9
* Kneginje Ljubice 29,Belgrade [email protected] 119 SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF ELECTRIC BUSES IN CTC BELGRADE Slobodan Mišanović * , project manager, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Željko Milković, director of company, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Dušan Savković, tehnical director, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Pavle Krstić, head of maintenance depot ''Dorcol'', PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Slobodan Stević, project manager, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Abstract:The introduction of electric buses into the public transport system is one of the strategic measures implemented by "City Transport Company" Belgrade in order to improve ecological and energy performance. The use of this type of drive has certain specificities and advantages in comparison to the dieselpowered bus. This paper will analyze the specifics of operation and maintenance of buses on electric power on the basis of the twoyear experience in the line of EKO 1 in Belgrade. Keywords: Ebus, exploitation, maintenance INTRODUCTION "City Transport Company" Belgrade, is the bearer of public transport in Belgrade and one of the largest public transport companies in South East Europe. Everyday in the operation are: 609 buses, 150 trams and 94 trolleybuses and 5 bus electrically powered. From 1 st September 2016, introduced a new line of EKO 1 where operate buses exclusively on electric power. In this way, Belgrade is included in the map of cities in Europe and the world that have begun using electric buses as a longterm strategy for using this concept of drives, which will be the main alternative to dieselpowered buses. The choice of the electric bus concept came after several years of activity in monitoring the development and application of these buses in many cities in Europe and the world, as well as successful cooperation with many bus manufacturers (Higer, BYD, Solaris, Siemns Rampini ...). Also, "City Transport Company" Belgrade has been active in many EU projects related to electric buses (ZeEUS, Hibryd user forum, Civitas, UITP bus coomitte ...). Specificity of using electrically powered buses can be seen in terms of: lines on which they work, vehicle concept, charging systems, maintenance, safety, exploitation indicators and environmental suitability. LINE EKO 1 (VUKOV SPOMENIK – BELVIL) The choice of a new line on which electric buses will operate will come after a detailed analysis of the fulfillment of the following criteria /1/ : A central city line, so that the environmental impact of the "0" emission is maximized High line attractiveness from the aspect of passenger requirements Suitability of the line or terminal from the aspect of providing energy requirements for chargers Line length, such that at the end of the journey there is a minimum of 20% of the available power in the supercapacitors

SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

119  

SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF ELECTRIC BUSES IN CTC BELGRADE 

Slobodan Mišanović*, project manager, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia 

Željko Milković, director of company, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Dušan Savković, tehnical director, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Pavle Krstić, head of maintenance depot ''Dorcol'', PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia Slobodan Stević, project manager, PUC "City Transport Company" Belgrade, Serbia  Abstract:The  introduction of electric buses  into the public transport system is one of the strategic measures implemented by "City Transport Company" Belgrade in order to improve ecological and energy performance. The use of this type of drive has certain specificities and advantages in comparison to the diesel‐powered bus. This paper will analyze  the specifics of operation and maintenance of buses on electric power on the basis of the two‐year experience in the line of EKO 1 in Belgrade. Keywords: E‐bus, exploitation, maintenance 

INTRODUCTION 

"City  Transport Company" Belgrade,  is  the  bearer of public  transport  in Belgrade  and  one of  the  largest public transport companies  in South East Europe. Everyday  in the operation are: 609 buses, 150 trams and 94 trolleybuses and 5 bus electrically powered. From 1 st September 2016,    introduced a new  line of EKO 1 where operate buses exclusively on electric power.  In this way, Belgrade  is  included  in the map of cities  in Europe and the world that have begun using electric buses as a long‐term strategy for using this concept of drives, which will be  the main alternative  to diesel‐powered buses. The choice of  the electric bus concept came after several years of activity  in monitoring the development and application of these buses  in many cities in Europe and the world, as well as successful cooperation with many bus manufacturers (Higer, BYD, Solaris, Siemns Rampini ...). Also,   "City Transport Company" Belgrade has been active  in many EU projects related  to  electric  buses  (ZeEUS,  Hibryd  user  forum,  Civitas,  UITP  bus  coomitte  ...).  Specificity  of  using electrically powered buses  can be  seen  in  terms of:  lines on which  they work,  vehicle  concept,  charging systems, maintenance, safety, exploitation indicators and environmental suitability. 

