Strona główna » energia elektryczna » Jak przyspieszyć elektryfikację transportu?

Jak przyspieszyć elektryfikację transportu?

Archiwum

Lądowy transport elektryczny przez ostatnie półtorej wieku miał swoje wzloty i upadki, ale dziś, z wystarczająco dobrymi akumulatorami wydaje się skazany na ostateczny sukces i stopniowe zdominowanie transportu, tak jak przez pierwsze półwiecze poprzedniego stulecia silnik spalinowy wypierał parowy. To jest przyszłość. I wygra ją ten, kto prędzej opanuje i przestawi się na nowe technologie i metody transportu.

Elektryfikacja transportu oznacza od razu poważny zysk dla gospodarki, bo zarówno cały łańcuch wydobycia, rafinacji i dystrybucji paliw staje się zbędny, ale też znikają, lub poważnie zmniejszają się koszty społeczne związane z hałasem i zanieczyszczeniem powietrza w miastach.

Nie ma co się użalać, pytanie brzmi- od czego zacząć i jak to zrobić najszybciej?

Oczywiście samo zmniejszenie popytu na transport samochodowy to zawsze jest krok w dobrą stronę. Zwłaszcza, jeśli nie odbędzie się kosztem ludzkich chęci i potrzeb przemieszczania się. W skrócie- transport publiczny i rowerowy zastępuje i powinien zastępować samochody.

Ale nie wszystko da się zastąpić, nie wszystko od razu warto, wreszcie sam transport publiczny też trzeba jakoś zelektryfikować.

I tu dochodzimy do fundamentów. Pojazdy elektryczne są tanie, tańsze od spalinowych, a przynajmniej takie powinny być.  Tak. Jest znacznie mniej części ruchomych, nieporównywalnie mniejsze źródła drgań, brak jest problemu spalin, hałasu i ciepła, od których trzeba odizolować przestrzeń pasażerską.

Problem może polegać jedynie na skali produkcji. Oraz bardzo wielkim słoniu, czyli zapasie energii. Zbiornik z paliwem jest tani i łatwo uzupełnialny, nawet jeśli mówimy o najdroższym możliwym, czyli zbiorniku na metan. Baterie nie są. Sieć trakcyjna tym bardziej.

Ale o ile zbudowanie sieci trakcyjnej to zawsze będzie kawał nowej infrastruktury, z wszystkimi problemami z tym się wiążącymi, to pojazdy bateryjne zupełnie dobrze pasują do dzisiejszej infrastruktury.

Jest jedno ale. Baterie trzeba czasem doładować i zwykle zajmuje to trochę czasu. Stąd jako wymóg rozsądnej praktyczności pojazdu przy samochodach dla prywatnego użytku taki zasięg musi wynosić co najmniej 200-250 km z możliwością szybkiego ładowania,

250 km poza miastem to oznacza baterię o pojemności co najmniej 50 kWh. Przy dzisiejszych cena jest to kwota 15 tys dolarów. Za same ogniwa. Na dziś nie da się zbudować taniego, dobrego i praktycznego samochodu elektrycznego. Po prostu. Jeden z tych wymogów trzeba skreślić. Jeśli wykreślimy „taniego” to mamy przynajmniej czas, aby rozwinąć produkcję i stopniowo udoskonalać produkcję baterii i obniżać ich ceny. To można zrobić, jeśli dysponuje się dostępem do wystarczająco dużego rynku, gdzie taka strategia może mieć sens. Tesla Motors działa w USA, ma się dobrze i następny model będzie dostępny cenowo nie tylko dla naprawdę zamożnych. Ale taka strategia nie ma większych szans na żadnym innym rynku (może chińskim?)

Dlatego spójrzmy na pojazdy użytkowe. Dla jakiegokolwiek sensownego użytku pierwszym i podstawowym warunkiem musi być możliwość działania pojazdu bez marnowania czasu kierowcy, za który przecież trzeba zapłacić. Czyli jako zupełne minimum 4,5 godziny i ładowanie na dalsze 4,5 godziny w ciągu 45 minut.  A rozsądnie- bateria wystarczająca na całą zmianę.

