Environmental and economic aspects of operation of various configurations of urban bus drive systems

Podobne dokumenty
Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

Analiza emisji oraz wskaźników pracy autobusu miejskiego zasilanego CNG w rzeczywistych warunkach eksploatacji

The analysis of emission from CNG city bus in terms of procedures NTE and the EU 582/2011

Assessment of vehicle emission indicators for diverse urban microinfrastructure

Ocena kosztów zastosowania komunikacji opartej na pojazdach elektrycznych

ŹRÓDŁA NAPĘDU W MIEJSKIEJ KOMUNIKACJI AUTOBUSOWEJ -KIERUNKI INNOWACYJNOŚCI BARTŁOMIEJ WALCZAK

Biogas buses of Scania

Spełnienie wymagań EURO4 i EURO5 przez autobusy na ON i CNG analiza porównawcza, na przykładzie wybranej floty pojazdów

PROGRAM WDROŻENIA PALIW ALETERNATYWNYCH w MZK SŁUPSKS

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

DOŚWIADCZENIA W PRODUKCJI I EKSPLOATACJI AUTOBUSÓW JELCZ NA CNG. AGH Kraków, 8-9 maja 2009 r.

ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU TROLEJBUSÓW

UCHWAŁA Nr RADY MIEJSKIEJ W ŁODZI z dnia

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ŹRÓDŁA NAPĘDU W MIEJSKIEJ KOMUNIKACJI AUTOBUSOWEJ -KIERUNKI INNOWACYJNOŚCI

Podstawowe informacje o Spółce Miejskie Zakłady Autobusowe Sp. z o.o. w Warszawie

Analysis of exhaust emissions in the NTE test of heavy-duty vehicle under real operating conditions

Autobusy niskoemisyjne w Warszawie

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

Autobusy miejskie na gaz jako sposób ograniczenia wpływu na środowisko

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Projekt CACTUS : Modele i metody oceny i optymalizacji ładowania autobusów elektrycznych

Development of road test to evaluate the fuel consumption in the urban cycle for city buses equipped with hybrid powertrain

Analiza kosztów prywatnych i społecznych dla autobusu miejskiego zasilanego elektrycznie i konwencjonalnie

Planowanie Gospodarki Niskoemisyjnej proekologiczne rozwiązania w transporcie. Marcin Cholewa Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

AUTOBUSY ELEKTRYCZNO-WODOROWE URSUS BUS S.A.

Uchwała nr 35/2016. Zarządu Komunikacyjnego Związku Komunalnego Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego w Katowicach z dnia 17 maja 2016 roku

Działania na rzecz zrównoważonej mobilności w mieście stołecznym Warszawa. Miejskie Zakłady Autobusowe Sp. z o.o.

Redukcja emisji substancji szkodliwych dzięki wprowadzeniu paliw metanowych analiza dla pojedynczego pojazdu. mgr Łukasz Kowalski

Rozwój krajowego rynku CNG na tle państw UE: szanse i zagrożenia

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

Analiza kosztów eksploatacji pojazdów komunikacji miejskiej na przykładzie Miejskiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego w Lublinie

Jacek Nowakowski Gas Business Development Manager

Ryszard Michałowski, Adam Dyduch Praktyczne doświadczenia Dolnośląskiego Oddziału Obrotu Gazem Gazowni Wałbrzyskiej i Miejskiego Przedsiębiorstwa

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

The investigations into the influence of ethanol additive to Jet A-1 fuel on the exhaust emissions from a GTM-120 turbine engine

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

Gaz CNG w komunikacji miejskiej oraz jako alternatywa dla firm komunalnych. Warszawa, 12 grudnia 2016 r.

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Paliwa Metanowe wtransporcie Miejskim.

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

WYTYCZNE PRZY KUPNIE NOWEGO SAMOCHODU

REDUCING THE NEGATIVE IMPACT OF PUBLIC TRANSPORT ON THE ENVIRONMENT BY USING CNG AS A FUEL

Najnowszy system dual fuel dla silników o zapłonie samoczynnym Stworzony całkowicie od podstaw z automatyczną kalibracją i korektą wtrysku gazu

Comparative assessment of exhaust emission buses: powered CNG and Diesel

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Grupa Wymiany Doświadczeń Efektywność Energetyczna (GWD-EE)

Analiza porównawcza techniczno-ekonomicznych aspektów eksploatacji autobusów miejskich zasilanych olejem napędowym i gazem CNG

The influence of the acceleration style of the truck on carbon dioxide emissions

Analiza porównawcza zużycia alternatywnych nośników energetycznych w procesie eksploatacji autobusów komunikacji miejskiej 4

SYMULACJA CYKLU PRACY HYBRYDOWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO GÓRNICZEJ LOKOMOTYWY SPĄGOWEJ

Przedsiębiorstwo Komunikacji Miejskiej Sp. z o.o. w Gdyni zostało utworzone 15 lipca 1994r. w wyniku podziału Miejskiego Zakładu Komunikacyjnego w

Warszawa, dnia 30 czerwca 2017 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII 1) z dnia 12 czerwca 2017 r.

