Elektrobuslinie mit Schnellladesystem: Erfahrungen und Trends - Markus Anderegg, Stv. Direktor BERNMOBIL / Leiter Technik - ABB Group
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Elektrobuslinie mit Schnellladesystem: Erfahrungen und Trends Markus Anderegg, Stv. Direktor BERNMOBIL / Leiter Technik 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 1
Unternehmensstrategie à Klima
• Aktualisierte Eignerstrategie der Stadt Bern (Klimastrategie 2025)
- Reduktion CO2 um 30% und Energieverbrauch um 20%
à Ziele nur mit Elektromobilität erreichbar
• Stossrichtung à Umstellung von Buslinien auf Elektroantrieb (ca. 120 Busse)
- Reduktion CO2-Ausstoss und Energieverbrauch
- «Kein» Schadstoffausstoss und weniger Lärm
- Verbesserung Energieeffizienz
à 2020 nochmals Dieselfahrzeuge kaufen à bedeutet Einsatz bis ca. 2035!
2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 2
Planung Pilot Linie 17
• Städtische Hauptlinie (Radiallinie)
• 5 Gelenkbusse während Hauptverkehrszeit
• Taktzeiten: 7.5min / 10min / 15min
• Länge 4.1 + 4.5 km
• 10 von 13 Umläufen, Montag-Sonntag > 200km/Tag
• 13 Haltestellen, Aufenthaltszeiten nur an der Endhaltestelle
Köniz-Weiermatt (Bahnhof Bern nur 1 Minute).
• Umfassende Machbarkeitsabklärung:
- Kein Trolleybus à zu teuer, zu komplex
- Kein Einmallader à zusätzliche Fahrzeuge
- Keine Brennstoffzelle à Kosten, Ökologie
• Lösung: Schnelllader mit 1 Schnellladestation
• Ziel: Erfahrungen sammeln
2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 3
Umsetzung Pilot Linie 17 • Finanzierung: Schwierig, aber für 4 Jahre Pilot sichergestellt - Kanton, BERNMOBIL, Gemeinden, Ökofonds • Baubewilligung: Innerhalb von 3 Monaten • Ausschreibung 2016: 3 Angebote bei der öffentlichen Ausschreibung - Fahrzeug inkl. Infrastruktur - Fahrzeug: 50 – 100% teurer als Diesel-Hybrid Bus • Ladeinfrastruktur (Depot und Strecke): «Neuland» für alle Beteiligten 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 4
OPP-Charge Ladestation • ABB Heavy Vehicle Charger - automatisches Laden mittels Pantograph • 450kW DC Ausgangsleistung / CCS Protokoll mit 1 x 450 kW (max.) Ausgang: 300-920VDC, max. 675A • AC-Eingang: 3P + PE, 400V AC 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 5
Fahrzeug • HESS LighTram519OPP, Gelenkbus 18.75m • Antrieb Achsen 2 und 3 • Permanentmagnetmotoren je 160kW, flüssigkeitsgekühlt • Batterie Li-Ion NMC, Kapazität 150kWh, nutzbar 120 kWh • Batterie 1.8t • «Rückspiegel» mit Kameras • Fahrgastkapazität wie ein «normaler» Gelenkbus 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 6
Betriebliche Erfahrungen mit der Linie 17
100 %
• Fahrplan ist haltbar
Nutzbare Energie der Batterie in %
• Fahren: Problemlos
• Schnellladevorgang:
Schulung / Begleitung,
einfache Bedienung zwingend
• Notfallkonzept:
50 %
Vorbehaltene Entschlüsse,
Einbindung Leitstelle
• Umgang mit begrenzter
Reichweite gewöhnungsbedürftig! 25 %
(typ. SOC-Verlauf der Batterie)
0%
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Technische Erfahrungen mit der Linie 17
• Schnell-Ladestation in Köniz funktioniert, tlw. Kommunikationsprobleme
• «Kinderkrankheiten» Fahrzeuge:
Monat kWh/km
- 1/3 wegen Elektroantrieb / Schnellladung,
aber tlw. längere Reparaturzeiten Januar 19 2.91
- Verfügbarkeit E-Bus Ersatzteile noch zu verbessern Februar 19 2.28
• Monitoring / Telematik:
März 19 2.14
- Fahrzeug und Ladeanlagen nicht «integriert»,
noch zu verbessern April 19 1.87
• Energieverbrauch: Mai 19 1.77
- Den Erwartungen entsprechend (Heizung!) Total 2.01
à Zuverlässigkeit: Aktuell doppelt so viele Kursausfälle wie 2018
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Herausforderung Umstellung von weiteren Buslinien auf Elektroantrieb • Steigerung Energieeffizienz und Reduktion CO2 à ab 2025 nur noch Elektrobusse beschaffen • Technologie à Standards, Zuverlässigkeit, Zukunftsfähigkeit? • Batterien à Entwicklungsprognosen? • Batterien à Ökologie? • «98%» reicht im ÖV nicht à Auslegung auf den schlimmsten Fall • Dilemma Finanzierung à Mehr Elektro oder mehr ÖV? • Kosten à Zukunftsprognosen? • Strom à woher kommt der Strom zukünftig? 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 9
Herausforderung Batterien à Zukunftsprognosen?
