מהפכה שקטה

היעד השאפתני של הרגולטורים במרבית מדינות העולם הוא לעבור במהירות לתחבורה ציבורית נקייה המבוססת על הפעלה חשמלית. אוטובוס חשמלי לא מזהם את הסביבה האורבנית הצפופה ופעולתו שקטה וחסכונית באנרגיה. מנגד, הסוללות כבדות ויקרות, חסרות תשתיות טעינה ולפיכך טווח הנסיעה קצר למדי. לאלה מתווסף המחיר הגבוה של הרכב, שמושפע בעיקר מגודל הסוללות.
החלפת צי אוטובוסים כדי להשיג יעדי חשמול היא משימה מורכבת בגלל שני נושאים הקשורים זה בזה. הראשון נוגע לתזמון הרכישות של האוטובוסים החשמליים. מחירי הסוללות צנחו בעשור האחרון, ואילו קיבולת האנרגיה של הסוללות (שמשפיעות על טווחי הנסיעה) ותוחלת החיים של הסוללה, השתפרו. אלא שדווקא השיפורים הטכנולוגיים עלולים להשפיע בכיוון ההפוך. השיפורים בסוללות עשויים לעודד חברות תחבורה ציבורית לא למהר לרכוש אוטובוסים חשמליים כדי ליהנות מעלויות רכישה נמוכות. במילים אחרות, באמצעות המתנה החברות יכולות להימנע מהחמצת שיפורים טכנולוגיים. לעומת זאת העלויות של האנרגיה והתחזוקה של אוטובוסים חשמליים כבר ידועות כמניבות חיסכון ניכר בהשוואה לאוטובוסים המונעים בדיזל, וחיסכון זה עתיד לגדול אם מחירי הסולר יעלו. קשה לחזות את מחיריהן העתידיים של הסוללות, את השיפורים הטכנולוגיים ומחירי הדלק. בכל אלה יש מידה לא מבוטלת של אי ודאות.
הנושא השני קשור לבחירת האוטובוס. לדוגמה, חברת תחבורה ציבורית שמעוניינת לרכוש אוטובוסים, נדרשת לשקול אוטובוסים עם סוללות גדולות, כבדות ויקרות, שיאפשרו נסיעה לטווח סביר ללא טעינה, או אוטובוסים עם סוללות קטנות, מותאמות למסלולים קצרים, עם טעינה תוך-יומית, שעלותם נמוכה יותר, אך בדרך כלל תידרש השקעה בתשתית טעינה בדרך. בעניין זה יש לשקול את סוג תשתית הטעינה. הבחירה באוטובוס נקשרת גם לעלות הרכישה והתחזוקה של הרכבים ולמספר הנוסעים שהם יכולים לשאת.

טעינה תוך כדי תנועה

אלטרנטיבות אופייניות לטעינה חוזרת של אוטובוסים חשמליים הן תחנות טעינה Plug-in מהירות, מטעני פנטוגרף (עיליים) ומטענים אינדוקטיביים (אלחוטיים). לכל אחת מהאפשרויות האלו יש יתרונות וחסרונות, וההחלטה מורכבת מאוד.
יש אלטרנטיבת ביניים המשלבת את התכונות הטובות ביותר מכל העולמות של תחבורה ציבורית חשמלית: טעינה בתנועה, IMC (In Motion Charging). לאוטובוס עם IMC יש סוללה קטנה, המאפשרת נסיעה של מספר קילומטרים ללא טעינה. באוטובוס מותקן מנגנון לטעינה מחדש בזמן נסיעה באמצעות כבל חשמלי. הפתרון הזה מצריך אמנם תשתית חשמל לטעינה, אך לא כולה מהנתיב. בחברת איווקו טוענים כי כבל תשתית הטעינה נדרש רק ב-60 עד 75 אחוזים ממסלול הנסיעה. נתון זה עשוי להיראות גבוה. ישנם מספר מקומות בארצות הברית שבהם אוטובוסים יכולים לנסוע בסיוע כבל מטען חשמלי אחד, ואז להסתעף לרחובות משניים שאינם מצוידים בתשתית טעינה. טעינה תוך כדי תנועה נדירה מאוד בארצות הברית, אולם באירופה היא שכיחה יותר, ובפרט בשוויץ, שם מרבית החשמל מופקת מאנרגיה מתחדשת (בעיקר מערכות הידרו-אלקטריות).

