Partneři připravované konference Smart city FOR ARCH prezentují své zkušenosti a inovativní řešení

Rychlodobíjení alias Fast-charging

Autorský článek společnosti nano power a.s.

Poznámka redakce: použité odborné pojmy a zkratky jsou přehledně shrnuty na konci článku

17.4.2020 V tomto článku rozluštíme, jaké technologie jsou vhodné pro rychlodobíjení, a poodkryjeme jejich ekonomický smysl. Vynecháme segment osobních automobilů, dálkových (linkových) autobusů a tahačů, u kterých je zaměření především na co nejdelší dojezd mezi dvěma nabíjecími stanicemi bez zastávky. Výborným příkladem pro rychlodobíjení je segment městských autobusů, který má pravidelné zastávky, otáčky na konečné a pauzy řidičů dané jízdním řádem, které je možné využít pro nabíjení. Proto je zde možnost využít rychlého dobíjení a jeho ekonomických výhod. Ale pojďme na to od začátku.

Technologie

Díky vývoji v oblasti baterií (energetických úložišť) vznikají v dopravě alternativy provozu elektrických vozidel. Fast-charging neboli rychlodobíjení je jednou z nich. Za krátkou dobu dokážete nabít baterii velkými výkony, aniž by se bateriový systém extrémně zahříval, a tím klesala jeho cyklická a kalendářní životnost.

Pro fast charging je v současnosti nejvhodnější baterie LTO (ty z nejlepších mají životnost 25 – 39 tisíc cyklů při 80% DOD). Mluvíme zde o high-power technologii (HP). Fast-charging lze také dělat s momentálně nejrozšířenější technologií baterií NMC nebo LFP. Tyto technologie nazýváme high-energy (HE). Nevýhodou je, že ve vozidle musí být obrovská kapacita baterie, ze které se bude využívat pouze minoritní část (např. 30 % ze 400 kWh), aby se tolik nepřehřívala a udržela si svou životnost. U technologií NMC a LFP se bavíme řádově o 2 – 5 tisících cyklů při 80% DOD, což je minimálně 5krát nižší životnost než u LTO baterie.

Městské autobusy

Fast-charging je momentálně nejrozšířenější v provozu městských autobusů. Tato varianta zde zakořenila díky možnosti využití nabíjecí infrastruktury a potřeby pouze kratších dojezdů na jedno nabití (oproti variantě depo charging s high-energy bateriemi). Je to princip provozu autobusů, kdy se po své trase na zastávkách nebo jen na konečných zastávkách trakční baterie autobusu dobíjí velkými výkony (200 – 800 kW). Tento princip nazýváme také opportunity-charging (pozn. v podstatě to samé jako fast-charging v jiném názvosloví). Tento princip umožňuje:

• nepřetržitý provoz vozidla 24/7 (nemusí se hodiny nabíjet),

• několikanásobné zvýšení životnosti baterie,

• efektivnější rekuperaci,

• fungování HP baterie už při mínusových teplotách bez přídavných ohřívačů,

• menší nároky na nabíjecí infrastrukturu v depu, protože se vozidla postupně nabíjí po cestě,

• snížení celkových nákladů na vlastnictví TCO a provozních nákladů, když jsou dobře nastaveny všechny aspekty.

Můžete samozřejmě namítnout, že jsou zde větší nároky na dobíjecí infrastrukturu a rezervovaný výkon z elektrické sítě. Výběr principu fungování elektrických autobusů v městském provozu by měl být v počátečních fázích doprovázen analýzou s pečlivými výpočty. Jednodušší to budou mít města, kde je zavedena tramvajová a trolejbusová doprava. Po cestě je přístup k dostatečnému příkonu ze sítě.

Praktický příklad výpočtu velikosti baterie může být například 40km linka napříč městem a zpět. Při zimní spotřebě 1,6 kWh/km lehce vypočítáme 64 kWh na ujetou vzdálenost. Protože baterii nechceme vypotřebovat až do prázdna (tzn. 100 % DOD nebo 0 % SOC), zvýšíme kapacitu na 80 kWh. S touto kapacitou baterie nám bude stačit rychlonabíječka pouze na jedné konečné stanici. Výkonem 560 kW se nabije za 7 minut a autobus může jet vesele další okruh. Infrastrukturu na trase můžeme libovolně variovat. Každý si může sám jednoduše vypočítat, že přidáním dalších rychlonabíječek na trase, větších či menších kapacit baterií, můžeme dosáhnout libovolných hodnot a optimalizovat fungování MHD.