Co przy autobusie miejskim oznacza co najmniej 200 kWh, przy miejskim samochodzie dostawczym 60-90 kWh pojemności baterii. W warunkach pozamiejskich pojazdy spalinowe są oszczędniejsze, elektryczne- wręcz przeciwnie, a kwestia zanieczyszczeń powietrza ma mniejsze znaczenie. Jak dość łatwo obliczyć, oznacza to, że pojazdy elektryczne na dziś muszą być dużo droższe. Przy autobusach różnica jeszcze nie jest taka wielka i stosowny przebieg tras i warunki eksploatacji mogą je zrównać ze spalinowymi, ale dla zwykłych dostawczaków na dziś przewaga kosztowa spalinowych wydaje sie wyraźna. No właśnie, wydaje się. A gdyby jakoś obniżyć ceny baterii? Umasowienie produkcji i tak je kiedyś obniży, ale mówimy o wyścigu z czasem. Tego potrzeba tu i teraz.

Mamy dwa wyjścia- zastosować tańsze baterie, znaczy ołowiowe lub mniej. Baterie ołowiowe to jest b.słabe rozwiązanie. W rzeczywistości same koszty eksploatacji baterii są porównywalne z kosztami paliw płynnych. Zasięg i osiągi zawsze będą marne. To już lepiej jednak użyć porządnych baterii litowych, ale znacznie mniejszej ich ilości. I co dalej? Używać drogiego pojazdu przez godzinę i potem przerwa? No nie. Pozostają dwa rozwiązania- ładować baterie w czasie jazdy lub je wymieniać. To pierwsze jest możliwe przy użyciu sieci trakcyjnej. Faktycznie dzisiejsze trolejbusy z dodatkową baterią są własnie takimi pojazdami. Istnieją, sprawdzają się, za rozsądne pieniądze są to pojazdy o wystarczającej uniwersalności. I uważam za zupełnie dobry pomysł sieć trakcyjną na głównych drogach, przeznaczonych do szybkiego przemieszczania się i używanie trolejbusów z bateriami wystarczającymi na pokonanie kilku- kilkunastu kilometrów. Oznacza to relatywnie niewielkie potrzeby budowy drogiej sieci trakcyjnej, ale w zamian łatwą i względnie tanią możliwość elektryfikacji całego transportu miejskiego.

Choć mam tu poważny dylemat- po co inwestować miliony w sieć trakcyjną, aby zaoszczędzić trochę na bateriach, kiedy możemy racjonalnie spodziewać się szybkiego spadku cen tychże baterii?

Tak dochodzimy do drugiego rozwiązania- szybkiej wymiany baterii w trakcie zmiany. Rozsądnie rzecz biorąc potrzebujemy jedynie jakiegoś miejsca w pobliżu regularnej trasy, czy to autobusu, czy pojazdu dystrybucyjnego. Kwestia czysto techniczna i daleka od szczególnego skomplikowania to opracowanie stosownego systemu szybkiego montażu/demontażu baterii, najlepiej w jak najbardziej „polowych” warunkach. Oczywiście, jeśli bateria w autobusie jest wymieniana co godzinę, po każdym kursie, to jej żywotność skraca się stosownie. Ale, jeśli trzymamy się aksjomatu, że baterie będą tylko tanieć, to nie jest aż tak wielki problem.

Stąd mamy system „zakupu na raty”. Autobus elektryczny z baterią wystarczającą na pokonanie 20-30 km. To oznacza pojemność ok 25 kWh, czyli dobrze poniżej 10 tys USD. Taki pojazd spokojnie mógłby być tańszy od diesla. Na końcu trasy znajduje się mniej lub bardziej zautomatyzowany punkt wymiany standardowej baterii. Na początku działania takiego systemu, dla oszczędności, baterii jest jak najmniej, czyli muszą być ładowane przez cały czas przebywania poza pojazdem. W takim systemie może wystarczyłaby jedna zapasowa bateria na dwa autobusy? Co oznacza pełną praktyczność pojazdu już przy 20% ogniw potrzebnych w pojeździe z zainstalowanymi na stałe bateriami.