Tagesleistungen Kursfahrzeuge BERNMOBIL
+100%
+50%
2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 10Umstellung von weiteren Buslinien: Elektrobus-Beschaffung 2021-23 à 5 Linien zur weiteren Prüfung für die Beschaffung 2021-23 ausgewählt Nicht berücksichtigte Lösungen: • Trolleybus - Hohe Kosten wegen fehlenden Synergien mit bestehenden Linien - Akzeptanz Fahrleitung / Bewilligung • Brennstoffzellenbusse - Kosten / Verfügbarkeit / Ökologie • Flash-Ladesysteme - Viele Ladeanlagen an der Strecke zu aufwändig 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 11
Prüfung am Beispiel Gelenkbusse (Zeithorizont nächste 10 Jahre)
Anz. Kurs- Anzahl Garagenlader Anzahl Streckenlader
Linie
Fahrzeuge heute mit bis 150km Reichweite mit 1-2 Ladestationen
10 16 Evtl. Doppelgelenkfahrzeuge, auch IMC zu prüfen
Ast Köniz
10 18 Keine Investitionen mehr vor Inbetriebnahme Tram Keine Investitionen mehr vor Inbetriebnahme Tram
Ast Ostermundigen
17 5 Streckenlader in Betrieb Seit 2019 im Pilotbetrieb bis 2022
19 7 9 (à +2) 7 2 Ladestationen
(ohne Verdichtungen)
21 5 6 (à +1) 5 1 Ladestation
11, 12, 19, 20 Möglich, aber ungeeignet. Grund: Dieselben Ungeeignet, da dafür pro Linie eine separate
Verdichtungskurse, 13 Fahrzeuge werden auch als dynamische Reserve Ladeinfrastruktur zu teuer wäre; zudem Konflikte mit
Dynamische Reserve benötigt. Trolley-Fahrleitung
Weitere Möglich, aber ungeeignet. Reservepool müsste um Ungeeignet mangels Reichweite und mangels
18
Reservefahrzeuge ca. 10 Fahrzeuge erhöht werden. Lademöglichkeiten auf der Strecke
2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 12Mehrkosten pro Jahr auf den geprüften Linien 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 13
Strategiekorridor BERNMOBIL in Abhängigkeit der Busgrösse
Trolleybus (IMC) Strategiekorridor BERNMOBIL
Evtl. gewisse Linien
Streckenlader auch Streckenlader Evtl.
