Elektromobilita v praxi: Elektrické autobusy

Trolejbus je tradičním elektrickým autobusem s úctyhodnou historií. Nic na tom nemění skutečnost, že v právním smyslu jde o drážní vozidlo. Přinejmenším po části své trasy jsou totiž trolejbusy vedeny pevnou trolejovou dráhou s výhybkami, kříženími a dalšími provozními aspekty typickými pro drážní dopravu. Na českém území se trolejbus (tehdy ještě dost nepodobný tomu dnešnímu) poprvé objevil v provozu již před první světovou válkou v Českých Budějovicích.

Úskalím a pověstnou Achillovou patou trolejbusů vždy byla jejich závislost na trolejové infrastruktuře, s mnohdy komplikovanými výhybkami a křížením, nemalými souvisejícími náklady a zranitelností provozu v případě oprav na silnici.

Snaha učinit trolejbus alespoň částečně nezávislým na trolejích vedla k přidání vozidlového diesel-agregátu. Toto řešen leckde slouží dodnes. Jenže režim „start – krátký chod – stop“ je z hlediska spotřeby spalovacího motoru, a následně vyprodukovaných emisí, ten nejhorší. Při takovémto krátkém pojíždění tak spotřeba u těchto trolejbusů může činit v přepočtu i 50 až 100 l/100 km.

Situace se rychle změnila s vývojem baterií a příležitostí, které moderní lithiové baterie nabízejí. Vznikl tak parciální trolejbus. Dnes se bateriový zásobník energie u trolejbusů ve světě stává standardem, spíše než výjimkou. Lze bez nadsázky říci, že baterie daly trolejbusům, pro někoho zdánlivě za zenitem, nový život.

Podle záměrů dopravce se volí kapacita baterií. Bateriový zásobník může sloužit jen proto, aby bylo možné eliminovat složitá křížení nebo při poruše troleje dojet vlastními silami do vozovny. Mohou ale také sloužit pro pokrytí významné části trasy (a to i 50 %) nezávislou jízdou na baterie, a tedy významně uspořit investiční náklady na trolejovou infrastrukturu. Ve světě průběžně sledujeme snahu prodlužovat dojezd bez trolejí na samé hranice aktuálních technických možností.

Baterie se dobíjejí během jízdy i při stání. Právě dobíjení při stání představuje technickou výzvu: Sběrače trolejbusu se při odběru energie zahřívají, přičemž za jízdy jsou přirozeně chlazeny obtékajícím vzduchem. Při statickém dobíjení však toto přirozené chlazení nefunguje. Tento problém je třeba řešit patřičně robustní konstrukcí sběračů a trolejové infrastruktury, aby nedošlo k přílišnému zahřátí a následnému tavení.

Ve světě nacházejí trolejbusy využití zejména pro velkokapacitní přepravu. Výjimkou proto nejsou dvou- i tříčlánkové trolejbusy.

Prvním tříčlánkovým trolejbusem provozovaným v ČR je typ Škoda-Solaris 24m pro 180 cestujících, nasazený od března 2024 na lince mezi nádražím Veleslavín a pražským Letištěm Václava Havla. Linku provozuje Dopravní podnik hl. m. Prahy (DPP). Trolejbus je 24,7 m dlouhý s pěti dveřmi.

Trolejové vedení o délce 11,5 km v úseku Nádraží Veleslavín–Terminál 3 pokrývá cca polovinu celé trolejbusové trasy. Mezi zastávkami Terminál 3 a Letiště jezdí trolejbusy na baterie. V obratištích na Letišti Václava Havla Praha a na Nádraží Veleslavín jsou nabíjecí stání, kde se trolejbusy mohou během své provozní přestávky nabíjet.

Tato trolejbusová linka č. 59 nahradila permanentně přetíženou autobusovou linku č. 119. Praha tak zvýšila přepravní kapacitu na lince o cca 30 % při zachování stejného jízdního řádu. Kromě toho ročně ušetří stovky tisíc litrů nafty a sníží emise CO2 zhruba o 1300 tun.

A mohu-li posloužit vlastní zkušeností, svezení je příjemné a spolehlivé. Co víc si od hromadné dopravy přát.

Elektrobusy s bateriovými zásobníky energie jsou v současné době ve světě nejrozšířenějším druhem elektrických autobusů. Jejich počty se pohybují ve stovkách tisíc, z toho nejvíce v Číně. Evropská města v důsledku svých klimatických závazků nyní postupně elektrifikují své autobusové parky MHD ve velkých sériích čítajících desítky i stovky těchto vozidel.

Elektrobusy využívají v současné době dva základní koncepty podle dojezdu na jedno nabití baterií:

Prvním je tzv. noční elektrobus, dobíjený jednou denně po dobu několika hodin ze zásuvky, s kapacitou baterií dostačující na jednu směnu. Reálný dojezd na jedno nabití bývá (podle místních podmínek a spotřeby všech pomocných zařízení) cca 160 až 200 km.

Druhým je průběžně dobíjený elektrobus, zpravidla kombinující noční pomalé dobíjení (nejčastěji, ale nejen ze zásuvky) po dobu kratší, než u „nočního“ elektrobusu, a automatizované rychlé dobíjení na trase vysokými nabíjecími výkony, obvykle ze standardizované nabíjecí konzole po dobu několika jednotek minut. Reálný dojezd na jedno rychlé nabití obvykle činí řádově několik desítek kilometrů, denní provoz tímto systémem je prakticky neomezený.