LINE  EKO 1 (VUKOV SPOMENIK – BELVIL) 

The  choice  of  a  new  line  on which  electric  buses will  operate will  come  after  a  detailed  analysis  of  the fulfillment of the following criteria /1/ : 

A central city line, so that the environmental impact of the "0" emission is maximized 

High line attractiveness from the aspect of passenger requirements 

Suitability of the line or terminal from the aspect of providing energy requirements for chargers 

Line length, such that at the end of the journey there is a minimum of 20% of the available power in the   supercapacitors 

 

Page 2: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

120  

 Picture 1. – Route of line EKO 1 

 The mean length of the EKO 1 line is 8 km. The line is a flat configuration with a slight climb. On the line work 4 buses with an average interval of 20 minutes . The charging time at the terminals is 5‐10 minutes. 

 CHOICE CONCEPT E‐BUS AND SYSTEM FOR CHARGING 

Taking  into  consideration  all  the  available  electric bus  concepts  and  charging  systems  (slow,  fast), which would be the best solution for the EKO 1  line, the   team of "City Transport Company" Belgrade has chosen the concept of  fast charging at  terminals using a pantograph and an electric bus with supercapacitor as a system for storing electricity. The main advantages of these concepts are the following /1/ 

Opportune charge on Terminus via pantograph                                     

• Acceptable charge time • Ability to connect to the trolleybus and tram contact network (DC), or public distribution electric grid 

(AC) • E‐bus can work all day (especially important in summer when air conditioning is used as a large 

consumer) 

Storage using super capacitors: 

• Principle: Electro static • High power • High efficiency 92‐98% • Temperature range: ‐40 +65 ˚C. • Short charge on terminal 5‐10 min • The flexibility of the rapid charging and discharging • Larger lifetime: min 10 years • Suitability of recycling 

 

 Picture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus  

 Picture 3. – Position  of super capacitors 

’’Higer KLQ6’’ electric bus has the characteristic presentation in the following table 1 /2/ :  

Page 3: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

121  

 Picture 4. – E‐bus Higer KLQ6 

  

 Picture 5. – indoor space 

Table 1. – Technical Data E‐bus  Manufacturer ................................................................................ Higher Type ..................................................................................... Electric KLQ6  Length / width / height …………………………. 12000/2550/3680 mm Curb weight..................................................................................12540 kg Passengers……………………………………………….…....……82+1 Mаx‐speed……………………………………………………….70 km / h Charging the terminus: 660 V DC or 380 V AC, 580 V DC output, 250 A Charging time at the terminus ... ............................................ 5‐8 minutes storage system Electricity ........................................................................ super capacitors Capacity ........................................................................................ 20 kWh Manufacturer ................................................................................... Aowei  Type .................................................................... U‐CAP (37DT6‐03210) Traction motors ...................................................................................... 2 Manufacturer ............................................................................. Siemens  Type ......................................................................................... 1PV5135 Power ........... 2x90 kW (peak opt.)………....... ... 2x67 kW (nom. Opt.) Torque ....................................................................................2x430 Nm Inverter ..................................................................................... DC / AC Manufacturer ..........................................................................Zhonglian  Type ...................................................................... IEVD 130‐60ZO6GA Working range .............................................. 580 V DC / AC 500‐650V Convereter................................................................................ DC / DC Manufacturer ...........................................................................Zhonglian  Type ........................................................................................ DY074C Working range ................................................................12‐24‐48 V DC Charging system: Pantograph ........................................................... Aowei 37DT6‐03212 Auxiliary systems: Air conditioning .................................................... Thermoking 81DT6 Pump control ......................................................... KVD HDZXB 1416 Compressor ....................................................................... IEM ER 230 UC‐Cooler ...................................................................... Aowei 37DT6 Traction control .......................................................... Siemens 10DT6 External display ................................................................. Novatronic  

 

  Charging the E‐bus  is done at the start/end terminals: Vuk's monument and Belvil. There is a charger in the depot "Dorcol". At  the  location of  the Vuk's monument,  the charger  is connected  to  the  tramway contact network (DC) and at the location Belvil to the public distribution network (AC). A characteristic of the charger are presented in the following table  2.  

