Az IMC technológia hozta el a trolibusz újraértelmezését

A trolibuszok története több mint egy évszázadra tekint vissza, azonban az elmúlt két évtized technológiai újításai adtak számukra új értelmet a modern városi közlekedésben. Miközben az elektromos buszok divatossá váltak, a trolibusz – az elektromobilitás csendes úttörője – háttérbe szorult. Ugyanakkor a felsővezetékkel működő járművek fejlődése, különösen az akkumulátorokkal kombinált meghajtási rendszerek és az ún. in-motion charging (IMC) technológia révén, új lendületet kapott.

A közösségi közlekedés elektrifikációjának egyik legnagyobb problémája az akkumulátortechnológia; különös tekintettel annak költségeire, tömegére, élettartamára és a kapcsolódó üzemeltetési korlátokra. A jelenleg alkalmazott töltési megoldások – az éjszakai és a gyorstöltés – alapvetően helyhez kötött töltési infrastruktúrát igényelnek, ami számos működési kompromisszumot kényszerít ki az üzemeltetőktől. Ezek a rendszerek gyakran nagy, 300–800 kWh közötti kapacitású, 2-4 tonna súlyú akkumulátorokat alkalmaznak, várostól és üzemeltetési stratégiától függően, hogy megfeleljenek a napi energiaigényeknek. Mindez együtt járhat hosszabb töltési időkkel, üzemszünetekkel, több tartalékjármű fenntartásának szükségességével, valamint magas infrastruktúra- és beruházási költségekkel. Ráadásul egy teljesen elektromos busz esetében az akkumulátorcsomag a jármű teljes beszerzési értékének akár 40%-át is kiteheti, így annak élettartama és szükséges cseréje a költségek egyik legmeghatározóbb tényezőjévé válik.

Ezzel szemben az IMC rendszer hatékony választ kínál ezen problémák enyhítésére, mivel kisebb, jellemzően 40-100 kWh kapacitású akkumulátorral is képes biztosítani a megbízható működést, miközben a jármű a felsővezeték alatt mozgás közben tölti önmagát.

A kisebb méretű energiatároló nemcsak gazdaságosabbá, hanem környezetbarátabbá is teszi a menet közbeni töltésű rendszereket, csökkentve a gyártási és hulladékkezelési terheket, miközben az energiafelhasználás optimalizálása csökkenti a rendszer teljes környezeti lábnyomát. Emellett ez a megoldás rövidebb és kevésbé bonyolult felsővezetékes hálózatot igényel, ami tovább csökkenti az infrastruktúra kiépítésének és fenntartásának költségeit. Ráadásul az IMC rendszerek lehetővé teszik az akkumulátor kapacitásának valós igényekhez igazítását, szemben az elektromos buszokkal, ahol a töltési időkorlátok miatt gyakran túlméretezett energiatárolókra van szükség – ez nem csak többletköltséget, de nagyobb járműtömeget és pazarlóbb működést is eredményez. Ez a fajta rugalmasság lehetővé teszi, hogy az IMC alapú megoldás a városi környezet adottságaihoz igazodva, mérsékelt beavatkozással is versenyképes megoldást nyújtsanak.

A technológia fejlődését vizsgálva megállapítható, hogy az nem folyamatosan, hanem megszakításokkal zajlott, mindig az adott korszak új technológiáinak megjelenéséhez kötődött, amelyek lehetővé tették a menetparaméterek javítását.

A hagyományos trolibuszok egyik legnagyobb hátránya a felsővezeték-hálózathoz való állandó kötöttség volt. Ez a merevség számos várost elriasztott a bevezetésüktől, vagy épp arra ösztönözte őket, hogy elhagyják a már meglévő rendszereket, a köztes megoldást jelentő dízelaggregátos kiegészítő hajtással pedig a trolibuszok környezetbarát jellegén esett jelentős csorba. Az áttörés a 2000-es évek közepén kezdődött, amikor megjelentek az első olyan trolibuszok, amelyek fedélzeti akkumulátorral voltak felszerelve. Ekkor még NiMH (nikkel-fémhidrid), vagy nikkel-kadmium akkumulátorokat alkalmaztak, amelyek csupán minimális, néhány kilométeres hálózatmentes közlekedést tettek lehetővé, elsősorban vészhelyzeti használatra. Ebben az időszakban készült el a Ganz és a Solaris együttműködésében több csuklós Trollino trolibusz is, amelyeket Róma városának szállítottak; ezek a járművek az elsők között alkalmaztak vontatási akkumulátorokat rendszeres, utasforgalomban történő, önálló haladásra. Az akkori NiMH technológia korlátai miatt azonban a vezeték nélküli közlekedés hatótávolsága mindössze körülbelül két kilométerre korlátozódott.

