Jak nabíjet největší českou flotilu elektrobusů

Dobíjecí technologie pro Dopravní podnik Ostrava

Elektrifikovaná hromadná doprava není ve své podstatě ničím novým. Historie tramvají a trolejbusů sahá více než století zpátky. „Novinkou“ posledních let je především to, že se hromadné elektrické dopravní prostředky stávají nezávislými na trakčním vedení. V této souvislosti mluvíme především o elektrobusech. Výhody elektrických autobusů jsou přesně takové, jaké byste čekali – ale pak tu je ještě něco navíc. Elektrobusy mají díky svému pohonu například dobrou jízdní dynamiku; jejich řidiči tedy, stejně jako řidiči osobních elektromobilů, oceňují jejich pružnou akceleraci. Další výhodou je i jednodušší konstrukce, která snižuje náklady na údržbu. Ovšem základní výhodou elektrobusů, kterou pozná prakticky každý při prvním setkání, je nižší hluk. Jak ukázalo srovnání společnosti Volvo, elektrické autobusy v reálných podmínkách jednoznačně snižují hladinu hluku na městských ulicích.

Ostatně elektrickému pohonu vysloveně okolnosti hrají do karet. Největší rozdíl v hlučnosti mezi spalovacím a elektrickým motorem se projevuje především při stání a nízkých rychlostech. S rostoucí rychlostí se tento rozdíl zmenšuje a při padesátikilometrové rychlosti jsou již obě vozidla prakticky stejně hlučná; nad motorem výrazně převažuje hluk pneumatik. Ovšem autobusy jezdí 50km a vyšší rychlostí pouze malou část jízdního času.

Další výhodou je čistý pohon. Podle údajů pražského dopravního podniku mají městské autobusy v některých úsecích spotřebu i více než 50l nafty na 100km. Nulové lokální emise zdraví škodlivých látek, tedy především pevných částic a oxidů dusíku, jsou požehnáním především pro velká města. V těch totiž doprava bývá hlavním zdrojem emisí.

A co nevýhody, ptáte se? Za hlavní nevýhodu elektromobilů se obvykle považoval především nižší dojezd. Dnes již poněkud zbytečný „strach z dojezdu“ stále formuje názor mnoha řidičů na elektrická vozidla obecně. Provozovatelé městských autobusů tento problém nemají. Městské elektrické autobusy mohou denně bez potíží najezdit i stovky kilometrů. Přitom není zapotřebí pořizovat elektrobusy s obřími, a tedy velmi drahými bateriemi. U elektrobusů dává mnohem větší smysl častěji dobíjet. A díky dnešním technologiím není složité takové řešení postavit přímo na míru. Přesně tak jako v Ostravě.

Dva elektrické tucty

Moravskoslezská metropole je dnes v Česku rekordmanem v objednávkách elektrobusů. Naposledy si u firmy Solaris objednala sérii 24 elektrobusů, které budou jezdit celkem na deseti linkách ve městě (včetně jedné noční). Vzhledem k tomu, že několik elektrobusů již podnik provozuje, příští rok by těchto vozidel v jeho barvách měly jezdit více než tři desítky.

Jde o autobusy běžného rozměru, tedy o délce 12m, do kterých se vejde až 85 cestujících (stojících a sedících). Vozidlo je přitom vybaveno baterií s kapacitou „jenom“ 91,4 kWh, což není o mnoho více než u některých osobních elektromobilů. Je jasné, že pouze s nočním dobíjením v garáži by takový stroj nevystačil (byť taková možnost existuje samozřejmě také). Zvolená kapacita je optimální volbou pro časté krátké, tzv. průběžné, dobíjení, které je typické pro trasy, na kterých tyto vozy budou nasazeny. Celý systém je nastaven tak, aby autobus neměl žádné zbytečné prostoje. Díky častému dobíjení pak mohou autobusy ujet za den velmi úctyhodnou vzdálenost: denní dojezd bude díky průběžnému nabíjení na autobusových smyčkách až 400km. Skutečný potenciál elektrobusů je tedy možné využít díky vhodné infrastruktuře: dobíjecím stanicím.

SICHARGE UC nabízí širokou škálu možných rozhraní a výkon od 100 do 800 kW.

