piątek, Marzec 22

O elektromobilności zdaniem inżyniera

Google+ Pinterest LinkedIn Tumblr +

Bogdan Żmijewski

Rada m. st. Warszawy stoi w przededniu podjęcia uchwały, czy będzie kupować autobusy zero-emisyjne, czyli elektryczne rezygnując ze spalinowych, celem obniżenia emisji smogu. Zobowiązuje ją do tego ustawa o elektromobliności. Ta ustawa wymusza od administracji samorządowej i rządowej etapowy wzrost udziału pojazdów zero-emisyjnych do jej obsługi, w tym autobusów bez silników spalinowych docelowo do 30 % w przeciągu 8 lat.

Pierwszy etap to 10 % do roku 2020. Można odstąpić od wymogów ustawowych dokonując analizy kosztów tych zakupów w kontekście efektów ekonomiczno-ekologicznych tej inwestycji i przy porównaniu z innymi działaniami antysmogowymi, która wykaże nieefektywność tego działania.

Moim zdaniem pomysł zakupu samochodów elektrycznych jest nieefektywny ekonomicznie i w kontekście walki ze smogiem.

W istocie jest to jedynie ograniczenie lokalnej emisji dwutlenku węgla przy zwiększeniu emisji globalnej w zakresie CO2 i niewielkim zwiększeniu emisji pyłów. Bowiem, żeby autobusy jeździły na prąd trzeba go wyprodukować w elektrowniach takich jak Żerań, czy Siekierki opartych na węglu, a więc emitujących dwutlenek węgla i pyły. Takich w Polsce jest 80 %. Gazowe elektrownie też emitują CO2, tyle że o połowę mniej.

Następnie prąd trzeba przesłać przewodami, na których są straty energii. Trzeba akumulatory w autobusach naładować i rozładować co też oznacza dalsze straty energii, czyli wzrost emisji o 20%. Sam proces uzyskiwania energii pierwotnej przy spalaniu węgla lub gazu w elektrowni ma dużo niższą sprawność niż spalanie ropy czy benzyny lub gazu w silniku.

Polskie elektrownie emitują od 500 do 1000 g  CO2/kWh zależnie od rodzaju paliwa (mniej gaz więcej węgiel) i zależnie od nowoczesności (sprawności) kotła 30-45 %. Podobno średnia emisja polskiej energetyki wynosi 650 g CO2/kWh. Stare kotły są wyłączane albo unowocześniane. Licząc tą średnią wlicza się też energię z OZE. Jesteśmy zobowiązani przez UE by zejść ze zużyciem do 550 g, a w przyszłości jeszcze niżej, jak reszta UE (średnio 300).

Samochody osobowe z silnikiem Diesla o mocy – 50 kW emitują średnio 100 g CO2/km (benzynowe emitują 10-15 % mniej CO2). A takie same elektryki mają zużycie prądu ok. 0,15 kWh/1 km, czyli zużywają 95 g CO2/km w elektrowni plus straty na przesyle i ładowaniu, a więc razem 114 g CO2/km. Do tego dodajmy emisję CO2 przy produkcji akumulatorów 35 g/1km i otrzymamy 140-145 g CO2/km. Przy korzystaniu z autobusów jest lepiej, bo autobusy zastępują dużą ilość samochodów osobowych.

Autobus elektryczny zużywa ok. 1 -1,2 kWh/km, czyli 650-780 g CO2/km +20% na inne emisje (straty) razem 936g CO2/km, a spalając ropę 34 l/100km emituje 950g CO2/km. Jak dodamy emisje na produkcję akumulatorów ok. 35 g/1km to uzyskamy ok. 1000 g CO2/1km.

To oznacza, że w Polsce biorąc pod uwagę wszystkie czynniki, samochód spalinowy Diesel emituje 20-25% mniej CO2 niż  napędzany energią elektryczną, która musi na ten cel wyprodukować elektrownia.