Table 2. – Technical Data for charger station  

  Technical data 

Input voltage AC 3x380 V (Belvil)  

DC 660 V (Vukov spomenik)   

Power 150 kW  

Output voltage  400‐600 V DC  

Maximum current 200‐250 А DC  

The height from the ground  4.5‐4.6 m 

MAINTENANCE, SAFETY MEASURES 

Buses on electric drive as a  relatively new concept of buses used  in public  transport are characterized by certain specifics when maintenance is concerned. Some of these specificities compared to diesel buses are: 

‐  Simpler maintenance compared to the diesel bus  ‐ Vital parts of the electrical components (inverters, converters, air copresor, pump, supercap ...) 

modular type 

Page 4: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

122  

 

 Picture 6. – traction inverters 

 Picture 7. – compressor, steering pump 

‐ Lower maintenance  costs  (compared  to  a diesel bus  about 3  times, E‐bus 3000 Euro/year, Diesel 9000 Euro/year) 

‐ Diagnosis of failures or defects are identified in the instrument panel ‐ Short replacement time 

In  the  following  Table  3,  shows  the  components  and  systems    on  the  buses with  a  diesel‐powered  and electric‐powered bus . 

Table 3. –  components and systems  on the buses with a diesel‐powered and electric‐powered bus  

 

It can be concluded that the electrically powered bus has a significantly smaller number of components and systems, which makes  it more efficient and cheaper  in  terms of regular and corrective maintenance.  In e‐buses, regular servicing is performed according to the defined check list at every 20 000 km, at the following vehicle positions as shown in table 4. 

      

Page 5: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

123  

Table 4. – Positions at which a regular service is performed every 20 000 km  

 

Operation  and maintenance  of  buses  on  a  purely  electrical  drive means  strict  adherence  to  prescribed security measures and procedures. All components of the high voltage control system must be marked with a warning label and must comply with the electrical current protection according to the ECE R100 /3/ 

 Picture 8. – Sticker  high‐voltage locations 

 

  

Picture 9. – inverter with a warning sticker 

Drivers who operating E‐buses must have safety training in the exploitation and filling of E‐buses at the depot and terminus. 

Passengers should not be in the E‐bus during filling at the terminal.  

E‐buses must be fitted with a system for detection and automatic fire extinguishing and a switch for  switching off  the voltage  from batteries or  super capacitors  containing a  soldering  fuse of 325 A. 

Batteries  or  super  capacitors  are  designed  or  provided  with  additional  equipment  ('shock absorbers') to withstand the impact directions in the event of a collision of E‐bus. 

Training  for maintenance workers with  security  procedures  during  preventive  and  corrective maintenance.  

When  replacing or  repairing  components  and  systems  that  are under high  voltage,  the  input voltage must be switched off. 

Page 6: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

124  

EXPLOITATION INDICATORS ON THE  LINE EKO 1 

Analyzing  the  period  of  operation  of  buses  on  electric  power  from  01/09/2016  to  15/5/2018  we  can conclude the following /4/: 

Working hours per vehicle on day 16‐18 h 

Avearage daily mileage per vehicle 190‐215 km 

Exploitation speed: 14.8 km / h 

Daily number of passengers transported per vehicle 900‐1200 

Reliability of work on the line: 97.5%  

The  average  electricity  consumption  on  the  EKO  1  line  is  about  1.1  kWh  /  km.  (Depending  on operating mode, number of passengers, traffic conditions, Impact of the system for heating and air conditioning of  the vehicle, Transition period  (outdoor  temperatures 12  to 24  ˚C), Summer period (outdoor temperatures 25 to 38 ˚C),  