EKOLOGICZNE NAPĘDY POJAZDÓW Z UKŁADAMI ODZYSKU ENERGII

Study of the emissions effects of hydrogen to the intake manifold on the stationary combustion engine with direct injection

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Poznań, 20 maja 2016 r.

MAN Truck & Bus Ekologicznie i ekonomicznie w przyszłość. Napędy alternatywne, CNG, biogaz,hybryda

Mgr inŝ. Wojciech Kamela Mgr inŝ. Marcin Wojs

Zakładu Komunikacyjnego w Gdyni na trzy r. firma przeniosła się do nowej siedziby

WIRTUALNY UKŁAD STERUJĄCY POJAZDEM KOŁOWYM O NAPĘDZIE HYBRYDOWYM

Czy elektromobilność zatrzyma rozwój autogazu?

WPŁYW SKŁADU MIESZANKI NA EMISJĘ SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN PODCZAS ZASILANIA SILNIKA GAZEM ZIEMNYM

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

Niskoemisyjne, alternatywne paliwa w transporcie. Sławomir Nestorowicz Pełnomocnik Dyrektora ds. Paliw Metanowych

PERSPEKTYWY ROZWOJU ELEKTRYCZNYCH AUTOBUSÓW MIEJSKICH MARKI URSUS. URSUS BUS S.A. Dariusz Kasperek

Metodyki rozmieszczania punktów ładowania dla transportu indywidualnego i zbiorowego

Analysis of bus sustainability with regard to air-conditioning systems and energy consumption

NVG w Świecie i w Polsce

The effect of CI engine speed on the emission of toxic compounds in the exhaust gases

Wpływ prędkości obrotowej silnika na emisję zanieczyszczeń przez samochód dostawczy

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Autobusy zasilane skroplonym gazem ziemnym - LNG

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA ZUŻYCIE PALIWA I EMISJĘ SUBSTANCJI SZKODLIWYCH W SPALINACH

Comparison of the environmental effect of M1 category vehicles fed with traditional and alternative fuels

WYBRANE ASPEKTY ANALIZY SKŁADU SPALIN AUTOBUSÓW ZASILANYCH CNG

Methods of reducing emission from HDV Euro VI engines

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

PALIWA ALTERNATYWNE W TRANSPORCIE PUBLICZNYM I WYNIKAJĄCE Z ICH EKSPLOATACJI OGRANICZENIA

Periodic tests of exhaust emissions from passenger cars with spark ignition engine

METAN JAKO PALIWO ALTERNATYWNE W ZASILANIU POJAZDÓW MECHANICZNYCH

Silniki Scania Euro 6 moc na miarę każdego zadania

FUNCTIONAL AGRIMOTOR TESTING SUPPLIED BY THE VEGETABLE ORIGIN FUELS BADANIE FUNKCJONALNE SILNIKA ROLNICZEGO ZASILANEGO PALIWAMI POCHODZENIA ROŚLINNEGO

More Baltic Biogas Bus Project

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

Badania sprawności autobusowego silnika spalinowego w warunkach ruchu miejskiego

Przedsiębiorstwo zostało utworzone 15 lipca 1994 r. w wyniku podziału Miejskiego Zakładu Komunikacyjnego w Gdyni na trzy niezależne spółki.

EUROPEAN UNION EUROPEAN REGIONAL DEVELOPMENT FOUND KLASTER GREEN CARS

Przedsiębiorstwo Komunikacji Miejskiej Sp. z o.o. w Gdyni zostało utworzone 15 lipca 1994r. w wyniku podziału Miejskiego Zakładu Komunikacyjnego w

The influence of physicochemical fuel properties on operating parameters in diesel engine

WPŁYW DOWNSIZINGU NA ZUśYCIE PALIWA I EMISJĘ SUBSTANCJI SZKODLIWYCH W SPALINACH

nowe trendy mobilności w regionach Europy

The effect of mileage of the vehicle fueled with natural gas on the vehicle s ecological indices

Koszty zużycia energii i emisji zanieczyszczeń wynikające z użytkowania pojazdów transportu drogowego

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Solaris Bus & Coach S.A.

