Автобус на топливных элементах — это автобус , в котором водородный топливный элемент используется в качестве источника энергии для колес с электроприводом , иногда гибридно дополненный батареями или суперконденсаторами . Единственный выброс от автобуса – вода. В нескольких городах по всему миру были опробованы и протестированы автобусы на топливных элементах, при этом по всему миру используется более 5600 автобусов, большинство из которых находятся в Китае. [1]
Из-за выбросов парниковых газов и загрязнения твердыми частицами, производимыми дизельными автобусами, с начала 2000-х годов транспортные операторы переходят на более экологичные и экологически чистые автобусы (такие как гибридные электрические автобусы и аккумуляторные электрические автобусы ). [2] Однако электробусам с аккумуляторной батареей не хватает запаса хода по сравнению с автобусами с дизельным двигателем, требуется время для зарядки и снижается запас энергии в холодную погоду. [3]
Поэтому транспортные операторы оценили такие альтернативы, как автобусы на водородных топливных элементах. [2] Водородные топливные элементы генерируют электричество путем реакции водорода и кислорода в присутствии катализатора, побочным продуктом которого является вода. Это электричество используется в качестве источника питания для электродвигателя, который приводит в движение колеса автобуса. [4] Некоторые компании предложили использовать топливный элемент в качестве расширителя запаса хода , сочетая его с батареей большего размера или суперконденсатором . [5] Водород имеет более высокую плотность энергии, чем литиевые батареи , что делает его пригодным для тяжелых транспортных средств, таких как автобусы и грузовики. [6]
Происхождение водородного топлива варьируется: зеленый водород (производимый с использованием возобновляемой электроэнергии) значительно более экологичен, чем коричневый водород (производимый путем сжигания угля или лигнита ) или серый водород (производимый путем нагревания природного газа паром ).
С конца 1980-х годов обеспокоенность по поводу выбросов дизельного топлива от автобусов привела к экспериментам по использованию топливных элементов в двигателях транспортных средств. Первоначальная проверка концептуальной работы включала демонстрацию того, что топливные элементы могут быть помещены в автобус и успешно питать его. [7] В период с 1994 по 1995 год в рамках Джорджтаунской программы по производству автобусов на топливных элементах (под руководством Джорджтаунского университета и Министерства энергетики США ) были продемонстрированы три автобуса длиной 30 футов (9,1 м), приводимые в движение топливными элементами на фосфорной кислоте от Fuji Electric . [8] [9]
С конца 1990-х годов автобусы на топливных элементах , работающие на водороде, испытывались и экспериментировались в различных городах. [7] В 1998 году в Чикаго и Ванкувере начались испытания с использованием кузовов автобусов New Flyer Industries и водородных топливных элементов Ballard Power Systems . [10] В ходе трехлетнего испытания было перевезено более 200 000 пассажиров и пройдено более 118 000 километров (73 000 миль).
С 2000 года Hino и Toyota сотрудничали в разработке FCHV-BUS , автобуса на водородных топливных элементах. [11] После первоначальных испытаний компании Toei Bus в 2003 году парк из 8 автобусов FCHV-BUS затем использовался на выставке Expo 2005 в Айти, Япония . [12] Во время выставки они перевезли один миллион посетителей и проехали около 130 000 километров. Впоследствии автобусы использовались в качестве маршрутных автобусов до аэропорта.
