城市规划与发展战略
城市综合交通
公共交通与非机动化出行
活力街区、街道与城市设计
量化城市与大数据
原文 | James Horrox,Matthew Casale
翻译 | 席尔瓦、尤雨婷、朱结好、梁晨雪
编辑 | 众山小 校核 | 众山小
文献 | 席尔瓦 排版 | 朱结好
微博 | weibo.com/
本文为美国电动公交报告的下篇。集中介绍六个美国电动公交的试点城市:南卡罗来纳州,塞内卡;伊利诺伊州,芝加哥;华盛顿州,金郡;新墨西哥州首府,阿尔伯克基;加利福尼亚州,双子河;马萨诸塞州,波士顿。
透过美国电动公交的早期实践经验,讨论相关机构的试点推行过程及在运营过程中的成败,一探如何通过电动公交的推行,最大程度上促进环境与公众健康,同时又确保公交运营机构和电力部门的财政健康。
电动车仍是一种新兴技术,在过去的五年中,将这些车辆纳入其车队的机构在很大程度上是在未知的领域中运营。以下案例研究提供了其中一些早期经验的横断面,重点介绍了成功案例以及代理商在将电动公交服务推向地面的过程中不得不克服的挑战。从这些早期实验中汲取的教训对于通知该技术的未来部署至关重要。
2014年9月,塞内卡成为世界上第一个推出全电动市政公交车队的城市。克服了新技术带来的各种挑战后,塞内卡将其视为成功的,可扩展的全车队电动化模型。
塞内卡的公共交通车队由克莱姆森地区公共交通服务公司(CAT)运营,该公司是全美最大的免费公共交通服务机构之一,估计每年为200万乘客提供服务——其中约有153,000名乘客在塞内卡。 CAT成立于1996年,在塞内卡和其他四个城市(克莱姆森,安德森,中部和彭德尔顿)以及四个大学校园(克莱姆森大学,南卫斯理大学,三县技术学院和安德森大学)运营公共交通系统。现在,CAT的总车队中有一半以上是电动巴士。自2014年以来,其在塞内卡经营的所有公交车都是电动的。
2010年,塞内卡与CAT,运输与环境中心(CTE)和南卡罗来纳州交通运输厅(SCDOT)合作,申请了低排放或零排放区计划的联邦补贴,以开发美国第一个可扩展的全电动公交系统模型。与其他城市只在车队中配置一两辆电动汽车作为“标杆车”的情况相比,塞内卡从一开始就改变了电力部门的运营方式,并与CTE合作开发了一种部署方法。
CAT和塞内卡在获得410万美元的联邦拨款后,于2012年与Proterra公司签署了一项协议,购买其首批四辆新的EcoRide公交车和两个充电站。经过一段时间的现场测试和驾驶员培训后,这辆电动公交于2014年9月投入客运服务。此后不久又增加了两辆电动公交,并于2017年获得了FTA低排放或无排放计划390万美元的部分资助, CAT额外购买了10台Proterra Catalyst 的E2公交车和充电基础设施,以便在其服务的其他区域部署,从而使CAT成为南北卡地区最大的零排放车队。该机构目前整体上共有16辆电动客车,每辆都取代了柴油客车。其中六辆部署在塞内卡,其余的则由CAT服务。塞内卡仍然是CAT唯一运营电动巴士的服务区域之一。
CAT总经理Keith Moody表示,塞内卡和FTA都积极地接受了CAT的全车队电动化初步建议。潜在的资助者认识到, FTA将通过电动巴士的应用来证明这项技术的可行性以减少排放,并建立美国第一个无碳足迹的公交系统。Moody认为,做出积极回应的关键是前瞻性的市议会以及塞内卡毗邻克莱姆森大学城,克莱姆森大学则带来了一批具有环保意识的年轻人口,他们接受全电动车队的环境案例。除联邦拨款外,该项目的启动还获得了SCDOT的约54万美元拨款和来自塞内卡的拨款约50万美元。
自2014年9月开始提供全电动服务以来,CAT在塞内卡运营的电动客车在燃油经济性和维护成本方面一直优于该局在其服务的其他地区运营的柴油客车。这两个车队于2014年至2018年间的比较显示,相比柴油客车的3.8 MPG,电动车队达到了每加仑当量(MPGe)16.5英里;每英里燃料成本为0.28美元,而柴油为0.59美元,维护成本为0.55美元,而柴油为1.53美元。在这四年中,避免了超过160,000加仑的柴油消耗,二氧化碳排放量减少了270万磅。
在一些地区,电动公交超出了最初的期望。例如:
