TriHyBus - Vodíkový autobus ve skušebním provozu

Záměr vyvinout a v praxi otestovat v České republice vodíkový autobus se zrodil v roce 2005 na půdě Ústavu jaderného výzkumu Řež.

Jedním z cílů projektu bylo zdokonalit existující technologie a řešení natolik, aby stoupla účinnost pohonného systému autobusu, a tím se významně snížily náklady na jeho provoz. Výsledkem je nejen evropsky, ale celosvětově unikátní vozidlo s trojitě hybridním pohonným systémem: TriHyBus (z anglického Triple Hydrogen Hybrid Bus).TriHyBus může čerpat energii hned ze tří zdrojů – z palivového článku, z akumulátorů a z ultrakapacitorů. Tok energií je přitom vyřešen tak, aby si motor autobusu „bral“ vždy ten nejvýhodnější mix, což zaručí nižší spotřebu drahého vodíku, a přitom delší dojezd než mají obdobné vodíkové autobusy jinde ve světě. TriHyBus také velmi úspěšně pracuje s rekuperací: energie, která při běžném provozu přichází vniveč, je zachycována v ultrakapacitorech a využívána ve chvíli, kdy je zapotřebí vyšší výkon – například při rozjíždění nebo jízdě do kopce.

Základním zdrojem energie pro TriHyBus je tedy elektřina z palivových článků (výrobce Proton Motor, výkon cca 50 kWe), dále baterie Li-ion (10 kWh, 40 kW) a ultrakapacitory (1,2 kWh, 200 kW). Pro spolupráci všech zdrojů energie byl vyvinut řídící systém, který optimalizuje tok energií v systému napájení trakčního motoru. Právě tento systém umožňuje rekuperaci energie do sekundárních zdrojů (například při jízdě z kopce, brzdění atd.) a její opětovné využití v energeticky náročných režimech (například zrychlování). Toto uspořádání umožňuje využít palivový článek, primární energetický zdroj, s relativně malým výkonem.

Součástí projektu je i výstavba první vodíkové čerpací stanice na území České republiky. Stanice vyrostla v Neratovicích u Prahy a leží na dojezdovou vzdálenost od nejbližší německé vodíkové pumpy v Drážďanech. Neratovická čerpací stanice se tak stala součástí německé „vodíkové trasy“. Přestože z počátku bude jediným zákazníkem vodíkové stanice právě TriHyBus, do budoucna se počítá s rozvojem služeb i pro další zájemce. Hlavním partnerem pro realizaci vodíkové čerpací stanice je společnost Linde Gas, která má bohaté zkušenosti s výstavbou vodíkových čerpacích stanic na celém světě. Společnost Linde Gas bude také pro čerpací stanici dodávat vodík.

Vodíkové technologie
Pojem „vodíkové technologie“ označuje soubor technologických řešení pro uspokojování energetických potřeb, jejichž společným jmenovatelem je vodík. Nejperspektivnější oblastí využití vodíkových technologií je doprava a energetika. Po průmyslu je sektor dopravy dalším, na nějž se zaměří pozornost při celosvětové snaze snížit dopady spalování fosilních paliv na životní prostředí, zdraví člověka i klimatické změny. Současně bude stále naléhavější potřeba snížit závislost na dodávkách fosilních paliv, zejména ropy a zemního plynu z politicky nestabilních oblastí. Využití vodíku se jeví jako jedna z perspektivních cest, jak tohoto nesnadného úkolu dosáhnout. Vodík není klasické palivo, ale nosič energie. Nelze jej tedy využívat k produkci primární energie (navíc se na Zemi v elementární podobě takřka nevyskytuje), ale naopak je nutné jej pomocí energie vyrábět. Vodíkové technologie jsou tedy tak ekologicky čisté, jak čisté jsou zdroje energie a suroviny, které jsou při výrobě vodíku využity. Vodík vyrobený za použití bezemisních jaderných nebo obnovitelných zdrojů je tedy ekologičtější než ten, který vznikl s využitím uhlí nebo zemního plynu.

Klíčovou technologií vodíkového hospodářství jsou tzv. palivové články (z anglického fuel cells). Palivový článek je elektrochemické zařízení „vyrábějící“ elektrickou energii. Skládá se ze dvou elektrod, které jsou odděleny elektrolytem. K anodě je přiváděno palivo (např. vodík, methan, methanol), které je zde oxidováno. Ke katodě je přiváděno oxidační činidlo (např. kyslík, peroxid vodíku), které se zde redukuje. V současné době je vyvíjeno pět typů palivových článků lišících se především chemickým složením elektrolytu, provozními teplotami a možným palivem. Nízkoteplotní palivové články spalují s kyslíkem (většinou ze vzduchu) vodík nebo methanol, vysokoteplotní články mohou spalovat i některá konvenční uhlovodíková paliva. Jednotlivé typy článků vhledem k rozdílným provozním parametrům nacházejí uplatnění ve velmi odlišných aplikacích.

