Rapport:2014:15 / Version:0.7 Bussvei Stavanger Hur fungerar olika busskoncept?
Dokumentinformation Titel: Bussvei Stavanger Hur fungerar olika busskoncept? Serie nr: 2014:15 Projektnr: 13181 Författare: Stephan Bösch Andreas Nordström PG Andersson Medverkande: Kvalitetsgranskning: Beställare: PG Andersson Rogaland Fylkeskommune Kontaktperson: Tore Jensen, tel. +47 51 51 68 19 Dokumenthistorik: Version Datum Förändring Distribution 0.1 2014-02-17 Första utkast Beställare 0.2 2014-02-20 Uppdaterad version Beställare 0.3 2014-03-10 Uppdaterad version Beställare 0.4 2014-03-11 Ändrad tabell 5.2 Beställare 0.5 2014-03-12 Ändrad tabell 3.8 & 5.2 Beställare 0.6 2014-03-18 Ändrad tabell 3.9 Beställare 0.7 2014-03-19 Ändrad tabell 3.7 Beställare Åldermansgatan 13 SE-227 64 Lund / Sweden Telefon +46 (0)10-456 56 00 Fax + 46 46 38 65 25 info@trivector.se
Innehållsförteckning 1. Inledning och bakgrund 2 2. Tekniska kännetecken 4 2.1 Körsträckor/räckvidd 4 2.2 Teknisk specifikation 4 2.3 Klimat och väder 6 3. Kostnader 7 3.1 Fordon 7 3.2 Reinvesteringar 8 3.3 Infrastruktur 9 3.4 Drift och underhåll 10 3.5 Miljö 12 3.6 Sammanställning 14 4. Försöksprojekt 16 4.1 Bränslecellsbuss 16 4.2 Elbuss 16 4.3 Hybrider 19 5. Lämpliga busskoncept för Stavanger 22 5.1 Kapacitet och teknisk utvecklingsnivå 22 5.2 Miljö och kostnader 24 Åldermansgatan 13 SE-227 64 Lund / Sweden Telefon +46 (0)10-456 56 00 Fax + 46 46 38 65 25 info@trivector.se
1
2 1. Inledning och bakgrund Bussveien i Stavanger är en cirka 40 kilometer lång bussbana som, med undantag för kortare sträckor i ändarna, kommer att gå på egen bana (se Figur 1-1). Bussprojektet syftar till att erbjuda resenärerna en högkvalitativ kollektivtrafik och denna utredning fokuserar på spörsmål kring hur den framtida fordonsflotta som ska trafikera bussveien och resterande kompletterande linjenät ska se ut. Bussmarknaden har under de senaste 5 till 10 åren utvecklats allt mer i riktning mot alternativa bränslen. Jämte de beprövade systemen som trådbussar, dieseloch gasbussar har inte minst olika hybrid- och helelektiska lösningar fått uppmärksamhet. Inom ramen för detta arbete kommer därför de olika bränsleoch drivsystemen ligga i fokus. Rapporten ger en överblick av olika busskoncept och vilka kostnader dessa är förknippade med i en norsk kontext.
3 Figur 1-1 Bussvei i Stavanger (röda och gröna linjer)
4 2. Tekniska kännetecken 2.1 Körsträckor/räckvidd De olika busskoncepten skiljer sig avsevärt vad gäller räckvidden. Trafikbolagens krav på räckvidd kan däremot skilja sig åt och bör då helst vara anpassat till det längsta fordonsomloppet/dygn som finns i systemet. Kan under trafikdygnet genomföras snabba laddningar och tankningar så är detta naturligtvis ett rimligt sätt för att förlänga räckvidden. I Tabell 2-1 följer en genomgång av de olika fordonsbränslekonceptens räckvidder. Alla uppgifter är ungefära då de kan skilja sig åt beroende på tillverkare och krav som ställs av köparen. Tabell 2-1 Olika fordonsbränslekoncept, olika räckvidder Koncept Räckvidd Anmärkningar Diesel Mer än 300 km Fordonsgas Mer än 300 km Etanol Mer än 300 km Bränsecell Ca 250 km Trådbuss Obegränsad Kräver kontaktledning Batteri, nattladdning Ca 250 km Batteri, tilläggsladdning Obegränsad Kräver laddningsanordningar Seriehybrid Mer än 300 km Parallellhybrid Mer än 300 km 2.2 Teknisk specifikation Tabell 2-2 visar typiska värden för de olika drivlinevarianterna. Värdena är ungefärliga då de kan skilja mellan olika tillverkare. Det kan dock konstateras typiska egenheter och skillnader för de olika systemen. Bussarnas vikt som påverkas starkt av eventuella batterier. Bussarnas vikt är dessutom kopplad till passagerarkapaciteten. Ju tyngre bussen är desto färre personer får lastas. Eftersom batterierna på batteribusslösningar är mycket tunga innebär detta avsevärda kapacitetsminskningar. Batterier har därutöver en kortare livslängd än själva bussen. Maximalt bör räknas med en batterilivslängd på 0,65 bussliv (upp till 12 år). Detta innebär att batteriet måste ersättas en gång under bussens livslängd. Bränsleceller har en än kortare livslängd. Trådbussar med deras relativt enkla eldrivlina innebär att
5 bussarna har en lång livslängd som kan vara 20 år och mer, alltså nästan två vanliga bussliv. Tabell 2-2 Viktiga tekniska egenheter Koncept och busslängd Diesel Tjänstevikt (ca i kg) Passagerare (ca) 12m 11 500 85 Motor: 1 18m 16 500 120 Motor: 1 24m 22 000 165 Motor: 1 Fordonsgas 12m 12 500 75 Motor: 1 18m 18 500 110 Motor: 1 Bränslecell Livslängd batteri, bränslecell, motor/bussens livslängd (ca) 12m 12 500 75 Bränsleceller: 0,4 Batteri: 0,65 El (trådbuss) Anmärkningar Finns ej som 24m Finns ej som 18 m och 24 m 12m 12 500 75 2 Ca dubbel livslängd jmf med diesel 18m 19 500 110 2 Ca dubbel livslängd jmf med diesel 24m 24 000 150 2 Ca dubbel livslängd jmf med diesel El (batteri) 12m 14 000 60 Batteri: 0,65 El (batteri, tilläggsladdad) 12m 13 500 60 Batteri: 0,65 18m 19 500 110 Batteri: 0,65 Parallellhybrid 12m 12 500 80 Batteri: 0,65 18m 18 000 120 Batteri: 0,65 Seriehybrid 12m 13 000 75 Batteri: 0,65 18m 19 000 110 Batteri: 0,65 24m 24 000 150 Batteri: 0,65 Laddhybrid 12m 13 500 60 Batteri: 0,65 Finns ej som 18 m och 24 m Finns ej som 24m Finns ej som 24m Parallellhybrid med laddfunktion, Finns ej som 18 m och 24 m
