Analiza ekonomiczna możliwości wprowadzenia napędu bateryjnego w autobusach w publicznym transporcie zbiorowym

Transkrypt

1 Janecki Ryszar 1 Uniwersytet Ekonomiczny w Katowicach, Wyział Ekonomii; Katera Transportu Karoń Grzegorz 2, Sierpiński Grzegorz 3, Krawiec Stanisław 4, Krawiec Krzysztof 5, Markusik Sylwester 6 Politechnika Śląska, Wyział Transportu Analiza ekonomiczna możliwości wprowazenia napęu bateryjnego w autobusach w publicznym transporcie zbiorowym WSTĘP Aglomeracje miejskie na całym świecie o wielu lat stoją wobec wyzwania zapewnienia zróżnicowanego rozwoju transportu, opowiaającego zisiejszym i przyszłym potrzebom w zakresie mobilności, umożliwiającego wzrost gospoarczy i stałą poprawę jakości życia mieszkańców. W tym kontekście rysuje się zasaniczy problem pogozenia rosnących oczekiwań mieszkańców w zakresie poróżowania oraz potrzeb gospoarki z wymaganiami śroowiskowymi. W związku z tą sytuacją w wielu aglomeracjach poejmowane są ziałania związane z wykorzystaniem napęu elektrycznego w pojazach samochoowych obsługujących publiczny transport zbiorowy. Przejście na barziej ekologiczny i energooszczęny transport miejski bęzie możliwe zięki promowaniu zastosowania i wprowazaniu o eksploatacji ekologicznie czystych i energooszczęnych śroków transportu, w tym autobusów obsługujących publiczny transport zbiorowy. Mogą to być zarówno pojazy wyposażone w stale moyfikowane konwencjonalne silniki spalinowe (np. pojazy z silnikami wykorzystującymi alternatywne paliwa), jak i pojazy korzystające z innowacyjnych technologii napęu, o których należą silniki elektryczne zasilane z baterii akumulatorowych. Dotychczasowe oświaczenia wskazują na silne wzajemne powiązania sfery technicznej z systemem organizacyjnym publicznego transportu zbiorowego w aglomeracjach. Istotne znaczenie posiaa więc m. in. ukła funkcjonującej sieci linii autobusowych oraz organizacja pracy autobusów na liniach (rozkła jazy), a także koszty zastosowania w transporcie publicznym napęu bateryjnego. W prezentowanym artykule przestawiono moel oceny efektywności ekonomicznej wykorzystania autobusów elektrycznych w publicznym transporcie miejskim, bęący przemiotem prac zespołu autorów niniejszego artykułu w ramach projektu ERA-NET Electromobility+ CACTUS. 1. MODEL EKONOMICZNY JAKO SKŁADNIK OGÓLNEGO MODELU RUCHU AUTOBUSÓW W TRANSPORCIE PUBLICZNYM Moele ruchu w sieci powinny się skłaać z submoeli, które uwzglęniać bęą problemy la nich istotne. Są to submoele: ogólnotransportowy, techniczny, ekologiczny oraz ekonomiczny [1, 4]. Struktura submoelu powinna zawierać ane opisujące analitycznie rozpatrywany problem, m.in.: charakterystykę sieci rogowej (plan i profil ocinków, prękość w ruchu swobonym, prękość w ruchu wymuszonym), opis sieci linii autobusowych (lokalizacja przystanków, przebieg trasy mięzy przystankami, rozkłay jazy na przystankach, plan operacyjny), lub charakter sieci, profile prękości i rogi, czas jazy, charakterystykę mechaniczną autobusu i elektryczną akumulatorów w napęzie i inne [2, 3, 4]. 1 ryszar.janecki@ue.katowice.pl 2 grzegorz.karon@polsl.pl 3 grzegorz.sierpinski@polsl.pl 4 stanislaw.krawiec@polsl.pl 5 krzysztof.krawiec@polsl.pl 6 sylwester.markusik@polsl.pl Logistyka 4/