Ale wcale nie na tym polega główna zaleta takiego systemu. Baterie będą tanieć, zainstalowane battery packi będą coraz większe i system powoli będzie tracił sens. Nie sądzę, aby gdziekolwiek i kiedykolwiek mógł się przyjąć na skalę większą niż jedna firma, bo nikt nie ma ochoty puszczać w przypadkowy obieg rzeczy tak drogiej jak bateria litowa.

Za to kiedy baterii będzie wystarczająco, aby można było chwilę zwlekać z ładowaniem, a system będzie działać przynajmniej na skalę transportu miejskiego, to będzie moment w którym samoładowanie baterii można wykorzystać w roli dynamicznego obciążenia sieci energetycznej. Czyli dokładnie tego, czego brakuje, aby sieć energetyczna mogła być zasilana więcej niż w 60% przez energię wiatru i słońca.

Wszystko do siebie pasuje.

W trakcie skupiłem się na autobusach miejskich, bo są one pierwszym, najłatwiejszym i najładniejszym miejscem dla wprowadzenia takiego rozwiązania, ale dokładnie ten system może i powinien działać z wszelakimi pojazdami regularnie jeżdżącymi po mieście, od dostawczych po taksówki, autobusach podmiejskich, a jeśli zostanie dopracowany, to i gdzieś w szerszym zakresie. Ale już tyle byłoby wielkim sukcesem, drastyczną poprawą jakości powietrza w miastach i drogą do poważnego odstawienia paliw kopalnych.

I przede wszystkim- powszechnie dostępna elektryczna alternatywa oznacza, że nie byłoby żadnych wykrętów przed zakazem używania silników spalinowych w centrach miast.

