Hol (nem) érdemes villamos meghajtásra áttérni: indokok és fizikai korlátok

A modern közlekedésfejlesztés és a zöld átállás körüli diskurzust napjainkban aránytalanul nagy mértékben dominálja a személygépjárművek elektrifikációja. Az elmúlt évtized statisztikái és a felhasználói tapasztalatok mára egyértelműen kijelölték az akkumulátoros elektromos járművek lakossági felhasználásának határait. Ismert és tudományosan is jól definiálható tény, hogy a jelenlegi infrastrukturális és technológiai paraméterek mellett kinek optimális választás egy elektromos személyautó (napi szinten ingázó, dedikált otthoni töltési lehetőséggel rendelkező felhasználók), és kinek jelent kompromisszumot (kiszámíthatatlanul, hosszú távokat utazó, kizárólag a nyilvános töltőhálózatra utalt rétegek). Ez persze országonként, sőt azon belül régiónként is szélsőségesen változik.

Létezik azonban a közlekedésnek és az iparnak egy olyan, a laikus közvélemény számára kevésbé látható szegmense, ahol az elektrifikáció nem csupán alternatíva, hanem fizikai, termodinamikai és gazdasági szempontból is szinte kötelező érvényű irány (lenne). A haszongépjárművek piacán a beszerzési döntéseket az operációs hatékonyság és a teljes birtoklási költség (Total Cost of Ownership – TCO) vezérli. Ezúttal azon területekről hozok néhány példát, ahol a villanymotorok specifikus tulajdonságai megkérdőjelezhetetlen előnyöket biztosítanak, nem elhallgatva azokat a fizikai korlátokat sem, amelyek behatárolják a technológia jelenlegi alkalmazhatóságát.

A kiszámíthatóság és a regeneratív fékezés kihasználása: városi forgalom

A városi környezet, a sűrű megállásokkal és elindulásokkal a belső égésű motorok számára a legkedvezőtlenebb üzemállapotot jelenti. Ezzel szemben az elektromos hajtáslánc itt nyújtja a legkiemelkedőbb teljesítményt.

Városi közösségi közlekedés (elektromos buszok)

Fotó: BKK

Ezen esetekben az útvonal és a menetrend méterre és percre pontosan ismert, ami abszolút prediktivitást biztosít. A gyakori megállások során a mozgási energia nem vész el hő formájában a fékeken, hanem a rekuperáció (fékenergia-visszanyerés) révén visszatöltődik az akkumulátorba. A járművek töltése éjszaka, a központi depókban menedzselhető. Mindezeken felül további kritikus előny a lokális emisszió és a zajszennyezés megszüntetése a sűrűn lakott területeken, vagy akár megállókban, pályaudvarokon is. A hazai forgalomban ezek megjelenéséről több cikkünkben is írtunk már.

Történelmi lépés: teljesen elektromos buszokra váltott egy európai főváros

Városi logisztika és „utolsó kilométeres” kiszállítás

A csendes és tiszta belvárosi áruszállítás alapja a GLS-nél a VW eCrafter. (fotó: GLS)

A kis teherszállító, csomagküldő vagy kommunális (pl. hulladékszállító, közterület-takarító) járművek napi futásteljesítménye alacsony, útvonaluk tervezhető. A villanymotor kiemelkedő (90% feletti) hatásfoka révén az operációs költségek töredékei a dízelüzemű alternatíváknak. Ezen felül, ezen járművek napi használatánál is az állandó megállás, leállítás, indítás mind-mind a villanymotor használata mellett szólnak.

Az üresjárati veszteségek felszámolása: építőipar és mellékhajtások

Az építőipari járművek speciális felépítményei (pl. daruk, betonkeverők) folyamatos energiaellátást igényelnek, ami a hagyományos járművek esetében drasztikus hatásfokvesztéssel jár.

A belső égésű motoroknak a munkavégzés vagy a várakozás teljes ideje alatt üzemelniük kell a mellékhajtás(ok) biztosításához. Az elektromos hajtás esetében a felépítményt egy dedikált villanymotor forgatja, amely csendes, és kizárólag a mechanikai munkavégzéshez szükséges energiát használja fel. Nem keletkezik üresjárati dízelfüst és zaj a munkaterületeken.

