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

Pozvánka na konferenci Elektrické autobusy pro město IV – ZDE

Uveřejněno ve spolupráci s portálem proelektrotechniky. cz

Reklama na BusPressu – Klíč k nejlepším obchodům

Podobné příspěvky

Nový palivočlánkový (Fuel Cell) autobus v pravidelném provozu v USA Toyota vyvinula palivočlánkový autobus a připravuje projekt „bezemisního vodíku“ První palivočlánkový autobus dorazil do Aberdeenu Projekt CHIC – švýcarské palivočlánkové autobusy Mercedes-Benz CITARO FuelCELL ujely milión kilometrů