Advertisements

10 komentarzy

  1. Jest jeszcze inne rozwiązanie. Trudno przekonać ludzi, aby zechcieli kupić samochód elektryczny o niewielkim zasięgu. I to jest podstawowy problem elektryfikacji transportu. Chyba, że sami dojdą do wniosku, że kupno samochodu nie do końca ma sens. Kiedy taki wniosek wyciągną? Wtedy, gdy się okaże, że transport publiczny zaspakaja ich potrzeby w zdecydowanie lepszy sposób niż własny samochód, który stoi i rdzewieje. Aby tak się stało główny nacisk należy w programie elektromobilności położyć na rozwój transportu publicznego, a nie produkcję samochodów elektrycznych o dużym zasięgu, aby mogły one zastąpić samochody spalinowe. Odległość 600 m do przystanku wydaje się realna do pokonania pieszo zwłaszcza, że 100 m może być pod gołym niebem a pozostałe 500 m pod szklanym dachem zbudowanym z przeźroczystych paneli fotowoltaicznych. Powstanie galeria na wzór galerii Wiktora Emanuela w Mediolanie. Jeśli na przystanku bedą zatrzymywać się wagoniki elektryczne o pojemności ok. 50 pasażerów, które bedą rozpędzać się bardzo szybko i zatrzymywać się tylko na tych przystankach, na których ktoś wsiada lub wysiada, to spadnie liczba hamowań i rozpędzania. Jeżeli transport będzie odbywał się tunelami wybudowanymi 1-1,5 m pod ziemią metodą odkrywkową to wyeliminowane zostaną zagrożenia takie jak lód na jezdni, śnieg, deszcz, przewrócone drzewa, połamane gałęzie, dzikie i przydomowe zwierzęta, piesi. Jeśli tunele bedą budowane po linii prostej zarówno w pionie i w poziomie (mogą być wznoszące lub opadające, ale na całym odcinku, aby nie wybudować kolejki górskiej) i nie będzie skrzyżowań to nastąpi maksymalna poprawa bezpieczeństwa transportu. Jeśli wyeliminuje się motorniczego i zastosuje automatykę podobną do funkcjonalności windy to powstanie najbezpieczniejsza sieć transportowa. Wagonik może być osobowy lub towarowy. 50 pasażerów to kabina porównywalna z 40′ kontenerem. W ten sposób będzie można transportować 90 % towarów i ludzi. Jeśli ograniczy się opory toczenia (poduszka magnetyczna lub mikropoduszka powietrzna) i aerodynamiczne np. stosując próżnię. Nie jest to zresztą jedyne rozwiązanie ograniczenia oporów aerodynamicznych. Łącząc miasta powiatowe i wojewódzkie oraz wszystkie przejścia graniczne w pierwszym etapie i siedziby gmin w drugim etapie i budując miasta wzdłuż tych tuneli Polska stanie się krajem z najbardziej ekologicznym transportem. Jeśli szybkości wagoników w tunelach będą duże a nawet bardzo duże np. 1200 – 1500 km/h to czas potrzebny aby dotrzeć gdziekolwiek będzie bardzo mały (15 – 20 minut) i potrzeba posiadania własnego samochodu stanie się wątpliwa. Takie rozwiązanie transportu i budownictwa określane jest jako MOD -Mobility Oriented Development (Inwestycje Budowlane Zorientowane na Mobilność) to najbardziej nowoczesne rozwiązanie na świecie. Projekt Spec ustawy pozwalającej budować Ultra Szybką Kolej w połączeniu z budową domów zero-energetycznych w Polsce trafił do rąk Wicepremiera Morawieckiego. Teraz wszystko w rękach posłów, jak szybko ustawa zostanie uchwalona. Bez tej ustawy nie powstanie ani jeden kilometr Ultra Szybkiej Kolei, gdyż jeden rolnik po drodze, który nie będzie chciał sprzedać ojcowizny wywraca temat. Żadna firma nie będzie ponosić nakładów nie mając pewności, że będzie mogła budować taką sieć. Mając infrastrukturę przygotowaną do kolei wysokich prędkości można będzie pracować nad rozwiązaniami, aby prędkości jeszcze zwiększyć np. do 3000 km/h. Rozwiązanie wywraca dotychczasowe myślenie o miastach i transporcie publicznym. 70 % ludzi chce mieszkać poza miastem w domku jednorodzinnym a wg niektórych badań nawet 80 %. Przewiduje się, że w miastach będzie mieszkać 70 % ludności kraju. Czy będą to tradycyjne miasta? Chyba nie. Nasze rozwiązanie prawdopodobnie spowoduje prawdopodobnie odpływ ludności z tradycyjnych miast do miast budowanych wzdłuż Ultra Szybkiej Kolei. Kolejna konsekwencja to rewolucja na rynku transportu kolejowego, drogowego i lotniczego. Jest to sposób na przyspieszenie elektryfikacji transportu. Uzupełnieniem może być kolej gondolowa i rowery elektryczne jako najbardziej efektywny środek transportu. Samochody elektryczne być może pozostaną, ale z bardzo małym zasięgiem i udostępniane na krótkoterminowy wynajem. Polska może pominąć etap TGV i wskoczyć do ekstraklasy. Problem jest ze starymi miastami. Substancja mieszkaniowa jest zdekapitalizowana i energochłonna. Układ komunikacyjny skomplikowany, infrastruktura podziemna ogromna, więc nie ma szans, aby taki transport pojawił się w starych miastach. Pozostaje autobus elektryczny z magazynem energii innym niż baterie litowo-jonowe, gdyż zabraknie litu, który jest dość rzadkim pierwiastkiem na naszej planecie.

  2. Wojtek inzynier pisze:

    Bardzo ciekawe Marek, zwłaszcza z początkiem się zgadzam. Np w Warszawie jeżdżę samochodem razem z milionem innych kierowców, bo jest to oszczędność czasu. Zyskuję co najmniej 1-2 h dziennie, mimo, że mieszkam 6 km od pracy.
    Moja żona jadąc samochodem do centrum zyskuje ledwo
    20 minut w porównaniu do SKM (do którego dojeżdża samochodem bo jest to już 1 km plus dziecko łatwiej odebrać samochodem z przedszkola), a płaci 30 zł dziennie za samo paarkowanie, więc najczęściej wybiera SKM/autobus, chyba że źle się czuje, albo ma wiele rzeczy po drodze.