Ezen példában azonban nem hagyhatók figyelmen kívül a fizika szigorú korlátai. A jelenleg alkalmazott akkumulátorok alacsony gravimetrikus energiasűrűsége miatt a szükséges akkumulátorcsomag több tonnás többletet jelent. Mivel a gépjárművekre szigorú maximális össztömeg-korlátozások vonatkoznak, ez a súly a hasznos teherbírásból vesz el, így a járművek egyszerre kevesebb árut tudnak szállítani, rontva a profitabilitást. Ezen járműveknél a napi futási igénybevétel teljesen jól tervezhető és nem többszáz kilométeres, így nem kell a hatótáv-parától tartani. Ezen felül az esetek döntő többségében egy helyben, lakott területen végeznek munkát, ahol a villamosítással a helyi környezetszennyezés csökkenthető.

Elektromos betonszállító a gyakorlatban: Putzmeister P9G iONTRON e-mixer SANY 408P alapokon

Készenléti extrémek: az azonnali teljesítményleadás és a statikus fogyasztás

A katasztrófavédelmi, rendvédelmi és mentőszolgálati járművek esetében az elektrifikáció egészen egyedi gépészeti problémákra ad választ, miközben a redundancia hiánya súlyos akadályokat is gördít az elterjedés elé.

Tűzoltóautók és mentőgépkocsik (a hidegindítás és a dinamika kérdése)

A riasztást követően a járműveknek azonnal, maximális teljesítménnyel kell megkezdeniük a vonulást. A hagyományos dízelmotorok számára a kenés nélküli, hideg állapotban történő „padlógázas” terhelés drasztikus mechanikai kopást, élettartam-csökkenést és kiugró károsanyag-kibocsátást eredményez. Habár tűzoltó laktanyákban egyes helyeken alkalmaznak állóhelyi, gyorsan oldható rendszerfűtést, ennek kiépítése költséges. Ezzel szemben a villanymotorok számára a hőmérséklet irreleváns: az indítás pillanatában azonnal rendelkezésre áll a maximális forgatónyomaték, így a jármű mechanikai károsodás nélkül, azonnal és rendkívül dinamikusan képes gyorsítani, ami életmentő másodperceket jelenthet a városi forgalomban.

Előd és utód. fotó: LFB

Nagyobb károk felszámolásakor (erdőtűz, árvíz) a tűzoltóautóknál a helyszíni kárfelszámolás során a nagy teljesítményű vízszivattyúk órákon át tartó üzemeltetése meghaladja a jelenlegi akkumulátorok kapacitását. A mentőautók esetében a szigorú súlykorlátok (3,5 – 4,25 tonna) és az életmentő berendezések (lélegeztetők, inkubátorok) megszakítás nélküli, garantált áramellátásának igénye megkérdőjelezheti a tisztán elektromos hajtást a hosszú távú feladatoknál, mivel az akkumulátor lemerülése végzetes következményekkel járna. Természetesen a mentőautóknál sem kell állandóan többszáz kilométeres igénybevétellel számolni, így a fedélzeti rendszerek fogyasztásának ismeretében – amely a villanymotor fogyasztása mellett elhanyagolható – a kivonulások döntő többségéhez kiváló választás a villamos meghajtás.

Rendőr- és járőrautók (A „Hotel Load” probléma)

Egyes rendőrautók a műszakjuk jelentős részében álló helyzetben várakoznak, miközben a fedélzeti kommunikációs rendszerek, kamerák, fényhidak és a klímaberendezés folyamatos áramellátást (úgynevezett hotel load) igényel. A belső égésű motorok alapjáraton történő járatása ehhez rendkívül pazarló és környezetszennyező. Egy elektromos jármű nagyméretű akkumulátora ezeket a rendszereket órákig képes ellátni energiával anélkül, hogy a hajtáslánc kopna vagy lokális emisszió keletkezne.

Hátrányként az ellenzők fel tudnák hozni, hogy egy váratlan, nagy sebességű és hosszan tartó autópályás üldözés során az akkumulátor a légellenállás leküzdése miatt exponenciálisan gyorsan lemerülhet, ami a jármű taktikai bevethetőségének végét jelenti. Ilyen, akár többórás üldözésre azonban hazánkban kevés példa van.

Összegezve megállapítható, hogy az akkumulátoros elektromos hajtás a haszongépjárművek és speciális gépek piacán egy rendkívül hatékony, de szigorú keretek közé szorított technológiai eszköz. Alkalmazhatóságát nem az egyéni preferenciák, hanem a termodinamika törvényei, a gépjárművek tömegkorlátai és az adott iparág operációs profiljának kiszámíthatósága határozza meg. Ahol ezek a tényezők a fenti példák szerint együtt állnak, ott az elektrifikáció vitathatatlanul a  leglogikusabb és leghatékonyabb műszaki megoldás.

Juhász Oszvald

A természet szerelmese, akit a csendes suhanás rántott be a villanyautósok világába. Írásaiban többször visszaköszön a mélyebb kutatás iránti vonzalom is.