EMISJA SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN W BADANIACH KONTROLNYCH WYBRANEJ POPULACJI POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

Transkrypt:

Article citation info: FUĆ P. et al. Environmental and economic aspects of operation of various configurations of urban bus drive systems. Combustion Engines. 2015, 162(3), 810-815. ISSN 2300-9896. Paweł FUĆ Piotr LIJEWSKI Maciej BAJERLEIN Marta GALANT Maciej SIEDLECKI PTNSS 2015 3462 Environmental and economic aspects of operation of various configurations of urban bus drive systems The conditions of the drive systems installed in urban buses make the drive system operate in a substantially changing ranges of power, rotational speed and drive performance. In addition, frequent braking causes irreversible conversion of kinetic energy into heat, and also contributes to increasing the amount of harmful exhaust gases emitted by the vehicles. Due to this operating characteristic of urban busses manufacturers are looking for new drive system configurations, allowing for the reduction of the negative impact of urban transport on the environment. In addition to the emissions of harmful components of exhaust gases an important factor in the assessment of drive systems, including internal combustion engines is the energy consumption - or fuel consumption. This article provides an overview of environmental and economic aspects of the operation of public transport vehicles in urban areas. The analysis includes conventional drives, units powered by alternative fuels and electric buses. Key words: buses, fuel consumption, alternative drivetrain Ekologiczne i ekonomiczne aspekty eksploatacji różnych konfiguracji napędów autobusów miejskich Warunki pracy układów napędowych montowanych w autobusach miejskich powodują, że zespół napędowy pracuje w znacznym zakresie zmian mocy, prędkości obrotowej oraz sprawności napędu. Dodatkowo częste hamowania powodują nieodwracalną zamianę energii kinetycznej na ciepło, a także przyczyniają się do wzrostu ilości szkodliwych składników gazów wylotowych emitowanych przez pojazdy. Z uwagi na taką charakterystykę pracy producenci autobusów miejskich poszukują nowych konfiguracji napędów, pozwalających na ograniczenie negatywnego wpływu transportu miejskiego na środowisko naturalne. Poza emisją szkodliwych składników gazów wylotowych ważnym czynnikiem oceny napędów, w tym silników spalinowych, jest zużycie energii paliwa. Niniejszy artykuł zawiera zestawienie ekologicznych i ekonomicznych aspektów eksploatacji pojazdów komunikacji zbiorowej w aglomeracjach miejskich. Analiza obejmuje napędy konwencjonalne, jednostki zasilane paliwami alternatywnymi oraz autobusy elektryczne. Słowa kluczowe: autobusy, zużycie paliwa, napędy alternatywne 1. Wprowadzenie Rozwój motoryzacji pod koniec XX i na początku XXI wieku wykazał, że postęp techniczny w dziedzinie pojazdów użytkowych i autobusów jest szybszy i bardziej widoczny niż w dziedzinie pojazdów osobowych. Doskonalenie konstrukcji autobusów, zwiększenie ich zdolności przewozowych i uniwersalności prowadzą do tego, że zachowają one dominującą rolę w transporcie również w odległej przyszłości. Zauważalny jest jednak rosnący negatywny wpływ działalności człowieka na środowisko naturalne. Stąd ciągle dąży się do poprawy własności ekologicznych środków transportu. Obecnie większość eksploatowanych autobusów miejskich wyposażona jest w silnik o zapłonie samoczynnym [6]. Jest on najbardziej niekorzystnym pod względem własności ekologicznych rozwiązaniem. Trwają zatem prace nad unowocześnianiem taboru spółek obsługujących transport miejski. Kluczowym rozwiązaniem proponowanym obecnie jest napęd elektryczny. W rozwiązaniu tym energia niezbędna do napędu autobusu przechowywana jest w akumulatorach elektrochemicznych. Poza szeregiem zalet ekologicznych, ich główną wadą jest fakt, że musza być one relatywnie duże i ciężkie aby zapewnić takie same zdolności przewozowe jak autobus zasilany olejem napędowym [7]. Poza stosowaniem napędu elektrycznego, innym rozwiązaniem, które może pozytywnie wpłynąć na wskaźniki ekologiczne napędu jest stosowanie paliw alternatywnych. Zalicza się do nich węglowodorowe paliwa gazowe przede wszystkim sprężony (CNG) lub skroplony (LNG) gaz ziemny. W porównaniu do ciekłych frakcji ropy naftowej paliwa gazowe pod ciśnieniem atmosferycznym cechują się małymi wartościami jednostkowej energii w stosunku objętościowym [6]. Z tego względu są one przechowywane pod wysokim ciśnieniem lub w 810

