Mit vigyen magával egy villanybusz: akkumulátort – vagy utasokat?

A kérdés elsőre talán leegyszerűsítőnek tűnik, valójában azonban az elektromos autóbuszok tervezésének egyik alapvető dilemmáját ragadja meg. A jármű fedélzetén rendelkezésre álló tömeg és hely ugyanis véges – és ebből egyre nagyobb részt foglalnak el az energiatároló rendszerek. Mindez annak ellenére van így, hogy az akkumulátortechnológia évről évre fejlődik, és egyes villanybusz-konfigurációk ma már akár egy teljes műszakot – vagy akár többet is – képesek teljesíteni egyetlen töltéssel. Ennek azonban jelentős ára van: a nagyobb hatótáv eléréséhez szükséges akkumulátorkapacitás tömegben és térigényben is komoly kompromisszumokat kényszerít ki.

A jelenség különösen a városi közlekedésben válik kézzelfoghatóvá. Egy korszerű elektromos autóbusz akkumulátora ma már akár 3–5 tonnát is nyomhat; szélsőséges esetben egy nagyobb kapacitású akkucsomag a jármű saját tömegének közel negyedét is kiteheti. Ez nem csupán műszaki kérdés: minden egyes plusz tonna akkumulátor közvetlen hatással van az utaskapacitásra. Durva közelítéssel élve tonnánként mintegy 15 utas helye „vész el”. Innen nézve az összefüggés egyértelmű: minél nagyobb az akkumulátor, annál nagyobb a hatótáv – ugyanakkor annál kisebb a tényleges szállítási kapacitás.

A különbség a gyakorlatban is jól látható. Míg egy hagyományos, szóló városi dízelautóbusz akár 100–110 fő szállítására is alkalmas, egy csuklós jármű esetében ez az érték elérheti a 140–150 főt is. Ezzel szemben a nagy kapacitású akkumulátorral szerelt elektromos változatoknál a szóló kivitelek gyakran csak 60–70 utas befogadására képesek, csuklósok esetében pedig jellemzően alig haladják meg a 100 főt. Az eltérés fő oka tehát a zéróemissziós hajtáslánc többlettömege és jelentős térigénye, amit tovább erősítenek az európai tömeg- és mérethatárokra vonatkozó előírások. A jelenség különösen érzékenyen érinti a nagy utasforgalmú városi vonalakat, ahol a járművek fajlagos szállítási teljesítménye közvetlen hatással van a menetrend tarthatóságára, a szükséges járműkiadásra és végső soron az üzemeltetési költségekre is. A gyakorlatban ugyanakkor a meghatározott utaskapacitási határok zsúfolt viszonylatokon sokszor nem tarthatók, így az üzemeltetők ténylegesen gyakran a tervezési értékek felett közlekedtetik a járműveket. Ez különösen a nagy akkumulátorral szerelt villanybuszok esetében jelent problémát, ahol a magasabb saját tömeg miatt a túlterhelés könnyebben vezet a megengedett össztömeg túllépéséhez. Mindez nemcsak üzemeltetési kockázatokat hordoz, hanem problémákat vet fel az infrastruktúra szempontjából is, különösen az úthálózat teherbírása és hosszú távú tartóssága kapcsán.

A 400–500 kilométeres hatótávolság eléréséhez például típustól és kialakítástól függően akár 500–700 kWh kapacitású akkumulátorcsomagra is szükség lehet, amely egyetlen jármű esetében akár 4–4,5 tonnával növelheti a saját tömeget. Városi alkalmazásban, 68 kilogramm/fő utastömeggel számolva ez a többlet nagyjából 58–67 utas súlyának felel meg – vagyis akár ennyivel is csökkenhet a jármű szállítási kapacitása kizárólag az energiatárolásból adódóan.

Ez a plusz tömeg ugyanakkor nem párosul automatikusan a megengedett össztömeg arányos növelésével. A jelenlegi európai szabályozás szerint a kéttengelyes, szóló autóbuszok esetében a megengedett legnagyobb össztömeg 19,5 tonna, míg a háromtengelyes, hosszú szóló járműveknél ez jellemzően 25, vagy 26 tonna. A háromtengelyes csuklós autóbuszok esetében az alapérték 28 tonna, tengelyenkénti terhelési korlátokkal.

Fontos különbség, hogy a kéttengelyes szóló autóbuszok esetében nincs érdemi többletengedmény az alternatív hajtásláncok számára. Ezzel szemben a háromtengelyes szóló és csuklós járműveknél az elektromos vagy hidrogénüzemű hajtásrendszer legfeljebb 2 tonna többletterhelést indokolhat, amennyiben azt a típusjóváhagyás során megfelelően igazolják. Ennek eredményeként a háromtengelyes szóló autóbuszok esetében a megengedett össztömeg elérheti a 28 tonnát, míg a csuklós villanybuszoknál akár a 30 tonnát is. Ez a mozgástér azonban továbbra sem kompenzálja teljes mértékben az energiatároló rendszerek jelentős tömegét. A gyártók így elkerülhetetlen kompromisszumokra kényszerülnek: a tömegkorlátok betartása érdekében jellemzően az utaskapacitást, illetve az utastér kialakítását kell visszafogniuk, ami közvetlen hatással van a járművek tényleges szállítási teljesítményére.

