Elektrilise autobussi käitlus: laadimisvõrgustikud

Müts, Taavi (2020) Elektrilise autobussi käitlus: laadimisvõrgustikud. [thesis] [en] Electric Bus Handling: Charging Networks.

[thumbnail of lõputöö - digidoc] PDF (lõputöö - digidoc) - Published Version
Restricted to Registered users only

Download (788kB)
[thumbnail of lihtlitsents - digidoc] PDF (lihtlitsents - digidoc) - Other
Restricted to Registered users only

Download (77kB)

Abstract

Lõputöö autor leiab, et hetkel kaaluvad elektribussi negatiivsed pooled positiivsed üle. Elektrilised bussid on võrreldes diiselbussidega väga kallid ning suuresti on see tänu akupakile. See on elektribussi kuluosa ning võib tähendada ka hoolduskulude tõusu, kui bussi läbisõidud on suured ning laadimistsüklite arv aastas paari tuhande lähedal. Bussi sõiduulatus sõltub suuresti kliimast ning seetõttu tuleb kaugliinidele ehitada lisaks teele jäävaid laadimisjaamu. Seega on vaja toimivat infrastruktuuri ehk laadimisvõrgustikku, mille esialgne investeering võib sõltuvalt suurusest miljoni euroni ulatuda. Bussi hooldus- ja remondikulud ning kütusekulu on odavamad, kuna elektri hind on odavam. See tähendab, et 300 000 kilomeetrise aastase läbisõidu juures on bussi omanikul võimalik säästa 20% kütusekulult. Bussi tootjad on keskendunud linnaliini elektriliste busside väljatöötamisele ning ei paku hetkel ühtki kaugliinile sobilikku bussi. Seega tuli töö käigus leida sobilikud parameetrid kaugliini bussidele ning sellest näha, kui hea alternatiiv oleks kaugliinile tuua elektrilised bussid. Autor leiab, et kaugliinile vajalikud bussid vajaksid linnaliinibussidest ligi 75% suuremaid akusid arvestades külmema perioodiga ning elektrikulu 30-50% kasvuga sel perioodil. Seetõttu muutub kallimaks ka võimalik akupakkide vahetuse hind, sest akupakke on rohkem ning need on suurema mahutavusega. Lisaks vajab kaugliinibuss 1,5 korda võimsamat jõuallikat, sest bussi mass suureneb ning hakkaks jõuallikat liigselt koormama. Kaugliinidel tõuseb ka bussi laadimistsüklite arv, sest buss läbib pikemaid vahemaid ning laeb end igal pikemal peatumisel, mistõttu võib aastaseks laadimistsüklite arvuks kujuneda ligi 2000 tsüklit. See tähendab, et akupakid võivad vahetust vajada juba esimese 2 aastaga. Kasutusel olevate akupakkide kasulik laadimistsüklite arv on 2000 tsükli kandis ning pärast seda hakkab akupakk mahutavust kaotama. Elektrilise bussi tasuvusaeg on 60 000 kilomeetrise aastase läbisõidu juures 8,5 aastat ning 80 000 kilomeetrise läbisõidu puhul 6,5 aastat. Kaugliini elektrilised bussid vajavad võimsamaid pantograaf laadijaid, mille võimsus on 450 kW, et bussile anda võimalikult kiiresti piisavalt energiat ning tagada liini katkematu töö. Võimsamad laadijad võivad tähendada ka võimsamaid alajaamu laadijate lähistele, et tagada laadijale piisav võimsus. Kuna tegemist on kiirlaadimis jaamaga, siis on elektrienergia hind börsielektri hinnast kõrgem. Autor näeb elektrilistel bussidel potentsiaali, sest bussid muutuvad odavamaks tänu akupakkide hinna langusele ning on seeläbi kättesaadavamad ja odavamad pidada erafirmadele, kes kaugliini busse teenindavad. Sellele lisaks on märgatav kokkuhoid nii kütuse kui ka hoolduse- ja remondikuludelt. Keskkonna mõju on mõne bussi välja vahetamisel küll väikene, kuid kui lõplik eesmärk on kogu bussiliiklus viia heitgaasivabaks, siis on keskkonna mõju juba märgatavam ning võib säästa aastas kuni 0,57% ehk 113 300 tonni CO2 ekvivalenti. Elektriliste busside vanasid akupakke saaks taaskasutada mitmel viisil ning töö autor pakub välja akupakkide taaskasutuse energiapankadeks. Akupakid toimiksid era- või kortermajade ning lisaks tootmishoonete jaoks energiapankadena, olles vahelüli päikesepaneelide ning maja vahel, kus elektrienergia talletatakse. Töös tehtud analüüsi põhjal 10 000 kWh aastase elektri tarbimisega eramajale maksaks süsteem 13 440 eurot ning tasuvusaeg 10 aastat ja 9 kuud. Akupakid ei nõua suurt ruumi ning 640 kWh akupakk, mis on kasutatud ja millest on alles 70% ehk 448 kWh, suudaks eramaja energiaga varustada 16 päeva juhul, kui elekter peaks ära kaduma ning energiapank on täis laetud. Töö praktiliseks väärtuseks saab lugeda elektriliste busside kaugliinile toomiseks vajalike parameetrite välja selgitamist ning sellest lähtuvaid murekohti, mis vajavad suuremat tähelepanu. Lisaks on töö autor välja pakkunud lahenduse akupakkide taaskasutamiseks ning selle põhjal teinud analüüsi.