obniżonej temperaturze. Zasilanie paliwem gazowym wymaga zastosowania silnika o zapłonie iskrowym. Niniejsza publikacja stanowi porównanie aspektów ekologicznych i ekonomicznych różnych rozwiązań napędów stosowanych w autobusach miejskich o długości 18 m. 2. Badane obiekty i wyniki badań Do badan użyto 18-metrowych, 3-osiowych przegubowych autobusów miejskich. Badane autobusy różniły się zastosowanymi rodzajami układów napędowych. Pierwszy z nich był wyposażony w konwencjonalny układ napędowy (silnik o ZS), kolejny zasilany był gazem CNG, natomiast trzeci z autobusów wyposażony był w napęd elektryczny. Autobusy cechowały się zbliżonymi wartościami maksymalnych mocy i momentu obrotowego (tab. 1). Tab. 1. Charakterystyka pojazdów wykorzystanych w badaniach [3,4] Parametr Pojazd Pojazd Pojazd zasilany zasilany elektryczny ON CNG Typ silnika DAF Cummins TSA TMF PR265 ISLG 320 35-44-4- Rodzaj zapłonu ZS ZI - Objętość skokowa [dm 3 ] 9,2 8,9 - Liczba cylindrów 6 6 - Moc silnika 266 239 240 Norma emisji spalin Układ oczyszczania spalin Masa pojazdu [kg] 1450/ 1100 1710 Euro V- EEV 1356/1300 2100 [kw] Maksymalny moment obrotowy [N m]/[obr/min] EuroV- EEV SCR/DPF TWC - 24 000 24 000 18 800 W celu porównania emisji składników toksycznych spalin autobusów wykonano badania w rzeczywistych warunkach eksploatacji przy użyciu aparatury typu PEMS (Portable Emission Measurement Systems). Dokonano także pomiaru emisji dwutlenku węgla uznawanego za czynnik szkodliwy. Badania przeprowadzono na podstawie testów SORT (Standardised On Road Tests) opracowanych przez UITP (International Association of Public Transport). Zostały one przeprowadzone na lotnisku w Bednarach koło Poznania [5]. Poza tym autobusy badano na trasach miejskich w Rzeszowie i w Poznaniu. Na podstawie wyników emisji węglowych związków szkodliwych obliczono przebiegowe zużycie paliwa autobusów przy użyciu metody bilansu węgla. Uśrednione wyniki badań emisji przedstawiono w tab. 2. - Tab. 2. Emisja drogowa CO, HC, NO x i CO 2 oraz zużycie paliwa badanych autobusów Napęd konwencjonalny Zasilanie CNG CO [g/km] 17,6 13,7 HC [g/km] 4 33 NO x [g/km] 16,7 7,9 CO 2 [kg/km] 2 1,1 Zużycie paliwa 78,0 [dm 3 /100km] 62,6 [m 3 /100km] 3. Porównanie parametrów ekonomicznych wybranych rozwiązań autobusów 3.1. Koszty zakupu taboru Producenci autobusów komunikacji miejskiej nie podają cen do wiadomości publicznej. Jedynym sposobem oszacowania kosztów zakupu są wyniki publicznych przetargów przeprowadzonych na terenie Polski. W niniejszej pracy skupiono się na zamówieniach publicznych z okresu ostatnich 5 lat. Brano pod uwagę tylko finalne oferty, co umożliwia przeprowadzenie możliwie rzetelnej kalkulacji. W tabelach 3, 4 i 5 zestawiono przykładowe wartości przetargowe do poszczególnych typów autobusów. Szacunkowe ceny autobusów podano z zaokrągleniem do 10 000zł. Przedstawiono wyniki dla trzech najczęściej eksploatowanych klas autobusów: MIDI, MAXI i MEGA. Pierwsza z klas to pojazdy o długości 9-10,5 m, autobusy klasy MAXI cechują się długością w przedziale 11-13 m, MEGA zaś, to pojazdy o długości 15-24 m. Tab. 3. Zestawienie kosztów zakupu autobusów klasy MIDI [12] Cena 1 szt Miasto autobusu Lp. Napęd zamawiające netto Rok ogłoszenia przetargu 1. Inowrocław ZS 0,67 2013 2. Ciechanów ZS 1,52 2014 3. Ostrołęka EV 1,60 2014 Tab. 4. Zestawienie kosztów zakupu autobusów klasy MAXI [12] Lp. Miasto zamawiające Napęd Cena 1 szt autobusu netto Rok ogłoszenia przetargu 1. Toruń ZS 1,00 2013 2. Starachowice ZS 0, 90 2010 3. Częstochowa ZS 0, 81 2014 4. Jaworzno EV 2,09 2014 5. Warszawa EV 2,20 2014 6. Gdynia CNG 1,42 2014 7. Warszawa ZS 0,85 2015 811

