В Україні тролейбуси - старий й повільний соціальний транспорт, що дістався містам у спадок від "Совка". В інших країнах сучасні та швидкі електробуси - найменш кліматично шкідливі й найбільш дешеві, як в закупівлі, так і в життєвому циклі. Як німці перетворили стару тролейбусну систему на інноваційну модель, як батарейно-контактні електробуси в них заміняють дизельний парк й до чого тут Smart Grid та енергія сонця?

Порядок денний електротранспорту міст України зараз, на жаль, диктується воєнними умовами та перманентними атаками російського агресора на енергетичну інфраструктуру. Проте, всі ми віримо у Перемогу, і досвід німецького Золінгена в модернізації тролейбусної системи, безумовно, може бути корисним та надихаючим і для міст України в контексті повоєнного відновлення. Зокрема, і найбільш інноваційний проект "БОБ", який був співфінансований Європейським Союзом.

Золінген - місто з населенням 150 тис. осіб в Рурському басейні на заході Німеччини, розташоване приблизно в 25 км від Дюссельдорфа. Воно відоме на всю Європу своєю традицією виробництва ножів. А жовто-синій прапор Золінгена приємний українському оку.

a2631c96-8ebf-49c5-8f84-923cfc55e347

Це одне з лише трьох міст країни, яке зберегло свою тролейбусну систему, в той час, як решта відмовились від тролейбусів на користь дизельних автобусів. Пальне було дешевим, а про викиди й клімат ще ніхто не думав. 

Зі слів одного з керівників транспортного підприємства Золінгена, у 1980-х роках стояло питання про закриття золінгенської системи, однак тоді місцеві депутати вирішили зберегти тролейбуси, що в майбутньому виявилося великим бонусом. Кліматична криза спонукала Євросоюз переходити на електрику, зокрема, на електричні автобуси замість дизельних. Маловідомий Золінген виявився лідером: в нього вже 50% всіх міських автобусів були електричними (адже тролейбус - це електробус, який отримує енергію з мережі). В таких стартових умовах набагато легше довести цей показник електричного автопарку від 50% до 100% , ніж для тих міст, які починають з позначки "нуль". 

Комунальний перевізник та його історія

Комунальна компанія-перевізник Stadtwerke Solingen GmbH (SWS) відповідає за місцевий громадський транспорт у Золінгені протягом вже 125 років. Зараз щороку SWS перевозить понад 18 млн пасажирів. Загальна протяжність маршрутної мережі тролейбусів та автобусів складає близько 200 км. SWS є найбільшою тролейбусною компанією Німеччини, обслуговуючи 102 км контактної мережі із шістьма маршрутами (для порівняння, у Львові 135 км мережі та 11 тролейбусних маршрутів).

Взагалі, історія електромобільності в місті розпочалася з трамвая, який став тут курсувати ще у 1897 році. Лінія, яка функціонувала як легка залізниця (Stadtbahn), стала початком мережі, протяжність якої досягала близько 41 км у час свого розквіту.

Під час Другої Світової війни значна частина рухомого складу Золінгена була знищена, колійна мережа гостро потребувала капітального ремонту, а самі вулиці були надто вузькими, щоб перебудувати їх на двоколійну систему. У 1950-х роках у місті поставили за мету перебудову мережі для економічного та швидкого руху. У 1952 році збудовано інфраструктуру та введено в дію тролейбус, а у 1959 році закінчилася історія золінгенських трамваїв. Останні розширення тролейбусної мережі відбулися в 1980-х й на початку 1990-х років. Поки не прийшов 2019-й.

Історичні експонати в депо Золінгена, реекспортовані з Мексики. Вони перебувають на ходу й інколи виїздять на вулиці .

Рухомий склад та показники роботи SWS

Станом на січень 2023 року місто обслуговувало 120 одиниць громадського транспорту, серед них - 64 тролейбуси (стільки ж, скільки у Львові виходить на маршрути станом на 2022 рік). Автобусів малого класу та приватних перевізників у місті немає взагалі. На балансі SWS - та в реальному використанні - перебуває:

- 44 тролейбусів двосекційних з допоміжним дизель-двигуном (18 м);

- 12 тролейбусів двосекційних батарейних (18 м);

- 8 тролейбусів батарейних стандартних (12 м);

- 56 автобусів дизельних стандартних (12 м).