2 Dla właściwego przebiegu procesu eksploatacji autobusów elektrycznych w systemach publicznego transportu zbiorowego, konieczne jest rozwiązanie kilku zasaniczych problemów. Trzy z nich o charakterze techniczno-eksploatacyjnym są następujące: 1. obór tras o obsługi autobusami elektrycznymi, tak, aby można było sprawnie realizować obowiązujący rozkła jazy, który powinien stanowić punkt oniesienia la wszystkich rozwiązywanych problemów. Osiągnięcie zaawalających rezultatów z punktu wizenia pasażera, organizatora transportu publicznego i operatorów wymaga rozstrzygnięć w kwestiach związanych: ze strukturą floty (liczba autobusów poszczególnych rozajów: napę konwencjonalny, hybryowy, flota mieszana lub złożona tylko z autobusów elektrycznych), z utrzymaniem istniejącego ukłau tras i linii publicznego transportu zbiorowego oraz rozkłau jazy lub okonaniem zmian wynikających ze struktury użytkowanej floty autobusów, 2. ustalenie optymalnej lokalizacji punktów łaowania baterii przy założeniu realizacji zaanego planu operacyjnego (ukłau tras i linii oraz rozkłau jazy) a także przy uwzglęnieniu procesu rozłaowania baterii w funkcji: czasu jazy, planu i profilu tras komunikacyjnych, warunków jazy, w tym m. in. liczby zatrzymań i ruszań spowoowanych zatorami lub sygnalizacją świetlną, zapotrzebowania na energię urzązeń pokłaowych (szczególnie system ogrzewania i klimatyzacji), 3. wyboru optymalnej strategii zaopatrywania autobusów w energię na trasie, co wymaga rozstrzygnięcia kwestii otyczących łaowania baterii lub ich wymiany przy założeniu realizacji zaanego planu operacyjnego i zefiniowanego uprzenio procesu rozłaowania baterii. Narzęziem pozwalającym na konstruowanie możliwych wariantów rozwiązań technicznoeksploatacyjnych są w opracowanej metozie moele transportowy i techniczny. Proponowane warianty powinny polegać ocenie po kątem wpływu na śroowisko naturalne, a także należy określić ich efektywność ekonomiczną. W tym przypaku narzęziami są moele ekologiczny i ekonomiczny. Na rysunku 1 przestawiono strukturę moelu ruchu, wspierającego proces kształtowania systemu przewozowego w publicznym transporcie miejskim, wykorzystującego autobusy zasilane z baterii akumulatorów. OGÓLNOTRANSP ORTOWY TECHNICZNY UŻYTKOWNICY EKOLOGICZNY EKONOMICZNY Rys. 1. Struktura moelu ruchu transportu publicznego z autobusami z napęem elektrycznym Źróło: opracowanie własne. 2. MODEL EKONOMICZNY DLA AUTOBUSÓW Z NAPĘDEM BATERYJNYM W TRANSPORCIE PUBLICZNYM Moel ekonomiczny i metoa wyboru rozaju napęu autobusu, oparta na tym moelu, jest istotą analizy ekonomicznej opłacalności zastosowania napęu bateryjnego w transporcie publicznym. Wskazują 382 Logistyka 4/2015

3 bowiem na relację pomięzy nakłaami i generowanymi przez nie efektami zastosowania w eksploatacji napęu elektrycznego w autobusach publicznego transportu zbiorowego. W moelu ekonomicznym najważniejsze jest kryterium wyboru wariantu przewozów, w którym linie komunikacyjne obsługiwane są przez autobusy z napęem konwencjonalnym lub przez autobusy elektryczne, (w tym rugim przypaku uwzglęnia się również możliwe rozwiązania techniczno-eksploatacyjne np. sposób łaowania baterii akumulatorów w autobusie). Wartość kosztów całkowitych la anego wariantu napęu (KCW) określa zależność: gzie: KA KO KI PL KCW = KA + KO + KI PL [PLN, Euro] (1) wartość bieżąca kosztów zakupu autobusu wykorzystywanego o wykonywania przewozów w anym wariancie przewozów, wartość bieżąca kosztów operacyjnych, wartość bieżąca kosztów infrastruktury związanej z łaowaniem lub wymianą baterii napęowej autobusów elektrycznych, wartość bieżąca przychou z likwiacji autobusu po zakończeniu jego eksploatacji. Pierwszym ze skłaników kosztu całkowitego jest koszt zakupu autobusu (KA) w anym, porównywanym wariancie przewozów (rys. 2a), co jest zaaniem relatywnie łatwym. Kolejną kategorią kosztów całkowitych są koszty operacyjne (KO). Koszty funkcjonowania porównywalnych wariantów systemu publicznego transportu miejskiego są kategorią złożoną, zależną o wielu czynników. Ozwiercielają one nakłay związane z eksploatacją i utrzymaniem taboru. W grupie kosztów