Κείμενο: Κώστας Σκαρμαλιωράκης, Φωτογραφίες: Daimler Group
Ο αυξανόμενος πληθυσμός στις πόλεις σημαίνει και αυξημένη ανάγκη για κινητικότητα, αλλά όχι με τα σημερινά, συμβατικά συστήματα μεταφοράς που επιβαρύνουν την μόλυνση του περιβάλλοντος. Η αυτοκινητοβιομηχανία έχει προκρίνει την ηλεκτροκίνηση ως την ιδανικότερη λύση στο πρόβλημα, εξελίσσοντας με γοργούς ρυθμούς τις σχετικές προτάσεις, ακόμα και στα βαρέα οχήματα. Πρωτοπόρος ο όμιλος της Daimler, βάζει σταδιακά στην γραμμή παραγωγής τις ηλεκτρικές εκδόσεις ελαφρών και βαρέων οχημάτων.
Έτσι, ένα από τα πιο δημοφιλή και εμπορικά επιτυχημένο αστικό λεωφορείο στον κόσμο εισέρχεται στην εποχή της ηλεκτροκίνησης. Το μηδενικών εκπομπών ρύπων και σχεδόν αθόρυβο ηλεκτρικό eCitaro αναμένεται να κάνει παγκόσμια πρεμιέρα τον προσεχή Σεπτέμβριο στην έκθεση Επαγγελματικών Οχημάτων στο Ανόβερο (ΙΑΑ 2018) ενώ μέσα στην χρονιά θα ξεκινήσει και η παραγωγή του. Πρόκειται για ένα λεωφορείο που υπόσχεται ένα πρωτοφανές πρότυπο ενεργειακής απόδοσης και αποτελεί την φυσική συνέχεια των προσπαθειών του κατασκευαστή να περάσει από το στάδιο παραγωγής οχημάτων χαμηλών εκπομπών ρύπων (υβριδικά, αερίου NGT), στο στάδιο παραγωγής οχημάτων μηδενικών εκπομπών ρύπων.
Τεχνολογία αιχμής
Η βάση της γραμμής κίνησης του eCitaro είναι ένας άξονας που φέρει ηλεκτροκινητήρες στις πλήμνες των τροχών, με μέγιστη απόδοση 2 x 125 kW και ροπή 2 x 485 Nm. Την παροχή ενέργειας εξασφαλίζουν μπαταρίες ιόντων λιθίου, συνολικής χωρητικότητας έως και 243 kWh, μοιρασμένες σε έως και δέκα ενότητες, ανάλογα τις απαιτήσεις του πελάτη. Ο βασικός εξοπλισμός προβλέπει δύο ενότητες μπαταριών στην οροφή και τέσσερις στο πίσω μέρος του λεωφορείου ενώ προαιρετικά, περεταίρω δύο έως τέσσερις ενότητες είναι δυνατόν να τοποθετηθούν στην οροφή. Ο σχεδιασμός της οροφής περιλαμβάνει ράγες βαρέως τύπου (για την φιλοξενία των μπαταριών) που προέρχονται από το ίδιο σύστημα που χρησιμοποιεί ο κατασκευαστής για τις δεξαμενές αερίου στις εκδόσεις Citaro NGT.
Ένα από τα μεγαλύτερα μειονεκτήματα των ηλεκτρικών λεωφορείων είναι το επιπλέον βάρος που προσθέτουν οι μπαταρίες. Στο eCitaro, η μελετημένη κατανομή του βάρους και η απόλυτη εκμετάλλευση των φορτίων άξονα επιτρέπουν την εξασφάλιση του υψηλότερου δυνατού ωφέλιμου φορτίου.
Ευελιξία θα υπάρχει όσον αφορά και την τεχνολογία φόρτισης του λεωφορείου. Η έναρξη της παραγωγής γίνεται με πρόβλεψη μιας υποδοχής φόρτισης Combo 2 ενώ αργότερα θα δοθεί η δυνατότητα τα ηλεκτρικά Citaro να φορτίζονται και μέσω ενός παντογράφου. Φυσικά, κατά την διαδικασία της πέδησης, οι δύο ηλεκτροκινητήρες λειτουργούν ως εναλλάκτες μετατρέποντας την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική.
