SLUTRAPPORT 1 (9) Datum Dnr 2018-03-29 2015-007386 Projektnr 41407-1 Energimyndighetens titel på projektet svenska Energiförsörjningsalternativ för elektrifierade bussystem Energimyndighetens titel på projektet engelska Energy transfer solutions for electrified bus systems Universitet/högskola/företag RISE Viktoria Adress Lindholmspiren 3A Namn på projektledare Johan Östling Avdelning/institution Electromobility Namn på ev övriga projektdeltagare Anders Grauers, Gunnar Ohlin, Niklas Carlsson, Oscar Enerbäck, Joakim Nyman, Johan Svenningstorp och Leif Magnusson Nyckelord: 5-7 st Elektriska bussar, laddinfrastruktur, energisystem, systemperspektiv, dimensionering och kostnadsberäkning Förord Projektet vill tacka Energimyndigheten som finansierat huvuddelen av arbetet men även delfinansiärerna AB Volvo, Västra Götalandsregionen och Göteborg Energi Nät AB. Projektet har haft en styrgrupp bestående av representanter från projektets parter, dvs Västra Götalandsregionen, AB Volvo, Göteborg Energi, Lindholmen Science Park, Chalmers och RISE Viktoria. Vi vill också tacka den referensgrupp som vi skapade, genom en öppen inbjudan, under projektet. Referensgruppen bestod av Skånetrafiken, Västtrafik, Hallandstrafiken, ABB, Siemens, Scania, Keolis, Nettbuss, Transdev och Nobina. Vid de workshopar som anordnats för att diskutera projektresultat med referensgruppen har även ytterligare aktörer med anknytning till kollektivtrafiken deltagit. Innehållsförteckning Sammanfattning... 2 Summary... 2 Inledning/Bakgrund... 3 Genomförande... 3 Resultat... 4 Diskussion... 8 Publikationslista... 9 Referenser, källor... 9 Bilagor... 9 EM2513 W-4.0, 2016-03-11 Box 310 631 04 Eskilstuna Besöksadress Kungsgatan 43 Telefon 016-544 20 00 Telefax 016-544 20 99 registrator@energimyndigheten.se www.energimyndigheten.se Org.nr 202100-5000
2 (9) Sammanfattning Elbussar är i många fall ett kostnadseffektivt alternativ till gasbussar i stadstrafik. De utgör också ett realistiskt alternativ till dieseldrivna stadsbussar som körs på HVO, särskilt om tillgången på HVO på sikt kommer att bli knapp. Vilken typ av elektriskt bussystem som är mest kostnadseffektivt beror på flera faktorer och det finns ingen enkel sanning utan det krävs noggrann analys. I projektet har en metod utvecklats för att analysera enstaka linjer såväl som mer komplexa trafikområden med ett flertal linjer, mer eller mindre ihopvävda. Ett verktyg har tagits fram som bland annat simulerar laddning och energiförbrukning, visualiserar omloppsplanering och beräknar kostnaden på ett enkelt sätt. Verktyget gör det möjligt att jämföra olika sätt att utforma ett elektrifierat elbussystem, att förstå hur respektive system påverkas av t ex turtäthet och stopptider, fordonsparametrar samt placering av laddinfrastruktur och depå. Verktyget är särskilt lämpligt att användas tillsammans med regionala kollektivtrafikmyndigheter för att kunna skapa rätt förutsättningar och ställa rätt krav i upphandlingar av elbussystem. Summary Electric buses are in many cases a cost-effective alternative to gas buses in city traffic. They also represent a realistic alternative to diesel-powered city buses run on HVO, especially if access to HVO in the long run will be scarce. What kind of electric bus system is most cost-effective depends on several factors and requires careful analysis. There is no universal, simple solution. In the project, a method has been developed to analyze single lines as well as more complex traffic areas with a number of lines, more or less intertwined. A tool has been developed that, among other things, simulates charging and energy consumption, visualizes vehicle schedules and calculates the total cost in a simple way. The tool makes it possible to compare different ways of designing an electric bus system by understanding how the respective systems are affected by, for example, bus frequencies and stop times, vehicle parameters, and the location of charging infrastructure and depot. The tool is particularly suitable for regional public transport authorities in order to create the right conditions for and make the right demands in procurement of electric bus systems.
