Seryjny autobus hybrydowy MAN-a

Pierwsze jazdy testowe tego pojazdu odbyły się w w końcu 2009 r. w Monachium i Wiedniu. Jego premiera miała miejsce na 58. światowym kongresie UITP (Union Internationale des Transports Publics - Międzynarodowa Unia Transportu Publicznego) w czerwcu 2009 r. Próby z takim rodzajem napędu są prowadzone od kilku lat. W 2005 r. opracowano i wyprodukowano we współpracy z Siemens Vekehrstechnik i EPCOS seryjny dieslowsko-elektryczny autobus miejski na bazie modelu Lion’s City. Projekt „IDEAS” (Innovativer Diesel-Elektrischer Hybrid-Antrieb für Stadtbusse). Pojazdy, budowane w ramach tego programu są testowane w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych w systemie komunikacji miejskiej Norymbergi. Jednym z ważniejszych aspektów programu badań jest wpływ użytkowania tego typu konstrukcji na przewoźnika -koniecznych inwestycji, kosztów eksploatacji czy serwisowania. Pierwszy etap testów zakończył się sukcesem: , w ramach którego powstał ten pojazd, jest wspierany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki Niemiec. Testowane przez kolejne lata na dystansie ponad 70 tys. km rozwiązania znalazły się również w oferowanym seryjnie autobusie.

Po co ta hybryda?

W klasycznym układzie napędowym silnik spalinowy pracuje w bardzo zmiennych warunkach. Przeciętnie przy takiej eksploatacji silniki osiągają sprawność około 10% - 4 razy mniejszą od maksymalnej. Powoduje to zwiększenie zużycia paliwa i emisji toksycznych składników spalin. Około 15-20% energii można zaoszczędzić poprzez odzysk energii kinetycznej pojazdu w czasie hamowania. Tworząc dodatkowo optymalne warunki pracy dla silnika spalinowego w warunkach zmieniającego się obciążenia na kołach, można zwiększyć oszczędności do 20-30%. Takie możliwości zapewnia właśnie hybrydowy układ napędowy.

fot. MANAutobus MAN Lion’s City Hybrid był już testowany w Norymberdze. Emisja CO2 w czasie eksploatacji w warunkach ruchu miejskiego była niższa aż o 30% w porównaniu z autobusem napędzanym silnikiem Diesla. Szeregowy układ hybrydowy i magazynowanie energii elektrycznej w kondensatorach „ultracap” potwierdziły słuszność wybranej koncepcji w warunkach rzeczywistej eksploatacji. Zużycia paliwa w porównaniu z wersją dieslowską zmniejszyło się o 25 do 30%.

Co to jest hybryda?

Hybrydowy układ napędowy wykorzystuje przynajmniej dwa źródła energii. Podstawowym jest źródło o dużej pojemności energetycznej, tzw. pierwotne (np. silnik spalinowy). Drugie źródło energii o mniejszej pojemności (wtórne), jest akumulatorem, który magazynuje energię odzyskiwaną w czasie hamowania. Zgromadzona w akumulatorze energia jest wykorzystywana w czasie rozpędzania pojazdu. Pozwala to w znacznym stopniu zmniejszyć moc źródła pierwotnego (o około 35%). Obecnie stosowane są wyłącznie akumulatory magazynujące energię elektryczną. W MAN Lion’s City Hybrid do akumulacji energii elektrycznej zastosowano kondensatory. Z uwagi na postęp, jaki dokonał się w dziedzinie akumulatorów elektrochemicznych (zmniejszenie ich masy), współcześnie najbardziej rozpowszechniony jest hybrydowy układ napędowy z silnikiem elektrycznym. W przeszłości prowadzono badania nad zastosowaniem akumulatorów kinetycznych czy hydraulicznych.

fot. MANMAN Lion's City Hybrid (schemat rozmieszczenia poszczególnych elementów układu hybrydowego)

Rozróżniamy dwa rodzaje hybrydowych układów układów napędowych: szeregowy i równoległy. W pierwszym, zastosowanym w hybrydowym autobusie MAN, silnik spalinowy jest źródłem napędu generatora prądu, który z kolei zasila trakcyjne silniki napędowe. Nadmiar energii jest kierowany do akumulatorów. W układach równoległych silnik spalinowy jest połączony z kołami napędowymi. W przypadku dużego zapotrzebowania na moc, zarówno silnik spalinowy, jak i elektryczny mogą pracować równolegle. W czasie hamowania silnik elektryczny przechodzi w tryb pracy prądnicowej i doładowuje akumulatory. Taki układ napędowy jest stosowany w polskim Solarisie, który był pierwszym europejskim seryjnie produkowanym autobusem hybrydowym. Więcej o tym autobusie w artykule Pierwszy w Polsce autobus hybrydowy na ulicach Poznania.

Hybrydowy układ napędowy stwarza optymalne warunki pracy silnika spalinowego pod względem wykorzystania energii, zmniejszenia emisji spalin oraz zwiększenia trwałości. Pracuje on z obciążeniem zbliżonym do stałego, przy bardzo zmiennym zapotrzebowaniu mocy na kołach pojazdu. W czasie przyspieszania i przy zwiększonym zapotrzebowaniu na moc, wykorzystywana jest energia zgromadzona w akumulatorach. Hybrydowy układ napędowy, pomimo zmniejszenia sprawności układu napędowego, który jest dość skomplikowany, charakteryzuje się znakomitymi właściwościami eksploatacyjnymi w warunkach ruchu miejskiego.