6 2.3 Klimat och väder Beroende på drivlina kan det nordiska klimatet med sina relativt kalla temperaturer medföra problem. Vid diesel- och gasdrift är detta problem inte särskilt utpräglat respektive har lösts under årens lopp. Trådbussar med deras jämna energitillförsel innebär inte heller några problem som gäller försämrad räckvidd eller startsvårigheter. Under vissa väderförhållanden (rimfrost) kan dock kontakttråden vara belagd med is vilket kräver specialfordon som avisar kontaktledningen. Figur 2-1 Avisningshuvud som skrapar bort is och sprutar tråden med ett isbekämpningsmedel. Batterier trivs mindre bra i kallt väder. Batteriernas effekt försämras vilket innebär att de behöver laddas tidigare än vid högre temperaturer. Vid system med tilläggsladdning kan detta problem tas hänsyn till medan nattladdade lösningar får leva med sämre räckvidder under den kalla årstiden. Seriella och parallella hybrider har också batterier med ombord vilket innebär liknande problem. Eftersom batterierna i dessa system enbart används som lagringsenhet och inte som grundläggande energikälla är problematiken av mindre betydelse, det vill säga att den kompenseras. Vid alla former av batteridrift (hybrider, och rena batterifordon) är dock den kalla årstiden en utmaning när det fordonens uppvärmning. I vanliga fall sker uppvärmningen med hjälp av motorernas spillvärme. Batterier och elmotorer producerar dock mindre spillvärme (vilket också synliggörs genom elmotorers bättre verkningsgrad) så att denna funktion kräver andra lösningar.
7 3. Kostnader 3.1 Fordon Kostnaderna för de olika systemen i jämförelse med dieseldrift kan bestå av olika delar som följande: Inköpskostnad (pris/fordon) Kostnader för koncepttypiska reinvesteringar (ersättning av batteri eller bränsleceller) Infrastrukturkostnader (t.ex. kontaktledning för trådbuss eller laddstationer) Tabell 3-1 ger en översikt över kostnaderna för fordonen. Det är viktigt att dessa uppgifter, framförallt vad gäller batteribussar och bränslecellsbussar, är ungefärliga. Livslängden på bussen och dess drivlina uppskattades utifrån den kunskapen om diesel-, gas- och trådbussar som man har idag. För traditionella dieselbussar är det tämligen enkelt att uppskatta ett fordons monetära värde vid en viss tidpunkt under bussens livslängd. Så är dock inte fallet för bussar med sent utvecklad teknik, som t.ex. gashybrider, där restvärdet kan vara noll redan efter halva bussens livslängd då andrahandsmarknaden spås bli obefintlig. Detta leder till högre periodiserad kostnad för bussens värdeminskning, vilket måste beaktas vid finansiering. Under arbetets lopp har vi fått reda på att en batteriledbuss utvecklas av kinesiska Build Your Dreams som ska levereras till BRT-systemet TransMilenio i Bogotá. Det är dock oklart om hur många bussar det handlar om, vad dessa kostar och vilka tekniska data de har. Vi utesluter därmed även framöver möjligheten att köpa helbatteridrivna ledbussar. Andrahandsmarknaden är inte stor för något av de beskrivna fordonskoncepten med undantag för diesel- och trådbuss men även här med större frågetecken. Med EURO 6-dieselmoterer blir det tveksamt om de har någon större andrahandsmarknad (tillsatser, svavelfri diesel). Marknaden finner man ofta i Östeuropa så att dieseltillsatser kan vara ett försäljningsproblem. Trådbuss är kanske det enklaste (finns många trolleybussar i öst och på grund av deras livslängd finns det alltid någon stad som kan behöva någon nyare modell). Vi ser i Sverige att det redan är relativt svårt att sälja gasbussar. Batteribussar lär var riktigt svåra då en buss med ett dåligt batteri inte är värd mycket.
8 Tabell 3-1 Kostnadsöversikt, fordon Kostnadspunkt Enhet Cirkapris/enhet Livslängd (år) Fordon Diesel Årlig kostnad (ränta: 3,5 %) 12m Styck 1,8 MNOK 10 220 000 NOK 18m Styck 2,5 MNOK 10 300 000 NOK 24m Styck 4,0 MNOK 10 480 000 NOK Fordonsgas 12m Styck 2,2 MNOK 10 265 000 NOK 18m Styck 3,0 MNOK 10 360 000 NOK Bränslecell 12m Styck 8,0 MNOK 15 960 000 NOK El (trådbuss) 12m Styck 3,0 MNOK 20 210 000 NOK 18m Styck 4,0 MNOK 20 280 000 NOK 24m Styck 7,0 MNOK 20 490 000 NOK El (batteri) 12m Styck 5,0 MNOK (skattning) 15 435 000 NOK El (batteri, tilläggsladdning) 12m Styck 5,0 MNOK (skattning) 15 435 000 NOK 18m Styck 6,0 MNOK (skattning) 15 520 000 NOK Parallellhybrid 12m 18m Seriehybrid Okänt 12m Styck 3,8 MNOK 10 455 000 NOK 18m Styck 5,0 MNOK 10 600 000 NOK 24m Styck 8,0 MNOK 10 960 000 NOK Laddhybrid (bas parallellhybrid) 12m Okänt 3.2 Reinvesteringar När det gäller reinvesteringar har vi lokaliserat ett antal kriterier som behöver tas hänsyn till: Fordon: Fordon med en längre livstid än 10 år behöver en uppfräschning under livstiden för att klara kundbehoven. Vi kallar denna åtgärd för rekonditionering. Batterier: Fordonskoncept med batterier som bränslelagring har enligt vår bedömning en relativt lång livstid även om detta inte är praktiskt bekräftad. Själva batterierna har dock en till ungefär 7 8 år begränsad livstid. Detta faktum kräver en reinvestering vid batteriets livstidsslut.