eksploatacyjnych istotne znaczenie mają koszty wynagrozenia kierowców, koszty zużytej energii i opon, a także w przypaku autobusów z konwencjonalnym napęem koszty ostaw paliwa. Utrzymanie taboru na opowienim poziomie gotowości technicznej wymaga ponoszenia określonych kosztów z tym związanych. Eksploatowany tabor powinien być też ubezpieczony. Stą na koszty operacyjne (KO) uwzglęniane w ocenie poszczególnych wariantów (autobusy konwencjonalne, flota mieszana, tylko autobusy elektryczne) skłaa się sześć elementów, które ujmuje następująca zależność (rys.2b): KO = KO + KO + KO + KO + KO + KO [PLN, Euro] (2) k en op u gzie: KO k roczne koszty kierowców przypaające na jeen autobus w [PLN, Euro/rok,autobus], KO en roczne koszty energii zużytej przez jeen autobus w [PLN, Euro/rok,autobus], KO op roczne koszty zużycia opon przypaające na jeen autobus w [PLN, Euro/rok,autobus], KO u roczne koszty utrzymania jenego autobusu w [PLN, Euro/rok,autobus], KO ubezp roczne koszty ubezpieczenia przypaające na jeen autobus w [PLN, Euro/rok,autobus], KO en_ost roczne koszty ostaw paliwa la jenego autobusu w [PLN, Euro/rok,autobus]. Poszczególne skłaowe kosztów operacyjnych oblicza się la okresu jenorocznego i jenego eksploatowanego autobusu w rozpatrywanym wariancie przewozów. W obliczeniach wykorzystuje się wartości kosztu jenostkowego la określonych mierników tego kosztu. Przyatne są również wskaźniki jenostkowe wybranych parametrów techniczno- eksploatacyjnych. Koszty infrastruktury wyróżniają warianty rozwiązań wykorzystujące autobusy elektryczne, gyż tylko w tym przypaku zachozi konieczność ich obliczenia (rys. 3a). Na nominalną wartość kosztów infrastruktury (KI nom ) skłaają się koszty infrastruktury la wybranego sposobu łaowania baterii akumulatorów lub jej wymiany, co można zapisać zależnością [5]: ubezp en _ ost KI = KI + KI + KI [PLN, Euro] (3) nom zm _ bat ła _ in ła _ przew gzie: KI zm_bat koszty zakupu jenej oatkowej baterii w [PLN, Euro], KI ła_in koszty infrastruktury o łaowania inukcyjnego w [PLN, Euro], KI ła_przew koszty infrastruktury o łaowania konuktywnego w [PLN, Euro]. Logistyka 4/

4 a) b) Rys. 2. Struktura kosztów w submoelu ekonomicznym: a) wartość bieżąca kosztów nabycia, b)wartość bieżąca kosztów operacyjnych Źróło: opracowanie własne. a) b) Rys. 3. Struktura kosztów w submoelu ekonomicznym: a) wartość bieżąca kosztów infrastruktury, b) wartość bieżąca kosztów zewnętrznych, c) wartość bieżąca z procesu likwiacji. Źróło: opracowanie własne. Po obliczeniu kosztów związanych z porównywanymi wariantami przewozów, w metozie oceny proponowanych rozwiązań opartej na moelu ekonomicznym należy określić korzyści, jakie generuje wykorzystywanie w publicznym transporcie miejskim autobusów elektrycznych. Biorąc po uwagę ogólną postać moelu trzeba zauważyć, że efekty powstające w wyniku wprowazenia o eksploatacji autobusów elektrycznych mają wojaki charakter: korzyści ekonomicznych bezpośrenio związanych z funkcjonowaniem wariantów przewozowych polegających ocenie przy wykorzystaniu metoy opartej na moelu ekonomicznym (wariant istniejący eksploatujący tabor o napęzie konwencjonalnym, wariant przewozowy z flotą mieszaną, wariant przewozowy wykorzystujący tylko autobusy elektryczne), korzyści ientyfikowane w miejskim śroowisku naturalnym, które są przemiotem oceny opartej na moelu ekologicznym. Efekty ekonomiczne to przychoy możliwe o osiągnięcia po zakończeniu użytkowania anego autobusu, których wielkość określana jest wartością rynkową pojazu. Proceura obliczeniowa efektów ekonomicznych obejmuje następujące kroki (rys.3c): obliczenie nominalnych przychoów z likwiacji (PL nom ) na postawie nominalnego kosztu zakupu autobusu oraz procentowego wskaźnika wartości rezyualnej autobusów eksploatowanych w porównywanych wariantach przewozów, c) 384 Logistyka 4/2015