W Europie jest dużo lepiej, elektryki mniej „emitują” CO2, bo mniej jej emitują elektrownie (średnio 300g CO2/kWh). W Szwecji i Francji emisyjność energetyki wynosi tylko od 20 do 40 g CO2/kWh. Wtedy emisja samochodu elektrycznego też jest mniejsza i wynosi ok. 40 g CO2/km. Oczywiście wlicza się w to energię z OZE – wiatr, wodę, fotowoltaikę i jądrową, które w ogóle nie emitują CO2, a jest tam jej dużo. To oznacza, że elektryki mają sens tam, gdzie jest nowoczesna energetyka. Ale nie w Polsce. W Polsce to obecnie jest głupotą, bo zmieniając autobusy spalinowe na elektryki zwiększymy emisję CO2.

Ktoś powie, że w elektrowniach są filtry, które zmniejszają emisję pyłów. Samochody obecnie też mają filtry cząstek stałych i okazuje się, że na 1 kWh emitują mniej niż elektrownie węglowe, ale więcej niż gazowe. Byłoby trochę mniej tj. o 50 % emisji CO2 i pyłów, gdyby elektrownie i elektrociepłownie były zasilane gazem, ale wtedy prąd byłby droższy bowiem gaz jest droższy od węgla. Ale 30% efektywniej jest spalić gaz w samochodzie niż w elektrowni.

Generalnie polityka klimatyczna dąży do zwiększenia udziału energii odnawialnej (wiatr i światło) by ograniczyć wszelkie emisje (CO2, pyłów i innych związków). A to nie jest darmowa energia, choć tanieje i zaczyna być tańsza. Wiatrowa 150-250 zł/MWh, a węglowa 250-300 zł/MWh, bo dużo kosztuje opłata za emisję CO2 ok. 100 zł/MWh. Ale Energia z OZE jest niestabilna, bo czasem nie wieje i nie świeci słońce, więc trzeba mieć zabezpieczenie w elektrowniach konwencjonalnych, a to kosztuje, bo podwaja koszt inwestycyjny plus koszty dyspozycyjne eksploatacyjne stałe i zmienne (ludzie i paliwo). Energia z biogazu kosztuje 400-550 zł/MWh, ale jest stabilna, a fotowoltaika 300-400 zł/MWh (niestabilna).

Jeszcze dużo wody w Wiśle upłynie nim energii z OZE będzie w Polsce choć 30 % (10 GW). Wtedy elektryki będą „emitować” mniej CO2. Ale to wymaga dużych nakładów 3-3,5 mln/1MW wiatrowej, czyli budowa 10 GW to 30-35 mld złotych. Ale jej sprawność wynosi  30-40 % (nowoczesne 50 %). Budowa elektrowni jądrowej tej mocy to ok. 150 mld złotych, ale to jest sprawność 100-procentowa. A budowa elektrowni fotowoltaicznej 5 mln zł/1MW, czyli 50 mld zł za 10 GW, ale o sprawności 30-50 % zależnie od lokalizacji.

Samochody elektryczne, w tym autobusy są droższe inwestycyjnie od spalinowych o ok. 150-250 %, zależnie od rodzaju akumulatorów i wyposażenia oraz systemu ładowania. Drogie są akumulatory. Stanowią one 50-60 % wartości autobusu.

Autobusy ostatnio drożeją, trochę z uwagi na modę, a trochę bo ich brakuje. Popyt przekroczył podaż. I będzie coraz drożej. Ponadto autobusów elektrycznych trzeba kupić od 50 % do 150 % więcej, zależnie od częstotliwości kursów na linii i sposobu doładowania na trasie. One przejeżdżają bez ładowania tylko ok. 100-150 km, a w zimę mniej, bo trzeba włączyć ogrzewanie (latem klimatyzację).

W Warszawie autobusy muszą przejeżdżać dziennie od 200 do 500 km, średnio 250 km.