במובנים רבים, הטכנולוגיה והייתכנות של אוטובוס חשמלי נראים בשלים דיים למציאות של 2020. התחבורה אחראית לרבע מהפליטות המזהמות העולמיות, וכמוּתה גדלה מהר יותר מאשר בכל מגזר אחר. אוטובוסים הם רק חלק קטן מצי הרכב העולמי, אך השפעתם על הסביבה גדולה. הדבר נובע חלקית מזיהום הסביבה האורבנית. לדוגמה, צי האוטובוסים של בוגוטה מהווה רק חמישה אחוזים מכלל כלי הרכב בעיר, אך הוא פולט כרבע מפליטות הפחמן בעיר ובפרבריה, 40 אחוזים מהתחמוצת החנקן ויותר ממחצית החלקיקים (PM - חלקיקי פיח זעירים). מכיוון שאוטובוסים פועלים במקומות שאנשים מרוכזים בהם, ההשפעה בהם מרוכזת ומזיקה.

”   חלק מהאוטובוסים החשמליים בלונדון יפיקו צליל מלאכותי כבר השנה, כדי להזהיר אנשים על הגעתם ובכך להפחית את הסיכון לתאונות. הרעש המלאכותי אינו אחיד. הקצב והעוצמה תלויים במאפייני הנסיעה הרגעיים - התחלת נסיעה, עצירה או נסיעה בכביש   “

אוטובוסים חשמליים טובים לסביבה. הם נעימים - פחות רעידות ורעש - ובעלי אפס פליטה. בטווח הארוך עלויות ההפעלה שלהם נמוכות למדי. המנועים החשמליים יעילים וקלים לתחזוקה. אם כן הגיוני שמכירותיהם גדלו אשתקד ב-32 אחוזים. כיום 17 אחוזים מהאוטובוסים בעולם הם חשמליים - 425,000 יחידות, אבל 99 אחוזים מהם נמצאים בסין, שם יש עדיפות לאומית ברורה לכל סוגי הרכב החשמלי.
כמה ערים בארצות הברית קנו אוטובוסים חשמליים, או לפחות מנהלות ניסויים מוגבלים, כדי לבדוק אותם. קליפורניה הודיעה, כי עד שנת 2029 כל האוטובוסים שירכשו חברות התחבורה הציבוריות בתחומה יהיו בעלי פליטה אפסית. אבל בהתחשב בכל היתרונות של האוטובוסים החשמליים, הם כבר מהווים אתגר לא קל לענף המסורתי. המעבר מדיזל לחשמל הוא לא פחות ממהפכה דרמטית.
ב-Bloomberg New Energy Finance, חברה שעוסקת במחקר ובמימון של רכישות בענפים תחבורה ותעשייה במפעלים באמצעות אנרגיה מתחדשת, טוענים שפחות מ-60 אחוזים מכל ציי האוטובוסים יהיו חשמליים עד שנת 2040. זאת לעומת פחות מ-40 אחוזים מהרכבים המסחריים הקלים ו-30 אחוזים מהרכבים הפרטיים.

הרעש של האוטובוסים החשמליים

כללי האיחוד האירופי החדשים מחייבים לייצר רכבים חשמליים עם רעש כלשהו בעת נסיעה במהירות נמוכה כדי לפצות על היעדר הרעש הנובע ממנוע בעירה. הכללים משפיעים גם על בריטניה, למרות שהיא כבר בעיצומו של תהליך הפרישה מהאיחוד האירופי.
הפקת הצליל המלאכותי, המכונה AVAS, אומצה באוטובוסים חשמליים שנוסעים וייסעו בלונדון. הצליל עצמו - קומפוזיציה אלקטרונית - הוא לולאה קצרה שמושמעת ללא הפסקה כאשר האוטובוס פועל. כאשר הוא נייח, מושמע ברציפות אקורד רך (מבחינה טכנית, F # maj7) ומתווספים אליו שני פולסים קצביים. כאשר האוטובוס מתחיל לנוע, מושמעים שלושה  צלילים זהים וקצרים (תו C), פעם אחת לאורך כל מסלול הנסיעה.