3 (9) Inledning/Bakgrund Bakgrunden till projektet är att det på många platser i världen har gjorts demonstrationer och pilotimplementeringar av elbussystem. Elbussar kan köra emissionsfritt och med mindre buller två mycket önskvärda egenskaper i stadsmiljöer med ökade krav på attraktiv kollektivtrafik. Ett stort intresse för elbussar har därmed skapats vilket resulterat i politiskt beslut om att snabbt införa elbussar i större skala. När besluten ska realiseras genom offentlig upphandling krävs kunskap och förståelse för hur elbusstekniken fungerar i olika systemtillämpningar för att upphandlingsunderlag ska utformas på ett sätt som är kostnadseffektivt. Det har saknats en bra metod att göra en oberoende värdering av olika elbussystem ur ett systemperspektiv, vilket kan komma att underlätta för en ökad introduktion av elbussar på marknaden. Huvudmålet med projektet har varit att genom forskning utveckla en metod och ett analysverktyg som kan användas för robust och ekonomiskt fördelaktig dimensionering av energiförsörjningssystem för elektrifierad busstrafik i ett komplext linjenät med variation i bussflöden. Verktyget har utöver att beräkna totalkostnaden även använts till att hjälpa aktörer att utveckla olika delsystem, såsom depåer och tidtabeller, för att på så vis introducera elektriska bussar på ett snabbare, effektivare och på ett mer samordnat sätt. Den har underlättat för regionala kollektivtrafikmyndigheter och bussoperatörer att påvisa vilken aktör som står för respektive kostnad och koppla ekonomisk respektive teknisk livslängd till upphandlingsvillkor. Energibolag har med verktygets hjälp analyserat hur elnätet skulle kunna påverkas av respektive teknikval vilket underlättat planering av stadens elnät. Vidare kan verktyget vara relevant för tillverkare av elbussar vid utvärdering av hur fordon och energiöverföringssystem bör anpassas till varandra och lokala förutsättningar i städer. Projektet har drivits av RISE Viktoria och startade 2016-02-02 och avslutas 2018-03-31. Energimyndigheten har finansierat huvuddelen av arbetet och AB Volvo, Västra Götalandsregionen och Göteborg Energi Nät AB har bidragit med inkind. Utöver ovan nämnda organisationer har även Chalmers och Lindholmen Science Park deltagit i projektet. Genomförande Arbetsmetoden inom projektet har varit en iterativ process mellan de följande arbetspaketen. Samtliga arbetspaket har i princip löpt genomgående under hela projekttiden. En omvärldsbevakning har gjorts av samtliga projektdeltagare för att samla in relevant data, främst ifrån pågående projekt i Europa men också från leverantörer på den svenska marknaden. Denna data har använts i analysen men också för att kunna skapa en förståelse för rimligheten i resultaten. Inom arbetspaketet Specifikation och förutsättningar har flertalet regelbundna möten hållits med intressenter samt tre workshops med referensgruppen för att
4 (9) sammanställa och förstå de faktorer som har störst påverkan på hur energiförsörjningssystemet bör utformas men också ägas och drivas. Detta underlag har legat till grund för hur det utvecklade verktyget har utformats för att vara användbart för de olika tilltänka användargrupperna. En beskrivning av alternativa energiförsörjningstekniker gjordes relativt tidigt av projektgruppen för att kunna fokusera arbetet på de mest vanligt förekommande energiöverföringssystemen för elektriska bussar. Data för dessa system har samlats in och kvantifierats på ett jämförbart sätt i form av en kostnadsfunktion som används vid analysen. På liknande sett har faktorer som relaterar till miljöpåverkan, såsom buller och ohälsotal, vägts samman i en miljöpåverkansfunktion som också har vägts in i kostnadsfunktionen. Själva verktyget utvecklades inom arbetspaketet Modellering, analys och metodutveckling. Målet har varit att beräkna och förstå påverkande faktorer för systemkostnaden för olika energiförsörjningsalternativ bestående av flera olika typer av fordon i flera busslinjer, mer eller mindre ihopvävda inom ett linjenät. Vidare kan verktyget