Je zřejmé, že průběžně dobíjený elektrobus potřebuje méně baterií, a mohl by tedy být levnější na pořízení a provoz. Jeho úskalím je závislost na dobíjení na trase. To může být problém, pokud se například nepodaří dojet k nabíjecímu místu včas. Také investice do nabíjecích stojanů na trase nejsou právě malé a někdy také plány na jejich instalaci mohou kapitulovat před razítky památkářů. To nahrává trendu zvětšovat kapacitu baterií u „nočních“ elektrobusů, a tím prodlužovat dojezd na jedno nabití, přestože je takovéto počínání z čistě energetického pohledu méně efektivní než nasazení průběžně dobíjených elektrobusů. Zkrátka i zde platí, že je vždy něco za něco.

Průkopníkem bateriových elektrobusů v Česku je Dopravní podnik Ostrava (DPO), jehož čtyři elektrobusy SOR pro 18 sedících a 66 stojících cestujících byly nasazeny do linkového provozu v letech 2010 až 2011. Ke cti těmto zasloužilým pionýrům slouží, že dva z nich prý stále fungují na linkách DPO, i když dnes již spíše příležitostně.

Jejich baterie vystačí s potřebnou rezervou na průměrný dojezd s cestujícími cca 140 až 160 km (podle míry vybití baterií). Elektrobusy jsou proto využívány v provozu na dělených směnách mezi dopravními špičkami, dobíjení probíhá během polední přestávky.

Druhým ostravským prvenstvím je průběžné dobíjení pomocí invertovaného („obráceného“) pantografu pro čtyřpólové dobíjení (tj. dva silové póly, zemnicí pól a řídicí pól) evropského standardu panto-down, známého častěji jako OppCharge. Park takto nabíjených ostravských elektrobusů zahrnuje vozidla od dvou výrobců nabíjená z infrastruktury od dvou různých dodavatelů. Poprvé v Česku tak v této oblasti funguje interoperabilita, tedy schopnost různých vozidel používat různá nabíjecí zařízení díky technické standardizaci.

Na evropském trhu jsou nabízeny také elektrobusy vybavené superkapacitory, tedy kondenzátory o velkém objemu uchovávaného elektrického náboje, jako zásobníky energie. Superkapacitory jsou oproti bateriím v mnoha ohledech bezpečnější a odolnější. Kvůli malé hustotě energie oproti bateriím se však jejich využití u elektrických autobusů omezuje na režim průběžného dobíjení. V této podobě se s nimi lze setkat například v bulharské Sofii, srbském Bělehradě nebo izraelském Tel Avivu.

Palivočlánkové elektrické autobusy používají jako zdroj energie vodíkový palivový článek v kombinaci s bateriemi. Existují dvě koncepce palivočlánkového pohonu: Buď je palivový článek hlavním zdrojem energie a baterie vyrovnává výkyvy v okamžité spotřebě, nebo palivový článek dobíjí baterii jako hlavní zdroj energie.

O palivových článcích jako zdroji energie pro pohon a jejich ekonomice byla řeč v úvodním článku této série.

Co je tam řečeno obecně, platí i pro palivočlánkové autobusy. Vývoj vozidel a palivočlánkových jednotek kráčí rychle kupředu, takže se zvolna dostávají do momentu, kdy si nezadají s čistě bateriovými pohony, oproti kterým nabízejí významně delší dojezd. Problémem je však závislost na vodíkové plnicí infrastruktuře a prozatím značně vysoká cena vodíku. To vše se odráží mj. ve významně menších počtech těchto elektrobusů ve světě oproti čistě bateriovým pohonům.

V Česku se historie palivočlánkových autobusů začala psát už v roce 2008. Tehdy byl jako demonstrační projekt v gesci ÚJV Řež zkonstruován trojitě hybridní elektrický autobus TriHyBus, používající jako zdroj energie pro pohon kombinaci palivového článku, baterií a superkapacitorů, o nichž je zmínka výše. Vedle demonstračních jízd příležitostně sloužil i na linkách neratovické MHD.

Sériové palivočlánkové autobusy od různých výrobců jsou od té doby krátkodobě testovány různými českými dopravci.

První český komplexní projekt palivočlánkových autobusů a jejich infrastruktury byl zahájen v srpnu 2024 ve Středočeském kraji. V jeho rámci by od konce roku 2025 mělo vyjet na linky v kopcovité krajině Brd deset palivočlánkových autobusů. Jejich vodíkové hospodářství zahrnuje elektrolyzér zásobovaný energií z vodní elektrárny Vrané nad Vltavou, dva zásobníky a plnicí stanici. Půjde tak o výrobu tzv. zeleného vodíku. (Tímto se omlouvám žákům základních škol za zmatky – vodík je přece bezbarvý. Ale já si to nevymyslel.)

Cílem projektu je prověřit provozní možnosti palivočlánkových autobusů na příměstských linkách vedených členitým terénem, kde bateriové elektrobusy narážejí na svá konstrukční a provozní omezení.

Poznámka

Tento článek čerpá z populárně naučné publikace Elektromobilita v praxi, kterou jsem napsal spolu se svojí kolegyní a manželkou Pavlou Slavíkovou. Publikace je volně ke stažení zde: https://www.smartcityvpraxi.cz/rozhovory_komentare_253.php