Pomocnicze źródła napędu w trolejbusach

Akumulatory były ciężkie i zajmowały dużą przestrzeń. Dla uzyskania kilkudziesięciu kilometrów zasięgu masa akumulatorów wyniosłaby kilka ton, stąd nie stosowano ich w praktyce. Sporadycznie występowały rozwiązania z niewielkim zestawem baterii, bądź też pomocniczym silnikiem spalinowym, działającym jako prądnica. Pomiędzy latami 50. a 70., trolejbusy wycofano z wielu miast Europy Zachodniej, ze względu na stały rozwój konstrukcji autobusów i ograniczanie komunikacji zbiorowej na rzecz motoryzacji indywidualnej. Dopiero w kolejnych dziesięcioleciach zaczęto kłaść większy nacisk na rozwój transportu zbiorowego. Boom na pojazdy elektryczne i napędy alternatywne miał miejsce w latach 70., po kryzysie paliwowym. Mercedes opracował prototypy duobusów i nowych trolejbusów. W międzyczasie, w bloku wschodnim, bazowano na technologiach z minionych epok, a jedyną znaczącą innowacją było wprowadzenie rozruchu impulsowego w trolejbusach Skody. Stopniowy wzrost nacisku na stosowanie ekologicznych środków transportu przyniósł swoje efekty i w latach 90. oraz 2000. wprowadzono liczne nowe rozwiązania w napędach elektrycznych, związane z rozwojem elektrotechniki, elektroniki, oraz napędów kolejowych i tramwajowych.  Od lat. 70. upowszechniały się w trolejbusach pomocnicze agregaty prądotwórcze, szczególnie w ostatnim okresie w wyniku wspierania komunikacji trolejbusowej środkami unijnymi.

Jako napędy pomocnicze w trolejbusach znajdują zastosowanie znajdują dwa źródła energii:

Dodatkowy silnik spalinowy jest z reguły zabudowany w formie zespołu łącznie z prądnicą. Zabudowuje go się w wieży silnikowej z tyłu trolejbusu. Silnik to najczęściej rzędowa, 6-cylindrowa jednostka wysokoprężna, zblokowana z prądnicą. Całość funkcjonuje jako agregat prądotwórczy. Głównym producentem agregatów stosowanych w trolejbusach jest Kirsch GmbH. Dostępne są agregaty z silnikiem o mocy od 50 do 175 kW, producentów Deutz, Iveco i MAN. Źródło energii elektrycznej stanowi prądnica synchroniczna. Napędy pomocnicze produkuje się w wersjach APU i MPU, gdzie APU to system pomocniczy, a MPU –funkcjonuje jako główne źródło energii w pojeździe. Zaletą napędu pomocniczego na bazie silnika wysokoprężnego jest uzyskanie dużego zasięgu i elastyczności trolebusu. Wadą takiego rozwiązania jest duże zużycie paliwa –większe niż w autobusach z silnikiem o porównywalnej mocy, a także występowanie emisji zanieczyszczeń. Istotna jest też duża masa silnika, znaczne zajęcie przestrzeni wnętrza trolejbusu oraz konieczność serwisowania silnika spalinowego w zakładzie trolejbusowym.

Akumulatory uległy w ostatnim okresie znaczącemu rozwojowi, co sprawiło, iż ich użycie w konstrukcji trolejbusu staje się racjonalne. Technologie nikolowo-metalowo-wodorowe, niklowo-kadmowe, a w końcu –litowo-jonowe, zapewniały stopniowo coraz większą gęstość energii i większy zasięg przy utrzymaniu poziomu masy. W rezultacie, jednotonowy zespół akumulatorowy zapewnił już kilkukilometrowy zasięg trolejbusu, z pokonaniem niewielkich wzniesień włącznie, przy ograniczonej prędkości maksymalnej i przyspieszeniu rozruchu. Bateria akumulatorów jest umiejscawiania z reguły w tylnej części trolejbusu.

Najbardziej znanym przykładem liniowego wykorzystania baterii jest Rzym, gdzie przegubowe trolejbusy w każdym kursie pokonują 5-kilometrowy odcinek swojej trasy z wykorzystaniem baterii trakcyjnych. W Polsce, baterie są wykorzystywane od 2009 roku –wtedy bowiem dostarczono do Gdyni pierwsze trolejbusy z dodatkowym zestawem baterii. Obecnie baterie są wykorzystywane w sytuacjach awaryjnych –przy remontach sieci trakcyjnej lub skrzyżowań uniemożliwiających przejazd z wykorzystaniem sieci trakcyjnej, przy weekendowych objazdach bądź w przypadku awarii układu zasilającego.

Baterie ulegają dalszemu rozwojowi w związku z trendem na wprowadzanie samochodów hybrydowych i elektrycznych. Pozwala na to również rozwój popularnego sprzętu elektronicznego wykorzystującego akumulatory. Uzupełnieniem baterii akumulatorów może być zasobnik superkondensatorowy. Rozwiązanie takie, opracowane przez Instytut Elektrotechniki, było testowane w specjalnie przystosowanym lubelskim trolejbusie w 2007 roku. Superkondensatory (ang. ultracaps) są kondensatorami dużej pojemności. Ich ładowanie i rozładowanie następuje bardzo szybko. Pojemność energetyczna nie jest tak duża, jak baterii, jednak szybkość ładowania poprawia bilans energetyczny trolejbusu, pozwalając na efektywne odzyskanie energii hamowania. W produkcji seryjnej, superkondensatory znalazły zastosowanie w trolejbusach Van Hool AG300T dla Mediolanu oraz autobusie MAN Lion’s City Hybrid z szeregowym układem hybrydowym.