Winter period (outdoor temperature ‐11 to 12 ˚C) 

Consumption may vary: 

In the spring / autumn period, 1.1 kWh/ km 

direction "A" 0.88 ‐ 1.02 kWh / km direction "B" 1.15 ‐1.3 kWh/km 

In the summer period max 1.5 kWh/km (air conditioning included, external temperature + 38 ˚C) 

In the winter period max 2 kWh/km (heating included, at outdoor temperatures of ‐10 ˚C)  

Loss of electricity in the charging phase (network, charger, pantograph, super capacitor) about 5%  

E‐bus realized recovery of electricity in the braking phase of about 25‐30% compared to the energy consumed to drive.  

 Realized mileage per vehicle a given period is presented in table 5. 

Table 5. –  Mileage per vehicle  

 

In the period 14.8‐6.10.2017, E‐buses were not in operation because of the works in Roswelt street. 

ECOLOGICAL EFFECTS  ON THE  LINE  EKO 1 

One of the main reasons for introducing E.buseva the line EKO 1 are the environmental effects compared to diesel buses. This relates primarily to: 

smaller level of noise, compared to a diesel bus lower by 13 d (A) /5/ 

"O" emission of harmful gases. Comparison of the emissions of harmful gases of one E.bus and diesel buses on the line ECO 1 for  annual mileage 60 000 km, consumption 44 L/100 km, present in table 6.  

      

Page 7: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

125  

Table 6. – Comparison of the emissions of harmful gases of one E.bus and diesel buses on the line ECO 1 

Pollutant  E‐bus   

Emissions of diesel buses (Euro 3) 

Emissions of diesel buses (Euro 4) 

Emissions of diesel buses (Euro 5‐EEV)   

Emissions of diesel buses (Euro 6) 

(kg/year)   (kg/year)    (kg/year)    (kg/year)    (kg/year)   

CO    0  206  147  147  147 

CxHy    0  64.7  45.2  24.3  12.75 

NOx    0  490.4  342.1  195.7  39.2 

PM 10  0  9.8  1.96  1.95  0.95 

Better CO2 emissions, WtW (Well‐to‐Wheel) at E.bus compared to a diesel bus. It  is very  important here to calculate the standard emission factor (SEF) CO2 expressed in tonnes of CO2 emitted and produced MWh of electricity, which  depends  on  the method  of  electricity  generation  (hydro  power  plants,  thermal  power plants,  nuclear  power,  wind  generators).  Standard  emission  factor  includes  only  the  emission  that  occurs directly  or  indirectly  due  to  electricity  production  within  local  authority  while  LCA  (“life  cycle  assessment) emission takes under consideration all emissions of the supply chain (exploitation, transport, processing etc.) /6/. 

This  factor may have a different value. Figure 10 shows the values of this factor in the countries of Europe. 

 Picture 10. – Standard CO2 emission factors and LCA emission factors of the European countries  

We see that countries such as Sweden, France, Austria, Lithuania have a very  low value of this factor since electricity  is produced  from hydro power plants and nuclear plants.  In contrast, countries such as Estonia, Poland, Greece, and Romania based on coal‐based electricity production have a very high emission factor. In Serbia, 70% of electricity is produced from coal and 30% from hydro potential, which gives LCA factor 774 t / MWh  (774 g / kWh).  On the example of the EKO 1 line for a diesel bus with a consumption of 44 L / 100km CO2 emissions, WtW (Well‐to‐Wheel) can be calculated as: 

     CO2 W t W = mco2 ∙ 1.2 

m co2 =mf ∙ g c ∙ 44/12 

m co2 ‐ mass of carbon dioxide generated by burning fuel (830 g/L)  mf ‐ the mass of fuel burned (830 g/L)  g c ‐ (0.85 kg C / kg fuel) ratio of the amount of carbon in the fuel    44 ‐ molar mass of carbon dioxide CO2 12 ‐  molar mass of carbon C 