A következő mérföldkő 2013-ban érkezett el, amikor a svédországi Landskronában megvalósult az első valódi in-motion charging rendszer. A Slide-In projekt keretében olyan trolibuszt teszteltek, amely menet közben, a felsővezeték alatt haladva töltötte 54 kWh-ás lítium-ion akkumulátorát (NMC technológia), és így képes volt a vonal 70%-át felsővezeték nélkül teljesíteni. A projekt során egy Solaris Trollino 12 típusú szóló trolibuszt állítottak szolgálatba, amelyet a Škoda hajtásrendszerével szereltek fel – beleértve a 160 kW-os aszinkron villanymotort és a hozzá tartozó elektronikát is. Az energiaellátást egy Altair Nano gyártmányú, 450 V-os akkumulátorcsomag biztosította, amely akár 20 kilométeres autonóm hatótávolságot is lehetővé tett.

Az IMC technológia lényege tehát, hogy a trolibusz nem csak a felsővezeték alatt működik, hanem akkumulátoráról is képes közlekedni – a különbség az, hogy az akkumulátor töltése nem álló helyzetben, hanem mozgás közben történik, miközben a jármű a vezeték alatt halad. Ez jelentős előnyt jelent az elektromos buszokkal szemben, amelyeknek gyakran órákig kell állniuk töltés céljából. A valós forgalmi körülmények között szerzett tapasztalatok megerősítik, hogy a menet közbeni töltés garantált töltési időt biztosít, szemben az elektromos buszok lehetőségtöltésével, amelynél a torlódások közvetlenül csökkentik a töltésre fordítható időt.

Az IMC technológiai fejlődést nagymértékben az alkalmazott akkumulátortípusok határozták meg. Az NMC akkumulátorokat követően megjelentek a lítium-titán-oxid (LTO) technológiák, amelyek lehetővé tették a nagy teljesítményű, gyors töltést – akár 1C feletti töltési árammal is. Ennek köszönhetően jelentősen csökkenthetővé vált a kihasznált felsővezetékes szakaszok hossza. A tapasztalatok szerint egy 10–15 km-es városi vonal esetében a felsővezeték-hálózat 25–35%-os lefedettsége már elegendő lehet a teljeskörű kiszolgáláshoz, feltéve, hogy a töltési teljesítmény (jellemzően 150–200 kW) megfelelően van méretezve. Az üzemeltetési tapasztalatok alapján az LTO technológia hosszú távon a legmegbízhatóbb, mivel megfelelő töltési protokoll mellett akár 15 éves élettartamot biztosít, elkerülve az akkumulátorcsere költségeit. Ezzel szemben az NMC akkumulátorok esetében a naptári öregedés jelent kihívást – ezek cseréje 6–8 évente szükségessé válhat. Ezek élettartama még optimális körülmények között is nehezen nyújtható 10 év fölé.

A 2017 és 2020 közötti időszakban olyan városokban, mint Esslingen, Solingen és Freiburg, már elegendő volt a vonal mindössze 25–30%-án biztosítani a felsővezetéket; a fennmaradó szakaszokat a trolibuszok teljes egészében akkumulátoros üzemben tették meg. Ezekben a projektekben a Solaris Trollino harmadik generációs csuklós járműveit és a svájci Hess lighTram típusait alkalmazták – előbbiek Esslingenben és Solingenben, utóbbiak Freiburgban. A Solaris trolibuszokat a Kiepe Electric IMC® 500 hajtásrendszerével, míg a már e-busz architektúrára épülő Hess járműveket (amelyekről alább részletesen is szó lesz) az ABB DC-DC átalakítójával szerelték fel, és rendre 46, 46 és 66 kWh kapacitású, LTO kémián alapuló akkupakkal üzemeltek, és közlekednek a mai napig.