W Europie, spośród 153 systemów trolejbusowych, w 53 są wykorzystywane napędy pomocnicze, w tym 46 –agregat spalinowy. O przewadze w popularności agregatu decyduje fakt, iż baterie równoważne masowo i objętościowo agregatowi prądotwórczemu pozwalają na uzyskanie mniejszego zasięgu. W Gdyni, jak już wspomniano, baterie posiadają 34 spośród 88 trolejbusów. W Lublinie natomiast ogłoszono przetarg na 20 trolejbusów z pomocniczym silnikiem spalinowym. Zarówno gdyński zakup Solarisów Trollino 12 z bateriami jak i lubelski przetarg na trolejbusy są dofinansowane ze środków unijnych.

Możliwości wykorzystania pomocniczego źródła energii są następujące:

1.     Jazda awaryjna trolejbusu w wypadku niemożliwości zasilania z sieci górnej (zerwanie sieci, remont, wypadek drogowy, objazd).

2.     Zjazdy do zajezdni i jazda manewrowa.

3.     Wydłużenie regularnej trasy linii trolejbusowej o odcinek pozbawiony sieci trakcyjnej.

4.     Skrócenie trasy trolejbusu w ramach istniejącej sieci trakcyjnej.

Odnośnie punktu pierwszego. Zastosowanie to poprawia elastyczność trolejbusu w codziennej eksploatacji. W średniej wielkości miastach często zdarzają się utrudnienia drogowe. Wszelkie wykopy, remonty nawierzchni lub modernizacji sieci trakcyjnej pociągały za sobą konieczność organizowania zastępczej komunikacji autobusowej. Wprowadzenie pomocniczego źródła napędu niweluje te trudności, ograniczając dodatkowe koszty.

Odnośnie punktu drugiego. Polskie zajezdnie trolejbusowe zbudowano jako obiekty dostosowane do zapewnienia zasilania trolejbusu. W ostatnim okresie zbudowano nową zajezdnię trolejbusową w Gdyni, a projektowana lubelska zajezdnia trolejbusowa również ma mieć rozwieszoną sieć trakcyjną. Funkcjonowanie zajezdni w Tychach, z siecią trakcyjną, będzie także utrzymane, stąd wykorzystanie napędu pomocniczego w tym celu w Polsce nie będzie miało w najbliższym okresie miejsca.

Punkt trzeci wraz z czwartym wiąże się z najszerszymi możliwościami. Wykorzystanie napędu pomocniczego umożliwia bardziej elastyczne prowadzenie tras linii trolejbusowych. Przy zastosowaniu automatycznego opuszczania odbieraków, trudnością pozostaje jedynie podłączanie ich do sieci po zakończeniu jazdy z napędem alternatywnym. W trakcie samego przejazdu poza siecią trakcyjną, ograniczeniem w wypadku baterii jest zmniejszone przyspieszenie i limitowana długość wzniesień. W wypadku agregatu spalinowego, odcinek powinien być jak najkrótszy ze względu na nieekonomiczną pracę w tym trybie. Przedłużeniem czasu jazdy przez odcinek pozbawiony sieci jest czas potrzebny na założenie odbieraków na sieć. Kierowca trolejbusu musi wtedy opuścić kabinę i założyć ręcznie odbieraki na sieć w trakcie postoju na przystanku. Można to jednak zniwelować montując celowniki na sieci umożliwiające automatyczne założenie odbieraka.

Prowadzenie trasy linii trolejbusowej z wykorzystaniem z napędu pomocniczego jest celowe w dwóch wypadkach. Pierwszy to sytuacja, w której wydłużone są nieliczne kursy i dosięgają one obszaru o ograniczonym zapotrzebowaniu na przewozy. Druga sytuacja ma miejsce wtedy, gdy linia trolejbusowa ma być poprowadzona przez obszar zabytkowy miasta, którego walory estetyczne byłyby zaburzone poprzez rozwieszenie sieci trakcyjnej. Wtedy to koszty poniesione na doposażenie pojazdów w napędy i późniejszą eksploatację będą uzasadnione. Dodatkowe koszty to: paliwo do agregatów spalinowych, wymiana baterii po 8-10 latach eksploatacji w regularnym użytkowaniu, serwisowanie. Podsumowując, napędy dodatkowe stwarzają możliwość znaczącego zwiększenia elastyczności trolejbusu. Baterie akumulatorów w porównaniu z agregatem spalinowym zapewniają mniejszy zasięg, ale pozwalają zachować ekologiczność trolejbusu. Oto przykładowe miasta, w których kursują trolejbusy z pomocniczym silnikiem spalinowym:

·       Arnhem

·       Bergen

·       Bern

·       Biel

·       Bratysława

·       Castellon

·       Debreczyn

·       Genewa

·       Genua

·       Hradec Kralove

·       Landskrona

·       Lucerna

·       Mariańskie Łaźnie

·       Mediolan

·       Mińsk

·       Modena

·       Montreux

·       Neapol

·       Opawa

·       Pilzno

·       Rimini

·       Ryga

·       San Remo

·       Sankt Gallen

·       Salzburg

·       Solingen

·       Timisoara

·       Winterthur

·       Zlin

·       Zurych