Aby móc korzystać z autobusów elektrycznych trzeba je doładować w zajezdni optymalnie przez 4 godziny oraz na trasie na przystankach lub na pętlach końcowych minimum 30 minut by pokonać trasę 20-30 km.

Dla przykładu na linii długości 30 m, którą autobus w mieście pokonuje przez godzinę tj. ze średnią prędkością 30 km/godzinę. Przy częstotliwości co 15 min autobusów spalinowych potrzeba 8, a elektryków 12, jeśli są ładowane na pętli. Przy większej częstotliwości np. co 5 minut autobusów elektrycznych potrzeba 2 razy tyle, co spalinowych. No i potrzebne są ogromne pętle końcowe by kilka autobusów mogło się ładować jednocześnie. Każdy przez pół godziny. Albo szybkie ładowarki na przystankach. Trzeba też uwzględnić koszt budowy systemu ładowania. Na zastąpienie 200 Diesli trzeba ok. 1,2-1,6 mld złotych  na autobusy przy marnym efekcie ekologicznym i 100-300 mln zł na ładowanie. Dla Warszawy zastąpienie 180-200 autobusów spalinowych elektrycznymi oznacza, że trzeba ich kupić od 300 do 400 sztuk, zależnie od systemu ładowania. Planowane zakupy 130 elektryków zastąpi 40-50 spalinowych. To kropla w morzu potrzeb i może nie strasznie duży wydatek. 500 mln zł, a przy dotacji z UE 100 mln, ale to oznacza, że zdecydujemy się na jakiś system, który hjest bez przyszłości.

Rada Warszawy i jej Prezydent ma więc problem jak ogłosić, że autobusy elektryczne się w Warszawie nie opłacają tj. są kosztowne i nie dają globalnego efektu ekologicznego, a i lokalny jest wątpliwy. Ale to nie jest trendy, wiec się boją i ogłaszają, że Warszawa kupi 130 elektryków? To duży błąd – kosztowny i nieefektywny.

To się jedynie opłaca przy dużej dotacji min 75%. Warszawa podobno ma mieć dotacje. Ale można by ją lepiej spożytkować np. kupując auto trolejbusy, bo są dużo tańsze od elektryków i dają lepszy efekt ekologiczny od elektryków.

Istnieją też inne efektywne możliwości obniżenia smogu, więc można z elektryków zrezygnować. Tylko trzeba umieć to wykazać.

Moim zdaniem lepsze od autobusów elektrycznych są autobusy na gaz i auto-trolejbusy. Te na gaz są o ponad połowę tańsze inwestycyjnie za sztukę i nie potrzeba ich aż tylu jak w przypadku elektryków. Kosztowo (eksploatacyjnie) porównywalne z autobusami elektrycznymi i eksploatacyjnie tańsze od ropniaków. Lepsze pod względem ekologicznym od elektryków, nawet przy prądzie do autobusów wytwarzanym z gazu. Emitują dwutlenek węgla, ale mniej niż emisja CO2 z węgla lub gazu w elektrowni dla wytworzenia 1 kWh mocy. W istocie ich koszty eksploatacji będą zależeć od polityki państwa wobec kosztów gazu, a szczególnie w zakresie akcyzy. Jest to też system bezpieczny – nie awaryjny, bo gaz można magazynować, nawet taniej, niż ropę, a magazynowanie prądu jest cenowo poza zasięgiem rynkowym. Jak prądu zabraknie to wszystko stanie.

Ale ja mam jeszcze lepszy pomysł. Niezależny od rodzaju zastosowanych autobusów.

