Anforderungen an ÖV Systeme der Zukunft Welche straßen-bezogenen Antriebstechnologien sind richtungsweisend?

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1 Anforderungen an ÖV Systeme der Zukunft Welche straßen-bezogenen Antriebstechnologien sind richtungsweisend? Lino Guzzella 45 Minuten

2 Bevölkerungswachstum in Mio. Bewohner São Paulo Beijing Shanghai Hong Kong Paris Delhi Mumbai (Bombay) Tokyo Ciudad de México (Mexico City) London Los Angeles- Long Beach- Santa Ana New York- Newark Tendenz: Urbanisierung, deshalb zunehmende Bedeutung ÖV Quelle: UN, Department of Economic and Social Affairs 2

3 Entwicklung ÖV Strasse CH Beförderte Personen in Tausend 700, , , , , ,000 Tram Trolleybusse Autobusse 100, Quelle: Bundesamt für Statistik (Schweiz) 3

4 NO x -Emissionen Stadt Zürich 2005 Linienbusse, schwere Nutzfahrzeuge 30% 29% Schiffsverkehr Feuerungsanlagen Kehrrichtheizkra[werk 1% Baugewerbe 4% 11% 6% 19% Industrie und Gewerbe (ohne Baugewerbe) Personenwagen, Lieferwagen, Zweiräder Quelle: Umwelt- und Gesundheitsschutz Zürich (UGZ) 4

5 Stadt Zürich NO 2 Belastung Grenzwert Jahresmittel Quelle: Umwelt- und Gesundheitsschutz Zürich (UGZ) 5

6 Stadt Zürich Feinstaub Belastung (pm10) Grenzwert Jahresmittel Quelle: Umwelt- und Gesundheitsschutz Zürich (UGZ) 6

7 Dieselmotoren Partikel EURO III EURO IV EURO V EURO VI NO x 7

8 Prognose und Realität Energieverbrauch PJ/Jahr PJ/Jahr Jahr Quelle: OECD/IEA (2005 und 2012) 8

9 primary Primärenergy energiesources quellen Raffinerien, refineries, well-to-tank on-board storage Treibstoffe + - H 2 propulsion Antriebssystem system vehicle Mechanische Energie tank-to-wheel driving Fahrverluste losses driving profile Fahrprofil

10 Norm-Fahrprofil (SORT-Zyklus) Quelle: UITP 10

11 Kräfte am Fahrzeug Luftwiderstand Rollreibung Beschleunigungskraft Hangabtriebskraft 11

12 Wirkungsgradkennfeld Dieselmotor 1 kj T Drehmoment ( Gaspedal ) (1-x) kj x kj n, T Drehzahl ( Gang ) n 12

13 Downsizing and Supercharging T 0.43 downsizing V6 R supercharging - Turbolader - Kompressoren - Elektromotoren - n 13

14 Hybridantrieb Seriell E-Generator AK E-Motor zum Differential Zwischenkreis / Umrichter Batterie / SuperCaps 14

15 Prognose für die nächsten 10 Jahre Dieselmotoren werden ähnlich sauber wie Ottomotoren Hybridfahrzeuge werden zwar zunehmen, aber nur in finanzkräftigen Ländern Erdgasmotorenanteil kann spürbar ansteigen, besonders wenn Rahmenbedingungen stimmen (Tankstellen, Preise, ) Reine Elektrofahrzeuge werden im Busbereich Nischen besetzen Agro-Treibstoffe werden in kleinen Mengen beigefügt werden 15

16 Erdgas eine realistische Alternative Sehr saubere Abgase Relativ geringe CO 2 -Emissionen Potenzial für bessere Motoren Diesel" Erdgas"

17 Unkonventionelles Erdgas 17

18 Antriebsarten von Nahverkehrsbussen in der EU Quelle: UITP (2012) 18

19 Spotmarktpreise Erdgas (USA) $ pro Million BTU (1 mmbtu = 290 kwh) 1 mmbtu entspricht 29 l Erdöl 1 bbl Erdgas kostet also 11 $ 19

20 Zurzeit im Fokus: Elektrifizierung η? Bilder: Shutterstock, Image, Keystone

21 Wirkungsgradkennfeld Elektromotor 1 kj T (1-x) kj n x kj n, T 21

22 Energiedichten Bordenergieträger Diesel Benzin 2 CNG H 2 1 Li-ion "Zebra" Ni/MH Pb Kohlenwasserstoffe Batterien Netto Vortriebsenergie/Energieträgermasse Einheit kwh/kg 22

23 Batteriebetrieb 18 m Gelenkbus Ein paar Zahlen: Reine mechanische Traktionsenergie: 2.05 kwh/km Potential Rekuperation: 0.9 kwh/km à Verbrauch el. Energie: ~1.1 kwh/km Moderates Höhenprofil ca. 200 km/tag ~220 kwh/tag Batterie mit ca. 100 Wh/kg ergibt kg Batteriemasse Bild: Hitachi 23

24 Aufladung Wartezeit an Haltestelle: ~ 20 s Leistung für 1 kwh (entspricht ca. 1 km) in 15 s: 240 kw Vgl. Tankstelle: 130 l/min (Lkw) Diesel: 42.5 MJ/kg (mit 0.83 kg/l) à MJ/l. «Leistung» Tankstelle: 76.4 MW Bzgl. nutzbarer Energie η Diesel 20%. «Leistung» Tankstelle: 15.2 MW Max. ~ MW Speicher und Umrichter an Ladestation nötig Batterie muss Leistung aufnehmen können à Gewicht? 24

25 Diversifizierung der Antriebssysteme Überland- und Berggebiete Innerstädtisch Stadt und nahe Agglomeration 25

26 Effizienzsteigerung Massgeschneiderte Fahrzeuge (d.h. streckenspezifische Auslegung) Intelligente Steuerungsalgorithmen im Fahrzeug (insbesondere der Nebenverbraucher) Intelligente Leitsysteme

27 Optimale Systemführung 27

28 Attraktivitätssteigerung Richtiger Bus zur richtigen Zeit am richtigen Ort

29 Zusammenfassung Sparsamere Fahrzeuge sind die besten Ölquellen. Alternativen zum klassischen Verbrennungsmotor haben in absehbarer Zukunft grosse technische und ökonomische Nachteile. Politik und Ökonomie sind aufgerufen, rationale Entscheidungen zu fördern 29

30 Merci für Ihre Aufmerksamkeit! Folienkopien: Laborwebsite: 30

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