ge förståelse för den lämpligaste placeringen av energiförsörjningsinfrastruktur bl.a. baserat på linjenätets uppbyggnad. Arbetet har haft stort fokus på att skapa ett verktyg som är visuellt beskrivande och relativt användarvänligt. Resultaten har spridits till lokala intressenter i branschen genom tre workshops som hållits under 2016, 2017 samt 2018. Parallellt med pågående forskning med att utveckla verktyget har kunskapen använts för att i separata uppdrag bidra till ett flertal utredningar åt Västtrafik och Hallandstrafiken. Se lista över rapporter i bilaga. Spridning av resultat har även skett under projektets gång i form av konferensbidrag på EVS30, samt presentationer på bland annat Samverkan för elbussar och stödsystem (mars 2017), Bussplan Stockholm Elbussen i framtidens kollektivtrafik (sept. 2017) och på Energimyndighetens årliga konferens Energirelaterad fordonsforskning (okt. 2017). Resultaten har även visualiserats i form av videofilmer tillgängliga via Youtube. Resultat De modeller som tagits fram under tidigare FFI-projekt Analys av energiförsörjning för elektrifierade bussystem har i detta EAEB-projekt vidareutvecklats och implementerats i ett webbaserat analysverktyg. Resultatet har blivit ett mer intuitivt, lättarbetat och användbart verktyg, se Bild 1.
5 (9) Bild 1 Exempel på områdestrafik i Västra Göteborg visualiserat i EAEB-verktyget. Verktyget tillåter numer även att busslinjedata kan exporteras till Hastus. Ett optimerat omlopp kan sedan importeras från Hastus till verktyget för att på så vis möjliggöra planering av nya rutter och komplexa linjenät, se Bild 2.
6 (9) Bild 2. Exempel på en omloppsgraf med 21 bussar visualiserade i EAEB-verktyget. Tack vare ett standardiserat dataformat kan busslinjedata också exporteras från Hastus till verktyget för analys. Verktyget har, i flera städer, visat sig användbart för att räkna på totalkostnader för att trafikera en enskild busslinje eller ett trafikområde med elektriska bussar. Verktyget har använts vid förberedelsearbete inför upphandlingar av elbussystem genom att möjliggöra jämförelser mellan olika elektrifierade bussystem. Kostnadsuppskattningar som tagits fram genom verktyget har sedan jämförts med motsvarande kostnadsuppskattningar för system med diesel- och gasbussar, se Bild 3. Resultaten presenteras både i form av årliga kostnader och
7 (9) investeringskostnader baserat på de olika val som görs. Bild 3 Exempel på årliga kostnader för områdestrafik där vi i projektet sammanvägde kostnadsuppskattningar från Verktyget och kostnadsuppskattningar från HVO/Gasbussar. Ett värdefullt resultat som framkommit i projektet är att bussystem uppbyggda på batterielektriska bussar redan idag kan konkurrera kostnadsmässigt med bussar med förbränningsmotorer, framför allt gasbussar. Antalet elektriska bussar som behövs för att utföra trafikarbetet behöver inte heller skilja sig åt jämfört med det antal bussar som används idag. Laddinfrastrukturen utgör oftast en liten del av de totala kostnaderna. Det gäller delvis vid investeringstillfället men framförallt om man ser till de årliga kostnaderna för att bedriva trafikarbetet. Det finns ingen teknisk systemlösning som passar i alla sammanhang, det är lokala förutsättningar och behov som påverkar vad som är en kostnadsmässigt mest lämplig lösning. Det kan exempelvis bero på var depån ligger i förhållande till linjerna som ska trafikeras eller om det kommer ske stora ändringar i linjedragningen med tiden. Generellt sett har en ofördelaktig depåplacering en väldigt stor total kostnadspåverkan då det förorsakar långa tomturer som direkt påverkar antalet förartimmar. Påverkan blir särskilt stor i de fall då elektriska bussar tvingas uppsöka depån flera gånger samma dag för att ladda. Sammantaget måste hela systemet, bestående av omlopp, bussar, batteristorlek, se bild 4, och laddinfrastruktur, knådas för att få relevanta resultat. Viktigt att påpeka är också att det krävs förståelse hos användaren för att kunna göra relevanta jämförelser och dra korrekta slutsatser.