5 obliczenie wartości bieżącej przychoów z likwiacji (PL ): PL gzie: i stopa epozytów mięzybankowych, T okres użytkowania autobusu, znaczenie pozostałych symboli poano uprzenio. 1 = PLnom [PLN, Euro] (4) T (1 + i) WNIOSKI Sformułowany moel ekonomiczny zaganienia kształtowania systemu przewozów autobusowych w transporcie miejskim, których wyznacznikiem jest stosowany w eksploatacji rozaj pojazów (autobusy z napęem konwencjonalnym, flota mieszana, tylko autobusy elektryczne) może być postawą o racjonalnego wyboru napęu o pojazów w transporcie publicznym. Opracowana metoa jest programem komputerowym umożliwiającym jej użytkownikom (przesiębiorstwa transportu miejskiego, proucenci autobusów i infrastruktury o łaowania baterii itp.) wybór wariantu organizacji przewozów ze wzglęu na wykorzystywany o ich realizacji tabor autobusowy. Wyniki otychczasowych analiz zastosowania autobusów elektrycznych w transporcie publicznym przeprowazone w Niemczech [13, 15, 17] oraz w ramach testowania przestawionego w artykule submoelu, wskazują, że obecne rozwiązania oparte na taborze z konwencjonalnym napęem są barziej efektywne niż wykorzystywanie autobusów elektrycznych. Jeżeli przyjąć za 100% koszty w moelu konwencjonalnym, to system z autobusami elektrycznymi generuje koszty, na poziomie 133,6%. W ciągu najbliższej ekay koszty moelu z autobusami elektrycznymi zmniejszą się o poziomu 115,3% w stosunku o systemu z taborem konwencjonalnym. Tak kształtująca się tenencja stanowi korzystny prognostyk la inicjatyw poejmowanych w tym zakresie przez samorząy terytorialne w celu wrożenia o transportu publicznego floty autobusów z napęem bateryjnym. Niniejszy artykuł powstał w ramach finansowana ze śroków Naroowego Centrum Baań i Rozwoju w ramach projektu mięzynaroowego w programie ERA-NET Electromobility + (EN+) pt.: Moele i metoy oceny i optymalizacji łaowania baterii autobusów elektrycznych. Streszczenie W artykule przestawiono metoę oceny systemu przewozów zgoną z zasaami analizy kosztów i korzyści, którą opracowano na postawie moelu sformułowanego przez zespół pracowników Wyziału Transportu Politechniki Śląskiej w ramach mięzynaroowego projektu ERA-NET Electromobility+. Umożliwi ona opowieź na pytania związane z opłacalnością zastosowania napęu elektrycznego w autobusach w miejskim transporcie publicznym. Omówiony w artykule moel może być wykorzystany o analizy i kształtowania organizacji przewozów po kątem kosztów generowanych przez tabor autobusowy wyposażony w różne rozaje napęu. Na koszty te skłaają się koszty zakupu autobusów, koszty operacyjne i koszty infrastruktury niezbęnej o zaopatrzenia energetycznego autobusów elektrycznych. Po stronie korzyści ujęto natomiast przychoy wynikające z likwiacji taboru po zakończeniu okresu użytkowania. Słowa kluczowe: autobusy elektryczne, moel ekonomiczny, publiczny transport zbiorowy Economic analyses of possibilities to implementation of the battery rive to busses in the public transport Logistyka 4/

