Autobus ładowany z kół – szwajcarski projekt

Ładowanie autobusu odbywa się bezpośrednio z kół, co skraca czas potrzebny na nocne ładowanie w bazie i umożliwia użycie mniejszych baterii, co przynosi korzyści pod względem przestrzeni, masy i kosztu pojazdu. Projekt powstał w Szwajcarii dzięki spółce Winduction należącej do ETH, która opracowała system bezprzewodowego ładowania działający podczas zatrzymań na przystankach.

Gdy ładowanie przechodzi z drogi na koła

Ładowanie w małych dawkach podczas eksploatacji nie jest czymś zupełnie nowym: w Europie, a także we Włoszech już używa się pantografów, w Hiszpanii braliśmy udział w demonstracji ładowania indukcyjnego Alstom (tu film), a istnieją też inne rozwiązania. Teraz pojawia się również szwajcarska koncepcja, która przenosi cewkę z podwozia na koło.

Szwajcarscy badacze wychodzili od jednego problemu: większość autobusów elektrycznych ładowana jest w nocy w magazynach, przenosząc w ciągu dnia ciężkie baterie. To drogie rozwiązanie. Nie należy też zapominać, że w ciągu dnia łatwiej jest korzystać z energii odnawialnej. Przyjrzyjmy się rozwiązaniu tak, jak je opisują autorzy: „Tylne koło autobusu, modelu już nieco przestarzałego, spoczywa na dużej płytce mniej więcej wielkości koszyka na zakupy. Nagle bateria autobusu zaczyna się ładować – 10 procent, 20, 30 – wskaźnik stale rośnie, bez żadnego kabla łączącego pojazd z płytką”. Słowa Sonama Bhuki, Sylvaina Frickera i Laurina Schwittera, trzech założycieli Winduction.

Poza Pnrr: nowe konkursy na 70 milionów i 98 autobusów elektrycznych

Poza przykładami, które podaliśmy – od telefonów komórkowych po samochody elektryczne – pojawia się coraz więcej rozwiązań opartych na indukcji. Jednak według szwajcarskiego zespołu występują problemy efektywności, które w przypadku autobusów są bardziej widoczne niż w samochodach. Wskazuje się na „dużą słabość”, a mianowicie „odległość między drogą a podwoziem jest stosunkowo duża i różni się w zależności od modelu pojazdu. Ta odległość jest kluczowym czynnikiem w systemach ładowania indukcyjnego, ponieważ efektywność przenoszenia energii spada w miarę wzrostu separacji”.

Pierwotny i (być może) skuteczny pomysł: opona zawsze styka się z drogą

„W każdym pojeździe jedyną częścią, która zawsze ma kontakt z ziemią, są koła” – wyjaśnia Sylvain Fricker, absolwent ETH i odpowiedzialny za technologię w tej młodej firmie. Z tego prostego spostrzeżenia narodziła się idea, która dała nazwę tej spółce: Winduction oznacza wheel‑based induction, czyli indukcję opartą na kołach.

Ta technologia działa za pomocą systemów cewek połączonych magnetycznie. Pierwsze cewki indukcyjne znajdują się w płycie umieszczonej w nawierzchni drogi, podłączonej do sieci elektrycznej i zdolnej do generowania pola magnetycznego. Drugi zestaw cewek, zintegrowany w specjalnie opracowanej oponie, przechwytuje energię, gdy autobus się zatrzymuje, i przekazuje ją do baterii pojazdu.

„Zmniejszamy dużą odległość przekazywania energii pomiędzy drogą a podwoziem, umieszczając cewki wewnątrz koła” – wyjaśnia Fricker. Od ziemi do pojazdu system Winduction osiąga, według badaczy, efektywność przekraczającą 90%: innymi słowy, mniej niż 10% energii wprowadzonej do płyty ucieka. „Ponieważ nasza technologia jest skuteczna również podczas krótkich przerw na ładowanie, autobusy mogą korzystać z mniejszych baterii, co sprawia, że są one znacznie tańsze zarówno do zakupu, jak i w eksploatacji” – dodaje absolwent ETH.