Nejjednodušší způsob připojení elektrického vozidla je pomocí dobíjecího kabelu z dobíjecího centra. Vzhledem k omezeným prostorovým možnostem na veřejných prostranstvích či v logistických komplexech je možný i rozvod stejnosměrného proudu z dobíjecích center až přes pět dalších dobíjecích terminálů, které je možné libovolně nainstalovat v rámci dobíjecího systému.

SICHARGE UC nabízí rovněž automatizované možnosti připojení přes pantograf nebo dobíjecí konzole na stojanu pro dobíjení elektrických autobusů a užitkových vozidel s integrovaným pantografem. Každé z těchto řešení je opět napájeno z dobíjecího centra a nabízí flexibilní kombinace dobíjení prostřednictvím dobíjecích terminálů a pantografu.

 

Bez obsluhy, přesto komfortní

Ostravskou flotilu elektrobusů, zatím největší v České republice, bude dobíjet výkonná technologie Siemens SICHARGE UC, která využívá nejmodernějšího evropského standardu průběžného dobíjení OppCharge pro elektrické autobusy. Nabíječka tak dokáže v reálném čase komunikovat s elektrobusem i všemi možnými IT systémy provozovatele. Jak bylo řečeno, dobíjení musí být jednoduché, rychlé a dobře přístupné. První do Ostravy dodaná dobíjecí stanice stojí tedy na autobusové smyčce terminálu Hranečník. Díky použité technologii stačí k dobití elektrobusu na celou trasu několikaminutová zastávka.

Jádrem celého systému je dobíjecí centrum, tedy velmi jednoduše řečeno „rozvaděčová skříň“, která obsahuje jak řídicí elektroniku, tak nezbytné síťové prvky. Z tohoto dobíjecího centra je vyvedeno dobíjení pro autobus. V případě elektrobusů se nepoužívá klasický kabel a odpovídající konektor na voze, jaký znáte z nabíjení osobních elektromobilů. Z dobíjecího centra je kabel vyveden do dobíjecího ramena s výdejníkem a reverzním pantografem, který slouží k mechanickému připojení s vozidlem během nabíjení. Dobíjení tedy probíhá shora, přes sběrače umístěné na střeše vozu. Systém je zcela bezobslužný, tak aby řidič ani nemusel vystoupit z elektrobusu. Postačí, když s vozidlem zastaví na vymezeném místě pod výdejníkem, prakticky o vše ostatní se už postarají automaty. Pokud vozidlo najede špatně a zastaví mimo stanovený prostor, kontrolní systém neumožní zahájení dobíjení a řidič musí přeparkovat.

Pořádný výkon

Siemens v areálu terminálu Hranečník nainstaloval ultra výkonnou dobíjecí stanici SICHARGE UC. Tyto stanice mohou dosáhnout špičkového výkonu až 400 kW. Dobíjení na smyčce trvá pouze několik minut a stačí na dalších přibližně 30km jízdy. Klíčovým ukazatelem je ovšem především frekvence dobíjení. V Ostravě se počítá zhruba s tuctem dobíjení denně, které znamenají dojezd zmíněných cca 400km. Zatím je v provozu v Ostravě jediná dobíjecí stanice SICHARGE UC, během podzimu se budou instalovat další tři na ulici Valchařská v centru města. To výrazně rozšíří možnosti provozování elektrobusů v rámci ostravské MHD a obyvatelé města zase mají naději, že rozšíření pomůže alespoň trochu snížit dlouhodobě problematickou míru znečištění vzduchu v severomoravské aglomeraci. Aby se potenciál elektromobility využil naplno, bude ovšem nutné elektromobilitu výrazně rozšířit – a k tomu bude zapotřebí dobíjecích stanic postavit mnohem více. Ale příklad stanic pro ostravskou MHD naznačuje, že to není tak složité, jak by se mohlo zdát. V tomto ohledu výrazně pomáhá i jedna důležitá inovace skrytá napůl uvnitř „skříně“ dobíjecího centra a napůl ve virtuálním prostoru.