В США Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NERL) с 2000 года проводит исследовательскую работу по автобусам на водородных топливных элементах в сотрудничестве с Федеральным управлением транзита . [7] [13] Компания AC Transit в районе залива Сан-Франциско начала испытания автобуса на водородных топливных элементах в 2002 году. [14]
С 2001 года при поддержке Европейского Союза исследовательский проект «Чистый городской транспорт для Европы» (CUTE) начал эксплуатацию автобусов, работающих на водородных топливных элементах, в девяти европейских городах, включая Лондон , Мадрид и Гамбург . [15] Проект поддержали консорциум транспортных операторов, разработчики водородной инфраструктуры и топливных элементов, университеты и городские власти. [16] Три других города – Рейкьявик , Пекин и Перт – приняли участие в аналогичных демонстрационных проектах, поддерживаемых тем же консорциумом. [17] Клуб автобусов на топливных элементах стал форумом для обмена опытом и информацией между городами и исследователями. [18]
Во всех трех проектах использовались автобусы Mercedes-Benz Citaro с водородными топливными элементами от Ballard Power Systems . В то время они утверждали, что у них самый большой парк автобусов на топливных элементах в мире. Автобусы оценивались в 1,2 миллиона долларов США каждый, имели запас хода 300 километров (200 миль) и перевозили около 70 пассажиров. [19]
Завершенные в 2007 году проекты были признаны исследователями успешными. [20] [21] Однако некоторые операторы раскритиковали автобусы за их высокую стоимость эксплуатации, при этом Мадрид сообщил, что топливо для них обходится примерно в десять раз дороже. [22] Также необходимо было построить специальные водородные заправочные станции . [22] Автобусы в Пекине – первые автобусы на топливных элементах в Китае – были сняты с производства через год, поскольку загрязнение воздуха снизило эффективность и срок службы топливных элементов. [23]
В 2006 году Федеральное управление транзита объявило о Национальной программе развития технологий автобусов на топливных элементах. [24] 49 миллионов долларов в виде федеральных грантов будут предоставлены транзитным агентствам для помощи в разработке и тестировании автобусов на водородных топливных элементах, чтобы улучшить их потенциальную коммерциализацию. [24] [25] В 2003 году компания AC Transit ввела в опытную эксплуатацию автобус Thor «ThunderPower», испытания которого завершились к октябрю 2004 года. [26] В 2006 году в эксплуатацию поступило пять автобусов Van Hool с топливными элементами UTC Power . В 2010 году они были заменены другими автобусами Van Hool на водородных топливных элементах. [26]
В 2009 году компания BC Transit начала эксплуатировать автобусы на топливных элементах в городе Уистлер в Британской Колумбии перед зимними Олимпийскими играми 2010 года . Парк из 20 автобусов на водородных топливных элементах на тот момент был крупнейшим в мире, а стоимость проекта составила около 94 миллионов долларов. [27] [28] В отличие от предыдущих проектов, в качестве водорода использовался голубой водород , производимый компанией Air Liquide в Квебеке с использованием гидроэлектроэнергии . [29] Из-за высоких эксплуатационных расходов программа была остановлена в 2015 году. [30] [28]
В 2010 году в Лондоне было введено в эксплуатацию восемь водородных автобусов, запас хода которых значительно больше, чем у автобусов на топливных элементах, использовавшихся в середине 2000-х годов. [31] [32] В то время это был крупнейший парк водородных автобусов в Европе. [33] Компания Transport for London признала высокую стоимость автобусов и высокую стоимость их заправки, но отметила, что «[ожидала] резкого снижения затрат», когда они станут коммерчески жизнеспособными. [31]
В Китае автобусы на водородных топливных элементах использовались на выставках в Пекине в 2008 году , Экспо-2010 в Шанхае и на Азиатских играх 2010 года в Гуанчжоу . [25] Эти автобусы были разработаны компанией Higer Bus , 3 из них были задействованы в Пекине в 2008 году и 196 — на выставке Expo 2010 в Шанхае. [34] [35]
Первый бразильский прототип автобуса на водородных топливных элементах начал работу в Сан-Паулу в 2009 году. Водородный автобус был изготовлен в Кашиас-ду-Сул . Программа под названием « Ônibus Brasileiro a Hidrogênio » (Бразильский водородный автобус) включает три дополнительных автобуса. [36]
В марте 2015 года крупнейший в Европе парк автобусов на водородных топливных элементах был введен в эксплуатацию в Абердине, Шотландия . 10 автобусов Van Hool использовались в пятилетних испытаниях. [37]