Ενεργειακά βιώσιμο
Η κατανάλωση ενέργειας σε ένα αμιγώς ηλεκτρικό λεωφορείο επηρεάζεται σημαντικά από τις απαιτήσεις ψύξης και θέρμανσης της καμπίνας επιβατών. Για αυτό και το σύστημα διαχείρισης της θερμικής ενέργειας είναι ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά του eCitaro. Πράγματι, ο θάλαμος επιβατών του Citaro θερμαίνεται με έναν ενεργειακά αποδοτικό τρόπο, μέσω μιας αντλίας θερμότητας που υποστηρίζεται από τους συνήθεις πλαϊνούς και εμπρόσθιους αεραγωγούς. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, το σύστημα κλιματισμού οροφής χρησιμοποιείται επίσης ως μια αντλία θερμότητας, με την χρήση CO2 ως ψυκτικό μέσο να αποφέρει περαιτέρω οφέλη. Επίσης, το εσωτερικό του λεωφορείου μπορεί να θερμαίνεται ή να ψύχεται, πριν ξεκινήσει το δρομολόγιο, δηλαδή κατά τη διάρκεια φόρτισης των μπαταριών. Μια άλλη καινοτομία του συστήματος ελέγχου του κλιματισμού είναι η δυνατότητα ρύθμισης της πρόσληψης του φρέσκου αέρα ανάλογα τον τρέχοντα αριθμό των επιβατών (αυτό γίνεται εφικτό μέσω αισθητήρων φορτίου στους άξονες) καθώς και η ανάλογη ρύθμιση της έντασης του αέρα από τους αεραγωγούς.
Ο έλεγχος της θερμοκρασίας στον χώρο εργασίας του οδηγού γίνεται ξεχωριστά και με μια εντελώς διαφορετική στρατηγική, λαμβάνοντας υπόψη ότι ο οδηγός περνά πολλές ώρες μέσα στο λεωφορείο. Άρα οι προσδοκίες για ακρίβεια στις θερμοκρασίες είναι μεγαλύτερες σε σχέση με τον θάλαμο επιβατών, όπου οι επιβάτες διαμένουν για πολύ μικρό διάστημα και πάντα ντυμένοι ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες.
Μελέτη στις λεπτομέρειες
Οι μηχανικοί του κατασκευαστή υπολογίζουν ότι οι ενεργειακές ανάγκες του eCitaro για το σύστημα ψύξης / θέρμανσης είναι μειωμένες κατά 40% σε σχέση με μια πετρελαιοκίνητη έκδοση, ακόμα και κάτω από τις πιο αντίξοες καιρικές συνθήκες. Έχει προβλεφθεί ακόμα και η δυνατότητα ψύξης των μπαταριών της οροφής όταν η εξωτερική θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι πολύ υψηλή. Και αυτό εξασφαλίζει ότι οι μπαταρίες θα λειτουργούν πάντα εντός του πιο «αποδοτικού» φάσματος θερμοκρασιών, με ότι αυτό συνεπάγεται για την εξασφάλιση της υψηλής αυτονομίας αλλά και του κύκλου ζωής των μπαταριών.
Η ηλεκτρική έκδοση του Citaro έχει περάσει με επιτυχία όλες τις δοκιμές αντοχής (σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος από -15 έως και πάνω από 30 βαθμούς Κελσίου), όπως οποιαδήποτε άλλη έκδοση του λεωφορείου. Όλα τα επί μέρους συστήματα έχουν ελεγχθεί ξεχωριστά αλλά και σε αλληλεπίδραση μεταξύ τους προκειμένου να επιτευχθεί η κορυφαία αξιοπιστία που χαρακτηρίζει τα οχήματα της Mercedes-Benz.