9 Bränsleceller: Bränslecellerna i bränslecellsbussar har en livstid på ca. 4 år. Därefter måste de bytas. Eftersom livstiden för bränslecellerna är relativt kort sker en sådan reinvestering vid flera tillfällen under en bränslecellsbuss livstid. Trådbuss: Trådbussarnas infrastruktur i form av kontaktledningar, stolpar och matarstationer kräver reinvesteringar. Var gränsen mellan underhåll och reinvestering går i detta fall är svårt att avgränsa. Tabell 3-2 ger en överblick över de nämnda identifiera reinvesteringsåtgärderna. Tabell 3-2 Kostnader för olika reinvesteringsåtgärder Kostnad/enhet Livslängd Rekonditionering 100 000 NOK/buss 10 år Batteribyte, helbatteribussar 1,5 MNOK/buss 7,5 år Batteribyte, tilläggsladdade bussar 1,0 MNOK/buss 7,5 år Bränslecellsbyte 100 000 NOK/buss 4 år Trådbussinfrastruktur 15 000 NOK/km och år sker löpande Den årliga kostnaden för olika fordonskoncept är naturligtvis långt ifrån så högt. I Tabell 3-3 redovisas den årliga kostnaden per buss beroende på fordonskoncept. Trådbussinfrastrukturen redovisas ej i denna tabell. Denna kostnad är beroende av nätlängden. Tabell 3-3 Årlig reinvesteringskostnad (ränta: 3,5 %) per fordon Rekonditionering Batteribyte Bränslecellsbyte Total Dieselbuss 0 0 0 0 Gasbuss 0 0 0 0 Trådbuss 6000 NOK 0 0 6000 NOK Bränslecellsbuss 8000 NOK 77 000 NOK 22 000 NOK 107 000 NOK Helbatteribuss 8000 NOK 115 000 NOK 0 123 000 NOK Tilläggsladdad buss 8000 NOK 77 000 NOK 0 85 000 NOK Parallellhybridbuss 0 0 0 0 Seriehybridbuss 0 0 0 0 Laddhybridbuss 8000 NOK 77 000 NOK 0 85 000 NOK 3.3 Infrastruktur Alla fordonskoncept kräver särskild infrastruktur som måste tas med i beräkningen. Här avses dock inte någon särskild väginfrastruktur utan infrastruktur som krävs för själva bränslet (laddning, tankning, kontaktledning). Infrastrukturkostnaderna sammanställs i Tabell 3-4. De flesta uppgifterna kommer från rapporten Urban buses: alternative powertrains for Europe. Uppgifter med annan källa kommenteras. Vid beräkningen av de årliga kostnaderna har räntan satts till 3,5 %.
10 Tabell 3-4 Kostnadsöverblick infrastruktur Anordning Kapacitet Enhet Kostnad (i MNOK) Busskoncept Avskrivningstid (år) Årlig kostnad (i MNOK) Anmärkning Diesel Tankanläggning 85 bussar Tankanläggning/styck 3 20 0,21 Gas Tankanläggning (snabbtankning) 85 bussar Tankanläggning/styck 15 20 1,05 Trådbuss Kontaktledning och matarstationer Kontaktledning/km 3,5 30 0,19 Data från Bergen Matarstation/styck 5 40 0,23 Bränsleceller Tankanläggning för gasformig hydrogen 85 bussar Per tankanläggning 34 20 Batteri Laddplatser på depå/ matarstation 85 bussar Laddplats/styck 0,35 30 0,025 Matarstation utifrån trådbuss Matarstation/styck 5 40 0,23 Tilläggsladdat batteri Parallellhybrid (diesel) Laddstolpar/ matarstationer 85 bussar Laddstolpe/styck 1,5 30 0,082 Matarstation utifrån trådbuss, Matarstation/styck 5 40 0,23 Laddstolpe: Göteborg 85 bussar 3 20 0,21 Tankanläggning Seriehybrid (gas) Tankanläggning (snabbtankning) Laddhybrid (diesel) Tankanläggning med fyra fyllplatser/ laddstolpar/ matarstationer 85 bussar 15 20 1,05 85 bussar Tankanläggning/styck 3,0 20 0,21 Data: Matarstation utifrån trådbuss, Laddstolpe: Göteborg Laddstolpe/styck 1,5 30 0,082 Matarstation/styck 5 40 0,23 3.4 Drift och underhåll Drifts- och underhållskostnaderna fördelar sig på ett antal poster som värdesätts. När det gäller driften, alltså kostnaden för att köra en buss, så kan tre kostnadsdelar konstateras: Bränslekostnaden Förarkostnaden Busskostnaden Här redovisas enbart kostnaderna för Bränslet och föraren. Busskostnaden har redovisats tidigare under rubrik 3.1. Till dessa kostnadsdelmängder som gäller driften tillkommer kostnader som berör fordonsunderhållet. Naturligtvis är drift och underhåll mycket nära besläktade. Under underhåll kan två huvudsakliga delmängder konstateras:
11 Fordonsunderhåll Depåkostnad Fordonsunderhållet består av delarna städning (huvudsakligen bestående av personalkostnader), underhållsarbete (huvudsakligen bestående av personalkostnader) samt materialkostnader. Depåkostnaden handlar naturligtvis om själva verkstaden och avställningsplatserna som antingen ägs av bussbolagen själva eller hyrs. Det har dessutom lagts till en kostnad för administrativa tjänster som bussbolagen har för sin verksamhet. Tabell 3-5 Kostnader för drift och underhåll Fordon Diesel Bränsle (NOK/km) Busschaufför (NOK/km) Fordonsunderhåll (NOK/km) Depå (NOK/km) Admin. tjänster (NOK/km) Total 12m 3,60 kr 12,00 kr 3,06 kr 2,75 kr 1,42 kr 22,83 kr 18m 4,50 kr 12,00 kr 