Nízkoteplotní palivové články jsou dominantně využívány v mobilních aplikacích k výrobě elektrické energie, vysokoteplotní články naopak převládají v kombinované výrobě tepla a elektrické energie v aplikacích stacionárních. První palivový článek byl sestrojen v Anglii již roku 1839. V té době byl pokládán spíše za laboratorní kuriozitu, zájem o něj se obnovil až ke konci padesátých let dvacátého století, kdy vědci palivový článek využili k pohonu strojů. Prvním vozidlem poháněným vodíkem byl traktor představený v roce 1959. V 60. letech byl palivový článek součástí amerického vesmírného programu: sloužil posádkám vesmírných letů jako zdroj elektrické energie a pitné vody. V současné době slouží vodíkové palivové články jako záložní zdroj elektrické energie pro banky, letiště, hotely apod. Každá větší automobilka má jeden nebo několik prototypů vozidel s palivovými články, které se chystají uvést na trh v blízké budoucnosti. Existují funkční prototypy pro mobilní zařízení, jako jsou notebooky, kamery apod. Současnost v oblasti palivových článků by se dala charakterizovat jako období intenzivního vývoje a výzkumu, demonstračních projektů a příprav pro uvedení na trh.

Mezinárodní partnerství
Projekt Trihybusu byl od počátku koncipován jako komplexní plán s cílem nejen vyvinout, ale také úspěšně provozovat v běžném režimu první vodíkový autobus v České republice, tedy včetně nezbytné infrastruktury. Tento široký záběr a náročnost projektu spolu s obtížnou dostupností vodíkových technologií byly impulzem k vytvoření mezinárodního projektového týmu. Kromě České republiky se na projektu podílejí také Německo a Norsko. Duchovním otcem a koordinátorem projektu je Ústav jaderného výzkumu (ÚJV) Řež, který po technické stránce zajišťuje mimo jiné i vizualizaci dat z pohonného systému pro cestující. Na vývoji rozhraní pro vizualizaci spolupracoval norský výzkumný ústav IFE Halden. Škoda Electric vyvinula řídicí a trakční systém a implementovala jednotlivé části do vozidla. Úkolem odborníků ze Škodovky bylo, aby tok energií ve velmi složitém trojhybridním systému zajistil co nejlepší výkon motoru a kvalitní jízdní vlastnosti. Proton Motor vyvinul palivový článek a zajistil vodíkové části ve voze (tlakové lahve a rozvody). Linde Gas zaštítila vývoj a výstavbu vodíkové čerpací stanice, která byla zprovozněna na počátku listopadu v Neratovicích.

Provoz TriHyBusu v městě Neratovice zajišťuje Veolia Transport. Historie společnosti se datuje až k roku 1911, k firmě Compagnie Générale d’Entreprise Automobiles (CGEA) na výrobu nákladních automobilů. V roce 1980 byla CGEA převzata společností Générale des Eaux, největší francouzskou soukromou vodárenskou společností, která chtěla rozšířit sortiment poskytovaných služeb v komunální oblasti. V roce 1998 Générale des Eaux iniciovala vznik nového uskupení, nazvaného Vivendi, které se v roce 2001 rozdělilo do dvou skupin Vivendi Environnement (VE) a Vivendi Universal (VU). Obě skupiny vstoupily se svými akciemi na evropské i americké burzy. V roce 2002 skupina Vivendi Universal odprodala svůj podíl ve skupině Vivendi Environnement, a ta se pro zdůraznění svého úplného osamostatnění od Vivendi Universal přejmenovala v roce 2003 na Veolia Environnement. Společnost byla oborově rozdělena do čtyř skupin: vodárenství, energetika, odpadové hospodářství a doprava. Od roku 2005 vystupují jednotlivé divize pod obchodním jménem Veolia: Veolia Water, Veolia Energy (Dalkia), Veolia Enviroenmental Services (Onyx) a Veolia Transport (Connex). Divize Veolia Transport vstoupila na český trh v roce 1999 a v současnosti má v České republice celkem 9 společností s celkovým obratem přes 2 miliardy korun. Hlavní činností je linková autobusová doprava, provozuje přes 600 pravidelných příměstských a městských linek. Vozový park čítá více než 1300 autobusů a zaměstnává více než 2500 zaměstnanců.


Zdroj: Doprava a silnice 01/10
Autor: Jiří Štěpánek

Fotogalerie