● 充电时间:Proterra最初表示充满电需要10分钟,而CAT认为这是不切实际的。事实证明只需六分钟。
● 范围:电动公交的范围应该是30英里。 CAT的驾驶员前进了40多英里。
● 电池寿命:事实证明,电池的使用寿命大大超过了预期。 Proterra最初认为,快速充电器的大量使用将意味着电池在六年后的使用寿命应为80%,此时需要进行更换。在此基础上,CAT将合同规定为制造商每六年更换一次电池。公交车于2019年9月进入第六年,截至2019年7月,仍以98%至100%的速度充电。
● 刹车更换:与该机构的柴油客车每30,000-40,000英里需要更换一次刹车相比,电动巴士在五年使用期中不需要更换刹车皮。塞内卡的第一辆电动客车行驶100,000英里(美国首例)时,Proterra检查了刹车片,发现它们只磨损了50%。
在塞内卡项目开始时,CAT通过Proterra培训了一名机械师,并在合同中规定了在部署的头两年内,机械师将担任CAT的维护经理工作,报告所有机械问题并对他的改进,以便该机构可以保持增长。随着车队的扩大,Proterra机械师逐渐培训了该机构其余的维护团队。
塞内卡的电动公交同时受到沿途快速充电器和仓库插入式充电器的支持。该市将其两个快速充电器放置在由两个不同电网供电的位置,以防其中一个断电。实际上,公交运营商主要依靠快速充电器。塞内卡市无需支付高峰时段的费用,而是支付一个稳定的费用。该机构首先制定了一个电价计划,其中包含按需收费,每个路途充电站的首次用电统一费用为每千瓦时13美元。一个月后,它选择改用电费较高但无峰值需求费的费率结构,使能源成本从每千瓦时1.50美元降低到每千瓦时0.90美元。Moody认为使公交电动化的主要手段是电力公司设置统一的运输费率。
与任何新技术一样,塞内卡的全电动车队并非没有问题。早期也曾导致了一些需要制造商修复的问题。塞内卡夏季达到90°F的高温,而在冬季则达到30°F的低温,因此公交车在这些不同条件下的运行情况存在一些不确定性。 CAT报告说,公交车本身在寒冷环境下没有问题,但是使用加热器和除霜器会损耗电池,制造商意识到这是一个仍需解决的问题。相反,在极端高温下,电池需要冷却。系统将减慢充电速度,以防止电池过热,从而导致充电时间增加几分钟。截至2019年7月,Proterra致力于解决此问题。此外,在CAT的另一个服务区域中,一辆电动巴士无法驶上该地区三大山丘之一。此问题已由制造商处理。
但是,在性能方面,CAT强调其电动车队的性能明显优于柴油公交车。柴油客车大约有3,700个活动部件,而电动客车只有70个,这意味着许多影响柴油客车的问题(冷水泄漏,结冰等)不会出现在电动客车上。它们不需要换油,并节省了磨损成本。Moody表示:“我向人们解释的一件事是,修理电动公交并不需要锤子,而是需要笔记本电脑改换不同的程序。”
CAT将全电动公交车队视为塞内卡的巨大成功和自豪之源。塞内卡的经验是对Proterra技术在乡村,郊区,校园和城市路线相结合的小城市环境中的首次真实测试。2017年,CAT的首席执行官兼总经理Al Babinicz对市政当局发表讲话,电动公交被描述为“对小城市的巨大好处”,以及“可以轻松拓展到大城市”。如果在塞内卡能运营六辆电动公交,那么在芝加哥可以运营六百辆。”
2014年,芝加哥运输管理局(CTA)推出了电动公交,这是在寒冷的冬季气候下对电动公交技术进行的首批重大测试之一。公交车的表现超出了预期,CTA目前正在努力实现其到2040年实现全车队电动化的承诺。
CTA的运输车队包括大约1,800辆公交车,其中大多数是柴油动力和柴电混合动力车。自2011年以来,该机构一直在对其车队进行现代化改造,购置450辆新公交车以替换其最旧的车辆并进行升级。在2007年至2008年之间购买了1,000多辆公交车,以延长其使用寿命并改善性能,并为它们配备新技术以提高燃油效率并减少有害排放。2012年,该机构宣布打算购买两辆全电动公交。
这项耗资250万美元的电动公交项目由美国运输部的温室气体减排与能源运输投资(TIGGER)II和清洁燃料资助计划以及芝加哥城市规划局的缓解拥堵与空气质量项目(CMAQ)资助,与New Flyer签署了公交车合同。该机构在2014年成为全美第一个使用全电动公交提供常规乘客服务的公司。夏季,芝加哥的温度达到80摄氏度,冬季平均低至18°F,这也是美国的电动巴士在极端高温和低温下的性能进行的首批测试之一。