3,06 kr 2,75 kr 1,42 kr 23,73 kr 24m 5,40 kr 12,00 kr 3,06 kr 2,75 kr 1,42 kr 24,63 kr Gas 12m 3,82 kr* 12,00 kr 3,25 kr 2,75 kr 1,42 kr 23,24 kr 18m 4,39 kr* 12,00 kr 3,25 kr 2,75 kr 1,42 kr 23,81 kr Tråd 12m 0,90 kr 12,00 kr 3,46 kr 2,75 1,42 kr 20,53 kr 18m 1,00 kr 12,00 kr 3,46 kr 2,75 1,42 kr 20,63 kr 24m 1,10 kr 12,00 kr 3,46 kr 2,75 1,42 kr 20,73 kr Bränslecell 12m 1,45 kr 12,00 kr 3,72 kr 2,75 1,42 kr 21,34 kr Helbatteri 12m 1,00 kr 12,00 kr 3,62 kr 2,75 1,42 kr 20,79 kr Tilläggsladdad batteri 12m 1 12,00 kr 3,62 kr 2,75 1,42 kr 20,79 kr 18m 1,1 12,00 kr 3,62 kr 2,75 1,42 kr 20,89 kr Parallellhybrid (diesel) 12m 2,25 kr 12,00 kr 3,70 kr 2,75 1,42 kr 22,12 kr 18m 3,11 kr 12,00 kr 3,70 kr 2,75 1,42 kr 22,98 kr Seriehybrid (gas) 12m 3,06 kr 12,00 kr 3,86 kr 2,75 1,42 kr 23,09 kr 18m 3,51 kr 12,00 kr 3,86 kr 2,75 1,42 kr 23,54 kr 24m 4,96 kr 12,00 kr 3,86 kr 2,75 1,42 kr 24,99 kr Laddhybrid 12m Ej kompletta uppgifter tillgängliga * Pris avser biogas (6,70 NOK/Nm 3 ). Naturgas är billigare (5,40 NOK/Nm 3 ). Allt exkl. mva. Kilometerkostnaden blir därmed något billigare med naturgas.
12 Uppskattningen av dessa kostnadspunkter är delvis svåra då uppgifterna uppdelade i delmängder i regel är hemliga (konkurrens mellan bussbolagen). Med hjälp av en i Stavanger gällande kilometerkostnad (mellan 30 och 35 NOK/km inkl. allt) och de relativt välkända driftskostnaderna kan även resterande poster uppskattas. Tabell 3-5 visar hur kostnadsläget ser ut för de olika fordonskoncepten. Observera att de relativt låga kilometerkostnaderna beror på att vi har valt att exkludera busskostnaden eftersom den redovisades redan tidigare. Därutöver visar dessa uppgifter ingen vinstmarginal för bussbolagen (för en dieselbuss i 12m-utförande skulle kilometerpriset inkl. busskostnad och vinstmarginal ligga på drygt 30 NOK/km). Vi utgår därmed från en situation där driftskostnaden skiljer sig avsevärt mellan de olika koncepten. Underhåll och depåkostnader är dock nära varandra oberoende fordonskoncept. 3.5 Miljö Att bedöma miljökostnader är ett lika intressant som svårt kapitel. Begreppet miljö är mycket mångfacetterat och med enbart en lista över miljökostnader kan ingen rättvisa nås. Miljöproblem kan först och främst ha en lokal och en global aspekt. Medan den globala aspekten naturligtvis syftar på växthusproblematiken syftar de lokala miljöproblemen främst på lokala utsläpp av exempelvis partiklar som har negativa effekter på vår hälsa. Den globala aspekten får i förlängningen också lokal betydelse vid exempelvis stigande havsnivåer. Tabell 3-6 Energieffektivitet* Standardbuss kwh/km Ledbuss kwh/km Dubbelledbuss kwh/km Diesel 3,8 4,4 5 Gas 5,21 6,34 Finns ej Tråd 1,8 2 2,2 Bränslecell 12,5 Finns ej Finns ej Helbatteri 2 Finns ej Finns ej Tilläggsbatteri 2 2,2 Finns ej Parallellhybrid** 3,65 4,22 Finns ej Seriehybrid** 3,34 4,06 4,59 Laddhybrid Okänt * Källa: Urban buses: alternative powertrains for Europe, trådbuss: egna uppgifter, batteribussar: uppskattning utifrån trådbuss, Bränslecell: teoretiskt krävs ca. 33 kwh/kg hydrogen men i praktiken krävs betydligt mer dvs. runt 55 kwh/kg hydrogen. ** Uppskattningar Dessa problem är först och främst kopplade till utsläpp. En avgörande punkt är däremot också energieffektiviteten. Även om fordon går på förnyelsebar energi kan energieffektiviteten vara sämre än vid användning av fossila bränslen. Där
13 bör avgöras vad som är mest meningsfullt. En blind omställning till grön el men med dålig energieffektivitet kan leda till en allt större eltörst som måste släckas med fossila källor (inom landet eller utomlands). Det är naturligtvis självklart att detta inte är meningsfullt så att energieffektiva lösningar med gröna bränslen är att föredra. Tabell 3-6 sammanfattar de olika fordonskonceptens energieffektivitet. I nästa steg redovisas kostnaderna för olika utsläpp (Tabell 3-7). Kostnadsvärdena har hämtats från CIVITAS-rapporten, Trolleybussdrift og gassbussdrift i Bergensområdet. Utsläppsdata kommer från SL (Storstockholms Lokaltrafik) för el resp. EURO 6-kraven. För enkelhetens skull indelar vi enbart i elfordon (med källan grön el) och förbränningsmotorer enligt EURO 6-norm. Tabell 3-7 Utsläpp samt utsläppskostnader g/kwh Kostnad/kg kr/g kr/kwh EURO 6 (EU-norm) HC 0,13 8,3 0,0083 0,001079 NOx 0,40 36 0,036 0,0144 PM 0,01 720 0,72 0,0072 CO2 52,78 1,5 0,0015 0,07917 Grön el (SL) HC 0,00 8,3 0,0083 0 NOx 0,00010 36 0,036 0,0000036803 PM 0,0000076 720 0,72 0,0000054511 CO2 0,024 1,5 0,0015 0,0000364514 Biogas (Lund,MAN) HC 0,02 8,3 0,0083 0,000166 NOx 0,31 36 0,036 0,01116 PM 0,001 720 0,72 0,00072 CO2 0,024 1,5 0,0015 0,000036 Utifrån dessa uppgifter tillsammans med de redovisade uppgifterna i Tabell 3-6 kan utsläppskostnaderna för de olika fordonskoncepten uppskattas (Tabell 3-8). Tabell 3-8 Utsläppskostnader Standardbuss kr/km Ledbuss kr/km Dubbelledbuss kr/km Diesel 0,39 0,45 0,51 Gas 1 0,06 0,08 Finns ej Tråd 0,00 0,00 0,00 Bränslecell 0,00 Finns ej Finns ej Helbatteri 0,00 Finns ej Finns ej Tilläggsbatteri 0,00 0,00 Finns ej Parallellhybrid 0,37 Finns ej Finns ej Seriehybrid 2 0,34 0,41 0,47 Laddhybrid Okänt