Tab. 5. Zestawienie kosztów zakupu autobusów klasy MEGA [12] Cena 1 szt Miasto autobusu Lp. Napęd zamawiające netto Rok ogłoszenia przetargu 1. Lublin ZS 1,46 2011 2. Warszawa ZS 1,24 2015 3. Gdańsk ZS 1,07 2011 Z powyższych danych można przyjąć średnie ceny autobusów miejskich w różnych konfiguracjach. Z uwagi na dostępność danych nie wszystkie z możliwości mogą być realnie podane. Nie są dostępne dane dotyczące cen autobusów MIDI i MEGA zasilanych CNG. Podobna sytuacja jest dla autobusu elektrycznego klasy MEGA. Ceny tych konfiguracji oszacowano na podstawie proporcji i zależności pomiędzy cenami poszczególnych autobusów tej samej klasy, ale z różnymi układami napędowymi, np. dla klasy MIDI, pojazd wyposażony w silnik ZS to koszt około 600 tys. zł, autobus elektryczny około 1,6 mln zł. Wynika z tego, że autobus elektryczny jest 2,6 krotnie droższy w zakupie niż autobus z napędem konwencjonalnym. Dla klasy MAXI pojazd wyposażony w silnik ZS kosztuje około 900 tys. zł, a elektryczny około 2,15 mln zł. Założono zatem, że elektryczny autobus klasy MEGA powinien kosztować około 2,5 krotnie więcej niż autobus z napędem konwencjonalnym, co daje koszt ok. 3,65 mln zł. Podobnie oszacowano ceny autobusów zasilanych CNG. Kalkulację cen autobusów przedstawiono zbiorczo w tabeli 6. Tab. 6. Zestawienie szacunkowych kosztów zakupu autobusu w zależności od typu napędu. Kolorem zielonym oznaczono ceny pochodzące z oszacowań. Koszt zakupu autobusu EV ZS CNG MIDI 1,60 0,60 1,07 MAXI 2,15 0,89 1,42 MEGA 3,65 1,46 2,89 3.2. Koszty eksploatacji autobusów Transport miejski jest bardzo ważnym zagadnieniem związanym z funkcjonowaniem i rozbudową miast. Mimo tego, iż przynosi realne zyski przedsiębiorstwom komunikacyjnym wiąże się również z wieloma kosztami. Istnieje wiele różnych efektów zewnętrznych, których wielkość często jest trudna do oszacowania. Przez koszty transportu rozumie się koszty ponoszone przez przedsiębiorstwo na transport osób lub ładunków [8]. Koszty, w odróżnieniu od nakładów i wydatków, mają postać precyzyjnie skalkulowanej wielkości, związanej z konkretną produkcją wykonaną w danym czasie i warunkach. Koszty zewnętrzne transportu są ustalane poza systemem księgowości przedsiębiorstwa transportowego i zgodnie z przepisami podatkowymi nie stanowią kosztów uzyskania przychodu tego przedsiębiorstwa. Kosztami zewnętrznymi transportu są wszelkie koszty zużycia środków służących do wytworzenia usługi transportowej, które nie są ponoszone przez kupującego i wytwórcę usługi, ale przez podmiot trzeci, czyli ogół społeczeństwa. Zaliczane są do nich zatem koszty związane z negatywnymi dla środowiska naturalnego i życia człowieka skutkami działalności transportu, tj. zanieczyszczenie powietrza, wody i gleby, emisja hałasu oraz wypadki transportowe. Do kosztów zewnętrznych zalicza się także przepełnienie sieci komunikacyjnej [8]. Wynikiem tego zjawiska jest wydłużenie czasu podróży wszystkich z niej korzystających. Oprócz tego, że już samo wydłużenie czasu jest bezpośrednim kosztem procesu transportowego, często wiążą się z nim inne koszty spowodowane chociażby wzrostem zużycia paliwa na biegu jałowym podczas postoju. Koszt kongestii zależny jest od miejsca w którym występuje, miasta lub gęstości zaludnienia i może być nawet dziesięciokrotnie większy na drogach miejskich niż na drogach wiejskich. Aby rozwiązać problem oceny warunków ruchu autobusu miejskiego stosuje się badania w rzeczywistych warunkach ruchu. Na ich podstawie można określić realną ilość zużytego paliwa, łącznie z tą zużytą podczas postoju i pracy silnika na biegu jałowym. Dzięki dokładnemu opisaniu zakresów pracy jednostek napędowych autobusów komunikacji miejskiej możliwe jest również oszacowanie kosztu przejazdu odniesionego do 100 km. W celu oszacowania kosztów paliwa autobusu miejskiego porównano przebiegowe zużycie paliwa oraz średni koszt jednostki objętości paliwa. Koszty energii, oleju napędowego oraz CNG zależą od bardzo wielu czynników, m.in. lokalizacji, wielkości zamówień, umowy pomiędzy dostawcą a odbiorcą. Średnią cenę 1 dm 3 oleju napędowego przyjęto na podstawie cen w województwie wielkopolskim z dnia 10.04.2015 i wynosiła ona 4,70 zł za dm 3 [9]. Podobną metodykę zastosowano dla ceny gazu CNG i przyjęto wartość 3,30 zł za m 3 [10] Koszt 1 kwh energii przyjęto na podstawie cen w województwie wielkopolskim. Wynosi on 0,50 zł/kwh [11]. Wyniki przebiegowego zużycia paliwa dla pojazdu z napędem konwencjonalnym (ok. 78 dm 3 na 100 km) pozwalają oszacować, że koszt przejechania 100 km takim autobusem wynosi około 367 zł. Na podstawie otrzymanego przebiegowego zużycia paliwa dla pojazdu napędzanego CNG, wynoszącego 62,60 m 3 /100 km obliczono, że koszt przejechania 100 km wyniósłby około 207 zł. W przypadku autobusu z napędem elektrycznym średnie zużycie energii określono, jako 3,1 kwh/km. Koszt przejechania 100 km wynosi zatem ok. 155 zł. 812