芝加哥的气候对电动公交的推行构成了严峻的挑战。这些电动巴士在交货之前,曾在温尼伯的一家工厂进行了广泛的测试,以确保它们能够应对各种路况,繁重的载客量,停停走走的交通和极端温度。锂离子电池的可靠性尤其令人担忧,锂离子电池在极端温度下存在性能问题。针对这些问题,CTA与New Flyer合作,采用了各种防护措施,以在推出之前提高车辆的可靠性。其中包括旨在延长公交车整整12年使用寿命的更高质量的可充电电池,可选的柴油加热器(消耗一些化石燃料,但消耗的量很少)可帮助确保最佳的座舱温度而又不会耗尽电池,从而保持电池的使用寿命。车辆在极端寒冷的环境中行驶,并且具有连续的电池管理系统,该系统会自动分离表现出异常行为的电池单元,以避免损坏任何其他电池单元。
CTA的前两辆电动巴士于2014年10月投入运营,最初在服务市区的六条路线上运行。根据CTA主席Dorval R. Carter,Jr.的说法,这些车辆的性能“非常好–超出了预期,并提供了可靠,舒适的运输。” 与2014年购买的新型柴油客车相比,这两辆电动公交每年为该机构节省了超过24,000美元的燃油成本和30,000美元的维护成本。它们在应对芝加哥的天气和极端温度方面也毫不费力。
这两辆电动公交预计将在其预计的12年使用寿命中一直被使用。2018年,鉴于两款电动车的优秀表现,芝加哥运输委员会拨款3200万美元用以20辆新的电动公交。该合同是通过竞争性招标程序授予Proterra的,包括安装五个能够在5-10分钟内为车辆充电的快速充电站。公交车一次充电应能行驶75至120英里。预计最后一批车辆将在2020年到达。
CTA承诺到2040年将其全部公交车队转换为电动车,并称这些车辆是建立“更绿色,更健康,更高效”的运输系统的可行方法。
金郡都市公交公司(King County Metro Transit,简称Metro)的服务覆盖约2,000平方英里的地区,包括西雅图。自2016年以来,该机构已成功测试了一批电池电动巴士,并雄心勃勃地计划在未来几年内大规模推出,而且承诺,在2040年前过渡到完全零排放的车队,从2020年起只购买零排放的电动巴士。
Metro的车队由大约1,500辆车组成,包括标准和混合动力柴油车,无轨电车,以及自2016以来,电池电动公交。该机构目前共有185辆零排放公交车投入使用:174辆电动无轨电车和11辆Proterra电池电动公交。自2018年秋季以来,该公司还对Proterra的两辆40英尺的汽车以及New Flyer和比亚迪的两辆40英尺和两辆60英尺的铰接式电动公交进行了试验。这些试验将决定2019年底的120辆采购订单将花落谁家。
在2015到2016年间,Metro确定了成为零排放运输机构的目标。 公交电动化的环保效益,加上该机构作为公交行业开拓者的声誉,使其很容易便得到了当地官员的政治支持。据报道,该机构的总经理Rob Gannon说,Metro的柴油车队占了金郡政府化石燃料温室气体排放量的60%,因此希望通过公交车电动化实现显著减排。
在自由贸易协定(FTA)470万美元拨款的支持下,2016年2月,Metro开始测试由三辆Proterra 40英尺Catalyst电动巴士组成的车队。在测试期间,这些车辆的强劲性能使该局决定使用这款Catalyst电动巴士,随后决定推进下一阶段的电动化,将另外8辆车纳入车队。这11辆巴士现已投入使用,已完成部署的测试阶段。测试提供了有关这项技术的范围、用电量、电池尺寸、充电方法和局限性的数据,用以制定相关信息技术、采购、培训等方面的标准,为今后几年的大规模推广做准备。
测试的重点是确定巴士在各种道路环境的丘陵和多雨条件下的可靠性。Metro的服务区地形变化多端,包括乡村走廊、密集的城市和郊区走廊,以及一些大山丘。Gannon表示,在所有这些环境中,这些巴士的表现总体良好,尽管一些小问题让该机构“停顿了一下”。例如,在某些情况下,电池耗尽的速度过快,续航里程也不总能达到宣传的效果,特别是在冬季平均温度降至3摄氏度左右时的时候。虽然车辆的速度和响应性都很好,而且预测性能和实际性能之间的差距不大,但这些问题足以让Metro不得不多测试几家制造商的电动巴士产品再做选择。