14 1 Gäller biogas som har mycket låga CO2-utsläpp då bränslet framställs av förnyelsebara källor (sett i ett kretsloppsperspektiv). Vid naturgas ökar miljökostnaderna. 2 Kostnader redovisas för seriell dieselhybrid. Motsvarande värde för gashybrid finns inte tillgängligt i nuläget då tekniken är helt ny på den öppna marknaden. Sannolikt innebär en gashybrid lägre utsläppskostnader jämfört med ren gasdrift. Den ovanstående genomgången får inte förväxlas med uppgifter om well-towheel. Well-to-wheel beräkningar kan vara svåra att avgränsa och vissa utsläppsdelar som sker vid produktionen av vissa bränslen kan inte påverkas nämnvärt av förbrukaren. Vid biogasdrift tillkommer exempelvis utsläpp som härrör från insamlingen av matavfall och vidare skulle man kunna fundera på energin som gick åt för framställandet av matvarorna. Om gasen dessutom levereras med tankbilar tillkommer ytterligare miljökostnader liksom det kan vara fallet för diesel och dess raffinaderikostnader. När det gäller hydrogen har vi utgått ifrån att gasen tillverkas på plats med el där de gömda elkostnaderna inte tas hänsyn till dock för den direkta elförbrukningen för att framställa hydrogen. 3.6 Sammanställning Tabell 3-9 Total kostnadssammanställning för olika fordonskoncept Diesel Gas Tråd Bränslecell Helbatteri Tillägg Parallellhybrid Seriehybrid Laddhybrid Antal fordon Standardbuss 20 20 20 20 20 20 20 km/år och fordon 50 000 50 000 50 000 50 000 50 000 50 000 50 000 Total kmproduktion Fordon kr/år 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 4 400 000 5 300 000 7 000 000 19 200 000 8 700 000 8 700 000 9 100 000 Drift kr/år* 3 600 000 3 819 000 900 000 1 447 048 1 000 000 1 000 000 3 055 200 Reinvest kr/år 0 0 570 241 2 134 974 2 468 897 1 699 372 0 Miljö kr/år 387 026 118 158 82 569 91 91 340 176 Fullständiga uppgifter saknas Fullständiga uppgifter saknas Infra kr/år 211 083 1 055 416 8 050 354 2 392 277 2 327 378 2 383 502 1 055 416 Total kostnad/år 8 598 109 10 292 574 16 520 677 25 174 867 14 496 366 13 782 965 13 550 792 Ledbuss Antal fordon 20 20 20 20 20 km/år och fordon 50 000 50 000 50 000 50 000 50 000 Total kmproduktion Fordon kr/år 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 1 000 000 Inte kommersiellt tillgängligt 6 000 000 7 200 000 8 500 000 10 400 000 12 000 000 Drift kr/år* 4 500 000 4 391 850 1 000 000 1 100 000 3 513 480 Reinvest kr/år 0 0 570 241 1 699 372 0 Miljö kr/år 448 136 143 785 91 100 413 957 Fullständiga uppgifter saknas Fullständiga uppgifter saknas Infra kr/år 211 083 1 055 416 8 050 354 2 383 502 1 055 416 Total kostnad/år 11 159 219 12 791 051 18 120 686 15 582 974 16 982 853 Dubbelledbuss
15 Antal fordon 20 20 20 km/år och fordon 50 000 50 000 50 000 Total kmproduktion Fordon kr/år 1 000 000 1 000 000 1 000 000 Inte kommersiellt tillgängligt 9 600 000 12 700 000 19 200 000 Inte kommersiellt tillgängligt Drift kr/år* 5 400 000 1 100 000 4 958 000 Reinvest kr/år 0 570 241 0 Miljö kr/år 509 245 100 467 497 Inte kommersiellt tillgängligt Infra kr/år 211 083 8 050 354 1 055 416 Total kostnad/år 15 720 328 22 420 696 25 680 913 Nu kan alla kostnadspunkter sammanställas i en stor tabell (Tabell 3-9). Observera att driftskostnaden har förenklats till enbart innehålla driften, ej underhåll. Detta har gjorts på detta sätt då underhållskostnaderna bedöms ligga inom samma storleksnivå för alla koncept (markerad i tabellen med en asterisk). Därutöver bör nämnas att vi trots ansträngningar inte har kunnat leta reda på tillförlitliga uppgifter för parallell- och laddhybrider. Detta tyder på ytterligare på att koncepten är relativt nya på marknaden. Vidare bör uppmärksammas att vissa fordonskoncept inte är tillgängliga i alla storleksordningar. Detta har noterats med inte kommersiellt tillgängligt. För alla fordonskoncept har det antagits en flotta på 20 fordon varav alla fordon kör 50 000 km/år. På så sätt kan koncepten jämföras på ett rättvist sätt.
