Depotlading av elektriske busser i Oslo og Akershus
Bachelor thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2602887Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Som en del av elektrifiseringen av den norske transportsektoren er elektriske busser et viktig bidrag for å redusere klimagassutslippet. Oslo ønsker å være i toppen av elektrifiseringen og ble tildelt tittelen Europeisk miljøhovedstad i 2019. Ruter AS, som er ansvarlig for kollektivtrafikken i Oslo og Akershus, har hatt et anbud i 2018/2019 for ruteområde 1 - Vestre Aker og Østre Bærum hvor miljøvennlige løsninger som elektriske busser ble vurdert høyest.
Denne oppgaven tar for seg en helelektrifisering av buss flåten ved Furubakken depot, tilhørende ruteområde 1. Det er fokus på hvordan driften av Furubakken depot kan bli designet og optimalisert for å tilpasse seg både lastuttaket til bussene og nettverkskapasitet. Lønnsomheten ved å implementere et stasjonært batteri for å redusere effekttoppene blir også vurdert.
Et smart lade system for forbruk ved verste tilfelle er utviklet for å optimalisere driften på depotet. Dette innebærer å redusere antall aktive ladere og implementere ulike prioriteringssystem som rangerer ladekøen på depotet. Fra resultatene av simuleringen vil et kapasitetsbasert prioriteringssystem redusere effekttoppene med 37 % og gi en månedlig besparelse på 175,5 kNOK grunnet nettariffen.
Simuleringen av det stasjonære batteriet er utviklet med formål i å bestemme minimum batteristørrelse og tilhørende lønnsomheten for hver ønskelige effekttopp. Bruken av et stasjonært batteri til ytterligere lastutjevning er ikke lønnsomt da investeringskostnadene er høyere enn besparelsen oppnådd fra nettariffen. Dette er hovedsakelig forårsaket av de brede effekttoppene i lastprofilen som oppstår ved bruk av smart lading. Et stasjonært batteri kan også brukes til nettformål og økonomiske formål.
Ved å elektrifisere en bussflåte kreves det flere busser i drift sammenlignet med en dieselbuss løsning. For Furubakken depot konkluderes det med en økning på 38 %. Med en økning av busser vil produktiviteten, definert som driftstimene til en buss i løpet av et døgn, øke. Ettersom en elektrisk buss har høyere produksjonsutslipp kreves det en lengre kjøredistanse før den blir mer gunstig enn en dieselbuss med hensyn til klimagassutslipp. Lavere produktivitet reduserer ytterligere gevinsten av elektriske busser. For å øke produktiviteten bør energiforbruket nøyaktig predikeres for å redusere antallet av busser investert. En annen løsning kan være å erstatte en del av den elektriske bussflåten med for eksempel biodiesel busser.
På grunn av at elektriske busser bruker store deler av sin tid og energi på å kjøre fram og tilbake til depotet for å lade, kan det være gunstig at noen linjer bruker hurtiglading ved endestasjonene. Ved installasjon av pantografer bør det tas hensyn til faktorer som nettkapasitet, strategiske lokasjoner og langsiktig teknisk arkitektur. For å oppnå bærekraftige løsninger innen ladeinfrastruktur, er det viktig med en veldefinert rollefordeling mellom eierskap og drift. As a part of the electrification of the Norwegian transport sector, electric buses are an important contributor in reducing greenhouse gas emissions. Oslo desires to be at the forefront of the electrification and was in 2019 awarded the European Green Capital title. Ruter AS, responsible for the public transport in Oslo and Akershus, had in 2018/2019 a tender round for route area 1 - "Vestre Aker" and "Østre Bærum", where environmentally friendly solutions such as electric buses were highly valuated.
This thesis assesses a complete electrification of the bus fleet at Furubakken depot, associated to route area 1. The focus is directed towards how the operation of the depot can be designed and optimised to adapt to the power demand of the buses and available network capacity. In addition, the profitability of implementing a stationary battery for the purpose of peak shaving is evaluated.
A smart charging system for a worst-case consumption is developed in order to optimise the operation of the depot. This involves reducing the number of active chargers and using different prioritisation systems for the resulting charging queue at the depot. From the results of the simulation, the capacity-based prioritisation reduces the power peaks with 37 % and provides a monthly saving of 175.5 kNOK due to the network tariff.
The simulation of the stationary battery is developed with the intention of finding the minimum battery size and the corresponding profitability for each level of desired maximum power peak. The use of a stationary battery for further peak shaving is not profitable as the procurement cost is higher than the savings achieved by the network tariff. This is mainly due to the wide peaks of the load profile that occur when implementing smart charging. A stationary battery can also be used for network and economic purposes.
Electrification of a bus fleet requires a greater number of buses in operation, where the result of this thesis concludes with a 38 % increase for Furubakken depot. With a higher number of buses, the productivity, meaning the number of hours a bus is in operation during 24 hours, decreases. As an electric bus has a higher production emission, it requires a longer range before breaking even with a diesel bus. Lower productivity further reduces the profit of having electric buses. In order to increase the productivity, the energy consumption for each line should be accurately predicted to reduce the number of purchased buses. Another solution is to replace a portion of the bus fleet with e.g. biodiesel buses.
As some buses use a significantly amount of time and energy driving back and forth to the depot, opportunity charging could be beneficial for some lines. When implementing the pantographs, factors such as local grid capacity, strategic location and long-term technical architecture must be considered. In order to achieve sustainable solutions for the charging infrastructure, a well-defined role distribution between the owner and the operator is important.