По состоянию на 2020 год во всем мире используется 5648 автобусов на водородных топливных элементах, из них 93,7% — в Китае . Некоторые первые пользователи автобусов на топливных элементах решили сосредоточиться на электрических автобусах с аккумуляторными батареями: по состоянию на 2023 год в парке Лондона будет 950 электрических автобусов с аккумуляторными батареями и 20 автобусов на водородных топливных элементах. [38]
В 2015 году Toyota начала испытания своего обновленного автобуса на водородных топливных элементах в Токио — Toyota FC Bus . Разработанный совместно с Hino Motors , он использовал технологию автомобиля на водородных топливных элементах Toyota Mirai , а также гибридных автобусов Hino. В 2017 году Toyota представила автобус Toyota Sora , [39] производство которого начнется в марте 2018 года. [40] [41] К 2020 году было поставлено более 100 автобусов Toyota Sora, курсирующих на токийском BRT , JR Bus Kanto и Toei Bus. . [42]
В 2018 году Toyota объявила, что будет поставлять свою технологию водородных топливных элементов португальскому производителю автобусов Caetano для продажи автобусов в Европе. [43] Caetano H2.City Gold добился многочисленных продаж, например, в Билефельде , [44] Котбусе , [45] и Барселоне . [46] Каэтано впоследствии начал называть автобус «Toyota», после того как Toyota стала держателем контрольного пакета акций. [47]
В Китае компания Feichi (Allenbus) начала производство автобусов на водородных топливных элементах в Юнфу после лицензирования технологии топливных элементов у Ballard. Водородный топливный элемент объединен с литий-ионной батареей мощностью 36 кВтч , которая питает электродвигатели. Более 300 автобусов Feichi сейчас эксплуатируются в городе Фошань в провинции Гуандун в Китае. [48] Другие производители в Китае также начали производить автобусы на водородных топливных элементах. Zhongtong Bus начала программу исследований и разработок в 2014 году и начала производство автобусов в 2016 году. [49]
В 2018 году Чжанцзякоу заказал 74 автобуса на водородных топливных элементах в рамках подготовки к зимним Олимпийским играм 2022 года в Пекине . [50] Во время Игр было использовано более 800 автобусов на водородных топливных элементах от производителей Foton , Yutong , Geely и Zhongtong Bus . [51] [52] [53] Транспортные средства на водородных топливных элементах были выбраны вместо электромобилей с аккумуляторной батареей из-за холодной погоды, преобладающей в провинции Хэбэй . [51] Значительное использование водорода подверглось критике, учитывая, что большая часть водорода в Китае представляет собой « черный водород », получаемый при сжигании угля. [54] Это означало, что каждый килограмм водорода производил около 15–20 кг CO 2. [54]
Запущенный в 2017 году Hyundai ElecCity поступил в коммерческую эксплуатацию в Южной Корее в декабре 2019 года. К июню 2021 года по всей Южной Корее эксплуатировалось 108 автобусов. [55] Пробные эксплуатации ElecCity с Wiener Linien в Вене, Австрия, были запланированы на ноябрь 2021 года, [56] также было объявлено о дальнейших испытаниях в Германии. [57] ElecCity имеет дальность действия более 500 километров (310 миль) и максимальную мощность 180 кВт. [55] В 2022 году города Пусан и Ульсан объявили, что к 2025 году планируют ввести более 620 автобусов. [58]
В 2019 году польский производитель автобусов Solaris Bus & Coach анонсировал автобус на водородных топливных элементах на своей популярной платформе Urbino 12 . Впоследствии он был протестирован рядом крупных операторов, включая RATP в Париже , [59] и заказан европейскими автобусными операторами, включая Connexxion , [60] ÖBB Postbus , [61] и MPK Poznań . [62] В 2022 году на выставке InnoTrans 2022 компания Solaris анонсировала версию своего сочлененного автобуса Urbino 18 на водородных топливных элементах . [63]
В 2020 году город Наньнин в Китае объявил, что планирует заменить весь свой парк электрических автобусов, насчитывающий 7000 аккумуляторов, на более эффективные гибридные автобусы с водородными топливными элементами и аккумуляторами. [64]
По состоянию на 2020 год [обновлять]NERL продолжает работу по оценке проектов автобусов на топливных элементах в США: 64 автобуса находятся в эксплуатации в Калифорнии , Гавайях и Огайо . [65] AC Transit имеет самый большой парк автобусов на водородных топливных элементах в Соединенных Штатах: 22 автобуса эксплуатируются компаниями Van Hool и New Flyer . [65] Это позволит проводить прямое сравнение автобусов с аккумуляторными электрическими батареями и автобусами на водородных топливных элементах, что будет определять будущие решения о покупке в свете стремления к созданию автобусного парка с нулевым уровнем выбросов. [66] AC Transit отметила, что у них есть «самая комплексная программа автобусов с нулевым уровнем выбросов (ZEB) в Соединенных Штатах», и с 2000 года они проехали 3 200 000 миль (5 100 000 км) на автобусах с нулевым уровнем выбросов .