16 4. Försöksprojekt Det finns många försöksprojekt runt om i Europa som testar och testade olika lösningar. Här ges en överblick över ett antal projekt i Europa för olika lösningsansatser. Listan gör inte anspråk på att bilda en komplett samling av alla projekt som finns, utan ska ses som en sammanställning av några utvalda exempel som Trivector har kännedom om och som anses vara relevanta för utredningen. 4.1 Bränslecellsbuss HyFLEET:CUTE CUTE är en förkortning av Clean Urban Transport for Europe och var under åren 2001-2006 ett EU-projekt vilket testade och utvärderade bränslecellsbussar i no europeiska städer: Hamburg, London, Barcelona, Stockholm, Porto, Stuttgart, Amsterdam, Luxembourg och Madrid. Varje stad trafikerades av tre bränslecellsbussar (totalt 27 fordon). Urvalet av städer gav möjlighet att utföra försöken städer med varierande klimat och topografi. Syftet med försöket var att i ett storskaligt projekt testa och utvärdera tekniken i bränslecellsbussar och olika system för bränslehantering och tankning. Efter de inledande försöken fortsätter nu projektet att med 33 bränslecellsbussar i Amsterdam, Barcelona, Beijing, Hamburg, London, Luxembourg, Madrid, Perth, Reykjavik utveckla och testa nästa generation av hydrogenbussar med bränslecellsteknik eller förbränningsmotor. Projektet syftar även till att utveckla effektiva och miljövänliga metoder att producera hydrogen och identifiera behoven av teknologi och utveckling i infrastrukturen som krävs för bränslehantering och tankning av hydrogenbussar. I försöket används 12-metersbussar som i nuläget inte finns i serieproduktion. 4.2 Elbuss Det är inte helt självklart vilka fordon som kan anses vara elbussar då det finns flera lösningar för att ladda och driva bussar med eldrift. Beroende på hur avgränsningen görs för vad som definierar en elbuss kan även vissa hybrider ses som elbussar. Två olika ansatser kan dock göras för rena batteribussar: Batteribussar som nattladdas och då lagrar tillräcklig med energi för en hel dags körning
17 Batteribussar först nattladdas och sedan tilläggsladdas under trafikdagen Nattladdning maximerar användningen av elmotorn för laddhybrider och olika typer av elbussar. Då laddningen sker med likström underlättar det om det finns tillgång till likströmsinfrastruktur via trådbuss- eller spårvägssystem. I annat fall används används i princip samma metod som med anslutning till 400V, 3-fasnät. Dock under förutsättning att laddningen inte överstiger 60 kw på grund av begränsningar i elnätet. Ofta används då traktionsväxelriktare (som likriktare) för att ladda batterierna. Tekniken används i bussar som levereras av Build Your Dreams. Tilläggsladdning är ett vanligt komplement till nattladdning och sker med konduktiv eller induktiv laddningsteknik. Konduktiv laddning sker via fysisk kontakt mellan fordon och elnät med strömavtagare, system som ofta bygger på beprövad teknik som vi känner från spårvägar och trådbussar. Induktiv Tilläggsladdning sker utan direktkontakt mellan fordonet och energikällan. Laddning kan endast ske då fordonet befinner sig över energikällan. I nuläget finns inte några större flottor med rena elbussar. Exempel med ren Batteridrift För normal stadstrafik utan tilläggsladdning krävs normalt ett batteri på 400 kwh vilket leder till hög vikt och reducerat passagerarantal. Warszawa Under två veckor sommaren 2013 har en BYD ebus (Build Your Dreama) provkörts under i Warszawa. I projektet har man räknat på kostnadsbesparingen för skiftet av bränsle. Resultatet blev besparingar på cirka 270000 SEK/år och fordon med el istället för diesel. Den genomsnittliga energiförbrukningen under testperioden var cirka 1,3 kwh/km inklusive luftkonditionering under körningarna. MZA Warsaw, det kommunala transportföretaget, bekräftar att bussen uppfyller den av tillverkaren angivna körsträckan på 250 km per laddning. Köpenhamn Under ett pågående försök ska två batteridrivna bussar från BYD under två år gå i provtrafik i Köpenhamn. Försöket med de två elbussarna genomförs i samarbete med Köpenhamns kommun, DONG Energy, bussoperatörerna Arriva och City-Trafik samt med stöd från den danska Trafikstyrelsen
18 Exempel med konduktiv tilläggsladdning Stavanger Operatören Boreal ska med stöd från Transnova genomföra ett pilotprojekt med elbussar i Stavanger. Tre batteridrivna 12-metersbussar kommer under 1-3 år att gå i reguljär stadstrafik. Försöket inkluderar också etablering av stationer för snabbladdning och syftar till att öka kunskaperna om elbussar i linjetrafik och ge erfarenheter som är väsentliga för att på sikt kunna elektrifiera bussflottan. Enligt Boreal transport lämpar sig Stavangers klimat väl för batteridrivna bussar, och även de topografiska förutsättningarna är gynnsamma. Wien Under hösten 2012 har 12 elektriska bussar ersatt lika många konventionella dieselbussar på centrala linjer i Wien. Bussarna laddas i depå under natten vilket ger en räckvidd upp till cirka 150 kilometer, varefter tilläggsladdning krävs. Tilläggsladdningen sker med konduktiv teknik där bussarna drar nytta av den befintliga infrastrukturen för spårvagnar. Tilläggsladdningen sker vid ändhållplatserna och tar cirka 15 minuter. Bussarna har kapacitet för 44 passagerare. Beräkningar har visat att elbussarna leder till reducerade koldioxidemissioner årligen på 300 ton CO2. Geneve ABB har arbetat med teknik för snabbladdning för personbilar under flera år och erbjuder idag snabbladdningsteknik för samtliga standarder som finns på marknaden. ABB har nu även utvecklat teknik för ultrasnabba laddare för stora bussar med upp till 135 passagerare. Vid ändhållplatsen laddas bussen i 3-4 minuter och sedan laddas batterierna på 15 sekunder vid hållplatslägen. Laddaren på hållplatser har en effekt på 400 kw (likström används) vilket gör att en laddning kan klaras på så kort tid. Snabbladdningen sker vid särskilda hållplatser där en laserstyrd arm automatiskt ansluter bussen till laddningsstationen. Laddningen sker samtidigt som passagerare går av och på bussen. Projektet går under namnet TOSA. Det är något oklart hur systemet fungerar. Viss tveksamhets till om batterierna kan klara av så stora påfrestningar väcker misstanke om att även superkondensatorer används. Exempel med induktiv tilläggsladdning Braunschweig, Tyskland Solaris har nyligen släppt en elbuss med tre olika typer av laddningssystem. Det första är ett plug-in system antingen via inbyggd växelströmskontakt eller extern likströmsladdningsenhet. Det andra systemet är laddning med induktiv teknik.