Streckenlader
Garagenlader Strategiekorridor BERNMOBIL
Brennstoffzelle
fossil
Klein/Midi 12m 18m 24m
2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 14Trends und Herausforderungen • Fahren kein Problem • Es gibt (leider) nicht nur EIN Konzept • Pantograph auf dem Dach • Kosten sinken nicht • Batteriereichweiten nehmen zu • Batterietechnologie • Klarheit zur Stromproduktion • Ladeinfrastruktur à Streckenlader, Redundanz, Lademanagement, Ortsbild, Lärm • Antworten zur Ökologie der Batterie • Neue Denkansätze für Planung von Störfällen / Vorbehaltene Entscheide • Fahrgäste wollen zuverlässig von A nach B 2019-06-22_Elektrobus_ABB_And_V2_1 Folie 15
Ligne de bus électriques avec système de recharge rapide: Expériences et tendances Markus Anderegg, directeur adjoint de BERNMOBIL / directeur technique 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 1
Stratégie de l’entreprise à Climat
• Stratégie de propriétaire actualisée de la ville de Berne (stratégie climatique 2025)
- Réduction de 30% des émissions de CO2 et de 20% de la consommation d’énergie
à Objectifs uniquement réalisables avec la mobilité électrique
• Approche à Passage des lignes de bus à la propulsion électrique (env. 120 bus)
- Réduction des émissions de CO2 et de la consommation d’énergie
- «Aucune» émission polluante et moins de bruit
- Amélioration de l’efficacité énergétique
à Racheter des véhicules diesel en 2020 à signifie les utiliser jusqu’en 2035 environ!
2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 2Planification de la ligne pilote 17
• Principale ligne urbaine (ligne radiale)
• 5 bus articulés pendant les heures de pointe
• Fréquence: 7,5 min / 10 min / 15 min
• Longueur: 4,1 + 4,5 km
• 10 circuits sur 13, du lundi au dimanche > 200 km/jour
• 13 arrêts, temps d’arrêt uniquement au terminus Köniz-
Weiermatt (juste 1 minute à la gare de Berne).
• Étude de faisabilité complète:
- Pas de trolleybus à trop cher et complexe
- Pas de bus à recharge unique à véhicules
supplémentaires
- Pas de pile à combustible à coûts, écologie
• Solution: recharge rapide avec une station de recharge rapide
• Objectif: acquérir de l’expérience
2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 3Mise en œuvre de la ligne pilote 17 • Financement: difficile, mais assuré pour 4 années pilotes - Canton, BERNMOBIL, communes, fonds écologique • Permis de construire: dans les 3 mois • Appel d’offres 2016: 3 offres lors de l’appel d’offres public - Véhicule et infrastructure - Véhicule: 50 à 100% plus cher qu’un bus diesel hybride • Infrastructure de recharge (dépôt et ligne): une «aventure en terrain inconnu» pour tous les participants 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 4
Station de recharge pour recharge intermédiaire • ABB Heavy Vehicle Charger – recharge automatique au moyen d’un pantographe • Puissance de sortie: 450 kW CC / protocole CCS avec 1 sortie de 450 kW (max.): 300 à 920 V CC, 675 A max. • Entrée CA: 3P + PE, 400 V CA 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 5
Véhicule • HESS LighTram519OPP, bus articulé de 18,75 m • Entraînement sur essieux 2 et 3 • Moteurs à aimants permanents de 160 kW chacun, refroidis par liquide • Batterie lithium-ion NMC, capacité de • 150 kWh, 120 kWh utilisables • Batterie de 1,8 t • «Rétroviseurs» avec caméras • Peut accueillir autant de passagers qu’un bus articulé «normal» 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 6
Expériences pratiques avec la ligne 17
100%
Énergie utilisable de la batterie, en
• Les horaires peuvent être conservés
• Conduite: aucun problème
• Processus de recharge rapide:
formation/accompagnement,
facilité d’utilisation impérative
• Concept d’urgence: 50%
décisions réservées,
intégration au poste de commande
%
• Nécessité de s’habituer à
25%
la gestion de distances limitées!
(État de charge typ. de la batterie)
0%
2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 7Expériences techniques avec la ligne 17
• La station de recharge rapide située à Köniz fonctionne, Mois kWh/km
quelques problèmes de communication
Janvier 19 2,91
• «Défauts de jeunesse» des véhicules:
- 1/3 à cause de la propulsion électrique / recharge rapide, Février 19 2,28
mais temps de réparation en partie plus longs Mars 19 2,14
- Amélioration encore nécessaire de la disponibilité
Avril 19 1,87
des pièces de rechange pour bus électriques
• Surveillance/télématique: Mai 19 1,77
- Véhicule et installations de recharge pas encore «intégrés», Total 2,01
amélioration encore nécessaire
• Consommation d’énergie: Conformément aux attentes (chauffage!)