Realizací a inspirací začíná být po Evropě mnoho. Například MZK v městě Zielena Gora v Polsku deklaruje z 60 % elektrifikovaný vozový park.

Elektrobus Ekova Electron 12

Parciální trolejbusy a tramvaje

Zajímavými vozidly jsou trolejbus a tramvaj. Proč by měly mít baterii, když jedou celou dobu napájené pod trolejí? Hlavní důvodem jsou stále se rozšiřující města. Hlavně u trolejbusů můžeme pomocí baterie jednoduše dosáhnout prodloužení linek do vzdálenějších částí měst, městské aglomerace a vesnic bez nutnosti budovat trolejové vedení. U tramvají to může být hlavně nemožnost umístit trolej do památkově chráněných území nebo nedostatečný výkon sítě. Jakmile si vozidlo zpět dojede pod trolej, baterie se znovu dobíjí.

Dalším důvodem je efektivní rekuperace energie při brzdění, a tím snižování provozních nákladů na energii. Dříve se pro rekuperaci využívaly superkapacitory, ty jsou však vytlačovány LTO bateriemi pro jejich dostatečné výkony a vyšší kapacitu.

Velmi dobré řešení pro města, která mají vybudovanou infrastrukturu. Parciální trolejbusy můžete vidět v mnohých českých městech, jako jsou například Pardubice, Plzeň, Brno, Zlín, Teplice, Hradec Králové, České Budějovice, Praha, Mariánské Lázně, Ostrava, Opava, Ústí nad Labem.

Přístavní zařízení (vozidla a pojízdné jeřáby)

Dalším odvětví, kde v současnosti dochází k elektrifikaci, jsou překladiště kontejnerů. Za zmínku stojí firma Kalmar, která získala ocenění od asociace PEMA za inovativní a přelomový vývoj v odvětví. Se svým rychlodobíjecím systémem tzv. Kalmar FastCharge™ ohromila porotu mezi 21 zúčastněnými firmami. Ve variantě FastCharge™ Kalmar nabízí AGV (automated guided vehicle), Shuttle carrier a Straddle carrier (pojízdné překladače kontejnerů v nákladní přepravě). Nabíjení vozidel probíhá v časech jejich prostojů. V porovnání s dieselovými vozidly elektrifikace nabízí:

• snížení emisí na nulu, lepší ovzduší pro řidiče v kabině,

• snížení produkce hluku, vibrací a tepla,

• pro řidiče lepší kontrola nad vozidlem, což znamená

o hladší akcelerace,

o větší výkon,

• odstranění zdlouhavých prostojů pro výměny náhradních baterií.

Protože nabíjení může být prováděno na trase vozidla jako přirozená součást pracovního procesu, těžíte z rychlejší doby obrátek a zvýšené produktivity, přičemž dostupnost stroje je až 90 % času.

Oproti dieselovým vozidlům a jeřábům elektrické ještě vedle snižování lokálních emisí výrazně snižují i provozní náklady (průměrně až o polovinu)!

Přístavní technika – kontejnerové překladače

Přístavní technika – AGV

Ostatní odvětví

Je již praxí ukázáno, že elektrifikace má vedle zlepšení lokálního životního prostředí i výhody ekonomické. Mimo výše zmíněných průkopnických odvětví v oblasti rychlodobíjení můžeme jmenovat další odvětví, pro které má tato cesta elektrifikace rozhodně ekonomický smysl. Jsou to především odvětví, kde se stroje a vozidla pohybují na vymezené ploše a mají možnost se častěji dobíjet, a tím využít prostojů (např. po dobu 8 minut jednou za 3 hodiny).

Velký potenciál je pro:

• letištní techniku – souhrnně GSE (Ground Support Equipment). Jmenovitě např. posunovače letadel (pushback, taxibot, towbarless tractor), tahače zavazadel, pojízdné schody);

• stavební stroje – bagry, jeřáby;

• přístavní lodě – ferry, remorkéry;

• skladištní technika – např. AGV, vidlicové vozíky.

Nakonec ještě shrnutí výhod získané rychlodobíjením:

• velký výkon pomocí malé kapacity baterie (mnohdy bez použití klimatizace),

• zvýšení životnosti baterie (blíží se životnosti vozidla samotného),

• snížení nákladů na vlastnictví (TCO),

• zvýšení produktivity vozidla – nabíjení na trase, možnost provozu 24/7.

