兩種公交系統對比:電池動力公交車進入主流

加利福尼亞州和華盛頓州的兩個公交系統利用刺激資金,率先採用一種更清潔、更環保、成本更低的交通方式


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更好的鋰離子電池使得插電式乘用車的使用量激增。現在,得益於相對便宜的電力和電動傳動系統的簡單性,電動汽車在對成本極其敏感的公共交通領域具有更大的應用潛力——這仍然是一個剛剛開始紮根的概念。

特別是,兩個主要由2009年美國復甦與再投資法案(ARRA)(更廣為人知的是刺激計劃)的撥款資助的專案,正在探索大型和小型公共交通系統在更便宜、大容量鋰離子電池的新興時代中,如何思考運營公交車的總成本及其對環境的影響的新方法。

不同的需求,相同的目標
山麓交通公司位於洛杉磯以東地區,橫跨帕薩迪納到波莫納,是一家大型公交運營商,每年在900平方公里的區域內為約1400萬名乘客提供服務。另一端的LINK交通公司位於華盛頓州的農村地區韋納奇,每年運送的乘客僅為100萬——但與山麓交通緊湊的覆蓋範圍不同,其較低的客運量分佈在約10倍大的區域內。

這兩家公共交通運營商對其公交車提出了顯著不同的要求,但都將電池動力視為降低成本、提高運營效率和減少環境影響的一種長期願景。在2009年資助但直到2010年才開始啟動的多年電動公交車專案中(LINK的情況是仍然沒有完全到位),運營商正在使用不同的裝置和電池技術,以驗證他們的預測是否在現實世界中實現。這些專案主要由ARRA撥款資助,其中LINK獲得了290萬美元(全部用於購買電動公交車和相關充電裝置),而山麓獲得了2130萬美元(其中只有一部分用於公交車和相關裝置)。

鋰離子電池的能量密度仍然不夠高,無法在足夠小的電池組中容納超過四到八升汽油的能量,以便安裝在公交車上。儘管如此,電動傳動系統固有的效率使得燃油經濟性顯著提高。一輛典型的12米長柴油動力公交車可能每升汽油行駛一到兩公里,而山麓正在運營的電動公交車平均相當於8.5公里/升。簡單計算一下就會發現,8.5公里/升加上7.5升的能量儲存不足以支援公交車一天可能需要行駛的數百公里。為了解決這個問題,山麓和LINK都在公交線路中間增加了超快速充電站

山麓交通運營著三輛由南卡羅來納州格林維爾的Proterra公司製造的12米長、35座公交車。每輛車都依賴於提供72千瓦時電力的電池,並在27公里長的環線上執行,處理5%的年度客流量。在波莫納交通中心專門建造的快速充電站,公交車可以在正常停靠時間內10分鐘內充滿電,這意味著它們在兩次充滿電之間永遠不需要行駛超過27公里——大約是其額定電池容量的一半。LINK的系統類似,儘管它使用五輛Ebus製造的7米長、22座的無軌電車,配備28千瓦時的電池,在兩條獨立的8公里長環線上行駛,可以在韋納奇市中心交通中心的快速充電站中大約七分鐘內充滿電。

LINK最初計劃在2010年底啟動並執行其電動無軌電車,但電池冷卻系統和快速充電站製造方面的問題導致全面運營推遲到今年晚些時候——儘管無軌電車目前每天執行約兩個小時,無需快速充電。“我們的無軌電車沒有現成的,”LINK交通的特別專案協調員格雷格·佩佐爾特說。“作為第一輛同類電動無軌電車,我們與Ebus所做的一切都需要開發,有時還需要重新開發。即使有延遲,我們仍然對此感到興奮,我們的最終目標是將韋納奇和東韋納奇的所有線路都電氣化。”

成本節約實現
難怪LINK仍然對這項事業持樂觀態度:佩佐爾特說,一輛類似的柴油動力無軌電車將花費約435,000美元,而加利福尼亞州唐尼的Ebus製造的每輛電動無軌電車的成本明顯較低,為370,000美元。除此之外,同一路線上同一輛無軌電車的柴油燃料每月花費約1,200美元,而用於Ebus無軌電車的廉價且環保的水力發電電力每月花費約100美元——不到十分之一的成本。最大的問題圍繞著電池壽命,但即使是按照最壞的估計,佩佐爾特也表示,LINK在電動公交車運營的整個生命週期的燃料和維護成本方面仍然明顯領先。

山麓交通的運營和維護總監喬治·卡博夫斯基也同意佩佐爾特的觀點。儘管南加州的電價沒有像LINK那樣節省那麼多——柴油每公里約68美分,而電力每公里約31美分——卡博夫斯基表示,軼事證據表明,該公司在其他方面節省了很多。

“鑑於我們的電動公交車不在場站充電,它們每天實際上可以多執行三個小時,因為它們不必在加油線路上等待,”他說。“此外,一輛典型的柴油公交車每45天需要進行一次檢查,需要花費1,100美元的物資和10個人工小時。我們的Proterra公交車需要三個小時,而且不使用任何過濾器、機油或火花塞——或任何類似的東西——並且預防性維護成本要低得多。”卡博夫斯基還將較低的終身制動相關成本歸因於公交車中的再生制動系統,該系統利用其電動機的制動力來發電,從而減少了物理制動器的磨損。

更環保的交通
儘管兩家運營商都專注於節省資金和提高運營效率作為其電動公交車計劃的驅動目標,但他們也樂於宣傳其專案的綠色環保方面。除了尾氣零排放外,兩種型別的公交車都使用世界上最清潔的電力。在韋納奇,超過96%的電力來自160公里內的七座大壩,並且由於該地區成熟的公用事業傳統,其住宅電價為每千瓦時2.2美分,也是全國最便宜的電力之一。加利福尼亞州已經有超過20%的電力來自太陽能、風能和水力發電,並設定了到2020年可再生能源消費量達到33%的全州目標。但山麓透過購買100%的可再生能源信用,進一步為所有電動公交車提供電力。

兩家交通運營商都計劃擴大其電動公交車服務,並已從交通投資溫室氣體和能源減排(TIGGER)計劃(刺激計劃的一個分支)獲得額外的撥款。憑藉TIGGER提供的額外250萬美元,LINK計劃購買另外五輛Ebus無軌電車和三個額外的快速充電站。憑藉另外1000萬美元,山麓計劃購買9到11輛額外的Proterra公交車,從而實現整個公交線路的全面電氣化。

儘管到目前為止,山麓和LINK的大部分專案都由聯邦撥款資助——並且用這筆錢對沖了作為先驅者所固有的風險——但兩者都表示,公交車和相關裝置現在在前期成本方面與購買新的柴油甚至壓縮天然氣動力公交車相比都非常有優勢。

Ebus無軌電車的成本已經低於同類柴油動力無軌電車,即使是較大的12米長的Proterra公交車也具有合理的價格標籤。“我們最初購買的Proterra公交車每輛花費約120萬美元,但下一批的每輛車可能花費80萬美元,”卡博夫斯基說。“與壓縮天然氣公交車大約65萬美元的價格相比,它正在變得越來越接近。隨著銷量的增加,它可能很快就會完全持平。”

早期的結果是,其他公共交通運營商也對這項新興技術產生了興趣。根據佩佐爾特的說法,韋納奇西部更大的鄰居西雅圖正在從LINK的經驗中學習,並計劃在未來幾年投資這項技術。在加利福尼亞州,Proterra剛剛與聖華金地區交通區簽署了一項協議,再購買兩輛電池動力公交車。鑑於先驅者的經驗尚未揭示任何缺點,難怪人們的興趣正在迅速上升。

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