”    לאוטובוס עם IMC יש סוללה קטנה, המאפשרת נסיעה של מספר קילומטרים ללא טעינה. באוטובוס מותקן מנגנון לטעינה מחדש בזמן נסיעה באמצעות כבל חשמלי. הפתרון הזה מצריך אמנם תשתית חשמל לטעינה, אך לא כולה מהנתיב   “

חלק מהאוטובוסים החשמליים בלונדון יפיקו צליל מלאכותי כבר השנה, כדי להזהיר אנשים על הגעתם ובכך להפחית את הסיכון לתאונות. הרעש המלאכותי (מכונה מערכת התראת רכב אקוסטית) פותח על ידי זליג סאונד (Zelig Sound), תוך שיתוף פעולה עם רשות התחבורה הציבורית בלונדון, TfL. הרעש אינו אחיד. הקצב והעוצמה תלויים במאפייני הנסיעה הרגעיים - התחלת נסיעה, עצירה או נסיעה בכביש. רשות התחבורה הציבורית מריצה את הצלילים מספר חודשים באזור טוטנהאם בסביבה של מאה אוטובוסים בערך הפועלים במגוון קווים. המערכת תיצור רעש שיישמע מחוץ לאוטובוסים החשמליים בעת נסיעה במהירות של פחות מ-20 קמ"ש. הרעש אמור להיות בעוצמה של 56 דציבלים, כנדרש על פי התקינה האירופית.
בנושא זה יש לציין מחקר של משרד התחבורה האמריקני, שהעלה שהסיכוי להיפגע ממכונית חשמלית או היברידית גבוה ב-40% מהסיכוי להיפגע ממכונית עם מנוע בנזין/דיזל שיוצר רעש "טבעי". במהירויות גבוהות יותר, מעל 20 קמ"ש, די ברעש מהצמיגים ובחיכוך של האוויר בגוף האוטובוס כדי לשמוע את הרכב מגיע.

מזג אוויר חריג וטווח נסיעה

למזג אוויר קר במיוחד או חם במיוחד יש השפעה ניכרת על תפקוד האוטובוסים החשמליים. בניסוי שהתקיים במינסוטה נמצא ש-70% מאנרגיית החשמל של הסוללה נדרשו לחימום האוטובוס בחורף הקפוא, ורק 30 אחוזים שימשו לתנועה אפקטיבית. יש לכך השפעה על טווח הנסיעה בין טעינה לטעינה. בערים נוספות שהופעלו בהן אוטובוסים חשמליים דווח על ביצועים גרועים של הסוללה בקור ובשלג. גם דיווחים ממדינות חמות (כגון פניקס בארצות הברית) מלמדים כי האוטובוסים לא התנהלו היטב בחום הקיץ בשל הדרישות של מערכות מיזוג האוויר שצורכות אנרגיה רבה.
המרכז לתחבורה ואיכות הסביבה (CTE), ארגון אמריקני ללא מטרות רווח, שנועד להפחית את הפגיעה באקלים באמצעות תחבורה נקייה, יעילה ובת קיימא, קיים מחקר שמספק תשובה: טמפרטורה סביבתית בין 0 ל-5 מעלות צלזיוס מקטינה את טווח הנסיעה בשיעור של עד 38 אחוזים באוטובוסים חשמליים עם סוללה. הירידה בטווח הנסיעה צנועה יותר, בשיעור של עד 23 אחוז, באוטובוסים המופעלים עם מנוע תאי דלק, המשתמש במימן להפקת אנרגיה חשמלית.