Pushback

Závěr

Všeobecně by se dalo říci, že vývoj elektrifikace napříč odvětvími vedl přes high-energy baterie (olověné, NMC, LFP). Pro hodně operátorů vozidel byl v minulosti co nejdelší dojezd hlavní prioritou. Také při prvních pokusech o elektrifikaci nebyly dostatečně vyvinuté baterie pro rychlonabíjení (LTO). Díky technologickému pokroku v současnosti můžeme říci, že ve výše uvedených odvětvích dávají rychlodobíjecí baterie provozní i ekonomický smysl. Proto se zde očekává velký rozvoj.

Bude zajímavé sledovat, které další odvětví se stane přelomovým a elektrifikuje se pomocí fast-charge technologií. Určitě na to nebudeme dlouho čekat.

Použité pojmy:

High-energy, NMC (lithium-magnesium-kobalt), LFP (lithium-železo-fosfát)

High-power, LTO (lithium-titanát)

Formy elektrifikace:

Fast-charging – rychlodobíjení

Opportunity charging – doslova „příležitostné dobíjení“, v české odborné terminologii častěji „průběžné dobíjení“

Depot-charging – dobíjení v depu

Městské autobusy, Parciální trolejbusy, Přístavní zařízení, letištní technika, AGV (Automated guided vehicle – automatická vedená vozidla), přístavní lodě

DOD depth of discharge – hloubka vybití

SOC state of chargé – stav nabití

PEMA Port equipment manufacturers association

TCO total cost of ownership – celkové náklady na vlastnictví

Použité zdroje:

https://www.pema.org/kalmar-wins-the-2019-pema-innovation-award/

Jakub Eliáš, nano power a.s.

Článek je převzatý z blogu společnosti nano power, redakčně upraveno.

Přečtěte si také:

Příběh ze života o Rozumném Městě, Smart Kocourkově a strategii smart city

20.3.2020 Využívání rozmanitých chytrých pomocníků začíná strategií smart city. Budeme Vám zde vyprávět příběh o dvou městech a jejich strategiích smart city, s nimiž jsme se setkali během naší konzultační práce. Příběh ukazuje dva zcela odlišné přístupy ke konceptu smart city a vytváření jeho strategického dokumentu – rozumný a, řekněme, méně rozumný. Nechceme tu chválit jedno město a pranýřovat druhé, nýbrž ukázat, v čem je problém a v čem je vtip. Městům jsme proto dali fiktivní názvy Rozumné Město a Smart Kocourkov. Jejich příběhy ale fiktivní nejsou – jsou ze života. Nanejvýš jsme je tu a tam trochu zjednodušili, abychom pro samé stromy nepřestali vidět les.

Celý článek zde

Brožura „Příběhy chytrých pomocníků“ - druhé vydání

V březnu 2020 vyšla brožura „Příběhy chytrých pomocníků“, druhé vydání. Najdete zde opět příběhy o moderních technologiích ve službách měst a obcí, a také příběh ze života o Rozumném městě, Smart Kocourkově a strategii smart city. Je to příběh z konzultační praxe konzultační firmy provozující tento portál. Rozumné Město a Smart Kocourkov jsou fiktivní názvy dané skutečným městům. Jak název napovídá, tento příběh ukazuje dva zcela odlišné přístupy ke konceptu smart city a vytváření jeho strategického dokumentu – rozumný a, řekněme, méně rozumný. Články z této brožury také publikujeme na našich portálech.

Celá brožura – druhé vydání, je k dispozici ke stažení ve formátu pdf zde

Jak si „srovnat svoje smart noty“: nabízíme interaktivní školení smart city pro města, obce a regiony

Řada českých měst a obcí má v současné době zájem o postavení „smart city“ či „chytré obce“ a k tomuto postavení již často podniká konkrétní kroky. Problém je, že pojem smart city provází v ČR (ostatně i jinde ve světě) řada nedorozumění – od pojímání smart city jako pouhého „digitálního města“ po technické výstřelky typu „chytré“ lavičky. V této situaci se provozovatelé našeho portálu, firma Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services, rozhodli nabídnout městům, obcím a dalším institucím zainteresovaným na rozvoji „smart“ konceptu krátké interaktivní školení pro praktickou realizaci tohoto konceptu v jejich konkrétních podmínkách.