Abstract [en]

Thesis author sees that over recent strict emissions regulations electric vehicles are becoming more popular and cities need to find a way to reduce their emissions, so electric buses are taken into use. If cities are taking electric buses into their fleets, then we should consider also using them in long distance bus lines, where conditions and requirements are different than those which are needed in cities. Thesis author sets goals to find out what is required and needed to put electric buses on long distance bus lines and what might need more attention to make it work. Also what infrastructure is needed to charge these buses and how much would it all cost. Other goal is to find out what to do with old battery packs and can they be reused for other uses. Bus manufacturing companies are focusing on developing electric buses for cities at the moment. But as the ranges for city buses are 200-250 kilometers and that is not enough for long distance electric bus. Thesis author took one city electric bus as reference which was used in Tartu and from that found out through comparison requirements needed for long distance electric bus. As it turns out, long distance electric bus needs 75% bigger battery pack than city buses to make their distance in one go safely and because cold season electric consumption is 30-50% bigger. Long distance bus also needs 1,5 times bigger electric motor because the bus is bigger and heavier and would put too big load on the weaker engine. Long distance buses will need powerful pantograph chargers with 450 kW to ensure that buses are charged every time they stop for a longer time and they make their journey. Because it is high power charging station then electric charges are higher than usual. Battery charging cycles are also a worry with long distance buses, because they are charged over 5 times every day and in one year, the cycle count is up to 2000 cycles and that’s the point where battery capacity starts to go down. So long distance electric buses might need more battery pack changes in shorter time. Thesis author sees potential in long distance electric buses as the bus prices are dropping thanks to lower costs on battery packs. Electric buses also provide lower costs on fuel and maintenance costs. Payoff period is 6,5 years when 80 000 kilometers are driven per year and 8,5 year when 60 000 kilometers are driven per year. It would benefit environment too as electric buses are quiet and they emit no harmful gases. If some buses are changed to electric buses, then the environment benefit would be low, but if 100% of the bus fleet is changed to electric buses, then it would save up to 0,57% or 113 300 tons of CO2 gases in Estonia. Old electric bus battery packs can be reused in many ways and thesis author offers to use them as energy banks for private houses, apartment buildings and production buildings. Electric power would be gathered from solar panels. They would act as intermediate link between solar panels. In private house that uses 10 000 kWh of energy per year, the cost of the system would be 13 440 euros and the payoff period 10 years and 9 months. Battery pack doesn’t need big room. Old battery with capacity of 640 kWh ist aken out of use if there is 70% or 448 kWh left in it and it would be enough to provide house with electric energy up to 16 days if needed and battery pack is full of energy.

Item Type: thesis
Advisor: Kaido Hiieleek
Subjects: Transport > Automotive Engineering > Car Construction
Transport > Automotive Engineering > Car Construction > Car Electrical Systems
Divisions: Institute of Engineering > Automotive Engineering
Depositing User: Taavi Müts
Date Deposited: 05 Jun 2020 11:30
Last Modified: 05 Jun 2020 11:30
URI: https://eprints.tktk.ee/id/eprint/5376

Actions (login required)

View Item View Item