Velmi chytrá „krabička“

Dobíjecí stanice, především však rychlonabíjecí stanice s vysokými výkony, vyžadují ke svému řízení odpovídající software. Na trhu je dnes k dispozici celá řada řešení, standardně ovšem nabízejí model vzdáleného centrálního systému umístěného buď na serverech provozovatele, či přímo výrobce. Komunikace s dobíjecím bodem pak probíhá přes tento systém, který si majitel nabíjecího bodu musí licencovat, případně za jeho použití platit nějaký provozní poplatek. Ostravský DPD ovšem nic takového činit nemusí. Siemens totiž na dobíjecím bodu realizoval inovativní řešení, díky kterému klíčový software pro komunikaci s nabíječkou funguje lokálně, tedy pouze na hardwaru v rámci dobíjecí stanice. Řešení je založeno na přítomnosti robustního „smart“ prvku – zařízení SICAM A 8000 RTU. To se běžně užívá v rámci energetické infrastruktury k řízení, dálkovému ovládání a automatizaci nejrůznějších síťových prvků. Pro potřeby ostravského dopravního podniku běží na tomto hardwaru SIAPP aplikace, která přizpůsobí zařízení SICAM A8000 speciálně právě pro danou aplikaci, tedy v daném případě ovládání dobíjecí stanice a její komunikaci s dalšími IT systémy. Pomocí SIAPP lze tedy využít výkon procesoru SICAM A8000, není zapotřebí instalovat vlastní hardware ani kupovat jiné řešení třetích stran. Uživatel přitom získá plný přístup ke všem datům i bez fyzického rozhraní.

Vše v jednom

Řešení tak lokálně a zcela automatizovaně, bez nutnosti centrálního systému, dokáže zařídit vše, co od dobíjecí stanice potřebujete. Obsahuje například databázi vozidel autorizovaných k nabíjení. Do té lze samozřejmě zapisovat nebo z ní odstraňovat další vozidla podle potřeby.

Díky aplikaci běžící na SICAM A8000 má provozovatel také jednoduchý přístup k datům o procesu nabíjení každého vozidla. Umožňuje například identifikovat začátek dobíjení a hodnoty odebrané energie na příslušné dobíjecí stanici – a z nich vytvořit přehled o dobíjení v prakticky libovolném požadovaném formátu.

Výstupy lze odeslat na určený e-mail nebo uložit do centrálního úložiště. Ze stanice tak není problém jednoduše odesílat data o nabíjení ve formátu kompatibilním s účetním softwarem uživatele, aby tak do značné míry automaticky vznikal přehled o spotřebě energie na nabíjecí stanici a jejích cenách. Přes jednoduché a přehledné webové rozhraní provozovatel také získává přehled o stavu stanice včetně odebíraných výkonů, připravenosti k provozu i možnost odhalit případné problémy. Stanici také lze tímto způsobem vzdáleně řídit – s využitím nadřazeného systému pro řízení průmyslových procesů (SCADA) je možné podle potřeby stanici vypnout, regulovat její výkon apod. Není problém přizpůsobit aplikaci i specifickým potřebám daného provozovatele. Ten přitom není „locked-in“ k využití pouze aplikací cizích, může si vyvinout i vlastní software a na zařízení ho nasadit. Možnosti zařízení jsou tedy do značné míry omezeny pouze představivostí uživatelů.

„Toto jednoduché, robustní, bezpečné a na trhu ojedinělé řešení je vhodné zejména pro menší provozovatele dobíjecích bodů, kteří chtějí pouze lokální systém, ne velký centrální systém,“ vysvětluje Martin Plchút, architekt řešení pro Dopravní podnik Ostrava. Podle něj se nabízí využití tohoto konkrétního řešení v rámci pilotních programů dobíjecí infrastruktury, případně lokální „huby“ logistických firem. Ovšem skutečný potenciál této „chytré“ krabičky je výrazně širší. Díky své flexibilitě a možnostem jednoduché tvorby softwaru na míru může být tento odolný prvek nasazen v řadě jiných oblastí, než je řízení dobíjecích stanic. Stejně tak dobře může posloužit například při managementu bateriových úložišť. Vždyť naše elektrifikovaná budoucnost se teprve rozjíždí. A podobná chytrá řešení mohou její rozjezd mnoha způsoby zrychlit a zjednodušit.