Rys. 1. Średni koszt przejechania 100 km w zależności od wybranego napędu autobusu miejskiego Obliczony koszt nie może być traktowany jako realny koszt przejechania kilometra trasy przez autobus. Aby mieć realny pogląd należałoby porównać tak zwany wozokilometr [2]. Jest to stosowana zwyczajowo w transporcie kołowym jednostka miary długości drogi wykonanej przez środki transportu w określonym czasie, odpowiadająca kilometrowi. Jednostka ta wykorzystywana jest w działaniach statystycznych (w tym w zestawieniach danych eksploatacyjnych całych rozkładów jazdy w transporcie pasażerskim, często z dodatkowym podziałem: na typy taboru, jednostki terytorialne), ekonomicznych, a także dla potrzeb planowania. Niekiedy używa się jej jako punkt odniesienia dla innych wyliczeń dotyczących przewozu osób i towarów, zwłaszcza kosztowych, bądź składowa ich algorytmów. Wyróżnia się następujące rodzaje wozokilometrów: handlowe, dojazdowe oraz techniczne. Przewoźnicy dla własnych potrzeb rozliczeń kształtują również inne podziały wozokilometrów, definiując je np.: jako planowane, wykonane itp., stosując przy tym tzw. wskaźnik realizacji, będący stosunkiem wozokilometrów faktycznie zrealizowanych do zleconych (planowanych do realizacji) [2]. Zakładając jednak, że porównywane autobusy eksploatowane będą w tym samym przedsiębiorstwie komunikacyjnym do porównania parametrów ekologicznych, eksploatacyjnych oraz użytkowych wskaźników eksploatacyjnych można pominąć koszty stałe i zysk przedsiębiorstwa, a skupić się wyłącznie na wielkości zależnej od zastosowanego układu napędowego. 3.3. Koszty inwestycji w infrastrukturę Poza kosztem zakupu taboru oraz eksploatacji niezwykle istotnym jest koszt związany z infrastrukturą konieczną do wykorzystania danego typu autobusu miejskiego. W zależności od wybranego napędu ostateczna kwota kosztu inwestycji może znacząco się różnić. Zakładając jednak przypadek, że przedsiębiorstwo obsługujące przewozy autobusami z konwencjonalnym układem napędowym wykorzystującym silnik o ZS planuje rozszerzyć flotę o nowe, ekologiczne pojazdy możliwe jest przeprowadzenie pewnych kalkulacji. I tak, gdy wybrane zostaną autobusy zasilane CNG, to należy wziąć pod uwagę możliwość tankowania gazu. Koszt utworzenia dodatkowej stacji paliw można szacunkowo określić na 500 000 zł [10]. Największe zróżnicowanie kosztów dotyczy autobusów elektrycznych. W zależności od wybranej strategii ładowania akumulatorów konieczne jest wykonanie kompatybilnej infrastruktury. Najdroższym z rozwiązań jest strategia zakładające ładowanie indukcyjne. Wymaga ona przystosowania istniejących przystanków do nowych rozwiązań co wiąże się z dużym kosztem. System ładowania umieszczony jest pod powierzchnią drogi. Autobusy ładowane indukcyjnie wyposażone są w stosunkowo małe akumulatory, co pozwala na zmniejszenie masy autobusu, ale niesie za sobą konieczność stworzenia wielu punktów ładowania. Drugim pod względem kosztochłonności jest zasilanie pantografowe. Autobus elektryczny w przeciwieństwie do trolejbusu nie może być ciągle zasilany z sieci. Do wykorzystania sieci pantografowej konieczne jest zastosowanie zewnętrznych ładowarek. Tańszym rozwiązaniem jest ładowanie akumulatorów autobusu za pomocą przyłączy elektrycznych. Rozwiązanie to nie wymaga znaczących zmian w infrastrukturze istniejących linii. Punkty ładowania akumulatorów można zlokalizować w zajezdniach i na pętlach. Dodatkowo możliwe jest ich wykorzystanie do ładowania innych pojazdów (np. osobowych samochodów elektrycznych typu plug-in). Po przeprowadzeniu stosownych analiz możliwe jest rozmieszczenie stacji ładowania z uwzględnieniem istniejącej infrastruktury elektroenergetycznej. Istnieje wiele typów ładowarek stosowanych w takim rozwiązaniu. Możliwy jest wybór tańszych jednostek ładujących o małej mocy, lub tzw. ładowarek szybkich, co jednak wiąże się z relatywnie wyższym kosztem. W rozważaniu pominięto koszty utworzenia wiat przystankowych i pętli, ponieważ będą one jednakowe dla wszystkich rozwiązań. 3.4. Rentowność inwestycji W pracy przedstawiono bardzo zróżnicowane koszty związane z eksploatacją autobusów miejskich. Przykładowo, autobusy z napędem konwencjonalnym cechują się zdecydowanie najmniejszym kosztem zakupu, jednak sama eksploatacja (przedstawiona jako koszt pokonania 100 km) jest najdroższa. Przeciwna sytuacja występuje w przypadku autobusów elektrycznych. Przeprowadzono zatem symulację rentowności przedsięwzięcia. Przeanalizowano, jak zmieni się koszt całkowity inwestycji w odniesieniu do czasu eksploatacji pojazdu. Do przeprowadzenia symulacji (rys. 2) wybrano autobusy miejskie klasy MAXI, a więc o długości około 12 metrów. Są to obecnie najczęściej eksploatowane w aglomeracjach miejskich jednostki, dzięki czemu możliwe było otrzymanie wyników 7 postępowań przetargowych. Przyjęto następujące koszty zakupu autobusów: napęd kon- 813