В июне 2021 года первый в мире двухэтажный автобус на водородных топливных элементах ( Wright StreetDeck Hydroliner ) поступил в эксплуатацию компании Metroline в Лондоне на маршруте 7. [67] [4] Эти автобусы также поступили в эксплуатацию в Абердине, Шотландия . [68] Hydroliner FCEV был разработан в рамках «Совместной инициативы Европейского Союза по водородным транспортным средствам в Европе» (JIVE). [69]
Другие производители автобусов продолжали выходить на рынок водородных топливных элементов: Iveco объявила о меморандуме о взаимопонимании с Air Liquide по развитию «водородной мобильности» [70] , а Александр Деннис анонсировал двухэтажный автобус «следующего поколения». [71] На рынок также планировали выйти новые производители, такие как Hyzon Motors . [72] Другие страны продолжали исследовать потенциал автобусов на водородных топливных элементах, а Москва объявила о запуске пилотного проекта автобусов КамАЗ в 2022 году. [73]
В мае 2022 года компания Regionalverkehr Köln Кёльна, Германия, заказала до 100 автобусов на водородных топливных элементах у Solaris и WrightBus. [74] Это последовало за объявлением «Национальной водородной стратегии» в Германии, которая ясно дала понять, что автобусы на водородных топливных элементах являются реальной альтернативой для маршрутов на дальние расстояния. [75] Mercedes-Benz объявил, что их популярный автобус eCitaro будет доступен с расширителем запаса хода , использующим водородные топливные элементы Toyota. Это увеличит запас хода автобуса до 400 километров (250 миль). [76] [77]
, оператор общественного транспортаВ июле 2022 года компания Île-de-France Mobilités (IDFM) заказала 47 автобусов на топливных элементах для региона Большого Парижа во Франции на сумму 48 миллионов евро. Будет использоваться зеленый водород , который будет производиться на мусоросжигательном заводе в Кретейле . [78] Управляющий директор IDFM заявил, что своим первым заказом они хотели дать сигнал производителям автобусов «улучшить технологию, довести ее до зрелости, производить [коммерчески] и мы будем там». [79]
В июле 2022 года более пятисот автобусов Foton AUV присоединились к Пекинской группе общественного транспорта . СМИ сообщают, что запас хода автобусов составляет около 600 км, а заправка осуществляется примерно за 10–15 минут. [80] Эти автобусы ранее использовались на зимних Олимпийских играх 2022 года в Пекине. [80]
В августе 2022 года в Пуне был представлен первый в Индии автобус, работающий на водородном топливе отечественной разработки . Автобус разработан компанией «КПИТ Технологии» и Советом научных и промышленных исследований . [81] [82]
В 2023 году проблемы, связанные со стоимостью водорода по сравнению с электричеством, привели к тому, что несколько транзитных агентств отменили свои заказы. [83] [84] Однако другие агентства продолжали заказывать автобусы на топливных элементах: TPER в Болонье заказала 130 автобусов у Solaris, [85] Сеул заказал 1300 автобусов у Hyundai [86] и SamTrans заказал 108 автобусов у New Flyer. [87]
В исследовательском документе 2023 года подсчитано, что к 2044 году только 4% транспортных средств с нулевым уровнем выбросов будут работать на водородных топливных элементах, при этом «низкое распространение городских автобусов на топливных элементах» будет расположено только в странах с водородной инфраструктурой и на автобусных маршрутах, где использование аккумуляторов невозможно. электрические автобусы будут работать. В документе также отмечается потенциальная возможность использования междугородных автобусов и автобусов на водородных топливных элементах. [88] [89]
Автобусы, работающие на водородных топливных элементах, имеют некоторое сходство с аккумуляторными электробусами , а также ключевые различия.