à Fiabilité: À ce jour, autant de suppressions de trajets qu’en 2018
2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 8Défi: passage de plusieurs autres lignes de bus à la propulsion électrique • Augmentation de l’efficience énergétique et réduction des émissions de CO2 à n’acheter que des bus électriques à partir de 2025 • Technologie à normes, fiabilité, viabilité? • Batteries à prévisions d’évolution? • Batteries à écologie? • «98%» est insuffisant dans les transports publics à interprétation dans le pire des cas • Dilemme financier à plus de bus électriques ou plus de transports publics? • Coûts à perspectives d’avenir? • Courant à d’où proviendra le courant? 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 9
Défi: batteries à perspectives d’avenir?
Performances quotidiennes des véhicules de ligne
BERNMOBIL
+100%
+50%
2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 10Changement d’autres lignes de bus: achat de bus électriques en 2021-23 à 5 lignes sélectionnées pour d’autres essais en vue de l’achat en 2021-23 Solutions non prises en considération: • Trolleybus - Coûts élevés, car manque de synergies avec les lignes existantes - Acceptation de la caténaire / de l’autorisation • Bus à piles à combustible - Coûts/disponibilité/écologie • Systèmes de recharge flash - Coût trop élevé des nombreuses installations de recharge le long du trajet 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 11
Exemple d’essai avec les bus articulés
(horizon de temps: 10 prochaines années)
Nbre de
Nombre de bornes de recharge en garage Nombre de bornes de recharge sur le
Ligne véhicules de
avec une distance de 150 km max. trajet avec 1-2 stations de recharge
ligne aujourd’hui
10 16 Éventuellement, véhicules articulés doubles, essayer aussi IMC
Secteur Köniz
10 Plus d’investissements avant Plus d’investissements avant
Secteur 18
la mise en service du tramway la mise en service du tramway
Ostermundigen
17 5 Bornes de recharge sur trajet en service En phase pilote depuis 2019, jusqu’en 2022
19 7 9 (à +2) 7 2 stations de recharge
(sans densifications)
21 5 6 (à +1) 5 1 station de recharge
11, 12, 19, 20 Possible, mais inadapté. Raison: les mêmes véhicules
Inadapté, car une infrastructure de recharge séparée
Lignes de densification, 13 pour chaque ligne serait alors trop chère; en outre,
sont aussi requis comme réserve dynamique.
réserve dynamique conflits avec la caténaire du trolley
Possible, mais inadapté. Environ 10 véhicules Inadapté par insuffisance de la distance pouvant être
Autres véhicules
18 supplémentaires devraient rejoindre le groupe de parcourue et faute de moyens de recharge sur le
de réserve
réserve. trajet
2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 12Dépenses supplémentaires par an sur les lignes à l’essai 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 13
Axe stratégique de BERNMOBIL en fonction de la taille des bus
Trolleybus (IMC) Axe stratégique de BERNMOBIL
Éventuellement certaines lignes
Bornes de recharge
Également bornes de recharge sur trajet Éventuellement bornes de
sur trajet
recharge sur trajet
Bornes de recharge
en garage Axe stratégique de BERNMOBIL
Pile à combustible
Fossile
Petit/moyen 12 m 18 m 24 m
2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 14Tendances et défis • Conduite: aucun problème • Il n’existe (malheureusement) qu’un SEUL concept • Pantographe situé sur le pavillon • Les coûts ne sont pas réduits • La distance que les batteries permettent de parcourir augmente • Technologie de batteries • Clarté par rapport à la production d’électricité • Infrastructure de recharge à bornes de recharge sur trajet, redondance, gestion de la recharge, image du site, bruit • Réponses par rapport à l’aspect écologique des batteries • Nouvelle logique pour la planification des incidents / décisions réservées • Les passagers veulent être transportés avec fiabilité d’un point A à un point B 2019-06-22_bus_électrique_ABB_And_V2_1 Diapositive 15
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