wencjonalny 0,89 mln zł, autobus zasilany CNG 1,42 mln zł, autobus elektryczny 2,15 mln zł. Kwoty te przyjęto jako wartości początkowe przy symulacji. Kolejno oszacowano koszt przejechania 100 km. Dla autobusu z napędem konwencjonalnym przyjęto 330 zł, dla autobusu zasilanego CNG 186 zł, dla autobusu elektrycznego zaś 143 zł. Na podstawie przeprowadzonej symulacji, zauważyć można dwa charakterystyczne punkty przecięcia osi, które mówią o zrównaniu się kosztów eksploatacji kolejno dla autobusu zasilanego CNG oraz elektrycznego z kosztem eksploatacji autobusu z konwencjonalnym układem napędowym. Miejsca te oznaczono żółtymi strzałkami (rys. 3). Zakłada się, że autobus jeżdżący na linii miejskiej pokonuje dziennie około 250 km. Rocznie wartość ta wynosi około 75 000 km. Zatem zrównanie kosztów eksploatacji autobusu z napędem konwencjonalnym i zasilanego CNG, uwzględniając koszt zakupu następujące po przejechaniu około 370 000 km. Wiąże się to z upływem niecałych 5 lat. W przypadku autobusu elektrycznego, gdzie różnica w koszcie zakupu jednostki jest zdecydowanie większa, okres ten wydłuża się do około 9 lat. Wykorzystanie do zasilania CNG wymusza zastosowanie silnika o ZI i pracę na mieszance zbliżonej do stechiometrycznej ze względu na trójfunkcyjny reaktor katalityczny w układzie wylotowym. Spalanie gazu ziemnego zwiększa emisję węglowodorów na skutek niedoskonałości procesu spalania. Bardzo korzystnie wypada za to emisja tlenków azotu, których limity są jednym z głównym problemów w dzisiejszych silnikach o ZS i wymagają specjalizowanych pozasilnikowych układów oczyszczania spalin. Zmniejsza się także ilość emitowanego dwutlenku węgla, który uznawany jest za przyczynianie się do ocieplenia klimatu. Autobus elektryczny nie emituje spalin w czasie jazdy, przez co można uznać go za pojazd bezemisyjny. Należałoby jednak uwzględnić wytworzenie energii elektrycznej. W Polsce uzyskiwana jest ona głównie na skutek spalania węgla powodując emisję składników toksycznych spalin. Zaletą jest również ograniczenie hałasu towarzyszącego jeździe. Brak silnika spalinowego sprawia, że pochodzi on jedynie od oporów aerodynamicznych i toczenia. 4. Wnioski Trwają poszukiwania rozwiązania układu napędowego, który zastąpi silnik o ZS przy niezmienionych parametrach znamionowych i przy ograniczeniu emisji substancji szkodliwych z układu wylotowego. Przeprowadzone wcześniej badania dowodzą, ze nie da się jednoznacznie wybrać najlepszego rozwiązania spośród prezentowanych, jednak pod względem ekologicznym prezentują się one bardziej korzystnie niż autobus z konwencjonalnym układem napędowym. Przeprowadzona analiza kosztowa wykazała, ze większa cena zakupu autobusu elektrycznego i CNG zwraca się po odpowiednio 8 i 5 latach. Upowszechnienie i rozwój akumulatorów elektrochemicznych może spowodować skrócenie tego czasu. W dalszych pracach wskazane byłoby wzięcie pod uwagę również innych rozwiązań komunikacji miejskiej (autobusy z napędem hybrydowym, trolejbusy). Rozwiązania takie wiążą się jednak z dużą ingerencją w istniejącą infrastrukturę (budowa trakcji). Rys. 2. Zależność kosztów eksploatacji autobusów z różnymi rodzajami układów napędowych od przejechanego dystansu 814