Оба типа имеют нулевой уровень выбросов в выхлопную трубу, а автобусы на водородных топливных элементах производят воду . Однако многие источники водорода, в том числе наиболее часто используемые, не являются нулевыми выбросами . [90] Оба приводятся в движение электродвигателями , и оба производятся рядом производителей автобусов. [91] Оба требуют первоначальных затрат, таких как электрические зарядные устройства или водородная заправочная станция. [91]
В отличие от аккумуляторных электрических автобусов, автобусы на водородных топливных элементах можно заправить примерно за 10 минут, по сравнению с ночной зарядкой электрических автобусов (или энергоемкой, сильноточной быстрой зарядкой аккумулятора). [84] [3] Автобусы на водородных топливных элементах имеют больший запас хода и более длительное время работы, чем электрические автобусы с аккумуляторной батареей: запас хода до дозаправки составляет около 450 километров (280 миль) [3] [92] по сравнению с примерно 250 километрами (160 миль) между зарядами аккумулятора электробуса. [93] [92] Водород также имеет более высокую плотность хранения энергии, чем батареи. [91] Кроме того, поскольку батареи увеличиваются в размерах для увеличения дальности действия, они становятся тяжелее, что снижает энергоэффективность. [91]
Автобусы на водородных топливных элементах меньше подвержены влиянию температуры, сохраняя постоянную мощность и запас хода при экстремально высоких или низких температурах. [3] [91] Операторы аккумуляторных электробусов сообщают о меньшем запасе хода при низких температурах, [93] при этом Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) сообщает о сокращении запаса хода на 30% в холодную погоду (около -10 °C (14 °F)). [94]
Стоимость заправки водородных автобусов выше, чем аккумуляторных. [84] [95] Стоимость как аккумуляторных электробусов, так и автобусов на водородных топливных элементах со временем снизилась. [65]
Некоторые производители использовали водородные топливные элементы в качестве увеличения запаса хода для электрических автобусов с аккумуляторной батареей, что позволяет им иметь больший запас хода. [5] Например, Mercedes-Benz eCitaro имеет запас хода 280 километров (170 миль) в качестве модели с аккумуляторной батареей, а автобус eCitaro на топливных элементах имеет запас хода 400 километров (250 миль) благодаря топливу Toyota мощностью 60 кВт. элемент, который заряжает батарею. [96]
Стоимость заправки автобусов существенно различается из-за стоимости и доступности водорода. Некоторые транзитные операторы смогли использовать побочный водород в промышленных процессах (например, при производстве поливинилхлорида ) для снижения затрат. [97] Другие транзитные операторы построили небольшие заводы по производству водорода из природного газа, [98] или закупили его напрямую у промышленных производителей. [31]
В 2006 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии заявила, что стоимость водородного топлива составляет около 9 долларов за килограмм, что примерно соответствует 2 долларам за галлон дизельного топлива. Далее было отмечено, что общая стоимость мили (включая техническое обслуживание) составила около 1 доллара за милю для дизельного топлива и около 6,50 доллара за милю для водородного топлива. [99] В Европе в начале 2000-х годов в рамках проекта « Чистый городской транспорт для Европы » (CUTE) затраты на топливо были примерно в 10 раз выше, чем на дизельное топливо. [22]
В 2021 году компания Tokyu Bus коричневый водород . [6]
сообщила, что стоимость заправки автобуса на водородных топливных элементах примерно в 2,6 раза выше, чем стоимость эквивалентного дизельного автобуса, при этом в Японии преимущественно используетсяВ январе 2022 года французский город Монпелье расторг контракт на закупку 51 автобуса, работающего на водородных топливных элементах, когда обнаружил, что стоимость эксплуатации в 6 раз дороже, чем у электробусов. [100] [101] [102] Вместо этого город заказал аккумуляторные электробусы. [101]
В 2021 году компания Wuppertaler Stadtwerke Совета по водороду, водород, производимый из возобновляемых источников энергии в больших масштабах, может стоить от 1,4 до 2,3 доллара за килограмм. [1]