Trzeba ograniczyć wjazd samochodów do Warszawy przez budowę parkingów metropolitalnych na trasach dojazdowych i rozwinąć komunikację publiczną podmiejską. W Warszawie jeździ 1 mln samochodów, a do Warszawy wjeżdża 0,5 mln samochodów. Aby zmniejszyć wjazd samochodów o 100 tys. a więc zachęcić by ludzie zostawili je na parkingach trzeba zakupić ok. 200-250 autobusów. Wtedy ilość smogu z tytułu komunikacji w Warszawie spadnie o 10 %, a koszt inwestycji (autobusów i parkingów wyniesie 1,5 mld zł) będzie porównywalny do zakupu 400 elektro-autobusów, a korków i emisji będzie mniej.

W Warszawie komunikacją publiczną przemieszcza się ok. 1,2 mld  pasażerów rocznie. 50 % przewożą autobusy. Jest ich ok. 1800 (50 w rezerwie). Pokonują one ponad 7,5 mln wozokilometrów miesięcznie tj. ok. 350 tys. wozokilometrów w dniach pracujących. Każdy około 250 km dziennie. Autobusami przewożonych jest 1 mln pasażerów dziennie, a milionem samochodów ok. 1,8 mln pasażerów. 200 autobusów długości 9-18 m (średnio 12 m) przewozi w mieście i poza miastem 200 tys. pasażerów. Te 200 autobusów jest w stanie zastąpić minimum 100 tys. samochodów przejeżdżających średnio 60 km dziennie.

Zakłada się, że na samochód przypada 1,3 pasażerów i mniejsze o 30 % wypełnienie autobusów tras podmiejskich.  Do wyliczeń przyjęto normę Euro 3 jako średnią dla samochodów osobowych. Średnia emisja CO2 to 100 g/kWh. Średnia emisja pyłu 0,05 g/km.

Średnia prędkość samochodu 30km/h i czas pracy 2 godziny (60 km). Średnia moc autobusu 250 kW i czas pracy 16 godzin (250 km). Zużycie pracy ok. 250 kWh. Średnia prędkość jazdy 15km/h. Emisja CO2 z samochodów 100 tys. x 100 g/km x 60 km = 600 t. Emisja pyłów z samochodów 100 tys. x 0,05 g/km x 60 km=0,3 t Emisja CO2 z autobusów diesel 200 pojazdów x 250 km x 600 g CO2/km = 30 t. Emisja pyłów z autobusów Diesel 200 pojazdów x 1 kWh/km x 250 km x 0,1 g/kWh = 5 kg. Dzięki autobusom redukcje CO2 i pyłów są tak duże, że wręcz można powiedzieć, że eliminuje ona emisję ze 100 tys. samochodów Diesel.

Ale ponieważ w mieście jest 50 % pojazdów benzynowych, które są mniej emisyjne, szczególnie pyłowo, to w istocie 200 autobusów redukuje emisję 130 tys. samochodów osobowych. Biorąc pod uwagę, że w istocie mamy większość autobusów w normie Euro 4 i 5 i 6, a nowe byłyby kupowane w normie 6 i wycofane stare Euro 3, to efekt redukcji emisji byłby jeszcze większy.

Byłby jeszcze większy, gdyby to były auto – trolejbusy albo autobusy na gaz. Jeśli ktoś by twierdził, że autobusów trzeba nawet 2 razy więcej by przejąć pasażerów ze 100 tys. samochodów, jak ja proponuję to efekt emisyjny nie ulegnie istotnym zmianom. Wzrosną tylko koszty zakupu większej ilości autobusów.

Jeden autobus diesel długości 18 m Euro 6 to ok. 1,5 mln złotych. Gazowy podobnie (specjalnie w obliczeniu emisji przyjęto większy autobus, żeby była rezerwa). 200 autobusów to 300 mln zł, a koszt budowy parkingów na 100 tys. samochodów to 1,2 mld zł. Razem 1,5 mld zł. Za to mniej korków i smogu.

Aby zastąpić 200 autobusów spalinowych elektrycznymi trzeba by ich 300-400 sztuk, co stanowi koszt 1,2-1,6 mld i do tego koszt systemu ładowania od 300-100 mln zł. No i żaden, a nawet gorszy efekt ekologiczny liczony globalnie, a i wątpliwy lokalnie w przypadku Warszawy.