Prace sfinansowano z funduszy Narodowego Centrum Badań i Rozwoju projekt badawczy w ramach Programu Badań Stosowanych (umowa nr PBS3/A6/25/2015). The research was funded by the National Centre for Research and Development research project within the Applied Research Programme (contract No. PBS3/A6/25/2015). Nomenclature/Skróty i oznaczenia CNG Compressed Natural Gas/sprężony gaz ziemny PEMS Portable Emission Measurement Systems SORT Standardised On Road Tests/znormalizowane testy drogowe UITP International Association of Public Transport/międzynarodowa organizacja transport publicznego CO tlenek węgla HC NO x CO 2 ZS ZI EV EEV węglowodory tlenki azotu dwutlenek węgla zapłon samoczynny zapłon iskrowy Electric Vehicle/pojazd elektryczny Enhanced Environmental friendly Vehicle/ pojazd o zmniejszonej szkodliwości dla środowiska Bibliography/Literatura [1] Bajerlein M., Dobrzyński M., Rymaniak Ł., Siedlecki M., Analiza emisji oraz wskaźników pracy autobusu miejskiego zasilanego CNG w rzeczywistych warunkach eksploatacji, Logistyka 2014, nr 6. [2] Jackiewicz J., Czech P., Barcik J., Sposoby rozliczania usług w transporcie miejskim, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: TRANSPORT z. 68, 2010. [3] Materiały firmy Solaris SBC. [4] Materiały firmy Cummins. [5] Merkisz J., Fuć P., Bajerlein M., Dobrzyński M., Reducing the negative impact of public transport on the environment by using CNG as a fuel, Journal of KONBiN, no. 22, 2012. [6] Merkisz J., Pielecha I., Alternatywne napędy pojazdów, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2006. Paweł Fuc, DSc., DEng. Professor in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Dr hab. inż. Paweł Fuć profesor na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Maciej Bajerlein, DSc., DEng. Doctor in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Dr hab. inż. Maciej Bajerlein adiunkt na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. [7] Siedlecki M., Galant M., Fuć P., Lijewski P., Porównanie parametrów użytkowych akumulatorów w technologii litowo-jonowej stosowanych w układach napędowych pojazdów elektrycznych, Logistyka 2015, nr 3. [8] Strona internetowa: http://www.governica.com/koszty_transportu [9] Strona internetowa: http://www.e-petrol.pl/ [10] Strona internetowa: https://cng.auto.pl/cena-cng-w-polsce/ [11] Strona internetowa: http://www.cenapradu.strefa.pl/ [12] Wyniki przetargów przeprowadzanych na terenie Polski w latach 2010-2015. Piotr Lijewski, DSc., DEng. Doctor in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Dr hab. inż. Piotr Lijewski adiunkt na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Marta Galant, MSc., Eng. PhD student in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Mgr inż. Marta Galant doktorantka na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Maciej Siedlecki, MSc., Eng. PhD student in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Mgr inż. Maciej Siedlecki doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. 815