Εν τω μεταξύ, τα στοιχεία που δίνει ο κατασκευαστής σχετικά με την αυτονομία του ηλεκτρικού, αστικού λεωφορείου αφορούν στο… χειρότερο σενάριο. Σύμφωνα με αυτό, το eCitaro μπορεί να διανύσει τουλάχιστον 150 χιλιόμετρα τους καλοκαιρινούς μήνες, κάτι που το καθιστά ικανό να καλύψει ήδη δρομολόγια στον αστικό ιστό χωρίς ανάγκη φόρτισης.
Η ηλεκτρική κινητικότητα στην πόλη, αποτελεί τμήμα μιας γενικότερης φιλοσοφίας της Daimler που εξετάζει τον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα αστικά λεωφορεία. Για αυτό και η μάρκα είναι σε θέση να παρέχει, όχι μόνο ένα νέο σύστημα κίνησης (το ηλεκτρικό) αλλά ταυτόχρονα ένα ολοκληρωμένο σύστημα που περιλαμβάνει υπηρεσίες συμβουλών από εμπερογνώμονες (eConsulting), ακόμα και πριν γίνει οποιαδήποτε αγορά από τον πελάτη. Ειδικοί αναλύουν τις διάφορες διαδρομές, «τρέχουν» ένα πρόγραμμα προσομοίωσης, υπολογίζουν τις ενεργειακές ανάγκες και προτείνουν με λεπτομέρειες τι ακριβώς χρειάζεται ο υποψήφιος αγοραστής του eCitaro σε επίπεδο υποδομών τροφοδοσίας και κατανάλωσης ενέργειας. Είναι προφανές ότι ο αριθμός των ενοτήτων μπαταριών που θα επιλεγεί τελικά στην κάθε περίπτωση eCitaro επηρεάζει αφενός το συνολικό βάρος του οχήματος και άρα τον αριθμό επιβατών και αφετέρου την αυτονομία κίνησης και φυσικά τον χρόνο φόρτισης.
Ένα ηλεκτρικό Citaro, με τον μέγιστο αριθμό μπαταριών και τον βασικό εξοπλισμό ζυγίζει περίπου 13,7 τόνους ενώ το μικτό βάρος ανέρχεται στους 19,5 τόνους. Αυτό αντιστοιχεί σε ένα ωφέλιμο φορτίο 5,8 τόνων ή περίπου 80 επιβατών.
Το λεωφορείο είναι διαθέσιμο με δύο ή τρεις πόρτες ενώ στο εσωτερικό του παραμένει χωροταξικά αμετάβλητο σε σύγκριση με ένα «συμβατικό» Citaro. Επιπλέον, εξακολουθεί να είναι ένα πλήρως παραμετροποιήσιμο αστικό λεωφορείο όσον αφορά στον επί μέρους εξοπλισμό συστημάτων άνεσης και ασφάλειας.
Το Γλωσσάρι ενός ηλεκτρικού λεωφορείου
Κύτταρα (κελιά) μπαταριών: Τα κελιά μπαταριών ιόντων λιθίου μπορούν να λάβουν διάφορες μορφές όπως κυλινδρικά, πρισματικά ή θήκες. Στην Mercedes-Benz έχουν επιλέξει να χρησιμοποιούν κελιά πρισματικής μορφής.
Ηλεκτροκινητήρας: Ενώ ένας κινητήρας εσωτερική καύσεως μετατρέπει το υγρό ή το αέριο καύσιμο σε μηχανική ενέργεια, το ηλεκτρικό μοτέρ μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική. Ενεργοποιούμενα πηνία παράγουν μαγνητικά πεδία με αντίρροπες δυνάμεις που δημιουργούν περιστροφική κίνηση. Η Mercedes-Benz χρησιμοποιεί υδρόψυκτους και ασύγχρονους κινητήρες που είναι στιβαροί, ανθεκτικοί και εξαιρετικά αποδοτικοί.
