobusie o rzadko spotykanej długości. W efekcie stworzymy całkowicie bezemisyjny środek komunikacji miejskiej o bardzo dużej pojemności pasażerskiej, który z powodzeniem może stać się alternatywą np. dla tramwaju” – mówi o projekcie dr Dariusz Michalak, Wiceprezes Zarządu firmy Solaris.

Całkowita wartość projektu przeprowadzanego przez konsorcjum wynosi blisko 11 mln zł. Ponad połowę tej kwoty, prawie 6 mln zł, udało się pozyskać dzięki dofinansowaniu w ramach InnoTech. Realizację przedsięwzięcia zaplanowano do listopada br. Ze względu na chęć rozszerzenia prac badawczych i rozwojowych przez Solaris trwają konsultacje z NCBiR w celu przedłużenia przedsięwzięcia o rok.

Nowy projekt ma na celu stworzenie produktu jeszcze bardziej zaawansowanego techniczne niż pojazdy o napędzie elektrycznym z dodatkowym wodorowym ogniwem paliwowym, jakie dostarczono niedawno do Hamburga. „Opracowanie oprogramowania do sterowania pojazdem dwuprzegubowym poruszającym się po drodze, a nie po szy-

nach, to niezwykle trudne zadanie. Jesteśmy właśnie na etapie kończenia prac projektowych i już wkrótce przystąpimy do budowy prototypu, który następnie przejdzie serię badań i testów” – dodaje Dariusz Michalak.

Oprócz planów konstrukcyjnych, powstały wizualizacje nowego produktu.

Autobus będzie zbudowany na bazie nowej, lżejszej wersji Urbino, która miała premierę na targach IAA w Hanowerze w październiku ub. roku. Po zakończeniu prac badawczo-rozwojowych pojazd ma zostać włączony do oferty sprzedażowej polskiego producenta. Już dzisiaj wielu operatorów wyraża zainteresowanie efektem współpracy polskich inżynierów Solarisa oraz Politechnik Poznańskiej i Warszawskiej, głównie klienci z Niemiec i krajów skandynawskich.

33