У штаті підприємства є близько 200 водіїв. Працівники депо забезпечують безперебійну роботу на маршрутах 24 години на добу, 7 днів на тиждень. Крім того, працівники виконують роботу в адміністрації та в центрі обслуговування пасажирів. Щодня обробляється близько 300 клієнтських запитів й пропозицій. З врахуванням їх, раз на рік переглядається розклад руху.

Інтервали на маршрутах складають 9 хвилин на головному маршруті, та зазвичай 10 хв - на інших. У суботу та неділю тролейбуси курсують кожні 15-30 хвилин, а два найменш завантажені маршрути - раз на годину.

Тролейбусні маршрути якісно сплановані, інтервали руху короткі, самі тролейбуси комфортні та швидкі. Як наслідок - великий попит на їхні послуги.

Інноваційний проект "БОБ"

В 2018-2022 рр. комунальне підприємство втілювало проект за співфінансування федерального уряду ФРН та Європейського Союзу під назвою "БОБ". В рамках нього відбувалося тестування чотирьох акумуляторних тролейбусів (звідси назва, оскільки німецькою мовою "Batteriebetriebener-Oberleitungs-Bus" означає "батарейний тролейбус"). 

Проект мав "м'які" та "тверді" компоненти, головний з яких - закупівля рухомого складу - батарейних тролейбусів. В результаті тендеру було закуплено автобуси в кузовах польського виробника Solaris з силовим обладнанням (powertrain) від німецького Kiepe Electric. Вартість одиниці вийшла на рівні близько 900 тис.євро.

Головна мета закупівлі "гібридів" - переведення маршрутів, які раніше обслуговувалися дизельними автобусами, на електричне обслуговування. На борту кожного автобуса встановлено батарею обсягом 45 кВт*год, та стандартні тролейбусні струмоприймачі, через які акумулятор заряджається під час руху по маршрутах з контактною мережею. На ділянках без мережі, тролейбус рухається завдяки заряду батареї. Від'єднання та приєднання до мережі відбувається за приблизно 10 секунд без потреби виходу водія з кабіни.

P1080661

"Дашки́" над дротами - прилад, за допомогою якого тролейбус приєднується до мережі без виходу водія з кабіни.

Електроенергія, отримана з контактної мережі, служить як для живлення тягових двигунів, так і для зарядки акумуляторів під час руху. Цей процес також називають "заряджанням у русі" (IMC - In-Motion charging). У режимі чистої батареї "БОБ" може проїхати близько 20 км, що дозволяє їздити, зокрема, у сусідні населені пункти. Крім того, батареї допомагають "вловлювати" більшу частину енергії гальмування й зберігати її, значно підвищуючи енергоефективність роботи.

P1080700

Інфографіка на екранах всередині "БОБа" інформує пасажирів про технологію й про поточний стан заряду батареї. 

Перший рейс із пасажирами відбувся в червні 2018 року, а в лютому 2019 року було схвалено закупівлю 32 додаткових батарейних тролейбусів. Ці транспортні засоби повинні замінити тролейбуси Berkhof з 2001 року випуску.

Один з "БОБів", закуплений в рамках проекту. Контактна мережа майже непомітна через відсутність громіздких опор, адже дроти монтуються до фасадів будівель.

Гібридні тролейбуси та їхні маршрути

До слова, гібридні тролейбуси - не новинка для Золінгена, тільки раніше вони були дизель-електричними. В задній частині усіх 50 "класичних" тролейбусів, які зараз перебувають в роботі, встановлений невеликий дизельний мотор, який дає можливість повільного руху без контактної мережі, наприклад, для розвороту на кінцевій зупинці або об'їзду місця ДТП.

Восени 2020 року місцева транспортна компанія замовила у Solaris ще 16 батарейних тролейбусів, які постачаються з кінця 2021 року. Таким чином весь парк батарейних тролейбусів в Золінгені має невдовзі складати 28 одиниць й буде розширюватись далі, поступово заміняючи дизельних попередників.

Що робити з батареями в кінці експлуатації?

У сфері електромобільності завжди є проблема батарей - їхній ресурс критично знижується через близько 8-10 років роботи, й з ними треба щось робити, а технології переробки поки що малодоступні. У Золінгені знайшли рішення для цієї проблеми. Плановий термін служби (цикл життя) тролейбуса - 20 років, а в акумуляторів він складає 10 років. Місто вже має план, що робити потім. Акумулятори з тролейбусів будуть встановлені як додаткові блоки стаціонарних накопичувачів енергії на підстанціях, де немає таких високих вимог щодо місткості. Це водночас збільшить стаціонарні батарейні потужності підприємства та дозволить продовжити термін корисного життя акумуляторів ще на 10 чи більше років. А для тролейбусів в цей момент будуть закуплені (або взяті в лізинг) нові батареї з повним ресурсом місткості, який необхідний для роботи на маршрутах.

Один з нових БОБів підзаряджається на кінцевій зупинці через точкову зарядну станцію.

Інтеграція енергії сонця

Маршрути, які раніше обслуговували дизельні автобуси, можуть працювати на електроенергії з відновлюваних джерел енергії, яка генерується прямо в Золігнені й потрапляє напряму в контактну мережу. Ці можливості було досліджено під час проекту "БОБ" шляхом розробки попереднього ТЕО, яке дало позитивний результат. Сонячні панелі, встановлені в депо та на дахах вздовж маршрутів тролейбусів, зможуть подавати генерований постійний струм безпосередньо в контактну мережу для живлення тролейбусів, без втрат на його перетворення.

Крім того, в рамках проекту було досліджено можливість підключення зарядних станцій для електромобілів і електровелосипедів до енергетичної мережі підприємства, що дозволить створити "зарядні хаби" біля підстанцій та заряджати засоби електромобільності під час непікових годин, коли потужності недовикористані.

Також було здійснено кроки до створення системи інтелектуального розподілу енергії в мережі підприємства (Smart Grid), з метою максимального покращення енергетичного балансу, зменшення пікового споживання й дефіцитів. Компанія побудувала два перші стаціонарні сховища енергії місткістю по 60 кВт*год, більше сховищ є в планах. Вони використовуються як джерела живлення в пікові моменти, а також, у разі відключення електроенергії, дозволяють тролейбусам завершити свій маршрут і повернутися в депо. Цей аспект дуже цікавий для України, де "завмерлі" тролейбуси та трамваї стали за рік, на жаль, звичайним явищем через атаки російських окупантів на національну енергомережу.

0166adf3-92e0-4e8b-ad8a-787a0c4c9f7e

Слайд, який схематично показує смарт-тролейбусну систему

Важливим є також комп'ютерне моделювання мережі, що використовується транспортним підприємством для планування нових електричних маршрутів (замість дизельних) й забезпечує безпроблемну інтеграцію новоприбулого батарейного парку до маршрутної мережі міста, з дотриманням планових інтервалів руху й без простою цінної техніки.

Також в підприємстві існує програмний комплекс автоматизованого енергомоніторингу й контролю, що дозволяє побачити ризики для системи, й вжити заходів. Наприклад, при перевантаженні конкретної ділянки, система автоматично відключає подачу струму на батарейні тролейбуси, зберігаючи потужність для інших споживачів. Як тільки критична ситуація минає, система знов дозволяє БОБам заряджатися.

Всі ці компоненти разом місто називає "STS" (Smart Trolleybus System), справедливо вважаючи, що їхнє поєднання сучасних рішень та технологій є інноваційним не тільки для Німеччини, але й на міжнародному рівні. 

Інфраструктура на кінцевих зупинках

Зарядженої батареї на борту номінально вистачає на близько 20 км руху, однак є нюанси. Коли ділянка контактної мережі на маршруті невелика (скажімо 2,8 км), то батарея не встигає зарядитися тією мірою, якою вона втратила заряд на значно довшій безконтактній ділянці. Таким чином з кожним колом на маршруті залишковий запас енергії на борту стає все меншим. Також на запас ходу впливають зовнішні фактори: температура повітря, кількість пасажирів та робота систем кліматизації влітку та взимку. Є ризик, що в якийсь із днів батареї не вистачить й тролейбус зійде з маршруту. Відтак, щоб бути на 100% впевненими, що БОБи відпрацюють весь день згідно з розкладом навіть у найгірших сценаріях, на двох кінцевих зупинках Золінгена збудували точкові пункти заряджання. 

Поки водій робить планову перерву в роботі (для якої є комфортний туалет й невеличка кімната відпочинку з кава-машиною), тролейбус доводить свій запас енергії ближче до 100%. 

Точкова станція заряджання на кінцевій зупинці являє собою двометровий шматок контактної мережі, встановлений на одній Г-подібній опорі.

Зелені перспективи БОБів

Завдяки проекту "БОБ" й майбутньому продовженню розпочатих ним заходів, транспортне підприємство зможе зменшити (до нуля) споживання дизельного пального та стати більш фінансово стійким (це важливо з огляду на різке зростання вартості енергоресурсів). Підприємство може самостійно генерувати значну частину енергії, яка потрібна для руху транспорту, завдяки енергії сонця. А в перспективі, коли зміниться законодавство, КП зможе стати не тільки споживачем, але й постачальником електрики до мережі. Його мережа вже зараз з’єднана з місцевою мережею середньої напруги, й електрика може повертатися (продаватися) в загальну мережу за допомогою двонаправлених підстанцій, зокрема, в пікові години. Такі децентралізовані балансувальні потужності стають дедалі більш цінними й для Німеччини, й для України разом з збільшенням частки відновлюваної енергетики в національних системах.

Висновки для України

Приклад Золінгена є цінним для України з кількох точок зору. Він показує, як наявна тролейбусна мережа може стати основою для створення сучасної та енергоефективної системи громадського транспорту й стратегією "транспортного переходу" від дизельних автобусів до електромобільності. Із використанням наявних на ринку технологій контактна мережа вже не обмежує рух транспорту, а навпаки, створює можливість для його безперервного й раціонального руху, адже підзарядка батарей відбувається прямо під час руху.

Запровадження батарейних тролейбусів простіше та дешевше в реалізації, ніж батарейних автобусів. Додаткова інфраструктура для батарейних тролейбусів потрібна мінімальна й вона створюється шляхом модернізації, а не нового будівництва, й не потребує збільшення встановлених потужностей вхідних ліній.

Проекти міст України, схожі на проєкт "БОБ", мають високі шанси отримати фінансування від Європейського Союзу. Бо ці проекти були б реалістичними, спирались би на наявний контекст та існуючу інфраструктуру, мали би високі показники за критеріями кліматичного впливу, сталості та циркулярності.

Не менш важливий для України людський аспект. Золінгенське підприємство має добре доглянуте й обладнане депо, комфортні офіси та службові приміщення. На кінцевих зупинках обладнані теплі й чисті туалети та кімнати відпочинку. Техніка сучасна й високотехнологічна. Це все, разом з ринковим рівнем оплати праці, дозволяє підприємству не мати проблем з заповненням вакансій й залученням до праці молодих людей. Це величезний контраст з містами України, де заповненість штату у електротранспортних підприємствах часто-густо складає менше 50%, а середній вік персоналу - більше за 50 років.

В Україні до початку повномасштабного російського вторгнення тролейбусні системи функціонували у 44 містах (в т.ч. Кримська лінія, яка проходить через три міста). Це найбільша кількість в Європі. Планування й втілення проектів на зразок Золінгена, як частини планів післявоєнного відновлення економіки, транспорту та енергетичного сектору, відкриває величезні перспективи для міст та для держави загалом, а також для індустрії електротранспорту, електроінжинірінгового та будівельного сектору. Можна впевнено сказати, що на такого роду проекти будуть доступні гроші й західна технічна підтримка. Для Європейського Союзу такі проекти вже зрозумілі й перебувають в пріоритеті, цілком відповідаючи "Європейському Зеленому Курсу" та "Європейській стратегії розумної та сталої мобільності". Однак стратегічна візія та ініціатива повинні виходити від керівництва українських міст, й такі інціативи повинні бути підтримані муніципальними асоціаціями та урядом України. 

***

Віктор Загреба - голова правління громадської організації "Віжн Зеро", дослідник та консультант у сфері сталої міської мобільності та безпеки дорожнього руху. Інформація та фотографії, наведені у цій статті, були зібрані під час ознайомчого візиту до Золінгена, що відбувся в рамках проекту "TUMIVolt - міська мобільність з відновлювальної енергії", який втілює GIZ (Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH).

Читайте також Балансуючи на межі: Тренди розвитку міського електротранспорту України в 2022 році