Aby autobusy elektryczne mogły jeździć trzeba im dostarczyć dużo prądu. A on nie zawsze jest dostępny. Autobus, żeby móc przejechać dziennie 250 km potrzebuje ok. 1600 kWh. Połowa ładowania przypada na bazę a druga połowa na trasę. 300 autobusów to ok. 500 MWh. To oznacza, że dla połowy tych ładowanych na bazie przez 4 godziny (druga połowa to kolejne 4 godziny nocne). Potrzeba 125 MWh przy mocy szczytowej ciągłej ok. 30 MW. To jest 10 % mocy elektrowni Siekierki. Gdyby wszystkie autobusy były na prąd, to potrzeba by 300 MW w nocy i jakieś 100 MW w dzień, bo ładowanie dzienne rozkłada się w czasie na 12-16 godzin.

Jeśli trzeba będzie spełnić warunek ustawy o elektromobilności, to zamiast autobusów elektrycznych proponuję auto-trolejbusy. Ich pobór prądu nie ma takiej szczytowości – rozkłada się w czasie dość równomiernie. Są tańsze inwestycyjnie i eksploatacyjnie oraz są bardziej mobilne od autobusów elektrycznych i zwykłych trolejbusów. Ładują się w czasie jazdy, więc nie trzeba ich kupować więcej. Są w stanie omijać przeszkody, robić objazdy, bo przejeżdżają odcinki bez sieci 20-30 km. Są znacznie tańsze od tramwajów. Auto-trolejbus kosztuje ok. 2 mln zł, a jeden elektrobus 3 mln zł. Jeden ropniak 1,5 mln zł, a gazowy 1,6 mln (CNG). Jeden wagon tramwaju o tej samej pojemności osób 4 mln. Jeden kilometr sieci tramwajowej 35-40 mln zł, a 1 km sieci trolejbusowej 1,5-2 mln. No i nie potrzeba pasa terenu o szerokości ok. 17 m pod linię tramwajową. To jest rozwiązanie niekolizyjne, więc szybkie do realizacji. Są dużo cichsze od tramwajów i autobusów spalinowych, w tym gazowych.

Gdyby planowaną linię tramwajową z Woli przez Dworzec Zachodni na Wilanów długości ok. 35 km zastąpić auto-trolejbusami, to zamiast wydawać 1,15 mld złotych i zamiast pogarszać warunki ruchu, bo tramwaj będzie kolizyjny sugeruję auto–trolejbusy za 10-15 % tych kosztów. Tam będzie jeździć „aż” 25-30 tramwajów co 2-3 minuty na trasie długości ok. 25 km o koszcie budowy ok. 1 mld zł. Tramwaje będą kosztować ok. 100-120 mln zł. Można by za to kupić 30-40 auto-trolejbusów, które kosztowałyby 60-80 milionów, a 25 km sieci kosztowałoby kolejne 50 mln zł. Razem 110-130 mln zł. Autobusów gazowych można by za to kupić ok. 80 sztuk i jeździłyby co minutę i przewoziły 2 razy więcej niż te tramwaje. I byłoby cicho i ekologicznie.

Dlaczego więc tramwaj? Podobno dlatego, że uzyskano na to fundusze z UE i trzeba je wydać (?). Nieważne jak i na co. Byle odtrąbić sukces.

Kiedyś wybudowano parkingi Parku i Jedź w centrum Ursynowa za bodaj 300 mln zł. Jak zapytałem po co, to dostałem odpowiedź, że trzeba było wydać kasę z UE, a nie było na co, gdyż inne inwestycje nie wyszły. No i fajno jest. Zamiast zmniejszać ruch w mieście budując parkingi pod miastem, to budujemy w centrum. To tak jakby wozić drewno do lasu.

mgr inż. Bogdan Żmijewski

Udostępnij

About Author