Egy másik jelentős trend a lítium-vas-foszfát (LFP) akkumulátorok megjelenése volt, amelyek nagyobb kapacitásuk, hosszabb élettartamuk és kedvezőbb áruk révén vonzó alternatívát kínálnak a szűkösebb költségvetésű városok számára is. Ezek az úgynevezett „budget IMC” megoldások lehetővé teszik az infrastrukturális beruházások minimalizálását, miközben megtartják az akkumulátoros közlekedés alapvető előnyeit. Az LFP technológia azonban korlátozott töltési teljesítményt tűr, így 150-200 kW alatti szinten biztosít elfogadható öregedési profilt. Az élettartama alacsonyabb töltési szinten 7-8 évre tehető.

Eközben a technológia fejlődése nemcsak a töltési architektúrára, hanem a jármű elektromos rendszerének felépítésére is jelentős hatást gyakorolt. Az IMC trolik fejlesztése során két eltérő műszaki megközelítés alakult ki. Az egyik megoldások a klasszikus trolibuszok villamos rendszerét vette alapul, amelyeket akkumulátoros energiatárolóval és töltőkonverterrel egészítettek ki. E konstrukciók esetén a teljes, 600/750 V DC feszültségű hajtásrendszert kettős elektromos szigeteléssel kell leválasztani a jármű karosszériájától az érintésvédelmi követelmények teljesítése érdekében – mivel a trolibuszok gumikerekeken futnak, ezért nincsenek leföldelve, így a testkötéses áramütések megelőzésére alapesetben a kettős szigetelés alkalmazása szükséges. Ez a megközelítés – bár a hagyományos trolibuszoknál széles körben alkalmazott – jelentős kivitelezési komplexitással jár, korlátozza a választható komponensek körét (kiemelten a villamos hajtáslánc elemeinél), és megnöveli a gyártási költségeket. Ennél a megoldásnál az akkumulátor csak önjáró üzemódban, a vezeték nélküli szakaszokon vesz részt az energiaellátásban.

Az elmúlt években, az elektromos buszok technológiájának terjedésével párhuzamosan, az IMC rendszerek is egyre inkább átvették az e-buszok szerkezeti felépítését. Ezekben az újabb rendszerekben a felsővezetékről érkező energia egy központi, galvanikusan leválasztott, az áramszedő és a busz elektromos rendszere között biztonságos kapcsolatot teremtő DC-DC konverteren keresztül jut el a hajtáshoz és a fedélzeti rendszerekhez. Az ilyen architektúrában már csak az áramszedőnél és a konverternél van szükség kettős szigetelésre, így lehetővé válik az elektromos buszokban alkalmazott, egyszeres szigetelésű berendezések beépítése is, amelyek egyébként közvetlenül nem lennének integrálhatók a hagyományos trolibuszokba.

Lényegében tehát ezek a járművek elektromos buszként működnek, eltérés csupán az áramszedő és a DC-DC konverter jelenlétében mutatkozik meg – vagyis gyakorlatilag bármelyik elektromos busz átalakítható lenne ilyen rendszerű trolivá. Ennek megfelelően a fő energiaforrás ebben a konstrukcióban a vontatási akkumulátor, amelyet a konverter tölt menet közben. Előnye a megoldásnak az egységesebb rendszerfelépítés, a jobb alkatrészcserélhetőség és az alacsonyabb karbantartási költség. Ugyanakkor hátránya, hogy az akkumulátor minden üzemmódban aktívan részt vesz az energiaellátásban – még felsővezeték alatt is –, így a jármű a teljes üzemidejét akkumulátoros működésben tölti. Ez hosszú távon kedvezőtlen hatással lehet az akkumulátor élettartamára és működési megbízhatóságára. Az első ilyen európai megoldás a 2015 májusa és 2019 decembere között futó Swiss Trolley Plus projekt keretében jelent meg a Hess és az ABB együttműködésében. Azóta több városban is közlekednek ilyen Hess trolibuszok, elsősorban Svájcban – Bernben, Bielben, Fribourgban, Lausanne-ban, Luzernben, Neuchâtelben, La Chaux-de-Fonds-ban, Winterthurban és Zürichben –, valamint Ausztriában, Salzburgban, illetve Franciaországban, Lyonban és Nancyban. A koncepciót a Hess mellett a Yutong is alkalmazza, valamint a Solaris is beépítette a Trollino 12 electric modelljébe, amelyből jelenleg 12 példány üzemel Lengyelországban, hat közülük Gdyniában, a maradék hat kocsi pedig Tychy városában