Celý článek zde

Consulting Services: Naše odborné služby

Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services je konzultační firma v oblasti inovativních technologií pro dopravu a smart city (včetně energetiky a vodíkových technologií), která rovněž provozuje informační portály www.smartcityvpraxi.cz a www.proelektrotechniky.cz a organizuje odborné akce. V rámci našich odborných služeb Vám nabízíme vypracování strategie smart city, spolupráci na vytváření strategických dokumentů, vytváření a realizace projektů pro smart city, další odborné konzultační služby (studie, průzkumy, analýzy), vytváření a realizace dalších projektů s inovativními technologiemi (automatická vozidla, vodíkové technologie, elektromobilita aj.), specializované vzdělávací akce „na klíč“, prezentační a autorské služby (prezentace na konferencích, portálech). Celý článek zde

Smart city v praxi: první kniha českého autora o konceptu smart city a jeho zavádění v každodenním životě

Chytrým městem, obcí, či regionem, označovaným souhrnně pojmem „smart city“, rozumíme koncept strategického řízení, při němž jsou využívány moderní technologie z oblasti energetiky a služeb, mobility a informatiky pro ovlivňování kvality života ve městě, a následně k dosahování hospodářských a sociálních cílů. Nejde tedy o pouhé „digitální město“ nebo o nepromyšlené pořizování nákladných moderních technologií pro potřebu měst a regionů, jak je tento pojem někdy mylně interpretován. Zhruba stopadesátistránková barevná publikace Smart city v praxi s bohatým obrazovým doprovodem je přednostně určena jako praktická příručka těm, pro něž koncept smart city představuje každodenní práci řídících pracovníků a specialistů při vytváření strategie chytrého města a při jejím naplňování pomocí projektů moderních technologií.

Více o knize zde

Knihu je možné zakoupit v e-shopu vydavatelství Profi Press zde

Cyklus odborných konferencí „Smart city v praxi“, „Efektivní elektromobilita v organizacích“ a „Elektrické autobusy pro město“

Konference „Elektrické autobusy pro město“ se již od svého prvního běhu v říjnu 2013 vyprofilovala jako zcela ojedinělá prezentační a vzdělávací akce i jako místo vzájemné výměny aktuálních zkušeností mezi profesionály z elektrické osobní dopravy. Díky svému zaměření na konkrétní téma, konkrétní prezentující a konkrétní publikum se tato konference stala prostředkem přímé komunikace mezi výrobci elektrobusů a trolejbusů (včetně jejich komponent a infrastruktury) a jejich provozovateli a uživateli. V neposlední řadě zde hrají důležitou roli i zástupci institucí, které rozhodují o financování této dopravy, nebo mají v tomto ohledu aktuální a spolehlivé informace. Konference „Efektivní elektromobilita v organizacích“ je první konferencí svého druhu v ČR, prezentující elektromobily jako dopravní prostředek pro organizace soukromého a veřejného sektoru, ne tedy a priori jako luxusní nebo zábavní předmět pro elektromobilní nadšence a jejich sdružení. Obsah konference je cíleně zaměřen na organizace a správce jejich vozového parku. Konference „Smart city v praxi“ je zaměřena především na ty zástupce měst a obcí a veřejných organizací, kteří se budou rozhodovat o volbě konkrétních řešení od konkrétního dodavatele pro definování a naplňování investičních projektů, jimiž je koncept smart city v daném městě realizován.

Pozvánky na tyto konference a zprávy z těchto a dalších konferencí naleznete v naší rubrice Konference zde

Co to je a jak funguje inteligentní město – smart city

Pojmem smart city rozumíme koncept strategického řízení města, resp. obce nebo regionu (pro jednoduchost hovořme dále pouze o „smart city“ bez dalšího rozlišení), při němž jsou využívány moderní technologie pro ovlivňování kvality života ve městě. Přitom dochází k synergiím mezi různými aktivitami a veřejnými službami, díky nimž město funguje – především doprava, logistika, bezpečnost, energetika, správa budov, atd. V konceptu smart city je současně kladen důraz na „tvrdé“ i „měkké“ aspekty řízení života ve městě a na soulad „šedé“ a „zelené“ infrastruktury města. Celý článek zde

Smart city – inteligentní město, město budoucnosti

Na redakci našeho portálu se obrátili kolegové s prosbou, abychom koncept smart city vysvětlili mladým čtenářům ve věku -nácti nebo čerstvých -ceti. Takové prosbě nejde odolat, zvlášť když ve zmíněném věku je právě teď generace našich dětí. Vymyslel jsem si tedy návštěvu ve fiktivním smart city a duchem jsem se přitom vrátil o nějakých třicet let zpátky. Redakční počítač byl najednou pryč a já posedával v moderním vlaku, s cizími nápisy za okny…

Celý článek zde