19 Med bussens tredje system sker laddning via konduktiv teknik med hjälp av kontakter som finns monterade på taket och automatiskt laddar batterierna då bussen står under en elektrifierad ledning. Gumi, Sydkorea I den sydkoreanska staden Gumi pågår ett försök där två elektriska bussar som laddads med induktiv teknik trafikerar en 25 km lång busslinje. Laddningssystemet är av typen Online Electric Vehicle (OLEV) och används sedan tidigare även på vissa spårvagnar i nöjesparken Seoul Grand Park och bussar runt universitetsområdet The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). OLEV-systemet i Gumi uppges ha 85 % laddningseffektivitet med ett 17 cm glapp mellan batteri och väg. De installerade laddningssekvenserna i vägen upptar cirka 5-15 % av den totala linjesträckningen vilket minskar investeringskostnaderna. 4.3 Hybrider Hyper Bus Göteborg (Hybrid and Plug-in Extended Range Bus system Informationen nedan hämtad från projektets hemsida Hybrid med plug-in är ett koncept med ny teknik som ska möjliggöra för laddhybridbussar att kunna köra längre på eldrift än vad som varit möjligt med tidigare modeller. Bussarna som ingår i försöket är av modell Volvo 7900 Plugin Hybrid (parallellhybrid). Tillverkaren uppger att en kommersiell variant av bussen bör finnas på marknaden om några år. Projektet Hyper Bus startade den 1 september 2011 och pågår till 2014. Elhybridbussen kommer att köras på el i första hand, med tillägg av diesel. Plug in-teknologin gör att batteriet laddas med extern el, med sladd via laddstationer. Bussarna trafikerar linje 60 utöver ordinarie tidtabell. Linje 60 är 8,3 kilometer lång och har 24 hållplatser. Restiden är ca 35-36 minuter och antalet resor på linjen uppgår årligen till drygt 4,7 miljoner. Totalt trafikeras linje 60 av 18 bussar, plus de tre laddhybriderna som ingår i försöket.
20 Figur 4-1 Hybridbuss i Göteborg som ingår i projektet Hyper Bus Göteborg. Längs linjen finns två stationer där bussarna kan laddas. Laddtiden är cirka 60 minuter. Bussarna kör på el cirka 70 % av sträckan. Tekniska specifikationer för laddstationerna: Två till antalet, en vid respektive ändhållplats: Redbergsplatsen och Gamla Masthugget Laddtid ca 6 min Laddeffekt 100 kw Laddstationer anslutna till 400V AC Laddspänning: likström (DC) 600-750V Full laddning 10 kwh Laddkostnad en laddning 12-15/10kWh (Enbart elförbrukning och förluster i laddstationen) Investering laddstation inklusive viss utvecklingskostnad ca 3 M monterad och klar. Troligt marknadspris nedåt 1 M i volymer. Leverantör Opbrid, Spanien Tekniska specifikationer för bussarna: 35/35 passagerare (sittande/stående) Tvåaxlig låggolvs citybuss, identisk med Volvo 7900 Hybrid Batterikemi Li-järnfosfat Batterikapacitet 28 kwh Laddprocedur för förare Placera bussen korrekt under laddstolpen (marginal +/- 40 cm i bredd, +/- 70 cm i längd). En knapptryckning för att starta laddning. En ytterligare knapptryckning om laddningen behöver avbrytas i förtid. Dieselmotor D5F215, 4.8 liter, 161 kw (216 hk), 800 Nm, Euro 5 Elmotor 150 kw (203hp) och max 1200Nm Det är Business Region Göteborg, Göteborg Energi, Trafikkontoret i Göteborgs Stad, Volvo Bussar och Västtrafik som står bakom demonstrationsprojektet.