                             1.2  ‐ emission factor CO2 during the production and transport of diesel fuel 

Page 8: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

126  

Emissions, CO2  WtW (Well‐to‐Wheel) for an electric bus can be calculated: 

CO2 W t W = LCA ∙ Ce‐bus ∙

 1.05                               LCA ‐   “life cycle assessment (774 g/kWh)                               Ce‐bus ‐  E.bus consumption ( kWh/km)                                1,05 ‐ loss factor of electricity during charging 

Table 7, shows the values of CO2 emissions for E.bus and diesel bus on the line EKO 1 in Belgrade.  

Table 7. – CO2 emissions for E.bus and diesel bus on the line ECO 1 in Belgrade 

Type of bus Consumption Emission of CO2 (g/km) E‐bus 1.10 (kWh/km) 893.9 (g/km) Diesel 0,44 (L/ Km) 1365 (g/km)

Conclusion  is  that  the  emission of CO2  in  E.busa  about  34.5%    lower  in  comparison with  the  diesel  bus. Similar results came in a survey carried  in some European cities/5/, as presented in Figure 11. According to this  study, CO2 emissions  for diesel buses amounted  to about 1350 g/km while E‐bus had a emissions of about 1050 g/km. 

 Picture 11. –  CO2 emissions from buses of different propulsion systems  

CONSLUSION  Buses on electric drive are constantly rising  in many cities and this trend will continue  in the future as the main  alternative  to diesel buses drive.  The main  advantages of  the  electric bus  concept  are  simpler  and cheaper maintenance, high energy efficiency, zero emission of pollution and more favorable carbon dioxide emissions compared to conventional buses. The introduction of electric‐powered buses in Belgrade is a good example of practice that enables a realistic analysis of the effects of  E‐bus operation  to make a long‐term strategy of introducing this concept of drive in the public transport system of Belgrade.  

REFERENCES 

/1/ Mišanović S., Tica S.,Milković Ž.,Krstić P.,Milovanović B., Ecology and energy aspects of exploitation fully electrical buses on the new  line  in public transportation Belgarde, International Congress Motor Vehicles & Motors 2016, Kragujevac, 6‐7 October 2016, pp.33‐40, ISBN 978‐86‐6335‐037‐3 

/2/ ‘’Higer’’  Electric bus – Tehnička  dokumentacija, 2016. godina  

/3/ Mišanović S.,Taranović D.,Pešić R., Specifičnosti pogona  i bezbednosnih mera upotrebe autobusa na električni pogon, Stručni skup: Tehnički pregled vozila Republike  Srpske 2016. Zbornik radova, pp.83‐100, ISBN 978‐99976‐673‐1‐1 

Page 9: SPECITICITY OF EXPLOITATION AND MAINTENANCE OF … S_Misanovic.pdfPicture 2. – Charging phase E‐bus to the terminus Picture 3. – Position of super capacitors ’’Higer KLQ6’’

 

 

* Kneginje Ljubice 29,Belgrade

[email protected] 

127  

/4/ JKP GSP ''Beograd'': Izveštaj o eksploatacionim pokazateljima rada E‐busa HIGER A6L , 2018.godina 

/5/  Urban buses: Alternative powertrains  for Europe, A  factbased analysis of  the  role of diesel hybrid, hydrogen fuel cell, trolley and electric powertrains, november 2012 

/6/ Tomić,M.,Jovanović,Z.,Mišanović,S.,Živanović,Z.,Masončić,Z.,(2018)  SOME  ENERGETIC  AND                      ECOLOGICAL  ASPECTS  OF  DIFFERENT  CITY  BUS  DRIVE  SYSTEMS,  Thermal  Science,  DOI REFERENCE:https//doi.org/10.2298/TSCI171027310T