8 (9) Bild 4 Exempel på State of Charge för några ändhållplatsladdade bussar visualiserade i EAEB-verktyget. Diskussion Elbussar är nu på god väg att introduceras på bred front i städer runt om i världen. Bussarna som används har i flera fall lämnat demonstrationsstadiet och är nu snarast att betrakta som en del av den ordinarie flottan. Detta kan antas bero på ett antal faktorer. Delvis så är tekniken i elektriska bussar mogen. Undantag behöver däremot göras för batteriet där utvecklingen går fort och egenskaper och pris är svåra att förutsäga. Elbussar är också kostnadseffektiva. Det beror bland annat på att elbussar är ett bra tillämpningsområde för eldrift tack vare hög utnyttjandegrad av såväl fordon som batteri och dessutom dess relativt förutsägbara användning. Även om, eller kanske snarare på grund av att, bussar kommer på bred front så är det viktigt att ta väl avvägda beslut. Det är relevant att försöka undvika inlåsningseffekter i teknik som kan vara svår att skala upp samt att hindra inköp som innebär lokala optimum och höga kostnader på sikt. Analysmetoden och verktyget som utvecklats inom projektet skulle, tillsammans med lämplig kompetens, kunna bidra till att göra väl avvägda beslut som i största möjliga mån resulterar i en snabbare introduktion av elektriska bussystem men utan att det blir på bekostnad av ökade kostnader eller inlåsningseffekter. Resultatet att bussar är billigare kan vara en ögonöppnare för många men det kan bli än mer trovärdigt om man med verktygets hjälp får möjlighet att komma fram till slutsatserna själv. En framtida utmaning är därför att låta fler få tillgång till verktyget och att sprida kompetensen. Kollektivtrafiken står ofta för en inte så försumbar del av de lokala utsläppen i städer vilken till stor del beror på vilket drivmedel som används. Elbussar har lokalt inga utsläpp och är dessutom mer energieffektiva. Dessutom bidrar de till minskat buller och en bättre arbetsmiljö för de som kör bussarna. Elbussar har en genomsnittsförbrukning på drygt 1 kwh per km. Tillfälligt kan förbrukningen bli upp till 2 kwh per km beroende på bland annat fordonstyp, yttertemperatur, topografi och körstil. För att det ska vara ett hållbart energisystem krävs att elen kommer från hållbara energikällor såsom vatten-, sol- och vindkraft. Motsvarande energiförbrukning för en buss med HVO kan antas vara från 0,35 l per km eller 3,3 kwh per km.[1]
9 (9) Publikationslista J. Nyman. Et.al. (2017) A user-friendly method to analyze cost effectiveness of different electric bus systems, EVS30, Stuttgart, Germany, October 9-11, 2017 Sammandrag: Denna artikel beskriver en uppdatering av en metod för att analysera och jämföra elbuss- och laddningssystem från ett totalkostnadsperspektiv. Metoden är användbar för att föreslå en lämplig kombination av buss- och laddarsystem beroende på ruttspecifikationer, tidtabeller och andra lokala förhållanden. I den här uppdateringen presenteras ett användarvänligt verktyg som förenklar analysprocessen. Analysverktyget gör att användaren experimentellt kan undersöka och kvantifiera avvägningarna mellan parametrar som batteristorlek, laddningsstrategier och laddningsinfrastruktur, fordonsflotta och driftskostnader ur ett totalkostnadsperspektiv. Referenser, källor [1] https://www.miljofordon.se/bilar/miljoepaaverkan/ Bilagor Administrativ bilaga som egen fil. Följande rapporter är inte bifogade i sin helhet då de inte innefattats i projektet. Västtrafik - Elbussar i befintliga avtal.pdf Utredning - Elbussar på några utvalda linjer i Hallandstrafiken.pdf Västtrafik - Elbussar i befintliga avtal Lidköping, 20171019.pdf SEKRETESS Slutrapport Västtrafik - Elbussar i Stom- och områdestrafik 20180308.pdf EJ SPRIDNING