מה עושים עם סוללות ישנות?

הייצור ההמוני של כלי רכב חשמליים טומן בחובו אפשרויות ואתגרים רבים. קבוצת פולקסווגן, חטיבת האוטובוסים של מאן וחברת VHH (מפעילת תחבורה ציבורית באזור המבורג) בודקות יחד אם אפשר להפיח רוח חיים בסוללות הרכב הישנות. בשלב זה שלוש החברות בודקות כיצד סוללות חשמליות משומשות פועלות במחזור חיים שני, לאחר שכבר שימשו כסוללות ברכב. במחזור החיים השני הסוללות מיועדות לשמש כמערכת לאחסון אנרגיה נייחת. יש כאן אפשרות למצב של WIN-WIN. העולם זקוק למאגרי אנרגיה חשמליים, ובד בבד יותר ויותר ענפים זונחים מקורות אנרגיה מזהמים לטובת אנרגיה חשמלית. סוללות ישנות, שאולי אינן מתאימות עוד לענף הרכב, יכולות לשמש כלי קיבולת לאנרגיה חשמלית. התפקוד והקיבולת לא יהיו כמו של סוללות חדשות, אבל הם עשויים להספיק. מעבר לכך, סוללות חדשות יקרות, כך גם מיחזור פסולת של סוללות ישנות, ובתום חייהן הן מהוות מפגע סביבתי. התוצאה הסופית היא שאם אפשר להאריך את חיי הסוללות בשימוש כלשהו, הדבר ייטיב עם כולם.

”   העולם זקוק למאגרי אנרגיה חשמליים, ובד בבד יותר ויותר ענפים זונחים מקורות אנרגיה מזהמים לטובת אנרגיה חשמלית. סוללות ישנות, שאולי אינן מתאימות עוד לענף הרכב, יכולות לשמש כלי קיבולת לאנרגיה חשמלית   “

המיזם של פולקסווגן, מאן ו-VHH מיועד לבחון את תפקוד הסוללות המשומשות בתנאי הפעלה במציאות אמיתית. לשם כך הקימו החברות מכולה בהספק סוללות כולל של 500 קוט"ש, המחובר למסוף המשמש לטעינת הרשת. במכולה יש 50 מצברי רכב משומשים המשולבים יחד ליצירת מערכת אחסון אחת. הפרויקט המשותף מתבצע בהמבורג, במתחם האוטובוסים של VHH. שם נמצאת המכולה. הסוללות הותקנו בעבר ברכבים פולקסווגן פאסאט ו-GTE. לכל סוללה יש קיבולת נומינלית של 9.9 קוט"ש, כלומר לכל המצברים יחד יש הספק כולל של 495 קוט"ש, כחצי מגה ואט. הסוללות מותקנות על גבי מתלים, ואז מחוברות זו לזו דרך מערכת ניהול אנרגיה ליצירת מצבר גדול. יעד אחד של הפרויקט הוא לבחון קונספט חדשני של "אחסון סוללות גמיש" המאפשר החלפת סוללות.
סטפן סהלמן, ראש חברת פתרונות תעבורה של מאן, סבור ש"שימוש שני בסוללות הוא נושא חשוב ביותר בשל החשמול ההולך וגובר של הניידות בכללותה, והפיכת כל התחבורה לנקייה ובת-קיימא. במאן בודקים תרחישים באמצעות מערכת האחסון הגדולה כדי לייעל את צריכת החשמל במתחם VHH. נבדקות דרכים לניצול משופר של הרשת ולהפחתת עומסי שיא בצריכת החשמל שנוצרים בעת טעינת האוטובוסים החשמליים. שיטת ההפחתה של נקודות השיא עשויה לתרום לקיבולת ולהרחבת אפשרויות הטעינה. השותפים לפרויקט בוחנים גם ממצאים חדשים על התנהגות המצברים בעת הזדקנותם ומערכות לניהול סוללות יעיל, וכן נבחנים מחזורי החיים של טכנולוגיות סוללה עתידיות.