Ugyan nem trolibuszról van szó, de hasonló elven működik a Škoda 36BB kódnevű E’City villanybusza is. A jármű kétpólusú áramszedővel rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy a meglévő trolibusz- vagy villamos-hálózat felsővezetékéből jusson energiához a fedélzeti töltőberendezés. Az energiaáramlás itt is galvanikusan leválasztott DC-DC átalakítón keresztül történik. Ezeknél a buszoknál azonban az akkumulátorok feltöltése csak álló helyzetben lehetséges, menet közbeni töltésre nincs mód.

Gazdasági szempontból az IMC rendszer teljes élettartamra vetített költségei – a felsővezeték-hálózat kiépítésével és fenntartásával együtt – sok esetben kedvezőbbek lehetnek a csak álló helyzetben töltődő elektromos buszokhoz képest. Különösen igaz ez ott, ahol már létezik trolibuszhálózat, amely korszerűsítéssel (pl. szakaszolók cseréje, betáplálások bővítése) újra hasznosítható, így jelentős beruházási költségek takaríthatók meg. Az IMC rendszerek további előnye, hogy a menet közbeni töltés révén elkerülhetők a hosszabb állásidők, így a járművek folyamatosan forgalomban tarthatók, ami hozzájárul a beruházás gyorsabb megtérüléséhez és a flotta hatékonyabb kihasználásához.

A kizárólag akkumulátoros elektromos buszok és az IMC rendszerek más-más előnyöket kínálnak. Az e-buszok teljesen vezetékmentes működése nagyobb szabadságot ad a vonalvezetésben, viszont jellemzően nagyobb és drágább akkumulátorokra, hosszabb töltési időre van szükségük. Az IMC technológia ezzel szemben kisebb akkumulátorral is megbízható működést nyújt, mivel a jármű mozgás közben is képes tölteni – ez különösen előnyös a forgalmas, sűrűn járatott útvonalakon. Összességében tehát nem létezik egyetlen, minden helyzetre megfelelő megoldás. A városi közlekedés elektrifikációja során mindig az adott város sajátosságai, a forgalmi viszonyok és a gazdasági lehetőségek döntik el, melyik technológia a legjobb választás. Az IMC rendszerek ebben a sokszínű kínálatban stabil, megbízható és hosszú távon is fenntartható alternatívát jelenthetnek az elektromos buszok mellett.

Az IMC technológia térnyerése ugyanakkor nem csupán technológiai fejlődést jelent, hanem új pozíciót is adott a trolibuszoknak a fenntartható közlekedésben. A korábban kizárólag felsővezetékhez kötött rendszerek rugalmatlannak bizonyultak a városi hálózatok folyamatos átalakulása mellett. Az önjáró képességgel rendelkező trolibuszok azonban lehetővé tették, hogy a városok újra felfedezzék ezt a környezetbarát közlekedési formát, sőt, olyan helyeken is életképes alternatívát kínáljanak, ahol a korábbi hálózatokat már részben vagy egészében leépítették. Ez a megoldás nem csak a meglévő rendszerek modernizálását teszi lehetővé, hanem hozzájárult ahhoz is, hogy a trolibusz ismét versenyképes és vonzó szereplővé váljon a zéró emissziós városi közlekedés palettáján.

Ennek köszönhetően az európai trolibuszpiac is új erőre kapott. A trolibusz-átadások tekintetében a tavalyi év rekordnak számított: összesen mintegy 420 járművet adtak át az európai gyártók, amelyek 99%-a akkumulátorral felszerelt, IMC technológiát alkalmazó típus volt. A 2025-ös év eladásai szintén ígéretesnek mutatkoznak, különösen annak fényében, hogy több gyártó – köztük a Škoda, a Solaris, a Hess és a Bozankaya – is jelentős darabszámú megrendeléseken dolgozik, vagy zár le ebben az időszakban.

14 kép -