A tömeg mellett a másik kritikus tényező az utastér geometriája, amely szintén szorosan összefügg az energiatároló rendszerek elhelyezésével. Az akkumulátorokat a legtöbb villanybusz esetében a tetőn, illetve a hátsó modul padlózata alatt helyezik el, ami jelentős mértékben befolyásolja a belső tér kihasználhatóságát. Az alvázba integrált energiatárolók miatt egyes területek nem alkalmasak álló utasok elhelyezésére, mivel a szükséges belmagasság vagy a megfelelő járófelület nem biztosítható. A jármű tömegének kedvezőbb elosztása érdekében sok esetben az ülőhelyek számát is csökkenteni kell, miközben a dobogók és a megemelt padlószakaszok növelik a fellépési magasságot. Mindez együttesen nemcsak az utastér ergonómiáját rontja, hanem közvetlenül csökkenti a jármű tényleges utaskapacitását is.

Külön figyelmet érdemel, hogy a korszerű villanybuszokban alkalmazott hőszivattyús klímaberendezések tömege jellemzően 100–200 kilogrammal is meghaladja a hagyományos dízelbuszokban használt rendszerekét, ami önmagában akár 1–3 fős ”utasveszteséget” is jelenthet.

A kérdés azonban nem áll meg a tömegnél és a kapacitásnál. Egyre inkább rendszerszintű megközelítést igényel – különösen a városi közlekedésben. Nem elhanyagolható szempont az sem, hogy a nagy kapacitású akkumulátorok nemcsak tömegben, hanem költségben is meghatározó tényezőt jelentenek, egyes esetekben akár a jármű beszerzési árának közel felét is kitehetik. Emellett a környezeti hatások sem kizárólag az üzemeltetés során jelentkeznek. Az akkumulátorok előállítása, valamint életciklusuk végi kezelése és újrahasznosítása szintén jelentős erőforrás- és energiaigénnyel jár, így a „minél nagyobb, annál jobb” megközelítés fenntarthatósági szempontból sem feltétlenül indokolható.

A városi villamosítás gyakorlatának ezért egyre inkább abba az irányba kellene elmozdulnia – még ha ez a gyakorlatban sok esetben nem is érvényesül –, hogy ne önmagában a járművet, hanem a teljes rendszert optimalizálja. Számos beruházásnál ma még mindig dominál a „technológia-központú” megközelítés, gyakran politikai vagy kommunikációs szempontok mentén, miközben a hálózati és üzemeltetési kérdések háttérbe szorulnak.

Pedig Európában már léteznek jól működő megoldások, ahol a hangsúly nem a fedélzeten hordozott energiamennyiség maximalizálásán, hanem az infrastruktúra és az üzemeltetés összehangolásán van. Vagyis a fókusz visszakerül arra, amire az autóbusz eredetileg szolgál: az utasszállításra. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a városi környezet adottságait kihasználva a rendszer nem kizárólag a jármű fedélzetén tárolt energiára támaszkodik. A sűrű megállók, a viszonylag rövid fordák és a megfelelően kialakított végállomási infrastruktúra lehetővé teszik, hogy a járművek napközben is rendszeresen energiát vegyenek fel. Ennek köszönhetően nem feltétlenül szükséges a maximális hatótávra méretezett akkumulátorkapacitás, hiszen a működés biztonsága a rendszer egészének összehangolásával is biztosítható.

Fontos azonban, hogy ez a megközelítés elsősorban a városi hálozatokon működik jól. Elővárosi, regionális és távolsági közlekedésben egészen mások a feltételek; hosszabb viszonylatok, ritkább megállók és korlátozott töltési lehetőségek jellemzők. Ezekben az esetekben a nagy kapacitású akkumulátor szükségszerűség, még akkor is, ha ez az utaskapacitás rovására megy.

A kérdés tehát valójában nem az, hogy mekkora legyen az akkumulátor, hanem az, hogy miként lehet a különböző rendszerelemeket – az infrastruktúrát, a hálózat felépítését és az üzemeltetést – úgy összehangolni, hogy az egész rendszer jól működjön. A jó megoldás nem egyetlen műszaki paraméteren múlik, hanem az adott város sajátosságain. Számít a domborzat, az időjárás, a vonalak hossza és terheltsége, valamint az is, hogy milyen töltési lehetőségek állnak rendelkezésre. Éppen ezért tehát nincs egyetlen, mindenhol működő recept: minden városnak a saját adottságaihoz illeszkedő egyensúlyt kell megtalálnia az energiatárolás és a szállítási kapacitás között. Ami viszont kulcsfontosságú, hogy a fejlesztések tudatosan, előre megtervezve történjenek – mert egy jól átgondolt rendszerben nem feltétlenül a legnagyobb akkumulátor jelenti a legjobb megoldást.

8 kép -