6 Summary The paper presents a metho for evaluating transport system in accorance with the principles of cost-benefit analysis, which has been evelope on the basis of the moel formulate by a team of the Silesian University of Technology, Faculty of Transport within the international ERA-NET project Electromobility +. This metho will allow to answer questions relate to the costeffectiveness of the use of electric rive buses in urban public transport. The CACTUS moel can be use to analyze an esign the services of urban public transport in terms of costs generate by the bus fleet equippe with various types of rive. These costs inclue the costs of buses acquisition, operating costs an costs of infrastructure necessary for energy supply electric buses. On the other han the benefits inclue revenues resulting from the liquiation of rolling stock at the en of its useful life. The article presents selecte proceures use to etermine the costs use in the metho of evaluation of the propose solutions. Key wors: electric buses, economical moel, public transport system BIBLIOGRAFIA [1] Karoń G., Sobota A., Czynniki rozwoju systemu publicznego transportu zbiorowego w gminach wojewóztwa śląskiego - analiza baań ankietowych. Transport i Komunikacja 2014, nr 4. [2] Janecki R., Krawiec S., Citizen s mobility as the contemporary goal of operation an evelopment of the transportation systems in the cities, w: Janecki R., Sierpiński G. (re.), Contemporary Transportation Systems. Selecte Theoretical an Practical Problems. New Mobility Culture. Monografia nr 324, Wyawnictwo Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Gliwice [3] Karoń G., Janecki R., Mobility an transportation moelling an traffic analyses in transportation projects, w: Janecki R., Sierpiński G., Contemporary Transportation Systems. Selecte Theoretical an Practical Problems. New mobility culture. Monografia nr 324, Wyawnictwo Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Gliwice [4] Markusik S., Krawiec S., Łazarz B., Karoń G., Janecki R., Sierpiński G., Możliwości zastosowania autobusów z napęem bateryjnym w publicznym transporcie zbiorowym. Logistyka nr 4/2014 [5] Janecki R., Karoń G., Krawiec S., Łazarz B., Markusik S., Sierpiński G., Techniczne i eksploatacyjne aspekty zastosowania autobusów z silnikiem elektrycznym w publicznym transporcie zbiorowym. IX Konferencja Naukowo-Techniczna Systemy Transportowe Teoria i Praktyka. Politechnika Śląska, Katowice, 2012 [6] Biała Księga. Plan utworzenia jenolitego europejskiego obszaru transportu ążenie o osiągnięcia konkurencyjnego i zasobooszczęnego systemu transportu KOM(2011)144. Komisja Europejska, Bruksela [7] Komunikat Komisji o Parlamentu Europejskiego, Ray i Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego. Europejska strategia na rzecz ekologicznie czystych i energooszczęnych pojazów KOM(2010)186. Bruksela [8] Marsen D., Oakley P. (re.), Evaluating Social Development Projects. Development Guielines no 5. OXFAM, Oxfor [9] Drobniak A., Zastosowanie analizy kosztów i korzyści w ocenie projektów publicznych. Wyawnictwo Akaemii Ekonomicznej w Katowicach, Katowice [10] Look D., Project Management. Gower Publishing Company Lt. Farnham [11] Niebieska Księga. Sektor transportu publicznego. Jaspers, Warszawa [12] Krawiec S., Łazarz B., Markusik S. z zespołem, Moele i metoy oceny i optymalizacji łaowania baterii autobusów elektrycznych. Projekt ERA-NET Electromobility+/4, nr/ncbr/2012, Wyział Transportu Politechniki Śląskiej, Katowice [13] Nauman S., Büchter H., Janecki R., Karoń G., Sierpiński G., CACTUS. Moels an Methos for the Evaluation an the Optimal Application of Battery Charging an Switching Technologies for Electric Busses. Deliverable 3.1 Methos, Mageburg-Dortmun-Katowice [14] Janecki R., Karoń G., Concept of smart cities an economic moel of electric buses implementation, w Mikulski J. (re.), Telematics Support for Transport. Springer. Communications in Computer an Information Science 2013, nr 471. [15] Frierich M, Schlaich J., Schleupen G., Moell zur Ermittlung er Betriebsleistung un er Betriebskosten für Busverkehre. Tagungsban zu en 21. Verkehrwissenschaftliche Tage, Dresen Logistyka 4/2015