сообщила, что эксплуатация их автобусов на водородных топливных элементах обходится примерно так же, как и дизельных автобусов. [103] Лондон сообщил, что стоимость водорода в 2023 году составила около 6 фунтов стерлингов за килограмм, что примерно сопоставимо со стоимостью дизельного топлива. [104] По прогнозамСтоимость автобусов на топливных элементах постепенно снижается по мере того, как технология становится более распространенной и коммерчески жизнеспособной. [65]
В 2007 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии заявила, что закупочная цена автобуса на водородных топливных элементах составляла около 2–3 миллионов долларов, стандартного дизельного автобуса - около 330 000 долларов, а гибридного автобуса - около 480 000 долларов. [105] [106] Regionalverkehr Köln Кельне, Германия, сообщили, что покупка автобуса Phileas обошлась им в 1,86 миллиона евро в 2011 году, покупка Van Hool A330 стоила около 850 000 евро в 2014 году и 590 000 евро в 2020 году. и что цены еще больше упали: в 2023 году новые автобусы на водородных топливных элементах будут стоить около 500 000 евро. [97]
вВ 2022 году газета Financial Times сообщила, что японская Toyota FC Sora стоит 100 миллионов йен (710 000 евро) за шестилетнюю аренду, тогда как дизельный автобус стоит около 24 миллионов йен (170 000 евро). [6] Местные власти субсидировали стоимость автобусов, чтобы ввести их в эксплуатацию. [6]
В 2022 году в США сообщалось, что покупка водородного автобуса стоит около 1,2 миллиона долларов по сравнению с 750 000 долларов за электрический автобус с аккумуляторной батареей. [93] Газета Globe and Mail отметила, что автобусы на топливных элементах европейского производства дешевле, поскольку производятся в больших количествах. [28]
Исследовательские группы, такие как H2Bus Consortium, работают над снижением стоимости автобусов на водородных топливных элементах до уровня дизельных автобусов, при этом объемные заказы и массовое производство позволяют производителям воспользоваться преимуществами эффекта масштаба. [107]
По сравнению с дизельными автобусами, транспортные операторы сталкиваются с дополнительными первоначальными затратами при переходе на автобусы на водородных топливных элементах. Это включает в себя строительство водородных заправочных станций , а также закупку запчастей для новых автобусов. [6] Электробусы с аккумуляторной батареей требуют аналогичных первоначальных затрат: они требуют установки электрических зарядных устройств и модернизации электросети для обслуживания большого количества заряжаемых электробусов (часто в ночное время). [91]
По состоянию на 2020 год [обновлять]во всем мире используется 5648 автобусов на водородных топливных элементах, из них 93,7% — в Китае . [1]
В настоящее время множество компаний производят автобусы на водородных топливных элементах. Производители автобусов обычно сотрудничают с поставщиками водородных топливных элементов для питания автобусов, такими как Ballard Power Systems или Toyota . [3] [108]
Транспортные средства включают, помимо прочего:
Наша первая установка по заправке водородом была открыта в ноябре 2002 года в нашем отделении в Ричмонде и предназначена для эксплуатации одного 30-футового электрического автобуса на топливных элементах.
Еще на Олимпийских играх 2008 года в Пекине в эксплуатацию было введено всего 3 единицы автобусов на водородных топливных элементах.
На Всемирной выставке 2010 года, проходившей в Шанхае, эта цифра подскочила до 196 единиц.
{{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка )«Грязный секрет» водорода заключается в том, что он добывается в основном из ископаемого топлива.
Моделирование режима Range Seoul
Водородная технология активно развивается, подтвердил Микаэль Делафосс 4 января.
Больше всего мы помогаем в инвестировании, но больше в функции.
Или возобновить шесть дней плюс cher qu’avec des bus électriques.[Водородная технология перспективна», — подтвердил Мишель Делафосс 4 января. Но нам помогли с инвестициями, но не с эксплуатацией. Однако это будет в шесть раз дороже, чем с электрическими автобусами.]