21 Enligt uppgifter från projektet minskar energiförbrukningen med 65 procent och utsläppen av koldioxid minskar med 75 procent jämfört med konventionella dieselbussar. På sträckor där bussen går på el uppges den vara tystare än något jämförbart kollektivtransportsystem. MalmöExpressen Linje 5 i Malmö är Skånes största stadsbusslinje och antalet resenärer ökar kontinueurligt. Malmö utvecklar därför ett nytt koncept enligt devisen tänk spårvagn, kör buss där 15 nya 24-meters dubbelledsbussar med gas/elhybridteknik kommer att trafikera linje 5 mellan Stenkällan och Västra Hamnen. Bussarna är gashybrider av märket Van Hool ExquiCity och drivs av elmotorer från Siemens. Batterierna laddas med en gasmotor levererad av MAN. Malmöexpressen kommer avgå var femte minut, och kapaciteten förväntas öka från 800 passagerare per timme idag till 1100 passagerare per timme när de nya bussarna går i trafik. Figur 4-2 Sommaren 2014 ska 15 gashybrider traikera linje 5 i Malmö, Sverige
22 5. Lämpliga busskoncept för Stavanger Hittills har vi studerat olika fordonskoncept värdeneutralt. Efter de ovan gjorda erfarenheterna är det nu dock möjligt att begränsa urvalet med hjälp av ett antal kritierier som Trivector har tagit fram i samarbete med uppdragsgivaren. Urvalskriterier är följande: Kapacitet: finns fordonskonceptet tillgängligt som minst ledbuss? Teknisk utvecklingsnivå: finns det en kommersiell marknad för fordonskonceptet? Miljö: Hur bedöms miljöprestandan för respektive fordonskoncept? Kostnader: Hur ser den övergripande kostnadsbilden ut i jämförelse? Medan de första två kriterierna har en uteslutande karaktär är de två sistnämnda av vägledande karaktär. Med uteslutande menas att om ett koncept inte bedöms uppnå kapacitets- eller utvecklingsnivån så är det inte aktuellt för Stavanger. Vägledande betyder att konceptet har vissa för- och nackdelar som ska beaktas. Bedömningen görs utifrån denna beskrivning i två steg. Första steget innehåller bedömningen om kapacitets- och utvecklingsfrågan, andra steget bedömer sedan de kvarvarande koncepten utifrån miljö- och kostnadsfrågan. 5.1 Kapacitet och teknisk utvecklingsnivå Kapacitetsbedömningen är relativt enkel. Man bedömer att bussveien i Stavanger kräver minst ledbussar för en effektiv trafikering. Kan detta krav inte uppnås så är fordonskonceptet inte aktuellt. När det gäller den tekniska utvecklingsnivån så är det något mer komplicerat. Alla lösningar som hanteras i detta arbete finns i verkligheten. För att kunna använda tekniken i full skala krävs dock en fungerande marknad där det inte enbart finns en tillverkare. Därutöver ska tekniken ha kommit längre än till försöksprojekt. Tabell 5-1 visar bedömningarna för de olika koncepten (rött: klarar inte kravet; grönt: klarar kravet).
23 Tabell 5-1 Bedömning av kapacitets- och utvecklingskravet Bedömning kapacitet Bedömning teknisk utvecklingsnivå Diesel Gas Tråd Bränslecell Helbatteri Tilläggsbatteri Parallellhybrid Seriehybrid Laddhybrid Vi utgår ifrån att de första tre koncepten är självförklarande i detta fall och vi börjar därmed vår bedömningsförklaring med bränslecellsbussarna. Bränslecellsbussar har varit lovande länge. Genombrottet har dock aldrig kommit riktigt. I Europa finns visserligen ett större antal bussar, dock fördelade på många olika platser och alla är enbart del i försöksverksamheter. Detta utgångläge förklarar också delvis att fordonskonceptet bara finns som standardbussar. Helbatteribussar finns som tolvmetersbussar. En ledbuss har tagits fram för Bogotá men det är oklart hur många fordon och hur de klarar trafiken. I Europa pågår enbart försöksprojekt med denna lockande teknik. Det kvarstår dock många tveksamheter. Inte minst det kalla nordiska klimatet begränsar den redan begränsade räckvidden ytterligare under vinterhalvåret. Marknaden på helbatteribussar är ytterligare en viktig begränsande faktor. Det är framförallt kinesiska Build Your Dreams som tillverkar och säljer sådana bussar även om Solaris nu också gör första försök. Framförallt i en nordisk kontext är det för tidigt för att kunna bedöma denna teknik som kommersiellt tillgängligt. Enligt vår bedömning närmst genombrottet är tilläggsladdade batteribussar. Man gör relativt goda erfarenheter i de olika försöksprojekten. Utöver försöksverksamhet eller trafik med mindre bussar har man dock inte kommit. Mycket intressant är dock framtida möjligheter i trådbuss- och spårvägsstäder där den befintliga elektriska infrastrukturen även kan nyttjas för bussar i det finmaskiga nätet. Vi bedömer parallellhybriden som ett numera moget alternativ även marknaden än så länge är relativt tunn. Visserligen erbjuds parallellhybrider i ledbussutförande av Volvo men än så länge har vi inte hört talas om att dessa
24 används i full skala. Även tolvmetersbussar ingår än så länge huvudsakligen i försöksverksamheter dock i större skala. Seriella hybrider har framförallt blivit ett alternativ för stora dubbelledsbussar både som gas- och dieselhybrider. Metz använder sig av dubbelledade dieselhybrider medan Malmö har beställt gashybrider. Det finns även en liten marknad för detta fordonskoncept där framförallt trådbusstillverkare som Hess, Solaris och VanHool verkar ha rätt kompetens för denna sorts fordon. Laddhybrider är i dagsläget plug-in-hybrider som bygger på parallellhybrider. Försöksverksamheter pågår som det visade exemplet från Göteborg. Lösningen har oss veterligen enbart används i standbusslängd och någon större marknad finns det inte heller än. Eftersom systemet används med laddstolpar (se Göteborg) är det tveksamt om denna teknik överhuvudtaget kommer ut på marknaden på allvar innan tilläggsladdade bussar med liknande infrastruktur har slagit genom. 5.2 Miljö och kostnader De fyra kvarvarande lösningarna är därmed diesel, gas, seriehybrid samt trådbuss. Alla dessa kommer att studeras vidare när man tittar på miljörespektive kostnadsprestanda för dessa lösningar ser man ingen tydlig bild ännu. Tabell 5-2 visar att de olika koncepten har sina för- och nackdelar lite olika fördelade på kostnad och miljö (alla jämförs med dieselalternativet som därför värderas neutralt med 0). Gas är något dyrare än dieseldrift och kan ha vissa miljöfördelar om biogas används. Riktigt stora miljövinster gör man med trådbussarna som är både energieffektiva och kan köras på förnyelsebara källor. Kostnaden är däremot betydligt högre än för dieselbussarna. Seriehybriderna befinner sig någonstans mellan gas och trådbussen enligt denna kvalitativa utvärderingsmetod. Tabell 5-2 Miljö- och kostnadsbedömning Bedömning miljö Bedömning kostnad Diesel 0 0 Gas 0/+ 1 - Tråd +++ --- Seriehybrid +/++ 2 -- 3 1 Naturgas är 0. Biogas är +, 2 Dieselhybrid är +, Gashybrid är ++ 3 Seriehybrid gasdrift kan förväntas vara något dyrare än dieseldriven seriehybrid (värden saknas)