    Prosty przykład, dlaczego tyle samochodów jeździ po Warszawie – bo transport kuleje.
    Gdy jeździłem metrem po Manhattanie, podziwiałem pięknych ludzi jadących ze mną. Gdy jadę komunikacją miejską po Warszawie (najczęsciej po oddaniu samochodu do serwisu/imprezie z alkoholem), czuję się świecącym obiektem dla kieszonkowców. Odbiegam ubiorem, czy smartfonem od reszty. Reasumując niemal każdy, którego stać, wybiera samochód.
    Nawet studenci w tym roku licznie zasiedlający moje osiedle, przyjechali samochodami. Dotąd łatwo było parkować o każdej porze, od końca września nawet w dzień ciężko znaleźć miejsca. Pojawiło się dużo „trupów” na kołach. A gdy studenci, nie stroniący od alkoholu przecież, wolą utrzymywać samochody, niż wydawać te pieniądze na zabawę/podróże, to znaczy że z ZTM naprawdę nie jest dobrze.

  3. futrzak pisze:

    @Marek Adam Baranski

    A teraz niech pan łaskawie wroci na ziemie. Wpakowanie transportu pod ziemie to oczywiscie idea stara, dobrze ponad wiek ma – wtedy pojawilo sie pierwsze metro.
    Ma jednak owa idea powazna wade: KOSZTY.

    Co do prędkości wagoników w tunelu z obnizonym cisnieniem – to sie hyperloop nazywa i pierwszy zostal juz zbudowany. Pan sprawdzi sobie koszty, jakie sie z tym wiązą. Owszem, jest to jak najbardziej mozliwe, ale nawet Musk w swoich nabardziej smialych projekcjach nie mowi o prędkości wyższej, niz prędkość dzwięku.

    Cała reszta panskiego tekstu jest kompletnie z sufitu wzięta i nie ma nic wspolnego z czymkolwiek realnym. In fact, brzmi jak bredzenia trolla.

  4. Bronek pisze:

    Bardzo ostra reakcja na futurystyczną przyszłość transportu. Ale moim zdaniem realną do bólu jest wizja pana Marka. Można dojść do tego, jeżeli przyjmiemy, że już obecnie najdroższym towarem na rynku jest wiedza.
    Praca nie, bo w zasadzie wszystko można zastąpić robotami.

    Zgadzam się z panem Markiem, że auto przy tak zorganizowanym publicznym transportem stanie się anachronizmem.
    Za kilkanaście lat rozwój innowacyjnych firm zmusi do budowania super szybkich środków transportu, pozwalających w kilkanaście minut po wyjściu z domu przemieścić się pracownikowi np ze Szczecina do Poznania czy odwrotnie. W przypadku zastoju rozwoju super komunikacji, kluczowi dla firmy pracownicy z niezbędną wiedzą zmuszeni będą do życia na walizkach.

    Obecne przedszkolaki będą chciały żyć w zupełnie innych realiach niż ich dziadkowie. Jedną z ważnych przeszkód w rozwoju wizji transportu wg pana Marka będą właśnie starzy decydenci poruszający się wg zachowawczych zasad.

    Mądry szef firmy, mając do wyboru starych wiekiem i młodych pracowników, do kadry zarządzającej weźmie młodych, starym zostawiając realizację ich pomysłów wg zasad Napoleona; generałowie i pułkownicy to młodzi „gniewni”, a starzy to kapitanowie dowodzący wojskiem bezpośrednio na polu walki. To inny problem, ale ważny również w innych dziedzinach.

  5. @Bronek
    Wszystko ładnie pięknie. Ale infrastrukturę buduje się dziesięciolecia, nawet bardzo tanią. Droga i jeszcze nieistniejąca nie zostanie zbudowana nigdy.
    Ja ten komentarz przepuściłem przez przypadek, ale są to po prostu brednie szaleńca, oderwane od realiów fizyki i ekonomii. Jak chcesz to rozłóż to na czynniki pierwsze, koszt kilometra, koszt użytkowania, koszt przejazdu, synchronizacja z innymi formami transportu, etc. Ja w takiej dyskusji niespecjalnie mam zamiar uczestniczyć. Opisuję rzeczy które są na granicy możliwości dzisiejszej techniki, często inaczej patrzę na infrastrukturę, ale trzymam się fizyki i ekonomii.