Μηδενικές εκπομπές ρύπων: Όλα τα ηλεκτρικά οχήματα δεν εκπέμπουν κανένα είδος καυσαερίου κατά την λειτουργία τους. Ανάλογα βέβαια με το πώς παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιούν, δημιουργούν περεταίρω ανάγκες σε άνθρακα ή φυσικό αέριο για την παραγωγή της ενέργειας αυτής. Ως εκ τούτου «ρυπαίνουν» εμμέσως το περιβάλλον.
Βάθος εκφόρτισης: Αυτή η μέτρηση περιγράφει τον βαθμό στον οποίο μια μπαταρία αδειάζει σε σχέση με την συνολική χωρητικότητά της. Μια πολύ βαθειά εκφόρτιση, θα αυξήσει την αυτονομία αλλά θα έχει αρνητικές επιπτώσεις στην διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Στην περίπτωση του eCitaro ο πελάτης μπορεί να επιλέξει το βάθος εκφόρτισης για συγκεκριμένη εφαρμογή δρομολογίου.
Τεχνολογία υψηλής τάσης: Ο χαρακτηρισμός αυτός αφορά οτιδήποτε πάνω από 60 volt. Όλα τα εξαρτήματα και τα καλώδια στα ηλεκτρικά οχήματα που χρησιμοποιούν συνήθως πάνω από 600 volt είναι ειδικά κατασκευασμένα για υψηλή τάση.
Πρότυπο φόρτισης ISO 15118: Αυτό διασφαλίζει την επικοινωνία ανάμεσα στο σταθμό φόρτισης και την σχετική συσκευή ελέγχου του ηλεκτρικού οχήματος. Παρέχει τη βάση για μια ενεργό και ευφυή χρέωση και είναι σημαντικό για την ορθή τιμολόγηση.
Βύσμα φόρτισης: Η βιομηχανία στην Ευρώπη ευνοεί ως πρότυπο την υποδοχή Combo 2. Είναι κατάλληλο για υψηλής τάσης φορτία και ταχεία φόρτιση, επιτρέποντας μια δύναμη φόρτισης έως 150 kW και 200 A.
Μπαταρία εξισορρόπησης: Διατηρεί όλα τα κελιά μιας μπαταρίας στο ίδιο επίπεδο τάσης, έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η αποτελεσματική λειτουργία και η μεγάλη διάρκεια ζωής.
Μετατροπέας: Ονομάζεται αλλιώς και μετασχηματιστής τάσης και μετατρέπει το συνεχές ρεύμα που παρέχουν οι μπαταρίες, σε εναλλασσόμενο ρεύμα που χρησιμοποιούν οι ηλεκτροκινητήρες.
Μπαταρία ιόντων λιθίου: Είναι μια επαναφορτιζόμενη ενεργειακή συσκευή αποθήκευσης. Μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια της φόρτισης σε χημική ενέργεια και στην συνέχεια την απελευθερώνει και πάλι με την μορφή της ηλεκτρικής ενέργειας. Οι εν λόγω μπαταρίες φημίζονται για την υψηλής τους ενεργειακή πυκνότητα.
Παντογράφος: Συσκευή που τοποθετείται ως αναπόσπαστο στοιχείο στην οροφή του λεωφορείου και χρησιμοποιείται για να περάσει το ηλεκτρικό ρεύμα από ένα σταθμό φόρτισης στο όχημα. Πρόκειται για έναν διαφορετικό τρόπο φόρτισης των μπαταριών σε σχέση με το βύσμα φόρτισης.
Μετρητής ισχύος: Όργανο στον πίνακα οργάνων, που αντικαθιστά το στροφόμετρο και δείχνει σε πραγματικό χρόνο την παραγόμενη ισχύ από την γραμμή μετάδοσης. Κατά τη διάρκεια της πέδησης δείχνει το επίπεδο ανάκτησης της ενέργειας.
Αντλία θερμότητας: Εκμεταλλεύεται τις φυσικές συνέπειες της μετατροπής των υγρών σε αέριο ή το αντίστροφο και χρησιμοποιείται ως εναλλακτική πηγή εξοικονόμησης ενέργειας για τις ανάγκες θέρμανσης ή ψύξης του οχήματος.