Należy popracować nad oponami, aby osiągnąć cel

Koncepcja Winduction jest fascynująca, ale aby ją wprowadzić w praktykę, trzeba jeszcze wiele popracować. Konwencjonalne opony autobusów zawierają stalowe pasy zapewniające stabilność, ale ta stal reagowałaby z polem magnetycznym, przekształcając dużą część energii w ciepło zamiast przekazywać ją do baterii.

Rekordowe sprzedaże w Niemczech, napędzane przez Teslę

„Aby nasz system mógł funkcjonować, współpracujemy z różnymi partnerami nad opracowaniem zupełnie nowej opony, pozbawionej stali” – wyjaśnia Schwitter, prezes firmy. Potrzebne są inwestycje, ale według nowych przedsiębiorców „Chociaż ta modyfikacja wiąże się z wyższym kosztem pojedynczej opony, wzrost ten jest niemal nieznaczny w porównaniu z całkowitymi kosztami zakupu i eksploatacji autobusu”.

Oszczędności i mniejsze obciążenie sieci

Zgodnie z obliczeniami Winduction, całkowite koszty mogłyby znacznie się zmniejszyć. Założyciele przeprowadzili obliczenia na trasie pomiędzy lotniskiem w Zurychu a dzielnicą Oerlikon. „Nasze analizy pokazują znaczne oszczędności w porównaniu z ładowaniem w garażu. Ich wysokość zależy od trasy. Obecnie prowadzone jest badanie wykonalności z operatorami transportu publicznego w celu ich określenia”, wyjaśnia Schwitter.

Zobaczmy oszczędności: autobusy z mniejszymi bateriami są tańsze i mogą przewozić więcej pasażerów. Płyty do ładowania na ziemi marki Winduction są ponadto stosunkowo tanie w porównaniu z tradycyjną infrastrukturą ładowania. Koleją zaletą jest to, że autobusy mogą być wielokrotnie ładowane w ciągu dnia. Na trasie pomiędzy lotniskiem w Zurychu a Oerlikon potrzebne byłyby płyty do ładowania tylko na 2 z 24 przystanków, gdzie autobusy mogłyby zgromadzić około 3 godzin ładowania w ciągu 16-godzinnego dnia pracy. To zmniejszyłoby również liczbę pojazdów rezerwowych potrzebnych do obsługi trasy.

Busy elektryczne używane obecnie na tej linii są jednocześnie ładowane przez pięć godzin w magazynie w nocy i wymagają znacznie większej mocy niż ta potrzebna przy użyciu systemu Winduction. Mniejsze zużycie energii byłoby jeszcze ważniejsze w przyszłości, ponieważ energia elektryczna staje się coraz bardziej opłacalna w godzinach dziennych dzięki rozwojowi fotowoltaiki. Jednocześnie zmniejszają się szczyty obciążenia sieci, ponieważ nie jest już konieczne ładowanie wszystkich autobusów jednocześnie w nocy, co przynosi dodatkowe oszczędności. W tym względzie jednak teoria nie jest przekonująca, ponieważ zużycie w nocy – trzeba zobaczyć, czy kiedyś pojawi się spółka z przewagą pojazdów elektrycznych – obecnie jest niewielkie i tańsze.

Pierwszy projekt pilotażowy w 2028 roku

Spin-off projektu ETH Winduction obecnie buduje realistyczną infrastrukturę do testów przy wsparciu Federalnego Urzędu Transportu oraz Szwajcarskiej Fundacji ds. Klimatu. Projekt obejmuje zarówno laboratorium do badań, jak i dedykowaną stację testową. Schwitter podkreśla: „Naszym celem jest jak najszybsze stworzenie całkowicie przekształconego autobusu elektrycznego, który będzie mógł być używany również poza naszą prywatną strefą testową”.

Nadal rosną sprzedaże autobusów elektrycznych: +148%, spadek natomiast w przypadku ciężarówek. Potrzebne są zachęty

Założyciele planują rozpoczęcie pierwszego projektu pilotażowego w 2028 roku. Trwają rozmowy z różnymi operatorami transportu publicznego w Szwajcarii. Przykładem jest obszar lotniska w Zurychu, gdzie autobus będzie testowany w rzeczywistych warunkach operacyjnych i po raz pierwszy będzie przewoził pasażerów.

CZYTAJ RAZEM: Bonus dla stacji ładowania – wciąż jest nadzieja, zobacz film – Przewodnik po zachętach