  6. Bronek pisze:

    Zgadza się. Może zmiana transportu z indywidualnego na publiczny nie przyjdzie tak od razu. Na pewno trzeba brać pod uwagę realia ekonomiczne, ale co do jednego państwa (np Polska) jest melodią nieokreślonej (niestety) przyszłości, inne państwa to pomyślnie realizują (mowa tu o przemysłowym wykorzystywaniu energii niekonwencjonalnej).
    Gdybyś komuś powiedział w latach np. osiemdziesiątych, że w 2016 roku po polskich drogach będzie jeździć ponad 20 mln prywatnych aut byłbyś wzięty za niepoprawnego marzyciela (delikatnie mówiąc).
    Przy takim tempie rozwoju cywilizacji technicznej, rozwój komunikacji musi iść w równym szeregu z postępem technicznym. W latach osiemdziesiątych próby już były, choćby z pociągiem Rapid. Niemcy projektowały zbudować połączenie Hamburg – Berlin. Z powodów ekonomicznych nie doszło do realizacji, ale projekt kupili Chińczycy, którzy już coś tam wybudowali. Jednak to nie jest nic nowego; coś w rodzaju TGV.
    Mimo, iż nie podejmę się wyliczenia kosztów takich futurystycznych inwestycji, bo po pierwsze to nie jest mój problem i nie mam odpowiedniej wiedzy na ten temat, to widząc męki, jakie ja sam przeżywam próbując przedostać się z miasta A do miasta B nie wspominając już o okropnościach jazdy w samych miastach mam wiarę w to, że rewolucja komunikacyjna nastąpi już niedługo.

  7. amigo pisze:

    Nieco bardziej realny pomysł realizacji „utopii” Pana Marka już istnieje. To projekt MISTER. Nie podziemny ale nadziemny na szynie. Wagoniki małe 1-5 osobowe lub w wersji towarowej na 1 euro paletę. Jest trochę informacji w internecie. Powstały nawet odmiany tego projektu w kliku krajach. Niestety nadal w fazie planów, choć wydaje się to sensowne ekonomicznie i technicznie. Niestety dużo droższe niż podejście opisane w artykule, ale lepiej wpisujące się w eliminację ruchu pojazdów w miastach.

  8. darek pisze:

    @amigo

    Czyli zastąpienie istniejących samochodów 5-osobowych kosztowną infrastrukturą na wagoniki 5-cio osobowe, na której też będą korki, bo liczba torów będzie mniejsza niż dróg.
    Może coś praktycznego na początek. Zachęcenie ludzi do przyjmowania współpasażerów(serwisy blablacar staja się popularne).

  9. Marek Adam Barański pisze:

    [wyedytowane- redakcja]
    od redakcji: jak zbudujecie prototyp, ze znanymi kosztami, wydajnością, etc. to bardzo chętnie opiszę. Na razie tu nie mam miejsca na długie wypracowania o rzeczach oderwanych od rzeczywistości. Ja robię poważny research przy pisaniu wartościowych wpisów, a to co tu było przed edycją to nie jest żadna wiedza a śmieci, więc zostało wyrzucone i wyrzucane będzie.

  10. amigo pisze:

    @ darek
    Polecam przeczytać więcej szczegółów o MISTER przed komentowaniem. Ta koncepcja to nie proste zastąpienie. Tam są mechanizmy grupowania wagoników w celu zwiększenia przepustowości. W sytuacji gdy trasy są określone, gdy każdy wagonik ma określony punkt docelowy powstaje spore pole do automatycznej optymalizacji ruchu. Wagoniki są sterowane przez sieć a nie przez człowieka. Co prawda w tym elemencie transport indywidualny za jakiś czas może się zbliżyć dzięki rozwojowi pojazdów autonomicznych, lecz gęstość ruchu jeszcze długo może być nieporównywalna.
    Rozbudowa systemu, co prawda kosztowna, nie wymaga tyle miejsca co droga dla samochodów, co jest ważne szczególnie w miastach. Jako zaleta była podawana możliwość lokowania końcówek sieci wewnątrz budynków: biur, centrów a nawet dużych budynków wielorodzinnych. W końcu komunikacja publiczna wygrałaby z samochodem pod względem odległości do pojazdu/przystanku.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: