Tampereen bussiliikenteen sähköis-täminen

Joni Markkula joni.markkula@tut.fi

Olli Vilppo olli.vilppo@tut.fi

2

Sisällysluettelo

1.   TAMPEREEN KAUPUNKI JA YMPÄRISTÖTAVOITTEET ......................................................... 3  2.   JOUKKOLIIKENTEEN NYKYTILANNE TAMPEREELLA ........................................................ 5  2.1   BUSSIKALUSTO  .....................................................................................................................................................................  5  

3.   SÄHKÖBUSSIEN TEKNIIKKA ......................................................................................................... 6  3.1   SÄHKÖMOOTTORIT  JA  MOOTTORINOHJAIMET  ................................................................................................................  6  3.2   AKUT  SÄHKÖBUSSEISSA  ......................................................................................................................................................  7  3.3   SÄHKÖBUSSIN  ENERGIANKULUTUS  ...................................................................................................................................  9  3.4   AJOSYKLIN  VAIKUTUS  ENERGIANKULUTUKSEEN  .........................................................................................................  11  3.5   SÄHKÖBUSSIN  LATAUSLAITTEET  JA  STRATEGIAT  .......................................................................................................  11  3.6   SÄHKÖBUSSIEN  VALMISTAJIA  .........................................................................................................................................  13  

4   SÄHKÖ- JA DIESELBUSSIEN ELINKAARIKUSTANNUKSET ................................................... 14  4.1   LASKENNAN  OLETUKSET  .................................................................................................................................................  14  4.2   DIESEL-­‐  JA  SÄHKÖBUSSIN  MUUTTUVAT  KUSTANNUKSET  ..........................................................................................  15  4.3   SÄHKÖBUSSIEN  LATAUSJÄRJESTELMÄN  KUSTANNUKSET  ..........................................................................................  15  4.4   KUSTANNUSTEN  MUODOSTUMINEN  ..............................................................................................................................  16  4.5   ELINKAARILASKELMA  ......................................................................................................................................................  17  4.6   HERKKYYSTARKASTELU  ..................................................................................................................................................  17  4.7   YHTEENVETO  SÄHKÖBUSSIEN  KUSTANNUKSISTA  .......................................................................................................  19  

5   CASE-TARKASTELU – TAMPEREEN LINJA 25 JA LINJA 2 ........................................................ 20  6   TEKNISET RISKIT JA NIIDEN HALLINTA ................................................................................. 23  7   SÄHKÖBUSSIEN HANKINTA JA HANKINTATUET ................................................................... 24  8   TOTEUTUKSEN VAIHEITA ............................................................................................................ 25  LIITE  1.  ELINKAARILASKENNAN  OLETUKSIA  ...........................................................................................................................  29  LIITE  2:  PÄÄSTÖT  JA  NIIDEN  VÄLILLISET  VAIKUTUKSET  .......................................................................................................  34  LIITE  3:  AKKUJEN  OMINAISUUKSISTA  JA  VAIKUTUS  KÄYTTÖÖN  ..........................................................................................  35  LIITE  4:  LATAUSRATKAISUIDEN  VAIHTOEHDOT  .....................................................................................................................  38  

3

1. Tampereen kaupunki ja ympäristötavoitteet

Tampereen kaupunki on sitoutunut strategisten linjaustensa kautta pienentämään omaa päästöjälkeään tulevien vuosien ja vuosikymmenien aikana. Tästä syystä on kaupungin sisälle jo aikaisemmin perustettu yksiköitä kuten ECO2, joiden tavoitteena on energiatehokkuuden lisääminen yleisesti ja liikenteestä johtuvien päästöjen vähentäminen. Tampere on julkaissut kunnianhimoisia tavoitteita, joiden avulla se pyrkii näyttämään esimerkkiä. Tavoitteiden saavuttaminen vaatii jatkuvia ja määrätietoisia päätöksiä, jotka tukevat strategiaa. Strategiasta poimittuja konkreettisia tavoitteita on kerätty taulukkoon 1.1.

Taulukko 1.1. Kaupunkistrategian energia- ja päästötavoitteita aikatauluineen [ECO2 2014]

Energiatehokkuuden parantaminen 9 % (v. 2016)

Päästövähennys asukasta kohden 30-40 % (v. 2025)

Hiilidioksidipäästöjen vähennys kaupunki-alueella

20 % (v. 2020)

Tämä raportti keskittyy sähköbussien taloudelliseen kannattavuuden analysointiin elinkaareensa aikana ja sitä kautta tarjoaa mahdollisuuden arvioida päästöjen vähentämisen kustannuksia bussiliikenteen säh-köistämisen keinoin.

Tuoreen tiedon mukaan, Tampereen kaupungin ohjausryhmän linjausten perusteella, kaupunki haluaa toimia valtakunnallisena suunnannäyttäjä sähköisen liikenteen sektorilla [Yle 2014]. Kaupungin sähköi-sen liikenteen käyttöönottoselvityksessä tämän valitun roolin tavoitteissa kaupungin omistamien sähkö-bussien määrä on kahdeksan vuonna 2015 ja 50 vuonna 2025 [Ramboll 2014]. Näiden strategioiden toteuttaminen vaatii valistuneita päätöksiä nopeassa aikataulussa, jotta toimenpiteet saadaan vietyä täy-täntöön. Taulukossa 1.2 on kaupungin ohjausryhmän hyväksymän strategian kulmalukuja, jotka toimi-vat päätösten aikatauluttamisen ohjenuorana. Suluissa on kaupungin omistamien sähköajoneuvojen määrät.

Taulukko 1.2. Sähköisen liikenteen käyttöönottoselvitys ja strategian valinta: val takunnal l inen suunnannäyt-tä jä [Ramboll 2014]

Ajoneuvotyyppi Määrä, kpl

2015 2020 2025

Sähköhenkilöautot 100 (25) 350 (50) 975 (75)

Sähköpakettiautot 40 (15) 130 (50) 260 (90)

Sähköpolkupyörät 50 (20) 120 (50) 350 (100)

Sähköbussit 15 (8) 50 (25) 90 (50)

Sähkömoottoripyörät ja -mopot 15 50 75

Sähköiseen liikenteeseen panostaminen ja edelläkävijänä toimiminen Suomessa sähköautoilussa ja la-tausinfrastruktuurirakentamisessa tuo Tampereen kaupungille merkittäviä imagohyötyjä. Samasta syystä alaan liittyvää liiketoimintaa voidaan ennakoida suuntautuvan Tampereen seudulle. Sähköajoneuvojen monipuolinen lisääntyminen vaikuttaa merkittävästi Tampereen kaupunkialueen viihtyisyyteen ja melu-tasoon. [Ramboll 2014]

Kaupunkiliikenteen sähköistäminen on esillä keskusteluissa myös raitiotieliikenteen yhteydessä, joskin motivaatio raitioliikenteen aloittamiseksi on enemmän kuljetuskapasiteetti- ja maankäyttökysymys kuin energiamuodon valintakysymys. Raitiovaunu ja sähköbussit voivat tulevaisuudessa saavuttaa joitain sy-

4

nergiaetuja latausinfrastruktuurin puolesta, mutta vaikutuksia ei pidä alkuvaiheessa ylikorostaa vaan tarkastella projekteja omina kokonaisuuksinaan. Tämä johtuu raideliikenteen ja kumipyöräliikenteen periaatteellisista eroista: raiteet asetetaan yhteen paikkaan ja niiden siirtäminen on vaikeaa ja kallista, kun taas ladattavan sähköbussin reittien valinta on huomattavasti joustavampaa.

Liikenteen merkitys kaupungin päästöihin

Liikenne aiheuttaa noin 20 % prosenttia Suomen kasvihuonekaasupäästöistä. [LVM 2008] Yli puolet hiilimonoksidi- eli häkäpäästöistä ja noin puolet hiilivety- ja typenoksidipäästöistä on peräisin liikentees-tä. Suurin ongelma ilmaston lämpenemisen kannalta ovat hiilidioksidipäästöt [Motiva 2014]. Selvityksen kannalta kiinnostavia ovat bussien osuudet Tampereen liikenteen päästöistä. Ne ovat saatavilla [Lipasto 2012] tietokannasta. Ne on esitetty taulukossa 1.33. Erityisen merkittävä osuus busseilla on terveydelle haitallisten pienhiukkasten ja typenoksidien synnyssä. Pienhiukkaset ja typpidioksidi aiheuttavat hengi-tyselinoireita erityisesti lapsille ja astmaatikoille [HSY 2014].

Taulukko 1.3. Liikenteen päästöt yhteensä (tonnia) ja bussien osuus päästöistä Tampereella vuonna 2012 [Lipasto 2012]

CO HC NOx Hiukkaset CH4 N2O SO2 CO2

Yhteensä 3463 379 902 53 20 13 1,8 283712

Bussien % -osuus

1,6 % 5 % 17 % 9 % 6 % 6 % 9 % 8 %

Tässä raportissa päästöjen aiheuttamia välillisiä hyötyjä ei ole sisällytetty elinkaarikustannuksiin vaan niiden oletetaan tulevan ”kaupan päällisenä”. Syynä on ollut investointien tarkasteleminen kassavirran kautta, jotta laskelmien läpinäkyvyys on parempi ja investoijan pankkitiliä rasittavat erät on huomioitu oikein.

5

2. Joukkoliikenteen nykytilanne Tampereella

Tampereen seudun joukkoliikenne perustuu tällä hetkellä pääosin bussilinjoihin, jotka lähes poikkeuk-setta kulkevat Keskustorin kautta. Taulukossa 2.1 on esitetty TKL:n 2012 vuosikertomuksesta muuta-mia tärkeitä lukuja, jotka kertovat joukkoliikenteen määristä. Näiden lukujen perusteella voidaan todeta, että jokainen tamperelainen tekee keskimäärin 100 bussimatkaa vuodessa.

Taulukko 2.1. TKL, matkustamisen lukuja vuonna 2012 [TKL2012]

Matkojen lukumäärä 22.1 milj.

Ajetut kilometrit 9.6 milj. km

Linja-autoja yht. (kpl) 132

2.1 Bussikalusto Tampereen joukkoliikenteelle palveluja tuottavat TKL, Länsilinjat, Paunu, Kalevan liikenne sekä Veolia. Lisäksi Onnibus on operoinut yhtä kaupunkilinjaa, mutta Onnibusin yrityskaupan jälkeen Tampereen alueen liikennöintisopimus siirtyi Koiviston autolle ja linjaa koskevat tulevat suunnitelmat ovat epäsel-viä.

Tampereen kaupungin joukkoliikennettä operoidaan pääosin dieselkalustolla. Vuoden 2013 alusta alka-en koekäytössä on ollut myös kaksi hybridi-bussia, joista tekniikan osalta kokemukset ovat olleet posi-tiivisia. Hybridi-bussit on valmistettu Puolassa ja valmistajana on Solaris. Alla olevat luvut on esitetty TKL:n lukuja tarkastellen, koska yhtiö vastaa valtaosasta Tampereen kaupunkialueen bussiliikenteestä.

TKL:n kalusto jakaantuu bussien rakenteen mukaan 2-akselisiin autoihin, teliautoihin ja nivelautoihin. Taulukossa 2.2 on eritelty eri autotyyppien määrät ja niiden ominaiskulutukset. TKL:n kalustosta poiste-taan arviolta 5-8 dieselbussia vuosittain ja korvataan samalla lukumäärällä uusien tullessa niiden tilalle.

Taulukko 2.2. TKL:n linja-autojen määrä ja kulutus talvikaudella 2013 [Keinonen]

kpl keskikulutus l/100km

2-akselisten autojen määrä

Solaris (hybridi) 2 32

Scania ja Volvo uudemmat mallit 39 40

Scania ja Volvo vanhemmat mallit 8 44

Teliautot

Scania, Volvo 85 45

Nivelautot

Volvo 4 61

6

3. Sähköbussien tekniikka

Henkilökuljetukseen kaupunkialueilla tarkoitetut sähköbussit ovat verrattavissa tavallisiin dieselbussei-hin. Ulkonäöltään bussit voivat olla täysin samannäköisiä ja -kokoisia. Matkustajankin näkökulmasta erot ovat hyvin pieniä. Molemmat suorittavat samanlaista kuljetustoimenpidettä – sähköbussit vain eivät pidä ääntä, eivätkä ne haise pakokaasulle. On totta, että sähköbussien käyttöön liittyy uudenlaisia haas-teita, mutta niiden ei tarvitse koskettaa missään vaiheessa matkustajia. Päinvastoin, matkustajien liikku-miskokemusta voidaan jopa parantaa!

Määritelmä: Sähköbussi on henkilökuljetukseen tarkoitettu suuri ajoneuvo, joka liikkuu ainoastaan sähkömoottorien avulla eikä ajoneuvossa tuoteta energiaa esim. nestepolttoaineis-ta liikkumista varten. Mahdollinen sisätilojen lämmitykseen käytettävä energia ei vaikuta määritelmään.

Määritelmän toteaminen on oleellista siksi, että markkinoilla jo pidempään olleet hybridibuss i t voidaan helposti sekoittaa sähköbusseihin. Oleellinen ero hybridibussin ja sähköbussin välillä on kuitenkin se, että hybridibussi käyttää voimanlähteenään dieseliä, ja akusto sekä sähkömoottori ovat ainoastaan tu-kemassa kiihdytystilanteissa. Energiahyöty saadaan siis jarrutusenergian talteenoton kautta ja sitä hyö-dyntämällä muun ajamisen aikana. On myös totta, että jotkut hybridibussit pystyvät ajamaan myös pel-källä sähköllä lyhyitä matkoja, mutta periaatteen tasolla niiden toiminta perustuu dieseliin.

Ladattava hybridi tarkoittaa ajoneuvoa, jota voidaan ladata sähköverkosta ja ladatun sähköenergian avulla voidaan suorittaa osa ajosuoritteista. Bussien tapauksessa ladattavien hybridien sähköllä suoritet-tava toimintamatka voi olla esim. 5-15 km, joka ei ole riittävä linjakäytön kannalta. Optimoimalla säh-kön ja dieselin käyttöä voidaan saavuttaa tietty osa sähköbussien hyödyistä.

Hybridivaihtojen etuna on turvautuminen olemassa olevaan energiamuotoon eli dieseliin. Hankaluus käytön kannalta taas on, että järjestelmiä on kaksi rinnakkain, jolloin ei saavuteta sähköbussin huolto-varmuutta eikä päästä yhtä korkeaan energiatehokkuuden paranemiseen. Hybridibussien onkin todettu olevan huoltokustannuksiltaan diesel-busseja kalliimpia, joka vähentää polttoainesäästön avulla saatua hyötyä [Liimatainen et al. 2014].

Sähköbussi kostuu siis korista kuten tavallinenkin dieselbussi. Dieselmoottori korvataan sähkömootto-rilla ja sähkömoottoriin liittyy kiinteästi moottorinohjain. Energianlähteenä on dieselin sijaan akusto. Näiden erojen lisäksi sähköbussi tarvitsee ”tankkauspisteen” joka on dieselpumpun sijaan latausasema. Latausasemat ja akusto muodostuvat jälleen yhdessä kulkevan kokonaisuuden, jotka tulee sovittaa yh-teen toistensa kanssa. Juuri akuston ja latausasemien mitoittaminen, määritteleminen ja sijoittelu luovat sähköbussilinjan operointiin oman haasteensa verrattuna dieselbussiin.

3.1 Sähkömoottorit ja moottorinohjaimet Sähkömoottoreita on yleisesti käytössä useita erilaisia. Karkea jaottelu tehdään tasa- (DC) ja vaihtovir-ralla (AC) toimiviin sähkömoottoreihin. Alun perin ajoneuvo käytössä vain DC moottorit olivat mah-dollisia, koska akuista saatiin vain tasavirtaa. Tehoelektroniikkaa kuitenkin lähti kehittymään vauhdilla jo vuosikymmeniä sitten, joka on mahdollistanut AC ja DC järjestelmien käyttämisen ”ristiin”. Nykyisin ajoneuvoissa käytetyt moottorit ovat yleisesti AC-moottoreita johtuen niiden korkeammasta hyötysuh-teesta, yksinkertaisesta rakenteesta, huoltovarmuudesta, keveydestä ja hinnasta. AC-moottoreita on use-ampaa tyyppiä, mutta niiden esittely jätetään tarkoituksellisesti pois.

Jokainen moottorityyppi tarvitsee moottorinohjaimen, jonka avulla säädetään sähkömoottorin pyöri-misnopeutta ja momenttia. Sähkömoottori ja moottorinohjain muodostavat yhdessä kokonaisuuden. Kun moottorinohjaimelle tarjotaan sopivan kokoinen jännite (yleensä tasasähköä akulta), alkaa ohjai-men tehoelektroniikkaa ”päästää virran läpi” sähkömoottorille sopivina pulsseina esimerkiksi polkimen asennon perusteella ja näin saa aikaan pyörimisliikkeen akselille (roottorille). Moottorinohjaimen kytki-met siis säätelevät momenttia ja vauhtia perustuen ulkoiseen ohjeeseen (”kaasupolkimen” asentoon).

7

Sähkömoottorin ja moottorinohjaimen mitoitus on oleellisessa osassa bussin toimivuuden kannalta. Yleensä kuitenkin moottorin tehonkeston lisääminen on kustannuksena niin pieni suhteessa muihin komponentteihin, että moottorit voidaan huoletta ylimitoittaa. Näin ollen busseihin saadaan erinomai-set ajo-ominaisuudet mm. suuren väännön takia.

3.2 Akut sähköbusseissa Sähköajoneuvojen kriittisin komponentti on akku. Akku on energiavarasto, joka säilöö sähkövirran avulla sähköenergiaa kemiallisiin sidoksiin ja tämä energia voidaan myöhemmin purkaa sähkövirraksi. Akkujen ominaisuuksia käsitellään tässä luvussa tarkasti, jotta lukijalla on myöhemmin kykyä arvioida akkuvalmistajien väitteitä ja toisaalta ymmärtää akkuvalinnan merkitys bussien toiminnan kannalta. Ak-kujen valintaan liittyy myös kysymys niiden vaikutuksesta ajoneuvon käyttökustannuksiin elinkaarensa aikana ja erilaiset akut voivat soveltua esimerkiksi raskaan liikenteen käyttöön paremmin tai huonom-min.

Akkuteknologia sinällään ei ole uutta – Volta-paristo on tunnettu jo 1800-luvun lopulla. Yleisesti auto-käytössä tuttu akkutyyppi on lyijyakku. Lyijyakkuja on aiemmin käytetty myös sähköautojen energiava-rastoina, mutta ne eivät kuitenkaan sovellu hyvin vaativiin sähköajoneuvosovelluksiin painonsa takia. Toinen merkittävä kategoria ladattavista akuista ovat Nikkeli-metalli-hydridi-akut (NiMH). Niitä on käytetty paljon ensimmäisissä hybridiautoissa. NiMH-akut ovat kevyempiä kuin lyijyakut ja kestävät pidempään [Narayan et al. 2013].

Erityisesti litium-ioni akkujen kehitys 90-luvulta tähän päivään on johtanut sähköautojen uuteen tulemi-seen. Akkuvalmistuksen kehittyminen on johtanut suurempiin energia- ja tehotiheyksiin, matalampiin hintoihin ja pidempään elinikään, jotka ovat kaikki osiltaan lisänneet myös kannettavan elektroniikan leviämistä kuluttajien taskuihin. Litium-ioni-akkuteknologia on levinnyt nopeasti suosituimmaksi kemi-aksi myös sähköajoneuvoissa.

Akun teknisiä ominaisuuksia ja soveltuvuutta arvioidaan seuraavin kriteerein:

Tehotiheys: Akun kyky antaa ulos sähkövirtaa per painokilo tai per litra. Esim. 10 kg painavasta lyijyakus-ta saa ulos 80A*12V=960 W eli tehotiheys on 96W/kg.

Energiatiheys: Akun kyky varastoida energiaa per painokilo tai per litra. Tyypillisiä arvoja ovat 50-250 Wh/kg.

Maksimi-latausteho ja -purkamisteho: Akulle on määritelty sallitut rajat lataus- ja purkuvirralle (ts. teholle), jonka puitteissa akkua on turvallista valmistajan mukaan käyttää. Tyypillisesti latausvirta on pienempi kuin purkuvirta. Virran suuruutta kuvataan nk. C-luvulla. Tämä luku ilmoitetaan maksimivirran ja akun kapasiteetin suhdelukuna eli jos 2 Ah (ampeeritunnin) akkua puretaan 2 A virralla, se kestää tasan yhden tunnin ja näin ollen tuolle akulle 2 A = 1 C. Samoin 4 A tarkoittaisi 2C-arvoista purkamista ja näin akku tulisi tyhjäksi ½ tunnin aikana.

Elinikä: Akkutyypeillä on erilaisia määritelmiä siitä, milloin akku on elinkaarensa päässä. Raja ei myös-kään ole yksiselitteinen. Lyijyakut esimerkiksi heikkenevät ominaisuuksiltaan käytön aikana ja siksi ne vaihdetaan tietyin väliajoin. Litiumakut joudutaan vaihtamaan kun kapasiteetista on menetetty valmista-jan asettama määrä. Litiumakkujen vaihtaminen on tärkeää turvallisuussyistäkin, sillä käytön aikana tek-nisten vikojen riski kasvaa. Akuille on määritelty elinikä sekä käytettyjen syklien (syklikesto) mukaan että ajan myötä tapahtuvan vanhenemisen kautta (kalenteri-ikä).

Hinta: Vaikka hinta ei ole tekninen ominaisuus, on se oleellinen tekijä akkuja vertailtaessa. Akun elinikä ja hankintahinta muodostavat elinkaarikustannuksen, jonka arvioiminen voi olla työlästä. Eri akkutyyp-pien ominaisuudet poikkeavat toisistaan erittäin paljon ja siksi eroihin tulee kiinnittää tarkasti huomiota.

Akun valitseminen sähköbussiin

Akun valitseminen sähköbussisovellukseen tapahtuu seuraavalla tavalla:

8

Tarvittavan tehon määrittely: Oikeaa akkua valittaessa pitää ensin varmistaa riittävä purkuteho (tehotiheys, W/kg), joka riittää bussin liikennöintiin halutulla nopeudella ja ylämäkeen kiihdyttäessä. Myös riittävä sallittu latausteho, joka soveltuu jarrutusenergian takaisin syöttöön ja valittuun latausstrategiaan pitää varmistaa. Samalla lataus- ja purkutehojen pitää pysyä sellaisina, että ne eivät vanhenna akkua ennenai-kaisesti.

Akkujännite ja maksimivirrat (lataus/purku): mitoitetaan akku vastaamaan sähkömoottorin jännitetarvetta sekä maksimitehoa, ja toisaalta lataustehon tarvetta.

Akuston koko: Akuston energiamäärän ja toisaalta fyysisen koon mitoittaminen (paino, tilavuus).

Akun elinkaarikustannus: Sähköbussiliikenteessä akun käyttöikä on kriittinen parametri taloudellisten laskelmien kannalta. Akku-materiaalien hankintahinnoissa on isoja eroja, mutta todellinen kustannus muodostuu lopulta siitä kuinka paljon yhdellä akulla voidaan ajaa sen eliniän aikana. Akun kilometrikus-tannusta on havainnollistettu kaavassa (1). Kaavassa on oletettu, että jarrutusenergian takaisinsyötön lataava vaikutus ei kuluta akkua ja lyhennä sen käyttöikää. Jarrutusenergia lataa akkua pienemmissä syk-leissä ja tällaisen mikrosyklilatauksen ei pitäisi vaikuttaa merkittävästi akun kulumiseen [Chavla et al. 2010, Guena et al. 2006].. Kaavassa on myös oletettu kapasiteetin lineaarinen heikkeneminen. Akku on elinikänsä päässä kun sen kapasiteetista on jäljellä 80 % [Goodenough et al. 2013], joten sen kapasiteet-ti on eliniän aikana keskimäärin 90 %.

α= !!,!∗!∗!/!

(1)

p = Akun hankintahinta (€/kWh) γ = sykli-ikä (kpl) c = bussin nettokulutus (kWh/km) α = Akun hinta/kilometri (€/km) Koska sähköbussiteollisuus on alkuvaiheessa ja akkumateriaalit ovat kehittyneet viime vuosina roimasti, empiirisiä kokemuksia akkujen kestävyydestä liikennekäytössä on niukalti. Akkuja on syklitetty kuiten-kin laboratoriotutkimuksissa. Näiden syklitysten virrat eivät kuitenkaan aina täysin vastaa bussikäytön syklejä. On myös huomattava, että syklityksissä tutkitaan sitä, kuinka akku kestää kemiallisesti latausta ja purkua. Ne eivät huomioi kuinka sähköliitokset ja elektroniikka kestävät mekaanisessa tärinässä. Inves-tointilaskelmissa sähköbusseille tarkisteltiin kahta eri akkutyyppiä LFP-akkua (litiumrautafosfaatti) ja LTO-akkua (litiumtitanaatti).

Sähköbusseihin tarjolla olevat akkuvaihtoehdot

Sähköbusseihin on valikoitunut tämän hetken akkukemioista litium-rautafosfaatti (LiFePO) ja litium-titanaatti (LiTiO) niiden soveltuvien ominaisuuksien tähden. Titanaatti-akusto on hankintahinnal-taan/kWh kalliimpi, mutta toisaalta se on pidempi ikäinen ja mahdollistaa korkeatehoisen latauksen. Rautafosfaattiakuston etuna on edullisempi latausratkaisu (yö ladataan varikolla ja päivä ajetaan autoa) ja halvempi hankintahinta/kWh, mutta toisaalta se joudutaan korvaamaan uudella akulla aikaisemmin. Taulukossa 3.1 on vertailtu näiden kahden akkutyypin ominaisuuksia. Akkukemioita on paljon muita-kin, myös litium-pohjaisia, mutta käytännössä tarjonta pyörii tällä hetkellä näiden kahden ympärillä.

9

Taulukko 3.1. LiFePO ja LiTiO akuston tärkeimmät ominaisuudet

LiFePO4 LiTiO

Syklikesto ~3000 ~16000 Energiatiheys 130 Wh/kg 60 Wh/kg

Maksimi latausteho 1 C 6 C

Maksimi purkuteho 1-2 C 4-8 C

Hinta 700-1000 €/kWh 2000-2900 €/kWh

Näiden kahden akkukemian ominaisuudet johtavat erilaisiin ratkaisuihin akuston koon ja lataustarpei-den suhteen. Akkutyypin ja latauslaitteen yhteisiä kustannuksia on tarkasteltu tarkemmin luvuissa 4 (elinkaarimalli) ja 5 (case Tampere).

3.3 Sähköbussin energiankulutus Taulukossa 2.2 esitettiin TKL:n käyttämien diesel-bussien toteutunut kulutus aikaisemmalta ajanjaksol-ta. Sähköbussien energiankulutuksista on toistaiseksi vaikea saada yhtä selkeää kuvaa, koska käytännön kokemukset laajamittaisesta hyödyntämisestä puuttuvat. Tähän asti sähköbussiprojektit ovat olleet yksit-täisiä kokeiluja, joiden avulla tietoa on kartutettu, ja testeissä käytetyt autot eivät ole helposti verrattavis-sa toisiinsa. Karkeana arviona sähköbussin energiankulutuksesta liikkumiseen käytetään yleisesti 1-1,5 kWh/km, mutta arvot voivat käytännössä vaihdella 0,6-1,7 kWh/km välillä. Bussinvalmistajien sivuilta kerättyjen tietojen perusteella sähköbussien keskikulutukseksi on arvioitu 1.0 kWh esimerkkilaskelmia varten kevyen bussirakenteen tähden.

Taulukko 3.2. Sähköbussien ilmoitettuja energiankulutuksia

EBusco 0,9 kWh/km [Ebusco 2014]

BYD 1,3 kWh/km [BYD 2014 a]

VDL 1,4 kWh/km [Rieck 2013]

Tutkimus, Xunmin 1,5 kWh/km [Xunmin]

Proterra 1,1 kWh/km [Proterra 2014a]

eBusSystems, VTT 0,6 kWh/km [Erkkilä 2013]

Suomalaisessa eBus-projektissa pyritään selvittämään riippumattomasti sähköbussin kulutusta erilaisin mittauksin. Projektin yhteydessä VTT ja Metropolia Ammattikorkeakoulu ovat suunnitelleet ja rakenta-neet yhteistyössä suomalaisten komponenttivalmistajien kanssa testibussin, joka kantaa nimeä Muuli. Tämä testimuuli on Kabusin normaalikokoiseen alumiinikoriin rakennettu sähköbussi. Kuvassa 3.3 on havainnollistettu testivaiheessa olevan Muulin sähkönkulutuksen muodostumista dynamometrillä. Kulu-tus on todellista ajoa alhaisempi, koska ohjaustehostimen pumppua ja paineilmakompressoria käytettiin vain osittain, sillä ohjausta ei tarvita dynamometrissä. Myöskään ovia ei avattu eikä kulutus pidä sisällään matkustamon lämmitystä/jäähdytystä.

10

Kuva 3.1. Testimuulin akun energian jakaantuminen bussissa [Erkkilä et al. 2013]

Sähköbussin kulutus riippuu siis paljon bussin painosta ja valmistajasta. Tämä on hyvä huomioida myös kilpailutuksen yhteydessä, koska suurempi kulutus kuluttaa kalliita akkuja nopeammin loppuun. Sähkö-bussien valmistajat antavat yleensä kilometrikulutustiedon sivuillaan. Tämän luvun kanssa pitää olla tarkkana, sillä se on yleensä valmistajan subjektiivinen arvio ja numero ei aina kerro mitä kaikkea kulu-tus sisältää.

eBus-projektiin liittyen VTT:llä ollaan testaamassa referenssibussi Muulin lisäksi myös erilaisten kaupal-listen sähköbussien kulutusta testidynamometrillä ja linjalla 11 ajettaessa. Kaupallisten bussien osalta testitulokset ovat luottamuksellisia ja osa tuloksista julkaistaan myöhemmin mittausten valmistuttua ilman merkkitietoa. Muulia testattiin linjalla 11 vappuviikolla 2014 matkustajien kanssa. Nämä kulutus-tiedot sisältävät siis myös ovien avauksen. Vappuviikon energian kulutustiedot olivat 600...750 Wh/km, keskiarvo 670. Matkustajia oli 5-25. [Pellikka 2014]

Testimuulin tuoreimmat dynamometrimittaukset on ilmoitettu taulukossa 4. Taulukosta 4 nähdään hy-vin erityisesti se, miten kulutus vaihtelee matkustajien määrän mukaan. Dynamometrillä saadut tulokset eivät sisällä lämmitystä, jäähdytystä tai apulaitteiden käyttöä (esim. ovet), joten todellinen kulutus on suurempaa. Sähkönkulutuksen vaihtelu on oleellista erityisesti akun mitoitusta ja latausta suunniteltaes-sa.

Taulukko 3.3. Dynamometrin matkustajienmäärästä riippuva nettokulutus VTT:n testisähköbussille (Muuli) [Pel-likka 2014]

13 matkustajaa/ 1000kg

40 matkustajaa/ 3000kg

70 matkustajaa/ 5500 kg

Braunschweig 680 Wh/km 810 Wh/km 1000 Wh/km

Espoo L11 520 Wh/km 620 Wh/km 780 Wh/km

Lämmitys ja jäähdytys

Suomen ilmastossa bussien matkustamon lämmitys ja jäähdytys on tärkeä huomioitava osatekijä. Tal-vella sisätilojen lämpötila pyritään pitämään TKL:llä 10-15 oC ja kesällä 15-20 oC. Dieselbussin mootto-rissa syntyy hukkalämpöä, joka voidaan käyttää matkustamon lämmitykseen. Myös dieselbussin ilmas-tointi saa käyttövoimansa viime kädessä dieselistä, joten se sisältyy dieselbussin normaaliin kulutukseen.

11

Sähkömoottorissa ei synny samalla tavalla hukkalämpöä ja erillinen lämmitys pitää järjestää sähköllä. Sähköbussin matkustamon lämmitykseen ja jäähdytykseen käytetään ilmalämpöpumppua. Lisäksi bus-seissa on diesel-käyttöinen lisälämmitin kaikkein kylmimpiä päiviä varten. Tämä on perusteltua, koska lämmitystarve vaihtelee vuodenajasta riippuen rajusti ja akun mitoitus kulutushuippuja varten ei ole kannattavaa. Kylminä aikoina matkustamon lämmitys saattaa kuluttaa jopa yli kaksi kertaa sen, mitä sähköbussin liikuttamiseen tarvitaan [Halmeaho 2014]. Lämmitystarve vaihtelee ja on enemmän aikape-rusteista kuin matkaperusteista.

Apulaitteet

Bussit kuluttavat energiaa muihinkin tarkoituksiin kuin pelkästään ajamiseen. Aikaisemmin mainitun lämmitys- ja jäähdytystarpeen lisäksi bussin ajovalot ja sisävalaistus, automaattiovet, tuulettimet ja pai-neilmalaitteet tarvitsevat energiaa, joka aina aikaisemmin on laskettu normaaliin dieselin kulutukseen mukaan. Sähkö on siis tehty bussin akkuun generaattorin kautta ja tämä on vaatinut mekaanista energi-aa. Nyt sähköbussissa apulaitteiden kulutuksen osuus saattaa olla suhteessa erilainen verrattuna diesel-busseihin.

3.4 Ajosyklin vaikutus energiankulutukseen Sähköbussit soveltuvat erittäin hyvin kaupunkiliikenteessä paljon pysäkkejä ja liikennevaloja sisältäville reiteille, jolloin energiatehokkuus dieseliin verrattuna korostuu. Tiheän pysäkkivälin kaupunkiliikentees-sä suuri osa ajasta kuluu pysäkillä. Pysähdys kestää noin 10-30 sekuntia ja pysäkkiväli voi olla esimerkik-si 2 minuuttia.

Tutkimuksessa saatiin tulokseksi, että ”liikennöinnin keskinopeudella on vaikutusta polttoaineenkulu-tuksen eroihin diesel- ja hybridibussin välillä. Mitä hitaampi eli mitä enemmän jarrutuksia ja kiihdytyksiä sisältävä linja on kyseessä, sitä suuremmat säästöt hybridibussilla saadaan” [Liimatainen et al 2014]. Eli näillä reiteillä dieselbussin dieselin kulutus nousee nopeammin suhteessa sähköbussin akun ja sähkön kulumiseen.

Laboratoriomittauksissa bussien kulutusta mitataan usein Braunschweig-syklillä. Muita käytettyjä esi-merkkisyklejä ovat Lontoo, Pariisi ja New York. Näiden syklien ominaisuudet on koottu taulukkoon 3. Taulukon 3 Espoo-sykli tarkoittaa e-Bus projektissa käytettyä testilinjaa 11. Tampereen ydinkeskustan alueella bussit ovat merkittävän osan ajasta pysäkeillä ja liikennevaloissa. Ydinkeskustan ulkopuolella tyhjäkäynnin osuus kuitenkin laskee. Taulukon 3 sykleistä Tampereen linjat ovat keskimäärin lähimpänä Espoon sykliä keskinopeuksien ollessa tyypillisesti noin 19-22 km/h.

Taulukko 3.4. Erilaisten ajosyklien arvoja [Erkkilä et al. 2013]

3.5 Sähköbussin latauslaitteet ja strategiat Sähköbussien lataaminen on monitahoisempi asia kuin dieselbussien tankkaaminen. Dieseliä on helppo varastoida isoja määriä ja tankillisella dieseliä ajaa kokonaisen päivän. Lisäksi dieselin jakelua varten on

12

muodostunut tehokas järjestelmä. Sähköinen liikenne sen sijaan on vielä kehittyvässä tilassa. Vaikka sähköverkko yltää lähes joka paikkaan niin ongelmia aiheuttaa suuri sähkötehon tarve yksittäisessä kulu-tuspisteessä, varsinkin raskasta kalustoa ladattaessa. Tämä on siis rajoite, joka tulee sähköverkon puolel-ta. Samaan aikaa sähköbussin latausteholle rajoitteen asettaa myös akun kyky ottaa vastaan sähkövirtaa lämpenemättä liikaa. Erilaisia kombinaatioita latauslaitteista ja niiden käytöstä akun kanssa, osana säh-kövoimajärjestelmää on paljon. Tiettyjä strategioita voidaan tunnistaa kun lataustavat kategorisoidaan.

Varikkolataus eli yön yli lataus

Kun sähköbussia pyritään käyttämään samalla tavoin kuin dieselbussia tarvitaan bussiin iso akusto, joka ladataan varikkoalueella yön aikana. Latausteho mitoitetaan kattamaan päivän aikana kulutettu energia lepojakson aikana.

Esimerkki: 200 km ajovuoron aikana kuluu 200 kWh energiaa ja latausaikaa on käy-tössä 8 tuntia. Tarvitaan siis keskimäärin n. 30 kW latausteho, jotta akku on täynnä seu-raavaa päivää varten.

Varikkolatauksissa latauslaite voi olla joko autossa tai varikolla. 30 kW-teholuokassa oleva laturi on ra-kenteeltaan kevyempi ja siksi myös selvästi edullisempi hankintahinnaltaan (kirjoittajan arvio 5-12 k€). Latauslaite tarvitaan kuitenkin jokaista bussia varten, joka nostaa kokonaishankinnan kustannuksia. Li-säksi bussien akut ovat suurikokoisia, joka lisää sekä kustannuksia että bussin kokonaismassaa.

Päätepysäkkilataus

Päätepysäkki latauksen tavoitteena on ladata akkua päivän aikana useaan kertaan, jolloin yhden latauk-sen aikana akustoon siirretty energia on maltillisempi. Toisaalta päätepysäkkilatauksessa lataustehon tarve on korkea johtuen bussien kääntöajasta eli ajasta, jonka bussi viettää päätepysäkillä odottaen seu-raavaa lähtöään.

Esimerkki: 200 km päivävuoroa varten bussiin sijoitetaan 50 kWh akku, jota ladataan 30 minuutin välein, 3 minuuttia kerrallaan, 200 kW latausteholla. Tässä ajassa akkuun saadaan siirrettyä 10 kWh energiaa, jolla pääsee noin 10 km matkan eli bussin pääte-pysäkiltä toiselle. Akun varaustila laskee ajon aikana, mutta palautuu ennalleen pääte-pysäkillä.

Suuritehoinen päätepysäkkilataus tarvitsee tehoelektroniikkaa sekä toimivaa automatiikkaa liikennejär-jestelmän toimivuuden takia. Hyvänä puolena on, että latauslaitteita tarvitaan vain yksi kappale noin viittä bussia kohden. Lisäksi auton kallis komponentti eli akku voidaan mitoittaa huomattavasti pie-nemmäksi kuin yön yli latauksissa. Hintaa päätepysäkkilataukselle tulee arviolta 0,4-0,6 miljoonaa euroa per latauspaikka ja busseihin tarvitaan latausasemaan soveltuvat laitteet riippuen teholuokasta ja auto-maation määrästä.

Lataus jokaisella pysäkillä

Sähköbussin lataaminen jokaisella pysäkillä sen luonnollisen tauon aikana eli hetkenä, jolloin matkustajia otetaan kyytiin ja jätetään kyydistä, muistuttaa johdinauton toimintaa, mutta akkujen kera.

Esimerkki: 200 km päivävuoroa varten bussiin asennetaan 10 kWh akku, jolla pääsee maksimissaan 10 km. Pysäkkejä on kuitenkin 1 km välein, joista jokaisella ladataan au-toa esim. 20 sekunnin ajan. Tuossa ajassa bussiin siirretään 400kW*20sek=2,2 kWh energiaa, joka riittää kahden pysäkin päähän.

Hankaluutena tällaisessa järjestelmässä on, että bussi on sidottu suunniteltuun reittiinsä eikä voi poiketa siltä. Lisäksi rakentamisen kustannukset ovat korkeat latauslaitteiden ja keskustassa maatöiden tekemi-sen takia. Yhden latauslaitteen hinta pysäkkilatauksessa on arviolta 0,4-0,7 k€, jonka päälle tulevat ra-kennuskulut. Ehdottomia etuja ovat, että liikennöintiä ei tarvitse suunnitella lataamisen ehdoilla ja ak-kuun sitoutunut pääoma on pieni.

Latausstrategiasta riippumatta tulee järjestelmää suunniteltaessa kiinnittää huomiota seuraaviin asioihin:

13

Latauslaitteet: liittimien fyysiset mitat ja ominaisuudet, lataustehon tarve, standardit ja rajapinnat sekä niiden dokumentaatio ja avoimuus

Sähköverkkoon liittäminen: Tehotarve liityntäpisteessä, latausaseman syöttöjännite (pienjännite vai keski-jänniteliittymä), paikallisten energiavarastojen hyödyntäminen tehon lisäämiseksi, laitteiden aiheuttamat sähköverkkovaikutukset

Eri latausvaihtoehtojen hintoja ja niihin liittyviä akkukustannuksia on arvioitu luvussa 4: Sähkö- ja die-selbussien elinkaarikustannukset

3.6 Sähköbussien valmistajia Sähköbusseille ei ole tällä hetkellä tarjolla laajaa valikoimaa vakiintuneita valmistajia, mutta alla on lue-teltuna yrityksiä, joilla on joko valmiita tuotteita, testilaitteita tai suunnitelmia sähköbussien valmistami-seksi. Sähköbussisuunnitelmat ovat olleet aktiivista jo useamman vuoden ajan, mutta ei vielä vertaudu dieselbussien pitkään tuotantohistoriaan. Tämä on tarjonnut tilaisuuden uusille toimijoille ja toisaalta mahdollisuuden markkinoilla pienempään asemaan joutuneille yhtiöille laajentua uutta kanavaa pitkin. Sähköbussi on muuttamassa bussivalmistuksen kenttää lähivuosina. Monella perinteisellä dieselbussi-valmistajalla on käynnissä sähköbussille tai vähintäänkin hybridibussille testiympäristöjä. Bussien hinnat vaihtelevat eri valmistajien välillä ja riippuvat voimakkaasti akuston materiaalista ja koosta. Tarkat han-kintahintatiedot selviävät kilpailutuksen yhteydessä. Yleisesti sähköbussien hankintahinta on noin kaksi kertaa dieselbussin hankintahinnan luokkaa.

BYD (http://bydeurope.com/vehicles/ebus/)

Ebusco (http://www.ebusco.eu/) Hess (http://www.tosa2013.com/) Linkker (http://www.linkkerbus.com/ ) Proterra (http://www.proterra.com/) Rampini(http://www.siemens.com/innovation/en/news/2013/e_inno_1308_2.htm) Solaris (http://www.solarisbus.com/vehicle/urbino-12-electric#goTo|urbino1_scene1) VDL (http://www.vdlbuscoach.com/News/News-Library/2014/VDL-Citea-Electric-voor-Veolia-Transport-Finland.aspx ) Volvo (Ladattava hybridi) (http://insideevs.com/volvo-testing-quick-charge-capable-hybrid-electric-buses-stockholm/ )

14

4 Sähkö- ja dieselbussien elinkaarikustannukset

Investointia arvioitaessa vertailtiin dieselbussien ja sähköbussien elinkaaren kustannuksia keskenään. Eri sähköbussivalmistajien hinnat vaihtelevat voimakkaasti, samoin bussien kulutus ja akusto. Tarkat las-kelmat pitäisi toteuttaa joka bussivalmistajalle erikseen. Tätä varten luotiin Excel-tiedosto, jota käytettiin laskentatyökaluna. Laskelmat vaativat tiettyjä taustaoletuksia ja ne tehtiin hyvin konservatiivisesti. Kus-tannukset ja tehdyt oletukset on esitelty tässä luvussa. Vertailun kannalta oleellisia kustannuksia ovat ne kustannukset, joissa kustannukset ovat eri suuruisia diesel- ja sähköbussin välillä. Esimerkiksi kuljettaja- ja varikkorakennuskustannukset ovat samoja molemmille bussityypeille ja myös vakuutus-, verotus- ja katsastusmaksut ovat suunnilleen samaa luokkaa molemmille ja niitä ei huomioitu kustannuslaskennas-sa.

4.1 Laskennan oletukset

Elinkaarikustannusten laskennassa on tehtävä tiettyjä oletuksia, jotka esitellään taulukoissa alapuolella. Taulukko 4.1. Laskennan yleiset oletukset (Hinnat ilman veroja, hintaoletuksille perustelut liitteessä 1)

Dieselbussi Sähköbussi (LTO) Sähköbussi (LFP)

Ajokilometrit 70 000 km/vuosi

Energian kulutus 0,4 l/km 1,1 kWh/km 1,25 kWh/km

Energian hinta (diesel/sähkö) 1,2 €/l 7,9 snt/kWh* 6,8 snt/kWh*

Ajoneuvon hhankintahinta 250 000 € 400 000 € 580 000 €

Huoltokustannukset 25 snt/km 22 snt/km

*(sis. siirtokustannuksen). Tampereen sähkölaitoksen siirtohinnaston yleissiirto on halvin tariffi LTO:lle, jonka lataus tapahtuu pääosin päiväaikaan ja aikasiirto on edullisin LFP:lle, jota ladataan vain yöaikaan.

Sähköbussin eri komponenttien käyttöajat vaihtelevat rungon yli 15 vuodesta akuston 4-6 vuoteen, jon-ka takia sähköbussin elinkaaren aikana siihen kohdistuu hankinta- ja energiakustannuksen lisäksi akun vaihdosta tai vaihdoista syntyvä kustannus..

Lisäksi sähköbussin akkua koskien on tehty taulukon 4.2 mukaiset oletukset. Akkujen syklikesto on pyritty valitsemaan riittävän varovaisesti, eikä pelkästään valmistajan lupauksien mukaisesti. Myös vaih-tamiskustannus on arvioitu konservatiivisesti (LTO 2000 €/kWh viiden vuoden päästä ja LFP 750 €/kWh 11 vuoden päästä) ja odotettavissa on ostajan kannalta edullisemmat hinnat todellisuudessa. Akkujen kuluminen on arvioitu taulukossa LTO:lle 1,0 kWh ja LFP:lle 1,12 kWh. Edellisen taulukon energian kulutus on tätä hieman isompi, koska se sisältää laturin häviöt. Lukemat vaihtelevat paljon eri valmistajien välillä ja tätä on käsitelty herkkyysanalyysi osiossa. Akkujen hintojen muodostumista on käsitelty liitteessä 1.

Taulukko 4.2. Sähköbussin akkuja koskevat oletukset

LTO LFP

Akun koko 40 kWh 300 kWh

Akun vaihtoväli 12 000 sykliä = 430 tkm

n. 6 vuotta

3000 sykliä = 720 tkm

n. 10 vuotta

Vaihtamisen kustannus (1 kerta) 80 000 € 225 000 €

15

4.2 Diesel- ja sähköbussin muuttuvat kustannukset Diesel-busseilla operointi on julkisen liikenteen toteuttajille tuttua tekemistä. Suuri osa dieselbussin käy-tön aikaisista kustannuksista syntyy polttoaineesta ja huolloista. Sähköbussilla muuttuvien kustannusten osalta sähkö on selvästi halvempi energian lähde kuin diesel ja myös huoltokustannuksiltaan sähköbus-sit arvioidaan halvemmiksi [liite 1]. Sähköbussien käyttökustannuksiin liittyy myös akunvaihdon kustan-nus. Akun vaihtokustannus tulee huomioida jo investointipäätöstä tehdessä. Sähköbussit tuottavat vä-hemmän hukkalämpöä kuin dieselbussit ja siksi tarve erillisille lämmitykselle on suurempi. Dieselbussilla lämmityskustannukset sisältyvät normaaliin vuosikulutukseen.

Taulukko 4.3. Bussityyppien muuttuvat vuosikustannukset (70 000 km/vuosi).

Dieselbussi Sähköbussi (LTO)

Sähköbussi (LFP)

Polttoainekustannukset 33 600 € 6 100 € 6 000 €

Huoltokustannukset 17 500 € 15 400 € 15 400 €

Lisälämmityskustannukset 1000 € 1000 €

Yhteensä 51 100 € 22 500 € 22 400 €

4.3 Sähköbussien latausjärjestelmän kustannukset Latauslaitteen kustannus/km riippuu sen hankintahinnasta, huoltokustannuksista, käyttöiästä ja siitä kuinka monta bussia pystyvät käyttämään samaa latausasemaa. LTO-bussin päätepysäkille tulevan 200 kW-pikalatausaseman kustannusarviot on esitetty taulukossa 4.4. Samoin LFP-bussin latauksen,joka tarvitsee vain varikkolatauksen.

Taulukko 4.4. Latauslaitteiden kustannukset

LTO LFP

Laturin teho 200 kW 50 kW

Laturin hinta 400 000 € 12 000 €

Sähköliittymä ja rakentaminen 50 000 € 50 000 €

Sähköliittymän huolto vuodessa 3000 €/v 500€/v

Sähköliittymän perusmaksu vuodessa 200 €/v 1300 €/v

Taulukon arvojen lisäksi LTO-bussille tarvitaan varikolle pienitehoiset yönylilaturit (pieni akku) joka bussille. Bussin tulee voida lähteä varikolta akku täynnä, niin ettei se joudu ajamaan päätepysäkkila-tausaseman kautta. Näiden varikkopisteiden hintana käytettiin Rambollin selvityksessä olleen Ensto Finland Oy:n pylväsmallisen keskinopean julkisen latauspisteen hintaa 5000 €/kpl. Hinta sisältää myös rakentamiskustannukset. Näiden huollolle varattiin laskelmissa 200 €/v/kpl.

16

4.4 Kustannusten muodostuminen Elinkaarimallissa huomioidaan laitteen kokonaiskustannukset sen koko käyttöajalta. Näihin kustannuk-siin liittyvät investointikustannukset, ylläpitomaksut, käyttökustannukset ja poistokustannukset. Sähkö-bussien osalta laskennassa ovat:

• Sähköbussin hankintahinta • Energiakustannukset • Huolto- ja ylläpitokustannukset • Akun kulumisen kustannus • Latausjärjestelmän kokonaiskustannukset

Näitä kustannuksia verrataan dieselbussin vastaavia kustannuksia vasten. Laskennassa ei laskettu diese-lin toimittamiselle mitään hintaa, koska järjestelmiä joudutaan joka tapauksessa käyttämään rinnakkain. Sähköbusseilla kokonaiskustannukset muodostuvat eri mekanismilla akun kulumisen osalta kuin diesel-busseilla. Akku pitää vaihtaa LTO 40 kW-akun tapauksessa noin 430 000 km välein. Tämä vaikeuttaa kustannusten vertailua. Taulukkoon 3 kustannukset muutettiin yhteismitallisiksi kaavan (1) avulla. Tau-lukkoon laskettiin myös mielenkiintoinen vertailukelpoinen kustannus Tampereen hybridibussien käyt-töönottoselvityksen yhteydessä mitatuista kulutus- ja huoltokustannuksista. [Hybridibussit 2014] Koska hybridibusseissa on sekä diesel- ja sähkömoottori ovat sen huoltokustannukset selvästi suuremmat säh-köbussiin verrattuna. Taulukon arvoissa on laskettu akun kuluminen LTO akkumateriaalin nykyhin-nalla 2900 €/kWh. Akun kulumisen hinta laskee akunvaihdon yhteydessä kun akku saadaan ostettua halvemmalla. LTO-akun hinta on vähennetty sähköbussin alkuperäisestä hankintahinnasta, jotta kilo-metrikustannus on yhteismitallinen. Arvot eivät ota huomioon rahan aika-arvoa tai reittikohtaisia eroja polttoaineiden kulutuksessa. Tarkempi elinkaarilaskelma kassavirtoineen toteutettiin raportin loppupuo-lella.

Taulukko 4.5. Kustannusten vertailu

Hankintahinta Energia (sis. akun kulumisen)

Huoltokustannus

Dieselbussi 250 000 € + 0,48 €/km +0,25 €/km

Sähköbussi (LTO) 284 000€ + 0,35 €/km* +0,22 €/km

Sähköbussi (LFP) 284 000€ + 0,48 €/km* +0,22 €/km

Hybridibussi/TKL 310 000€ + 0,38 €/km +0,28 €/km *Lisäksi sähköbussille tulee diesel-lisälämmittimen kustannus, joka on laskennallisesti noin 0,015c/km.

Sähköbussille kohdistetaan lisäksi latauslaitteen välillinen kustannus ja se jaetaan sitä hyödyntävien säh-köbussien välille. Taulukossa 4.6 on esitetty LTO:n varikkolatauksen ja päätepysäkkilaturin km-kustannukset/bussi ja taulukossa 4.7 LFP-akun, jota ladataan vain varikolla.

Taulukko 4.6. LTO-bussisn latausinfrastruktuurin kustannus, kun bussit ajavat 70 000 km vuodessa

Bussien määrä 200 kW latausaseman kus-tannus

4 0,07 €/km

6 0,05 €/km

8 0,04 €/km

17

LFP-busseille yhteinen kustannus on sähköliittymän rakentaminen, mutta jokainen bussi tarvitsee oman latauspistokkeen. Latausinfrastuktuurin kustannus on luokkaa 1-2 snt/km.

4.5 Elinkaarilaskelma Tulevaisuudessa syntyneet kustannukset ja säästöt pitää diskontata tähän hetkeen, jotta ne ovat vertailu-kelpoisia nykyrahassa. Kassavirtalaskelmissa on käytetty korkokantana 3 %. Dieselbussin keskimääräi-nen poistoaika on noin 12 vuotta. Laskelmissa molempien diesel- ja sähköbussien elinkaareksi valittiin 12 vuotta. Sähköbussien moottoriteknologia kestänee kuitenkin dieselmoottoreita kauemmin ja pitem-mällä käyttöajalla on mahdollista saavuttaa suurempia säästöjä. Koska kyseessä on pilotti, on 12 vuoden pitoaika myös sähköbussille perusteltu oletus. Julkaisussa [Halmeaho] sähköbussin pitoaika arvio on 15 vuotta.

Taulukko 4.7. Kassavirtalaskelma eri bussityyppien elinkaarelle, sisältää hankinnan, energia-, huolto- ja akunvaih-donkustannuksen

Taulukossa 6 on esitetty sähköbusseilla syntyvä nykyhetkeen diskontattu kustannussäästö 12 vuodessa verrattuna dieselbussiin kustannuksiin vuosittaisen ajomäärän mukaan. Akun vaihtoja tarvitaan oletus-ten mukaan 60 000 km/v ja 70 000 km/v ajomäärällä yksi ja 80 000km/v ajomäärällä kaksi. Laskelmas-sa oletettiin myös, että jos akkua ei ole pitoajan lopussa käytetty loppuun, voidaan se käyttää hyödyksi toisessa sähköbussissa.

4.6 Herkkyystarkastelu Tarkempi herkkyysanalyysi toteutettiin LTO 40 kW-sähköbussille, koska se oli valituilla lähtötiedoilla selvästi halvempi kuin LFP-bussi. Se on myös potentiaalinen vaihtoehto kaupunkiliikenteen suorittajak-si. Taulukossa 4.8 on ensin tarkasteltu vuosittaisen ajomäärän vaikutusta säästöihin. Taulukossa on tar-kasteltu karkeasti vain ajomatkaa, mutta tämä on yksinkertaistus. Myös tässä kohtaa on hyvä huomata, että sellaiset reitit, joissa sähkömoottorin etu dieselmoottoriin korostuu, ovat lähtökohtaisesti edulli-sempia sähköbusseille (esim. paljon pysäkkejä tai liikennevaloja).

Taulukko 4.8. Yhden sähköbussin (LTO 40 kWh) 12 vuoden elinkaarenaikainen säästö verrattuna dieselbussiin

Elinkaaren kilometrit ajokilometrit/vuosi säästö/bussi/elinkaari

720 000 km 60 000 50 000 €

840 000 km 70 000 73 000 €

960 000 km 80 000 100 000 €

Tästä eteenpäin herkkyystarkastelu toteutettiin keskimääräiselle ajosuoritteelle eli 70 000km/v.

18

Dieselin kulutus

Dieselbussin kulutus on merkittävä parametri kustannuseroa arvioitaessa. Laskuissa käytettiin keskikulu-tuksena 40 l/100km. Jokainen ero yhden litran ero per kilometri muuttaa kustannuseroa noin 8000 € elinkaaren ajalta.

Dieselin hinta

Dieselin hinta on myös merkittävä parametri. 10 sentin muutos keskihinnassa ylös tai alaspäin tarkoittaa samansuuntaista 28 000 €/muutosta kustannuserossa elinkaaren aikana. Verottoman keskihinnan olles-sa 1,2 €/l sijasta 1,5 €/l elinkaarihyöty/sähköbussi nousisi 150 000 euroon.

Huoltokustannukset

Myös huoltokustannukset ovat merkittävä parametri. Laskuissa bussien varaosiin ja huoltoihin arvioitiin menevän 3 senttiä/km vähemmän kuin dieselbussin huoltoon. Jokainen sentti/km tarkoittaa noin 7000 € eroa elinkaaren kustannuksissa. Konseptin toimiessa sähköbussien vikaantumiskustannukset ovat myös matalammat kuin dieselbussien erityisesti moottorin osalta. Vikaantumiskustannusten alentumista ei huomioitu, koska sähköbussien osalta on kyseessä pilotointiprojekti ja on olemassa suurempi riski, että busseja joudutaan huoltamaan ennakoitua enemmän. Pilottiprojektin avulla saadaan tietoa bussien toiminnallisuudesta suuremmista hankinnoista päätettäessä. Pilottiprojektin onnistuessa huomioimaton lisäkustannussäästö voisi olla vielä ylimääräiset noin 4-5 senttiä/km eli noin 30 000 € lisäsääs-töä/elinkaari.

Sähkön hinta ja kulutus

Sähkön hinta ei ole laskelmien herkkyyden kannalta kovin kriittinen parametri, sillä sähkön kustan-nus/km on vain noin kuudesosa verrattaessa dieselin kulutukseen. Muuttamalla sähkön hintaa 1 c/kWh kustannusvaikutus on noin 7000 € elinkaaren ajalta. Samalla on huomattava, että sähkön kulutus taas on välillisesti merkittävä parametri, koska se vaikuttaa kalliiden akkujen käyttöikään. Tästä syystä sähköbus-sin painolla on iso merkitys ja kevyempien bussien akut kestävät pitempään.

Syklikesto

LTO-akun syklikesto vaikuttaa akkujen vaihdon määrään ja siten kustannuksiin selvästi, jos LTO:n syk-likesto onkin vain 9000, laskee säästö noin 38 000 € pienemmäksi. Akkujen kapasiteetin heikkenemises-tä saadaan tarkempaa tietoa pilottiprojektissa, kun ensimmäiset akut tulevat käyttöikänsä päähän 4-8 vuoden aikajänteellä. Haarukka on iso jo siitäkin syystä, että vuosittaiset ajomäärät vaihtelevat reiteittäin.

Taulukkoon 4.9 on koottuna eri parametrien muutosten vaikutuksia elinkaaren säästöön.

Taulukko 4.9. Elinkaarikustannusten vertailu: odotettu tapaus – mahdolliset erot oletuksiin verrattuna

Sähköbussin säästö elinkaaren aikana

Oletus laskelma 73 000 €

Dieselin kulutus +2 l/100km 89 000 €

Diesel -2 l/100 km 56 000 €

Akuston vaihtokustannus 2500 €/kwh 2000 €/kWh sijaan

57 000 €

Akun syklikesto 9000 sykliä 12000 sijaan 34 000 €

Sähkön kulutus reitillä +0,2 kWh/km 40 000 €

Sähkön kulutus reitillä -0,2 kWh/km 115 000 €

19

4.7 Yhteenveto sähköbussien kustannuksista Tässä selvityksessä tehtyjen hyvin konservatiivisten oletusten ja huolellisen tausta-analyysin pohjalta LTO-bussin tuottama säästö on keskimäärin noin 70 000 €/elinkaari/bussi. Syntynyt kustannussäästö kuluu kuitenkin pitkälti latausinfran rahoitukseen, mutta viivan allekin pitäisi jäädä hieman säästöä pit-källä aikavälillä. LFP-bussi taas ei noussut kannattavaksi investoinniksi edes ilman latausinfrastruktuuria. Kuitenkin tilanteessa, jossa sen hankintahinta olisi oletusta 580 000 € selvästi alempi, voisi myös se nousta investointina kannattavaksi. Eri valmistajien sähköbussien tuoma taloudellinen elinkaarisääs-tö/sähköbussi riippuu valmistajasta, erityisesti sen hinnoista, käytetystä akkuteknologiasta ja bussin ku-lutuksesta (akun kuluminen). Koska akut ovat sähköbussiliikenteen kannalta kriittisessä roolissa, kan-nattaa tilauksen kilpailutuksen yhteydessä kiinnittää erityistä huomiota sähköbussin kulutukseen ja akku-jen sykli-ikään.

20

5 Case-tarkastelu – Tampereen linja 25 ja linja 2

Erityisesti sähköbussi ja sen akun koko kannattaa optimoida valitun reitin mukaisesti ja sovittaa yhteen valitun latausstrategian kanssa. Ensimmäisen sähköistettävän linjan valinnassa taloudellisessa mielessä tulee tarkastella ainakin seuraavia asioita:

• Kuinka moni bussi voi käyttää samaa latauslaitetta ja mikä on sen käyttöaste? (Latauslaitteen kustannukset jaetaan sitä hyödyntäville busseille)

• Kuinka paljon ovat vuosittaiset ajetut kilometrimäärät? (Sähköbussi säästää sitä enemmän die-selbussiin verrattuna mitä enemmän sillä ajetaan)

• Mikä on linjan päätepysäkkiaika? (Ei välillisiä kustannuksia ylimääräisestä kalustosta ja henkilös-töstä)

• Paljonko päätepysäkkiaika lyhenee ruuhka-aikoina? • Kuinka pitkä reitti on? (Akun mitoitus)

Case linja 25 Pilottihankkeen case-tarkasteluun otettiin linja numero 25, joka kulkee Jankasta Tahmelaan. Kartasta luettuna reitin pituus yhteen suuntaan on 10,2 km. [Google maps] Reitin liikennöintiin tarvitaan nykyi-sellä kalustolla neljä bussia. Ajoaika on pysäkkiaikataulun mukaan noin 30 minuuttia. (Aikataulukirjan mukaan keskimääräinen ajoaika on 32 minuuttia johtuen myöhästymisistä.) Busseja lähtee arkisin ajo-tunneilla 7-17 20 minuutin välein ja muina aikoina 30 minuutin välein. Kesäaikaan liikennöinti on myös arkisin harvempaa. Tiheämpään liikennöitynä aikana neljä bussia kiertää reittiä ja hiljaisempina aikoina kolme bussia. Pysäkkiaikataulutiedoista laskemalla saadaan bussien odotteluajoiksi molemmilla pääte-pysäkeillä 10 minuuttia (ark 7-17) ja 15 minuuttia (muu aika). Ajat vaihtelevat tästä alaspäin ruuhkaisuu-den mukaan bussi myöhästyessä. Jos käytetään aikataulukirjan keskimääräistä ajoaikaa, odottelut ovat keskimäärin 8 minuuttia (ark. 7-17) ja 13 minuuttia (muu aika).

Akku ladataan aina yöllä täyteen lataukseensa. Tähän riittää pieni latausteho LTO 40 kWh tapauksessa. Täyteen ladattu akku riittää noin 40 km matkaan. On myös huomioitava, että bussin kulutus vaihtelee ajonopeuden, pysähdysten, korkeuserojen, matkustajien yhteispainon ja ajotyylin mukaan. Nämä täytyy selvittää ja huomioida lopullisissa mitoituksissa.

Sijoittamalla 200 kW-latauslaite Jankaan voitaisiin noin 6 minuutin latausajalla korvata reitin aikana ta-pahtunut kulutus. Tällöin latauspiste olisi käytössä 33 % ajasta 4 bussin liikennöidessä reittiä samanai-kaisesti (ark. 7-17). Siirtämällä päätepysäkkiodottelun painopistettä enemmän Jankaan voidaan tarvittava latausaika varmistaa paremmin eli siirtämällä nyt olevat päätepysäkkien pysähdys ajat linjastoon yhteen päähän kahden sijasta saadaan varmemmin lataukseen tarvittu aika täyteen.

Esimerkki 1

Ruuhkaisimman ajan yhteensä16 minuutin keskimääräistä päätepysäkkiaikaa (sisältää siis jo 2 minuutin myöhästymisen pysäkkiaikataulusta) siirretään Jankan päähän 13 minuuttiin ja Tahmelan päähän jäte-tään 3 minuuttia.

Bussin lataus kestää 6 minuuttia Jankassa (lataustarveaika voi kasvaa hieman, jos bussi täynnä matkusta-jia). Kytkeytyminen ja irrottautuminen latauslaitteeseen kestää yhteensä 30 sekuntia. Pelivaraa lisä-myöhästymiselle jäisi jäljelle näin 6 minuuttia ja 30 sekuntia.

Latausaseman käyttöaste jää ruuhkaisimpana aikana 33 %:iin ja tämä saattaisi mahdollistaa myös toisen lähistöllä sijaitsevan linjan päätepysäkin tuomisen samalle pysäkille, jolloin linja ei tarvitsisi omaa la-tausasemaa. Tällöin myöhästymisten pelivara pitää kuitenkin ottaa huomioon niin, että bussin myöhäs-tyminen ei voi venyä toisen linjan bussin latausajan alkuun asti. Joka tapauksessa linjojen aikataulut tulisi sovittaa tasaisesti limittäin. Bussi ei voi pienellä akulla varustettuna jatkaa matkaa ilman latausta.

21

Kuva 5.1. Reitin 25 pysäkkikartta

Aikataulukirjasta laskemalla saatiin 25 reitin bussien keskimääräiseksi ajomääräksi noin 71 000 km/vuosi. Tämä ajomatka tarkoittaisi noin 70 000 €/bussi elinkaaren kustannussäätöä. Latauslaite saisi maksaa siten 280 000 € investointituen vähentämisen jälkeen 12 vuoden ajalta, kun se palvelee tämän reitin 4 bussia. Vähentämällä tästä pikalatausaseman ja varikkolatausten hankintahinta (tuen jälkeen ja laskemalla 12 vuoden kustannus tasapoistoilla, kun laitteiden ikä on 20 vuotta) ja vähentämällä myös vuosittaiset latausasemien huoltokustannukset arvioitu säästöä jää vielä noin 60 000 € verrattuna ope-rointiin 4 dieselbussilla.

Case linja 2 Toinen pilottihankkeen case-tarkastelu tehtiin linjalle numero 2, joka kulkee väliä Rauhaniemi-Pyynikintori. Pyynikintorilla on useamman linjan päätepysäkki, joten latausasema voitaisiin jakaa helpos-ti toisen linjan kanssa ilman linjastomuutoksia. Linjan ajoaika on pysäkkiaikataulun mukaan 15 minuut-tia. (Aikataulukirjan mukaan keskimääräinen ajoaika on 16 minuuttia johtuen myöhästymisistä.) Kartas-ta luettuna reitin pituus yhteen suuntaan on 4,4 km (google maps). Busseja lähtee arkisin 7-17 15 mi-nuutin välein ja reittiä liikennöi tällöin 3 bussia. Tästä laskien päätepysäkkiaika olisi keskimääräisellä ajoajalla noin 6,5 minuuttia molemmissa päissä eli yhteensä 13 minuuttia. Jos taas päätepysäkkiodotte-lun painopistettä siirretään Pyynikintorille, saadaan lataukseen isompi pelivara. Jotta 8,8 km kulutus saadaan ladattua takaisin, voidaan Pyynikintorilla ladata 200 kW latauslaiteella 2,6 minuuttia tai 100 kW-laitteella 5,2 minuuttia. Näin latauslaite olisi käytössä 200 kW:lla 21 % ajasta.

Esimerkki 2

Ruuhkaisimman ajan yhteensä 13 minuutin päätepysäkkiaikaa siirretään Pyynikintorin päähän 10 mi-nuuttia ja Rauhaniemen päähän jätetään 3 minuuttia.

22

Bussin lataus kestää 2,6 minuuttia (lataustarveaika voi kasvaa hieman, jos bussi täynnä matkustajia). Kytkeytyminen ja irrottautuminen latauslaitteeseen kestää yhteensä 30 sekuntia. Pelivaraa myöhästymi-selle jäisi jäljelle näin 6,9 minuuttia. Alhainen käyttöaste mahdollistaisi vielä erittäin hyvin toisen vastaa-van linjan latauksen samalla latauspisteellä, jos linjojen aikataulut voidaan sovittaa limittäin.

Kuva 5.2. Reitin 2 pysäkkikartta

Koska reitti 2 on lyhyempi, tulee ajokilometrejä vuosittain noin 60 000 km/bussi aikataulusta arvioiden. Sähköbussin kustannussäästöt syntyvät tällöin hitaammin, mutta busseja pystyttäneen käyttämään kau-emman aikaa. Linja 2 on hidas ja sisältää suhteellisesti paljon liikennevaloja, jolloin edun pitäisi olla keskimääräistä suurempi/km. Tälle ei kuitenkaan voitu laskea erillistä euromääräistä vaikutusta, koska TKL:llä ei ole seurattu reittikohtaista kulutusta dieselbusseille ja sähköbussin kulutus kyseisellä reitillä on myös epäselvä tässä vaiheessa. Jos pilotin kesto lasketaan vain 12 vuodelle, ajanjakson elinkaarisääs-tö/bussi on noin 50 000 €/bussi. Latauslaite saisi näin maksaa 150 000 € investointituen vähentämisen jälkeen, kun se palvelee 3 bussia. Nämä 3 bussia eivät vielä riitä nostamaan investointia 12 vuoden ajalta kannattaviksi erotus noin -70 000 €. Jos toinenkin linja Pyynikintorilta sähköistetään, investointi nousee kannattavaksi.

23

6 Tekniset riskit ja niiden hallinta

Suurin osa sähköbusseihin liittyvistä riskeistä kulminoituu akkuteknologiaan ja latausinfrastruktuuri-investointeihin. Akkujen suhteen merkittävin epävarmuus on käyttöikä, joka riippuu käyttösyklien mää-rästä, latausvirroista, lämpötiloista ja akun varaustilojen arvoista eri aikoina. Liikennöitsijä tai bussin omistaja ei käytännössä voi rajoittaa akkujen väärinkäyttöä muuten kuin valmistajan tekemien rajoitus-ten avulla. Näin ollen bussin valmistaja on syytä sitouttaa oikeanlaisiin takuuaikoihin ja ehtoihin. Akku-jen ominaisuuksia on selvennetty liitteessä 3 ja lukija saa niistä kuvan haasteista ja olemassa olevan tie-don määrästä, eikä akkuasiantuntijaksi muuttuminen ole nopea prosessi. Tästä syystä sopimustekniikka on oleellinen osa sähköbussien hankintaa.

Latauslaitteiden ja bussien latausliitynnän on oltava yhteensopivia. Tämä tarkoittaa yhteensopivuutta sekä sähköisessä että mekaanisessa mielessä. Laitteiden yhteensopivuus on myös huomioitava jo han-kintaprosessin aikana, jotta konfliktit voidaan välttää. Latauslaitteen että bussiliitynnän rajapinta on määriteltävä niin, että muillakin valmistajilla on mahdollisuus valmistaa yhteensopivia laitteita, jotta ei jäädä ”yhden valmistajan loukkuun”. Rajapinta on oltava avoin ja riittävästi dokumentoitu. Avoimuu-della tarkoitetaan riittävää pääsyä oleellisiin tietoihin ja toisaalta ei-yksinoikeudellisia osia liittyen rajapin-toihin.

Itse sähköbussin sähköiseen voimalinjaan liittyy vähemmän epävarmuutta – jos bussi toimii vastaanot-taessa, ei ole todennäköistä että sähköisesti asiat muuttuisivat jatkossa. Tuotteen mekaanisiin osiin liitty-vät takuut on varmistettava. Esimerkiksi vetoakselin, jousituksen ja muiden alustakomponenttien mitoi-tus saattaa olla erilainen sähköbusseissa dieselbusseihin verrattuna ja valmistajan pitää pystyä vastamaan näiden kestävyydestä.

Suurimmaksi osaksi teknisten riskien hallinta on siis sopimuksessa huomioitavia asioita kuten takuut ja huoltosopimukset, joilla voidaan vähentää ostajan kantamaa riskiä teknologisten valintojen oikeellisuu-desta.

24

7 Sähköbussien hankinta ja hankintatuet

Suomessa on käynnissä useita kansallisia ohjelmia ja kansainvälisiäkin hankkeita, joissa sähköinen lii-kenne on osatekijänä. Tällaisia käynnissä olevia ohjelmia, joissa Tampere on mukana, on mm. Tekesin Innovatiiviset Kaupungit (INKA), Tekesin Electric Vehicle Environment (EVE) ja TIDE Local Inno-vations. Molemmat Tekesin ohjelmat mahdollistavat tuen projekteiden valmistelukustannuksiin ja pro-jektinhallintaan, mutta eivät suoraan laitehankintaan.

Investointituet kalustohankintaan

Työ- ja elinkeinoministeriön (TEM) hallinnoima TEM energiainvestointituki on instrumentti, joka on luoto EVE-ohjelman aikana auttamaan sähköisten ajoneuvojen hankinnassa. Tukea myönnetään lähtö-kohtaisesti ajoneuvojen leasingsopimuksia vastaan ja tuen määrä on 30% leasing-sopimuksen pääomaa vastaavalle osuudelle. Ajoneuvoja koskevan tuen edellytyksenä on ollut vähintään 36 kk kestävä leasing-sopimus ja bussejen tapauksessa 24 kk on hyväksytty erikoisluvalla.

Esimerkki: Ajoneuvon hankintahinta on 50 000 € ja jäännösarvo 36 kk jälkeen on 20% el i 10 000 € . Ajoneuvon arvo on s i is laskenut 40 000 € kolmen vuoden jakson aikana e l i 40 000 €/36kk = 1111,11 € kuukaudessa. Investoint i tukea saa 30% ko. arvon alene-masta e l i 333,33 €/kk tai 4000 €/v. Investoint i tuen suuruus r i ippuu si is verottomasta ostohinnasta ja jäännösarvosta, rahoituskustannuksia e i tueta.

Samanlainen investointituki on myös latauslaitteille. Latauslaitteissa ei vaadita kuitenkaan leasingsopi-muksia vaan tukea maksetaan 35% latauslaitteista ja niiden asennuksiin kuuluvista kustannuksista.

Yrityksen aluee l le tulee sähköajoneuvon latauslaite , jonka ostohinta on 15000€ (alv 0%) ja asennuskustannus kokonaisuutena 3000 € , jo is ta työt 1500 € ja tarvikkeet 1500 € . Tukea saa 35% kokonaiskustannuksel le (18 000 € ) e l i yhteensä 6300 € .

Ajoneuvojen jäännösarvolle ei ole asetettu yksiselitteisiä rajoja, mutta yleisesti on todettu, että sähköajo-neuvojen arvon laskeminen on nopeaa ja siksi jäännösarvot leasingjakson jälkeen ovat matalia (20-35% kolmen vuoden jälkeen). Tämä nostaa saadun tuen määrää. Huonona puolena on alkupäähän painottu-vat kustannukset sekä riski sopimuksen tulkinnasta osamaksuksi, jos ajoneuvo leasingsopimuksen jäl-keen ostetaan liikennöitsijälle.

EVE-ohjelmaan liittyvää tukea haetaan ohjelman koordinaattoreiden kautta, jotka tekevät tukeen liitty-vän esityksen TEM:lle. Koordinaattoreina toimivat Elias Pöyry (Eera Oy) ja Henrik Hultin (Synocus oy). Toinen mahdollisuus on myös neuvotella TEM:n kanssa suoraan hankintaan liittyvästä investointi-tuesta, jossa perusteena olisi energiatehokkuuden parantaminen. Tällainen tuki-instrumentti on TEM normaalin käytännön mukainen, joka liittyy muihin samankaltaisiin hankintoihin.

Rahoituskanavat

Sähköbussien suorahankinta ei vaadi uusia rahoitustapoja, koska bussien kilpailuttaminen ja ostaminen valmistajalta on liikennöitsijöille tavallista. Mikäli tarvitaan ulkopuolista tahoa leasingsopimuksen osa-puoleksi on esim. Siemens rahoitus ilmaissut kiinnostustaan aiheeseen. Lisäksi on mahdollista neuvotel-la leasingrahoituksen ehdoista yksityisten yhtiöiden kanssa. Kaupungin yksiköiden sisäisiä leasingsopi-muksia tuskin hyväksytään, mutta tämä tulisi luonnollisesti varmistaa.

25

8 Toteutuksen vaiheita

Selvityksen perusteella voidaan todeta, että bussien latauksessa päätepysäkkilataus on paras vaihtoehto, koska tällöin bussin mukana kulkevan akun koko voi olla pieni. Bussien akkuvaihtoehdoista Litium-titanaatti (LTO) vaikuttaa nykytiedon valossa taloudellisesti parhaalta vaihtoehdolta ja samalla sen kes-tämät latausvirrat soveltuvat hyvin nopeaan lataukseen. Kahdeksan sähköbussia tarkoittaa karkeasti kahden bussilinjan sähköistämistä ja neljä riittää yhteen linjaan. Bussireittien sähköistäminen voidaan aloittaa pilottiprojektilla. Ensin yhden linjan bussit vaihdetaan sähköbusseihin ja linjan päätepysäkille asennetaan vähintään 200 kW konduktiivisesti toimiva automaattinen latausasema. Ensimmäinen säh-köistettävä linja on kaupungin suunnitelmissa joko linja 25 tai linja 2. Latausasema sijoitettaisiin näin Jankaan (linja 25) tai Pyynikintorille (linja 2). Linjalla 25 kiertää neljä bussia ja linjalla 2 kolme bussia. Jos sähköbussit ja lataus toimivat moitteetta voitaneen toinenkin linja sovittaa samalle latausasemalle. Tämä edellyttää aikataulujen sovittamista limittäin ja ruuhka-aikojen myöhästyttävän vaikutuksen tarkkaa arvi-oimista latausaikaan. Kahdeksan bussia yhdellä latausasemalla on käyttökapasiteetin ylärajoilla, joten huolellinen suunnittelu on tarpeen. Myös kilpailutuksessa valitun sähköbussityypin nettokulutus reitillä vaikuttaa latausaikatarpeeseen. Jo yhden latausaseman käyttämät neljä bussia reitin 25 tapauksessa riittä-vät taloudellisten laskelmien mukaan nostamaan sähköbussi- ja latausasemainvestoinnin kannattavaksi verrattuna neljään dieselbussiin. Akkuteknologian kehittyessä ja hintojen todennäköisesti laskiessa etu korostuu entisestään tulevaisuudessa. Vuoteen 2025 mennessä kaupungin tavoitteena on jo 50 sähkö-bussia. Tähän tavoitteeseen pääsemiseksi linjoja voidaan sähköistää tästä eteenpäin samalla tavalla yksi latausasema kerrallaan dieselkaluston normaalia poistumaa seuraillen. Sähköbussit soveltuvat parhaiten hitaille ja paljon pysähdyksiä sisältäville reiteille, joten sähköistys kannattaa aloittaa tämän tyyppisistä reiteistä. Myös pitempiä reittejä voidaan sähköistään, mutta näiden reittien sähköbusseihin pitää valita isompi akku.

Suunnittelu

Sähköbussiprojektin käynnistäminen aloitetaan mahdollisten reittien kartoittamisella, joka määrää ajo-neuvoille ja latauslaitteille asetettavat vaatimuksia. Viidennen luvun case-esimerkki antaa mallin siitä, miten bussien ajomatka, päätepysäkki aika ja latauslaitteiden yhdistelmä tarkoittaa. Tämän jälkeen kun-nallisen tilaajan tulee kartoittaa reittien sopimustilanne ja harkita sen perusteella oma aikataulunsa kilpai-lutuksia varten.

Sähköbussihankkeelle rajoittavia tekijöitä voivat olla sähkötehon tarve halutuilla latauspaikoilla tai maankäytön oikeudet. Sähköteho yksittäisille, korkeatehoisillekin latauslaitteille ei ole suuruudestaan huolimatta yleisesti ensimmäinen rajoittava tekijä, mutta asiaan pitää varautua paikkakohtaisesti aloittaen keskustelut paikallisen verkkoyhtiön kanssa. Sähköverkon haltijan tehtävänä on tehdä tarvittavat inves-toinnit sähköverkkopuoleen syrjimättä ketään osapuolia ja bussien pikalatausasemien teho ei ylitä nor-maalia kerrostalon tehotarvetta. Näin ollen sähköliittymän hinta on suurin mielenkiinnon aihe.

Maankäytölliset asiat tulee sopia kaavoituksista ja kaupunkiarkkitehtuurista vastaavan kanssa. Sähköbus-sien latausasemat voidaan sijoittaa joko varikkoalueelle (yön yli lataus) tai kaupunkialueella (päätepysäkit tai linjapysäkit). Korkeatehoiset latauslaitteet vievät maatilaa ja ovat selvästi näkyviä kaupunkikuvassa. Yhden bussien pikalatausaseman tilantarve voi olla noin 40 m2 maapinta-alaa ja asemalla on myös kor-keutta yli 3 metriä.

Hankinnan käynnistäminen

Sähköbussien hankintaan voidaan yrittää soveltaa T&K hankintaa tai neuvottelumenettelyä johtuen tuotteiden epävarmuustekijöistä käytännön ympäristössä. Lisäksi erilaiset akku- ja latauslaitevaihtoehdot tuovat täysin uudenlaisen tekijän bussiliikenteen operoinnille. Akkujen eliniät, latausaikojen toteutumat ja energiakulutus ovat asioita, jotka selviävät vasta projektin aikana.

26

Investointituen varmistaminen on hoidettava ennen ostopäätöksiä. Investointituen myöntää Työ- ja Elinkeinoministeriö ja tuen hakuprosessista vastaa EVE-ohjelman koordinaattorit (Eera Oy, Synocus Oy)

Hankintoja valmistellessa on huomioitava erityisen tarkasti bussikaluston ja latauslaitteiden yhteensopi-vuus sekä niihin liittyvien rajapintojen avoimuus, jotta järjestelmään voidaan jatkossa tehdä lisähankin-toja myös muilta valmistajilta kuin pilottihankkeen aikaisilta toimittajilta.

Projektin karkea aikatauluttaminen

1. Pilottinlinjan valinta (1-3 viikkoa) :

• Reitti • Akkutarpeet • Latauslaitteet

2. Mahdollisten esteiden kartoittaminen (2-7 viikkoa):

• Maankäyttö • Sähköliittymä • Muut lupia vaativat asiat

3. Hankinnan valmistelu 3-6 viikkoa

• Tarpeiden tarkka määrittely • Latauslaitteiden yhteensopivuus (bussi ja latausasema)

4. Hankinnan suorittaminen 1-4 kk

5. Huolto ja käyttökoulutus 3-6 viikkoa

6. Latauspisteen rakentaminen 4-8 viikkoa

7. Kaluston vastaanottaminen ja testikäyttö 2-4 viikkoa

Hankkeen yhteiskestoksi arvioidaan näiden perusteella noin 30 viikkoa (7kk), suurin muuttuva tekijä on kilpailutuksen kesto ja tarvittavien lupien viipyminen.

27

Lähteet 2009/33/EY. Euroopan Parlamentin ja Neuvoston Direktiivi 2009/33/EY annettu 23. päivänä huhti-kuuta 2009. Puhtaiden ja energiatehokkaiden tieliikenteen moottoriajoneuvojen edistämisestä.

Avicenne. 2013. http://www.rechargebatteries.org/wp-content/uploads/2013/04/Batteries-2012-Avicenne-Energy-Batteries-Market-towards-20251.pdf

Lajunen, Antti.. 2014. 2014 Conference Report. February 3-7, 2014, Atlanta, Georgia

Altairnano. 2014. [www-lähde, haettu 1.7.2014] http://www.altairnano.com/wp-content/uploads/2011/10/60Ah-DataSheet.pdf [www-lähde] haettu 1.7.2014

Burke, A. 2012. Fast charging (up to 6C) of lithium-ion cells and modules: electrical and thermal re-sponse and life cycle tests. University of California-Davis Institute of Transportation Studies.

BYD. 2014a. [www-lähde haettu 14.7.2014] http://www.bydeurope.com/vehicles/ebus/

BYD. 2014b. [www-lähde haettu 14.7.2014 ]

http://www.bydeurope.com/news/news.php?action=readnews&page=1&nid=182

Chawla M., Rajendra N., Rajni B., Wiegman H. 2010. Utility Energy Storage Life Degradation Estima-tion Method. GE Global Research. Innovative Technologies for an Efficient and Reliable Electricity Supply (CITRES), 2010 IEEE Conference, Page 302-308, ISBN 978-1-4244-6076-2.

Ebusco. 2014. http://www.ebusco.eu/en/electric-buses [www-lähde] haettu 14.7.2014

ECO2. 2014. [www-lähde] haettu 12.8.2014 http://www.tampere.fi/tampereinfo/projektit/kaupunkikonserninhankkeet/eco2-hanke/tampereenilmastotavoitteet.html

Erkkilä K, Nylund N-O, Pellikka A-P, Kallio M, Kallonen S., Ojamo S., Ruotsalainen S., Pietikäinen O., Lajunen A. 2013. eBUS –Electric bus test platform in Finland. EVS27 Barcelona, Spain, November 17-20, 2013

European batteries. 2013. LiFePO4 EB_dataheet_EV45AH

Goodenough, J. B., Park, K. 2013. The Li-Ion Rechargeable Battery: A Perspective. Journal of the American Chemical Society, 135 (2013) 1167-1176.

Guena T., Leblanc P. 2006. How depth of discharge affects the cycle life of lithium-metal-polymer bat-teries. Telecommunications Energy Conference, 2006. INTELEC '06. 28th Annual International

Halmeaho, T. 2014. Electric City Busses AS-84.3210 Mini-seminar report 2014

HSY. 2014. [www-lähde, haettu 24.8.2014] http://www.hsy.fi/seututieto/ilmanlaatu/tietoa/terveys/nox/Sivut/default.aspx

Joli. 2014. [www-lähde haettu 3.5.2014] http://joukkoliikenne.tampere.fi/fi/ymparisto/hybridibussit.html [www-lähde] haettu 3.5.2014

Karvonen, V. 2012. Linja-autokaluston optimointi ja kohdentaminen. Diplomityö Aalto-yliopisto Es-poo 16.1.2012

Keinonen. 2014. TKL:n kalustopäällikkö Kalle Keinosen antama tieto sähköpostilla 16.6.2014.

Kukkonen. 2014. VTT:n E-Storage-projektia hoitavan Samu Kukkosen antama tieto sähköpostilla Kimmo Erkkilälle 3.4.2014.

Linkker. 2014a [www-lähde haettu 14.7.2014]

http://www.linkkerbus.com/showpage/Energy+efficient+BEV/6

28

Linkker. 2014b. [www-lähde haettu 14.7.2014]

http://www.linkkerbus.com/showpage/Lighweight+bus+construction/5

Liimatainen, Metsäpuro, Ikonen, Wahlsten. 2014. Hybridibussit - kokemuksia käyttöönotosta, liiken-nöinnistä ja energiankulutuksesta. Verne, Tampereen Teknillinen Yliopisto. ISBN 978-952-15-3250-4.

Lipasto. 2012. LIPASTO – Läänien ja kuntien tieliikenteen pakokaasupäästöt vuosina 2011–2012 http://lipasto.vtt.fi/liisa/kunnat2.htm. [www-lähde]: haettu 24.8.2014

LVM. 2008. Liikenne ja viestintäministeriön ilmastopoliittinen ohjelma 2009-2020.

[http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-243-065-6] [www-lähde, haettu 26.8.2014]

Motiva. 2014. [www-lähde haettu 26.8.2014]

http://www.motiva.fi/liikenne/perustietoa_liikenteesta_ja_ymparistosta/liikenteen_energiankulutus_ja_pakokaasupaastot

Nasdaq. 2014. [www-lähde, haettu 4.5.2014] http://www.nasdaqomx.com/commodities/market-prices

Pistoia, G. 2014. Lithium-Ion Batteries: Advances and Applications. Kirja 2014. s.64

Pietikäinen, O. 2014. Linkkerin Otto Pietikäisen antama tieto sähköpostilla 1.8.2014.

Pellikka. 2014. VTT:n Ari-Pekka Pellikan antama tieto sähköpostilla 20.6.2014.

Proterra. 2014. http://www.proterra.com/ [www-lähde haettu 26.6.2014]

Ramboll. 2014. Tampereen kaupunki – sähköisen liikenteen käyttöönottoselvitys 22.8.2014 Pekka Stenman, Timo Hänninen, Sini Kahilaniemi, Aki Lumiaho

Rieck. 2013. [www-lähde haettu 13.8.2014] http://www.clean-fleets.eu/fileadmin/files/e-Busz_Rotterdam_final_Ecomobiel-Bremen_-_Rieck_small_.pdf

Siemens. 2014. Siemensin Leah O’Dwyer (Global eBus infrastructure) antamat tiedot 19.8 keskusteluis-sa Espoossa.

Takami, N., Inagaki, H., Tatebayashi, Y., Saruwatari, H., Honda, K., Egusa, S. 2013. High-power and long-life lithium-ion batteries using lithium titanium oxide anode for automotive and stationary power applications. Journal of Power Sources, 244 (2013) 469-475.

Toshiba. 2014. haettu 3.7.2014 https://www.toshiba.com/tic/industrial/rechargable-battery

Zaghib, K. Mauger, A. Groult H. Goodenough J. Julien C. 2013. Advanced Electrodes for High Power Li-ion Batteries. 2013 MDPI - Open Access Publishing. ISSN 1996-1944

Yle. 2014. [www-lähde haettu 11.8.2014]

http://yle.fi/uutiset/tampere_aikoo_lahtea_sahkoautoilun_tielle__tulossa_kymmenia_sahkobusseja/7401202

29

Liite 1. Elinkaarilaskennan oletuksia Sähkön hinta

Sähköjohdannaisten avulla sähkön hinta ja toimitusmäärä voidaan sopia määrätyksi ajaksi eteenpäin. Polttoainekustannuksia arvioitaessa sähkönhinnaksi valitaan se hinta, joka olisi saavutettu suojaamalla se forward- ja aluehintasopimuksilla. Tämä on paras ennuste hinnasta. Taulukkoon 3 on koottu 4 seuraa-van vuoden hintakehitys.

Taulukko L1. Suomen hinta-alueen forward-sopimukset sähköstä (Nasdaq 2014)

Vuosi €/MWh

2015 36,88

2016 36,53

2017 34,45

2018 34,25

Laskuissa sähkön keskihinnaksi bussin elinkaaren ajalle on valittu 38 €/MWh eli 3,8 senttiä/kWh (alv 0%). Sähkön hinnan päälle tulee myös sen siirtokustannus käyttöpaikalle. Tähän liittyy siirtotariffin va-linta. Tampereen sähkölaitoksen hinnastosta yleissiirto perusmaksuineen maksaa noin 4,1 senttiä/kWh (alv 0 %). LFP-yölatauksen vaihtoehdolle siirron kustannus on noin 3,1 senttiä aikasiirto tariffilla.

Sisätilojen lämmitys ja ilmastointi

Sähköbusseissa matkustamon lämmitykseen ja jäähdytykseen käytetään yleensä ilmalämpöpumppua. Ilmalämpöpumppu muuttaa sähköenergian lämpöenergiaksi suorituskertoimella COP. COP kerroin kertoo kuinka moninkertainen lämmitysteho saadaan kulutetusta sähkötehosta, kun ilmalämpöpumppu hyödyntää ulkoilman ja sisäilman lämpötilaeroa. Tämä luku voi olla yli viisi lämmityskäytössä. Lämmi-tyksen/jäähdytyksen arviota hankaloittaa se, että lämmitys on enemmän aikaperusteista, se vaihtelee paljon sääolojen, matkustajien määrän ja ovien avausten mukaan. Lämmityksen/jäähdytyksen kulutuk-sesta saatiin Linkkeriltä tietoa, että se olisi heidän ilmalämpöpumpussaan 15 kW 0°C:ssa ja vielä 8 kW -15 °C:ssa, jonka jälkeen ilmalämpöpumpun käytöstä ei ole enää hyötyä. Jäähdytysteho olisi taas 20 kW 30 °C:ssa. (Pietikäinen 2014) Laskelmissa oletettiin, että bussia ei tarvitse lämmittää eikä jäähdyttää ke-väisin ja syksyisin eli lähes puolet kalenterivuodesta. Talvella ja kesällä taas sähköllä tapahtuvaksi lämmi-tys/jäähdytystehon tarpeeksi arvioitiin keskimäärin noin 10 kW, mikä tarkoittaisi suorituskertoimesta riippuen noin 2 kW tehontarvetta akulta. Tämän jälkeen aikaperusteinen lämmitystarve muutettiin ki-lometriperusteiseksi. Bussi ajaa noin 20 km tunnissa ja sähköä kuluisi näin keskimäärin noin 2 kWh, mikä tarkoittaisi keskimäärin noin 100 Wh/km. Tämä kilometrikohtainen luku nousee hieman, koska myös päätepysäkillä seisovaa bussia pitää lämmittää/jäähdyttää. Eri vuoden aikojen kulutuksesta laske-malla keskimääräiseksi lämmitystarpeeksi saatiin siis jonkin verran yli 50 Wh/km.

Kylmimpinä päivinä käytetyn lisälämmittimen lämmitysöljyn kustannukseksi/sähköbussi arvioitiin las-kelmissa 1000 €/v. Tätä lisälämmittimen kulutusta aiotaan seurata tarkemmin pilottiprojektin aikana, jolloin sen kulutuksesta saadaan parempaa tietoa.

Sähkön kulutus laskelmassa

Esimerkki bussiksi laskelmissa valittiin 40 kWh alumiinikorinen LTO-bussi. Tämä vastaa suomalaisen Linkkerin suunnitelemaa sähköbussia. Esimerkki bussin kulutuslukemaa arvioitiin osin Muulin kulutus-tietojen perusteella ja osin sillä mitä Linkker ilmoittaa nettisivuillaan. Linkkerin bussit perustuvat ebus-projektista ja Muulissa opittuun teknologiaan, koska samaa tekijätiimiä on taustalla. Linkkerin busseissa on myös Kabusin alumiinikorit kuten Muulissa. Linkkerin bussissa on kuitenkin 40 kWh LTO-akku ja Muulissa 56 kWh LFP-akku. Linkker ilmoittaa nettisivuillaan 12 metrin sähköbussinsa käyttövoiman kulutukseksi 0,5-0,8 kWh/km. [Linkker 2014b] Vertailuna BYD ilmoittaa sivuillaan 12 metrin sähkö-

30

bussinsa kulutukseksi 1,3 kWh/km tätä selittää paljolti suurempi LFP-akku (324kWh) [BYD 2014a]. Tämä luku ei kerro, mitä kulutustiedot sisältävät.

Laskelmassa käytettiin kahta eri kulutusta akun kulutusta ja verkosta tapahtuvaa sähkön kulutusta. Akun kulutus liittyy akun läpi kulkevaan energiaan. Kevyen alumiinirunkoisen 40 kWh-LTO-sähköbussin akun kulutuksessa päädyttiin arvioon 1 kWh/km. Luku saatiin arvioimalla käyttövoiman keskimääräi-seksi kulutukseksi matkustajilla 0,8 kWh. Lämmityksen/jäähdytyksen ja muiden apulaitteiden mm. ovi-en avauksen vaikutukseksi arvioitiin 0,1 kWh/km. Lisäksi turvamarginaalia oletuksille laskettiin lisäksi 0,1 kWh/km. Laskelmassa pohdittiin myös takaisinsyötön akun kuluttavaa vaikutusta, mutta sen todet-tiin olevan hyvin vähäistä. Tämä on laskettu auki Liite 3:ssa. Sähkön kulutuksena verkosta käytettiin noin 1,1 kWh/km tämä sisältää laturissa tapahtuvat häviöt (arvioitu 10 %).

Koska bussien kulutus vaihtelee valmistajan mukaan niin, laskelmat tulisit toteuttaa erikseen kaikille valmistajille ja heidän kulutustiedoillaan. Exceliin luotiin energia-avain approksimoimaan sähköbussin kulutusta sen painon mukaan. Energia-avaimia käytetään yleisesti muun muassa rautateillä, kun junan käyttämää energiaa arvioidaan sen kulkeman matkan ja painon mukaan. Energia-avain muodostettiin oletuksella, että jokainen painotonni tuo sähköbussille kulutusta lisää noin 0,08 kWh/km [Rieck 2013] Esimerkki 40 kWh LTO-bussin kulutus reitillä oli siis yllä 1 kWh/km ja tämä saavutetaan noin 8500 kg bussin koripainolla (ilman matkustajia ja akkua) ja lisäksi akun painolla n. 800 kg.

Energia-avaimeksi tulee siten muotoa:

1,0 kWh/km+[(tyhjän bussin ja akun paino tonneina-9,3tonnia)/*0,08)] kWh/km

Akkujen hinnat

Akkujen hinnat tuovat merkittävän kustannuskomponentin sähköbusseille. Laskuissa käytetty hinta LTO-akkumoduulille ja BMS:lle on 2900 €/kWh, kun bussit hankitaan vuonna 2015. Laskelmissa on varovaisesti arvioitu, että kun akku vaihdetaan noin 5-7 vuoden jälkeen (riippuen ajokilometreistä), vaihdetun akun hinta olisi 2000 €/kWh.

Akkumarkkinoiden tulevaa kehitystä on haastavaa arvioida, koska distruptiivinen tuotekehitysinnovaa-tio voi muuttaa markkinan kertaheitolla. Ranskalainen konsulttiyritys Avicenne Energy on tehnyt selvi-tyksen litium-ioni-akkumarkkinoiden kehityksestä. LiCoO2(lyhenne LCO) ja NMC hallitsevat tällä het-kellä katodimateriaalien markkinoita, kuten kuvasta 1x voidaan nähdä. Avicenne ennakoi hallinnan jat-kuvan vuoteen 2025.

Kuva L1. Litium-ioni akkujen katodimateriaalien valmistus tonneina [Lajunen 2014]

Avicenne on myös arvioinut hintojen kehitystä. Li-ioni-akkukennoen suurin kustannus tulee materiaa-leista (noin 60 %) erityisesti katodin valmistuksesta. Kuvasta 2 voidaan nähdä akkukennojen hinta. Ak-

31

kupakettien/-modulien kustannusten ennakoidaan laskevan radikaalisti vuoteen 2020. Kustannusten lasku syntyy erityisesti pakkauksesta ja valmistuksesta, mutta myös materiaalikustannusten ennakoidaan laskevan maltillisesti. Kuvassa on esitetty erään litiumioniakun valmistuskustannusten synty, hinnat vaihtelevat katodi- ja anodimateriaalien mukaan. Valmiissa akussa tähän päälle tulee vielä akkusolujen yhdistämisen kustannus akkumoduuliin ja jännitetasosta huolehtivan BMS:n (Battery management sys-tem) integrointi moduuliin.

Kuva L2. Akkukennojen kustannusten muodostuminen ja ennakoitu kehitys [Avicenne 2013]

Dieselin hinta

Diesel on varastoitava hyödyke, joten sen hintatason voi suojata yksinkertaisimmillaan hankkimalla sitä tämän hetken hinnalla. Tällöin polttoaineen varastointikustannus lisätään tulevaisuuden hintaan. Diese-lin markkinahintaa tietyllä ajanhetkellä säätelee kysyntä ja tarjonta. Tällä hetkellä Yhdysvaltojen viiden vuoden päähän ulottuvat dieselin futuurisopimukset eivät viittaa hintojen nousuun vaan loivaan las-kuun. Markkina olettaa siten, että öljyntuotanto Yhdysvalloissa on lähivuosina suurempaa kuin tällä hetkellä. Tämän perusteella ei voida kuitenkaan suoraan arvioida hintakehitystä Suomessa. Tullin tilasto-jen mukaan vuonna 2012 raakaöljystä tuotiin noin 90 % Venäjältä, joten Venäjän hintataso ja tuonti vaikuttavat hintaan. Nykyisessä tilanteessa geopoliittiset riskit ovat olemassa hintojen nousulle, jos Ve-näjä päättää vähentää vientiään Eurooppaan. Dieselin hintaa ajaa pitkällä aikavälillä ylös kaksi päätekijää: sen uusiutumattomuus resurssina ja ilmastonmuutoksen eteneminen ja siitä johtuvat mahdolliset vero-jen tai muiden päästöoikeuksien korottaminen. Laskelmissa dieselin hinnan (alv 0 %) oletetaan konser-vatiivisesti pysyvän nykytasolla 1,2 €/l bussien koko elinkaaren ajan.

Dieselin kulutus

Laskelmissa uuden 2-akselisen dieselbussin kulutukseksi arvioitiin 40 l/100 km. Taulukosta 2.2. näh-dään kuinka keskikulutukset vaihtelevat kaluston iän mukaan. Linjakohtaista kulutusta ei ollut saatavilla, koska autot vaihtavat usein ajettavia reittejä (Keinonen 2014). Bussin kulutus riippuu bussityypin lisäksi, reitin ajonopeudesta, pysähdysten määrästä, korkeuseroista, matkustajien yhteispainosta ja kuljettajan ajotyylistä.

32

Huoltokustannukset

Kokonaisuudessaan dieselbussien huoltokustannukset ovat tällä hetkellä TKL:llä noin 25 senttiä/km. Huoltokulujen tarkemman erottelun avulla voidaan paremmin arvioida huoltokustannusten muodostu-mista. Ne on esitetty taulukossa 5.

Taulukko L2. TKL:n dieselbussien huoltokustannukset [Keinonen 2014]

Huoltokustannus dieselbussi/km senttiä/km

Jarrut ja työt 3,6

Huollot 3,5

Rengaskulut 3

Kolarikorjaukset 2

Siivoukset 3

Vikakorjaukset 9,9

Yhteensä 25

Sähköbusseilla ja dieselbusseilla voidaan ennakoida olevan samansuuruiset siivous-, rengas, kolarikorja-ukset. Huoltokustannuksissa sähköbussi säästää materiaaleissa noin 1 sentin/km, koska sähköbussi ei tarvitse huollon yhteydessä uutta moottoriöljyä, öljynsuodatinta, dieselsuodatinta. öljyroottorin tiivistet-tä, ilmansuodattimia tai vaihteistoöljyä. (Keinonen 2014) Lisäksi näiden vaihtotöiden suorittaminen maksaa arviolta 0,5 senttiä/km. Sähköbussien jarrut kuluvat myös dieselbusseja hitaammin johtuen re-generatiivisesta jarrutustekniikasta. Tälle on arvioitu 1,5 sentin/km kustannussäästö. Tämäkin arvio tehtiin varovaisesti, esimerkiksi Proterra ilmoittaa sivuillaan, että jarrujen kulumisessa voidaan säästää jopa 75 % kustannuksista.

Vikaantumiskustannuksissa sähköbussin pitäisi myös säästää dieselbussiin verrattuna selvästi, sillä säh-kömoottoreissa on vähemmän kuluvia osia. Tästä ei arvioitu kuitenkaan syntyvän lisäsäästöä pilottipro-jektin osalta. Varovainen arvio pitää sisällään riskin vikaantumiskustannusten noususta, koska konseptia vasta testataan. Jatkossa, pilottiprojektin onnistuessa, vikaantumiskustannukset voitaneen laskea selvästi alemmiksi sähköbusseille. Proterra ilmoittaa sivuillaan, että sähköbussissa on 30 % vähemmän osia, joten vikaantumisiakin tulee selvästi vähemmän. [Proterra 2014] On kuitenkin myös hyvä ottaa huomi-oon, että sähköbusseissa on mahdollisesti täysin erilaisia vikaantumisia verrattuna dieselbusseihin ja omat mekaanikot tarvitsevat uutta koulutusta, jos huoltoa ei tilata erikseen. Sähköbussien tilauksen yh-teydessä voitaisiin tehdä toimittajan kanssa huoltosopimus (Service Level Agreement), joka määrittelee bussien sähköisen voimalinjan huollon niiden käyttöajalle ja siitä maksettavan kiinteän hinnan. Tämä luku voisi olla siis luokkaa 10 senttiä/km, joka kuluu dieselbussin vikaantumiskorjauksiin. Näin toimit-taessa tästä kustannuserästä tulisi paremmin ennustettava. Projektin toimittaja ottaa samalla vastuuta bussien toimivuudesta.

Sähköbussien elinkaaren huoltokustannukset on siis laskelmissa arvioitu keskimäärin 3 senttiä/km alemmiksi (sähköbussi 22 senttiä/km ja dieselbussi 25 senttiä/km). Todellisuudessa huoltokustannuk-set kasvavat kaluston ikääntyessä. Tämä ei kuitenkaan muuta bussityyppien kustannuseroa ja koko elin-kaaren ajalle käytettiin siksi yksinkertaisuuden vuoksi vakioarviota huoltokustannus/km.

Kuljettajien palkkakustannukset

Sähköbussi tarvitsee akun lataamista varten aikaa, joka on kääntäen verrannollinen laturin tehoon. Yli-määräisten kuljettajien ja ylimääräisen kaluston aiheuttamat kustannukset verrattuna dieselbusseihin voidaan välttää hyödyntämällä normaalit bussiliikenteen pysähdykset latauksessa. Jos latausta ei pystyt-täisi suorittamaan normaaleilla pysähdysajoilla, on helppo laskea, että pelkästään kuljettajan palkkakus-

33

tannus nostaisi kuluja nopeasti liikaa. Jos kuljettajan palkkakustannus on esimerkiksi 30€/h, ylimääräi-nen minuutti latausta maksaisi laskennallisesti jo 50 senttiä. Tällä hinnalla ajetaan dieselillä jo 1 km.

34

Liite 2: Päästöt ja niiden välilliset vaikutukset Pakokaasujen ympäristöllisten kustannusten huomiointi Direktiivi 2009/33/EY perusteella julkisissa hankinnoissa.

Puhtaiden ja energiatehokkaiden tieliikenteen moottoriajoneuvojen edistämisestä annetussa direktiivissä 2009/33/EY edellytetään, että julkisissa hankinnoissa otetaan huomioon elinkaarenaikainen energian-kulutus ja elinkaarenaikaiset hiilidioksidipäästöt (CO2) ja typenoksidien (NOx), metaanittomien hiilive-tyjen (NMHC) ja hiukkasten (PM) päästöt. Taulukko 6 on esitetty nämä kustannusperusteet.

Taulukosta 7 voidaan nähdä 2-akselisten dieselbussien lähipäästöt ympäristöön. Päästöarvot on mitattu vakio-olosuhteissa Braunscweigh-syklillä puolella kuormalla. Taulukkoon 8 on laskettu dieselbussien kaupunki-ilmaan päästämien pakokaasujen ympäristöllinen kustannusvaikutus. On huomattavaa, että sähköbussin käyttämä sähkö aiheuttaa myös päästöjä ilmakehään, jos sähkö on tuotettu uusiutumatto-malla energialla. Ei kuitenkaan samassa mittakaavassa, koska isompien tuotantolaitosten hyötysuhteet ovat parempia. Myös akkujen valmistus tuottaa päästöjä, joka osaltaan kumoaa sähköbussien ympäris-töystävällisyyttä. Nämä päästöt eivät kuitenkaan tule suoraan kaupunkilaisten hengitettäviksi ja lähi-päästötön sähköbussi parantaa kaupunki-ilman laatua.

Taulukko L3. Tieliikenteen päästöjen kustannukset (vuoden 2007 hinnoin) [2009/33/EY]

Hiilidioksidi Typen oksidit Ei-metaanihiilivedyt Hiukkaset

0,03–0,04 euroa/kg 0,0044 euroa/g 0,001 euroa/g 0,087 euroa/g

Taulukko L4. 2-akselisten linja-autojen päästötietokanta VTT 2011 (Karvonen 2012)

Linja-auto CO2 g/km NOx g/km CO PM

2-akselinen EEV 1126 g/km 6,03 g/km 0,9 g/km 0,071 g/km

2-akselinen Euro V 1184 g/km 7,20 g/km 2,96 g/km 0,091 g/km

Taulukko L5. Yhteiskunnalle aiheutuvat kustannukset (vuoden 2007 hinnoin)

Linja-auto Kustannus €/km Kustannus 12 v elinkaari

2-akselinen EEV 0,08 66 000 €

2-akselinen Euro V 0,09 75 530 €

35

Liite 3: Akkujen ominaisuuksista ja vaikutus käyttöön Litium-rauta-fosfaatti (LFP)

Kaupallisen LFP-akun nimi tulee katodimateriaalista, joka on Litiumrautafosfaatti (LiFePO4). Sen ano-dina toimii grafiitti. Se on yleisesti käytetty akkukemia sähköajoneuvoissa. Grafiitti on vastuussa akun kemian ikääntymisestä (kalenteri ja sykli-ikä). Se rajoittaa sykli-iän tyypillisesti noin 3000 ja purkuvirran maksimissaan 6C:hen. Lisäksi suurilla latausvirroilla grafiitin pinnalle pelkistyy Litiumia, jolloin se pin-noittuu. Tämä johtaa termiseen epästabilisuuteen, kennon kapasiteetin heikkenemiseen ja tuhoutumi-seen. [Zaghib et al. 2013] Syklikeston takaamiseksi sallittu jatkuva latausteho on 1C [European batteries LiFePO4], joten LFP-akun pitää olla vähintään lataustehon kokoinen. Tämä pitää ottaa huomioon, jos sitä ladataan isolla virralla. Lähteestä riippuu, mitä LFP:n syklikestoksi ilmoitetaan. VTT:n akkulabora-torion testeissä European Batteriesin valmistaman akun sykli-iäksi oli saatu pöydällä huoneenlämmössä ilman puristusta 2500 1C-lataus/2C-purku (täysin tyhjäksi ja täyteen, sykli alajänniterajalta yläjännitera-jalle). Rajoittamalla virtaa ja käyttöaluetta ja lisäämällä jäähdytystä voidaan elinikää pidentää. [Kukkonen 2014] Konkurssiin menneen suomalaisen European batteriesin data sheet lupaa 4000 sykliä 1C-lataus/0,5C-purku virroilla 250C:ssa [European batteries LiFePO4]. Espoossa on koekäytössä kiinalai-nen BYD-sähköbussi. BYD-sähköbusseissa on 320 kWh-LFP akku [BYD 2014a]. BYD:n mukaan sen LFP-akut kestävät 4000 sykliä, jonka jälkeen 75 % kapasiteetista on jäljellä. [BYD 2014b] Yleisesti 80 % jälkeen turvallisuuteen on kuitenkin vaikea ottaa kantaa, joten 4000 sykliä on tähän peilaten arvion ylä-rajoilla. VTT:n ja Metropolia Ammattikorkeakoulun e-Bus projektissa suunnittelemassa ja rakentamassa sähköbussissa ”Muuli” on myös LFP 56 kWh-akut [Pellikka 2014]. Myös hollantilaisella bussivalmista-jalla Ebuscolla on LFP akut, joiden luvataan kestävän 3000 sykliä (Ebusco 2014). LFP ei sisällä myrkyl-lisiä raskasmetalleja, joten se on ympäristöystävällinen.

Litium-titanaatti (LTO)

LTO-akku saa nimensä anodimateriaalina toimivasta litiumtitanaatista (Li5Ti7O12). Katodimateriaalit voivat vaihdella. Litiumtitanaattiakkujen johtavat valmistajat tällä hetkellä ovat Altairnano ja Toshiba. Kanadalaisen Altairnanon datasheet lupaa akuillensa sykli-iäksi >16 000 (100 % dod) käyttölämpötilassa 25 0C, kun lataus- ja purkuvirtana on 2C/2C ja kalenteri-iäksi 25 vuotta. Suomen ilmastossa akut pitää eristää pakkasten takia, mutta samalla latauksen yhteydessä tapahtuvaan jäähdytykseen pitää kiinnittää erityistä huomiota, sillä sykli-ikä tippuu >4000 55 0C:ssa [Altairnano 2014]. Eristetyn LTO-akun lämpo-tila nousi nopeasti mittauksissa [Burke 2012] jo kolmella lataus- ja purkusyklillä 60 0C ilman jäähdytystä. Altairnanon akkujen katodimateriaalina on LiCoO2 ja LiMn2O4. [Pistoia 2014]. Toshiba lupaa LTO-akuillensa yli 10 000 sykliä [Toshiba 2014] Toshiban akkujen katodimateriaalina on NMC (Nickel man-ganese cobalt) - LiMn2O4. [Lajunen 2014].

LTO-akun syklitys vie kauan aikaa pitkästä syklikestosta johtuen. VTT:n syklityksessä Altairnanon ken-non testaaminen lopetettiin 1500 syklin jälkeen yläjänniterajalta alajänniterajalle (1C-lataus/2C-purku), koska kapasiteetti vain nousi tänä aikana ja testi olisi vienyt useita vuosia suorittaa loppuun [Kukkonen 2014]. Californian yliopiston tutkimuksessa Altairnanon kennoa syklitettiin (lataus SOC 90 %, purku SOC 24 %) 1000 kertaa bussiliikenteen pikalatausta simuloivalla 4 C-lataus- ja 0,5 C purkuvirralla, jonka jälkeen testi keskeytettiin, koska akussa ei huomattu kapasiteetin heikkenemistä. [Burke 2012] Monissa julkaisuissa LTO-akkuja on tutkittu ja ilmoitetut tulokset vaihtelevat lähteittäin selvästi. [Takami et al. 2013] suorittamissa mittauksissa LTO/ LiMn2O4 akkusolulle kapasiteetin heikkeneminen 10C:llä oli vain 5 % 30 000 syklin jälkeen ja LTO/NMC akkusolulle syklielämäksi he ennustavat 3C/3C:llä 45 °C ja 10 000 sykliä. [Zaghib et al. 2013] toteaa, että käytettäessä katodimateriaalina LiFePO4 ja anodimateri-aalina Li5Ti7O12 akku ei vanhene vielä 20 000 syklin jälkeenkään, ei edes ladattaessa isolla C:llä. Yhdis-tämällä nämä LiFePO4-katodi ja Li5Ti7O12-anodi energiatiheys kuitenkin laskee jonkin verran.

LTO-akkua pidetään parhaiten sopivimpana akkuna pikalataukseen. [Burke 2012] Se kestää isoja lataus ja purkuvirtoja, mikä mahdollistaa pienemmät tehoakut. Akkuja voidaan ladata ja purkaa jatkuvasti 6 C:llä ja hetkellinen pulssilataus on mahdollista 10 C:llä. (Altairnano 2014) Geneven TOSA-projektissa

36

(Trolleybus Optimisation du Système d'Alimentation) sähköbusseissa on LTO-akut. Myös yhdysvalta-laisen sähköbussivalmistaja Proterran busseissa on LTO-akut. Linkker on valinnut busseihinsa LTO-akut ja se ilmoittaa niiden kestävän 12 000 sykliä sivuillaan. [Linkker 2014 a]

LFP-akun energiatiheys on luokkaa 100-160 Wh/kg. LTO-akun energiatiheys on luokkaa 50-70 Wh/kg. Energiatiheydeltään samankokoinen LTO-akku on siis painavampi kuin LFP-akku. Suuremmat lataustehot mahdollistavat kuitenkin selvästi pienemmät LTO-akut, jolloin bussista tulee kevyempi. Kabusin alumiinikorinen bussi painaa dieselkoneella 8400 kg. Sähkömoottori on oletettavasti kevyempi kuin dieselmoottori, mutta akut nostavat bussin painoa. Esimerkiksi 40 kWh LTO-akku tuo lisäpainoa 600-800 kg kun taas 200 kWh LFP akku toisi lisäpainoa 1250-2000 kg. Bussin kulutus on sitä pienempi, mitä kevyempi akku on.

Akun vaikutus elinkaarikustannuksiin LTO-akulle sykli-iäksi valittiin investointilaskelmissa 12 000 ja LFP-akulle 3000. LTO-akkupaketin, joka sisältää myös BMS:n nykyhintana käytettiin laskelmissa 2900 €/kWh ja LFP akkupaketin hintana käytet-tiin 1000 €/kWh. Asettamalla kaavaan (1) nämä oletukset saadaan LTO-akun km-kustannukseksi noin 30 senttiä ja LFP-akun 41 senttiä (c=1,1kWh/km). Näillä parametreillä LTO-akku vaikuttaa selvästi paremmalta taloudellisessa mielessä. Kuitenkin pelkästään yönylilatauksen vaihtoehdoissa bussivalmista-jat valitsevat LFP-akut busseihin. Tähän on kaksi selkeää syytä. Yönylilataukseen tarvitaan noin 300 kWh:n akku, joka maksaisi LTO:n 2900 €/kWh hinnalla 870 000 € ja kestäisi lähes 30 vuotta. Tämä sitoisi suuren määrän pääomaa pitkäksi aikaa. Se ei olisi taloudellisesti kannattavaa, koska akkujen hinto-jen ennustetaan laskevat merkittävästi tulevina vuosina. Lisäksi 300 kWh LTO-akku lisäisi bussin netto-kulutusta huomattavasti, koska sen energiatiheys on alhainen.

Akun kestoon liittyvä riski

Bussivalmistajat antavat joissain tapauksissa jonkin takuun akkujen kestosta [Halmeaho], jolloin tilaajan eli kaupungin riski siirtyy enemmän bussivalmistajan harteille. Taloudellisen riskin vierittäminen bussi-valmistajan tai akkuvalmistajan harteille ei kuitenkaan aina ole riskitön takuu, koska pienemmät yritykset saattavat kaatua, jos niiden käyttämät akut pettävät odotukset suuremmassa mittakaavassa. Joka tapauk-sessa on tärkeää, että sähköbussitilauksen yhteydessä ja akkua vaihdettaessa selvitetään millaisen sykli-keston valmistaja lupaa. Myös bussivalmistajasta riippuva bussin bruttokulutus on merkittävä, koska suurempi kulutus pitää korvata suuremmalla latauksen määrällä, jolloin sykli-ikä kuuluu nopeammin loppuun.

Syklin syvyyden vaikutus akun kestoon

Lyhyemmät sykli-syvyydet kuluttavat akkua suhteellisesti vähemmän kuin syvät syklit. Lähteessä [Chavla et al. 2010 ]esitetään numeerisessa muodossa, kuinka syklin syvyys vaikuttaa akun kulumiseen. Lähtees-sä ei kerrota, mikä akkutyyppi on kyseessä, mutta tulokset esitetään yleistävästi. SOC (State of Charge) tarkoittaa akun varaustasoa.

SOC heilahdus Sykliä Akun käyttö täysissä sykleissä

0,01 2309000 23090

0,03 453000 13590

0,05 212000 10600

0,07 129000 9030

0,09 88800 7992

0,125 54500 6813

0,175 33100 5793

37

0,25 19500 4875

0,35 11800 4130

0,45 8164 3674

0,55 6063 3335

0,65 4732 3076

0,75 3827 2870

0,85 3179 2702

0,95 2696 2561

Jarrutusenergian takaisinsyötön lataava vaikutus edustaa hyvin lyhyitä mikrosyklejä. Tämä vaikuttaa sen kohteluun laskelmissa. Tätä on havainnollistettu esimerkki 3:ssa.

Esimerkki 3.

Bussi kuluttaa 1 kWh/km ja lataa mikrosykleillä yhteensä 0,2 kWh/km akkuja aina jarruttaessaan. Tämä takaisinsyöttö kuluttaa akkua hyvin vähän taulukon mukaan suhteessa syvempiin sykleihin. Mikrosyklien kuluttava vaikutus on noin kahdeksasosa verrattuna akun lataukseen päätepysäkillä. Tästä saadaan ver-tailukelpoinen luku takaisinsyötölle 25 Wh/km.

Laskelmissa pohdittiin myös kannattaisiko akku reilusti ylimitoittaa, jolloin sitä voitaisiin ladata prosen-tuaalisesti pienemmällä alueella. Positiivisena puolena, on että akku todennäköisesti kestäisi suhteellises-ti pitempään. Haittapuolena taas on, että akkuun sitoutuu enemmän pääomaa. Suuren pääoman sitou-tuminen on paitsi kassavirrallisesti huonoa, mutta erityisesti siinä mielessä, että akkujen hintojen enna-koidaan laskevan. Myös akusta tulisi painavampi ja tilantarve ja bussin kulutus nousivat.

Esimerkki 4.

Vaihtoehto a: Bussissa on 40 kWh LTO-akku. Reitin pituus on molempiin suuntiin yhteensä 20 km. Bussi kuluttaa 1 kWh/km. Akkua ladataan päätepysäkillä aina 20 kWh. Tällöin SOC-heilahdus on noin 50 %.

40 kWh: Akun hankintahinta 116 000 €. Akun vaihto 6 vuoden kuluttua, jolloin se maksaa 80 000 €.

Akun yhteiskustannus 196 000 €/12 v=16300 €/v.

Vaihtoehto b: Bussin akun koko tuplataan 80 kWh näin SOC-heilahdus laskisi 25 %:iin päätepysäkillä. Tämän ansiosta akun käyttöikä nousisi taulukon mukaan suhteellisesti noin 1,4-kertaiseksi. Samalla kui-tenkin isomman akun painon arvioitiin kuluttavan 0, 1 kWh/km enemmän eli akun kulutus nousee 1,1 kertaiseksi. Tästä laskemalla akun käyttöikä on nyt noin 15 vuotta.

80 kWh: Akun hankintahinta 232 000 €. Akun vaihto 15 v jälkeen. Akun vuosikustannus on 232 000/15v=15 500 €/v.

Nyt myös sähkölasku on noin 10 % suurempi vuodessa, jolloin mikä tarkoittaa n/voin 500 € lisäkus-tannusta 80 kWh akulle.

Esimerkin 3 vaihtoehdoissa vuosikustannuksissa ei ole merkittävää eroa. Kuitenkin b-vaihtoehdon hait-tapuolena on suurempi sitoutunut pääoma (pääoman tuottovaatimus) ja taloudellinen altistuminen akun ennakoimattomalle hajoamiselle on suurempi. a-vaihtoehdon 40 kWh akku vaikuttaa näin paremmalta mitoitukselta.

38

Liite 4: Latausratkaisuiden vaihtoehdot Latausratkaisun valinta

Latausratkaisussa suositaan tässä vaiheessa konduktiivista latausta, koska siinä tekniikka on kypsempää ja todistetusti toimivaa. Induktiivisessa latauksessa on vielä ongelmia kuten esimerkiksi siinä, että latauk-sessa tulee enemmän häviöitä, kelat vievät tilaa myös bussissa ja magneettikentän eristys voi aiheuttaa ongelmia. Hyvin tärkeää latausinfran valinnassa on avoin rajapinta. Tämä tarkoittaa sitä, että eri valmis-tajien bussit kyetään lataamaan samalla latausasemalla ja BMS:n kommunikaatio latausaseman kanssa on mahdollista. Latausinfrastruktuuri pitää suunnitella huolellisesti, jotta taloudelliset laskelmat saadaan kannattaviksi. Sähköbussien elinkaarikustannussäästöillä on tarkoitus rahoittaa latausasemat.

Lähtökohtana on, että akkujen lataus tapahtuisi normaaleina bussiliikenteeseen liittyvinä taukoaikoina, jolloin vältetään lisäkaluston ja -henkilöstön tarve ja palvelutaso säilyy ennallaan. Tämä tarkoittaa sitä, että akku ladataan täyteen tehoonsa yön yli varikolla. Päätepysäkeillä on myös tavallisesti ylimääräistä aikaa, joka kannattaa hyödyntää akun latauksessa. Reitin varrella oleva pysäkkilatausta pohdittiin myös aluksi laskelmissa. Se hylättiin kuitenkin nopeasti liian kalliina. Tämä johtuu laturien käyttöasteesta, la-tausajasta ja niiden hinnoista. Käyttöaste jää liian alhaiseksi jo siitä syystä, että koko kalusto ei vaihdu hetkessä sähköbusseihin. Latauslaitteet ovat kalliita ja niiden pitäisi ehtiä lataamaan tarpeeksi busseja ollakseen taloudellisesti kannattavia. Pysähdyksessä hyödynnettävä aika on 10–30 sekunnin luokkaa ja tässä ajassa ei akkuja saada ladattua kuin 1,1-3,3kWh (1kWh≈1km). Lisäongelmat tulevat liikennesuun-nittelusta. On hankalaa varmistaa se, että kaksi bussia eivät tule samaan aikaan pysäkille. Jos laskuesi-merkissä liikennesuunnittelu toimisi erittäin tehokkaasti ja pysäkille pysähtyisi joka toinen minuutti bussi 30 sekunnin lataukseen, voisi asema palvella 30 bussia tunnissa ja laturin käyttöaste olisi 25 %. Pysäkki-lataus on otettu käyttöön Genevessä näytösluontoisessa ABB Sécheron Ltd kehittämässä projektissa TOSA-sähköbusseille. Siinä flash-latausasema lataa akkuja 15 sekunnin pysähdyksen aikana 400 kW:n teholla. Lisäksi akkuja ladataan 3-4 minuuttia päätepysäkeillä 200 kW:n teholla ja 30 minuuttia varikolla (50kVA).

Sijoittamalla laturi päätepysäkille vältytään ruuhkautumisongelmilta ja käyttöaste saadaan korkeammaksi helposti pienellä määrällä busseja. Esimerkiksi 200 kW:n laturi yhdellä päätepysäkillä lataa 6 minuutissa 20 km reitin kulutuksen. Jos kyseinen reittikierros kestää esimerkiksi 80 minuuttia, on käyttöaste jo 4 bussilla 30 % ajasta. Etuna on myös asteittainen siirtyminen sähköbusseihin. Koska latauslaiteita tarvi-taan yhdelle reitille vain yksi, voidaan dieselbussit vaihtaa reiteittäin sähköbusseiksi ja samalla hankkia uusi latauslaite, kun sitä tarvitaan.

Latausjärjestelmän hintataso

Yrityksiä, jotka jo valmistavat busseille soveltuvia vähintään 150 kW-latausasemia on tässä vaiheessa uudella markkinalla kohtuullisen vähän. Tehoelektroniikkakomponenttivalmistajia, joilla valmistuspo-tentiaalia olisi, on useampia, mutta joissain tapauksissa latausasema saattaa olla vielä suunnittelupöydäl-lä. Hinnat ovat yleensä myös luottamuksellisia tilaajan ja myyjän välillä, joten vapaata hinnastoa ei ollut tässä vaiheessa saatavilla eri valmistajilta. Taloudellisissa laskelmissa Siemesin latausasemaa käytettiin referenssiarvona, koska siitä saatiin tarkemmat hintatiedot yritysvierailun aikana.

Siemens on pitkällä pikalatausasemansa kehityksessä ja sitä on testattu jo Ruotsissa Volvon hybridibus-seilla. Lisäksi sellaisia ollaan pystyttämässä ainakin Saksaan ja Kanadaan. Bussin kytkeytyminen siihen kestää noin 20 s ja irrottautuminen 10 s. Siemensin latausratkaisun hinta olisi noin 250 000 € latauslaite + 60 000 € kotelointi muuntajalle ja latauslaitteelle + 50 000 € bussikatos, joista tulisi yhteishinta haaru-kaksi 350 000-400 000 €. Tämän päälle tulee sähköliittymän rakentamiseen liittyviä kustannuksia ariolta noin 30-50 k€. Laturin elinkaariarvio on 20 vuotta ja sen pitäisi olla huoltokustannuksiltaan kohtuullisen alhainen ja käyttövarma. [Siemens 2014] Laskelmissa huoltokustannuksille arvioitiin hintaa noin 3000 €/vuosi. Ehdottomana etuna Siemensin ratkaisussa, on että heidän tarkoituksenaan on pitää kommuni-kaatio rajapinta avoimena, jolloin eri bussien ja akkuvalmistajien BMS-pystyisi kommunikoimaan la-tausaseman kanssa, mikä on edellytys turvalliselle lataukselle. Tällöin bussit voidaan kilpailuttaa erikseen

39

ja niiden katolle tulevat vain tietyt Siemensin lataukseen soveltuvat moduulit. Käänteinen virroitin on Siemensin patentoima ja lisensointikysymys muille valmistajille on pieni kysymysmerkki tässä vaiheessa, vaikkakin Siemensin edustajat puhuivat lisensoinnin puolesta. Olisi jossain määrin tärkeää, että tulevai-suudessa olisi mahdollista tilata samanlaisen lataustekniikan latausasemia myös muilta valmistajilta. Täl-löin bussit voisivat vaihtaa linjoja keskenään. Jos myös jollain bussireitillä nähdään tarkoituksenmukai-seksi olla useampi latausasema, pitää näiden lataustekniikkojen olla ehdottomasti samanlaisia.

Kaupungin neuvotteluvoiman kannalta niin e-bussien kuin myös latausasemien hintatason osalta on tärkeää, että ei lukkiuduta yhteen valmistajaan. Tilannetta, jossa bussivalmistajan ja laturin pitäisi tulla samalta valmistajalta, on syytä välttää, koska tällöin luodaan yhdelle toimittajalle monopoli reitille. Mo-nopolissa hinnoittelusta eivät pidä huolta vapaan kilpailun lait. Proterra on esimerkki valmistajasta, jon-ka busseja voidaan ladata ainoastaan heidän omalla latausasemallaan ja latausasema ei sovellu muille sähköbussivalmistajille. Tämän latausaseman hinta on noin 600 000 $ [Proterra 2014]