Metro一直致力于公交电动化,并正在努力解决试点期间出现的问题。对于这一过程,至关重要的是与制造商及各机构之间的合作精神。Gannon指出,公司已经对Metro的反馈做出了回应,并努力调整车辆以满足当地的具体需求。
Metro还与当地的电力公司积极合作,在财政和设施方面都得到了支持。例如,电力公司将分担把充电基础设施连接到电网的费用,并在基础设施规划方面发挥积极作用,为2021年即将交付的120辆新车做好准备。
考虑到当地的电力及能源成本,这种合作尤其重要。Metro的电动公交比现有柴油公交车节能许多,每加仑15.9英里,而柴油公交车每加仑仅5.3英里。然而,电池组每英里燃料成本(0.57美元/英里,对比柴油机为0.30美元/英里)要高得多,部分原因是当地的电力价格几乎是柴油的五倍,其中峰值电费奇高 。
每月峰值电费,也称电力需求费,是指——根据峰值用电时段所评估的费用——已经占到Metro能源费用的54%。当地电费从高达8美元/千瓦的峰值到低到0.30美元/kW不等。由于电动公交试点车辆少,行驶里程有限,导致每英里的能源成本相对较高。随着机构增加更多的电动公交,并经常充电现有的电动公交,总的用电量增加,但峰值使用——决定需求费用的大小——并没有迅速增加,需求费用占了总电力成本的较低份额。在景县,冬季每英里成本尤其明显,这是由于冬季电价较高,公交车在较冷条件下的燃油经济性稍低,再加上冬季车辆行驶里程较少,导致每英里的需求费用增加。
据悉,因为固定资产(充电器等)和峰值电费的成本会随着利用率的提高而摊销,所以从长远来看仍然能降低能源成本。随着越来越多的电动巴士加入车队,在不同的时间充电,峰值电费不会按比例增加,并且随着时间的推移,在总电力成本中所占的份额会降低。Metro相信,随着其规模的扩大,并实施智慧充电工具和策略,它将能够将能源成本降低到低于目前柴油支出的水平。Metro还将与电力部门合作,研究美国其他地区的电费试点方案,希望制定出反应社会效益的能源费率,从而进一步降低运营成本。
Metro在其成本和效益评估中包含了电动公交的环境和健康效益,估计40英尺柴油混合动力公交车的整个生命周期的社会总成本约为12万美元,而使用可再生能源的40英尺电动公交的社会总成本为19,000美元。电动公交所带来的零排放也有助于金郡实现其战略行动计划中规定的环境目标。这些因素,加上Metro对公交能源成本最终有望大幅降低的乐观态度,使电动公交获得了良好的投资回报。
Metro运营的公交线路客源充足,乘客对电动公交普遍反映良好,在测试中发现的问题丝毫没有动摇Metro对公交电动化的乐观与决心。当地政府官员对此也态度积极,电力部门也助力电动公交在金郡的成功。Gannon说:“人们希望这能电动公交发挥作用。大家更多关心的是“如何运行”和“多久奏效”而不是质疑‘这是正确的选择吗?‘“
经过一段令人失望的测试期后,该市推迟了电动公交的推出
阿尔伯克基,也许经历了最不成功的推动电动公交投入市场的尝试。该市的电动巴士出现了一系列机械问题,再加上错过了公交车生产投付的最后期限、基础设施规划不足、与巴士制造商关系紧张,最终导致该市取消了与电动公交的合同,并归还了巴士。目前该市正在重新推进电动巴士的采购工作。
阿尔伯克基大约40%的公交客流量集中在中央大道,这是一条连接阿尔伯克基市中心和新墨西哥大学、长老会医院、老城区和诺布山历史街区的东西走向的一条主要道路。在市长理查德·贝里的管理下,中央大道成为巴士系统升级的重点,这是耗资1.35亿美元的阿尔伯克基快速交通(Albuquerque Rapid Transit, ART)项目的一部分。ART项目打算将中央大道改造成一条全新的全电动公交快速通道,拥有长达9英里的公交专用道和配套的公交车站。2016年,贝里宣布该市打算为该项目购买一支60英尺长的铰接式电动公交。这中电动公交被认为“环保、高效、耐用、可靠性高、维护简单”,可以节省50%的能源和维护成本。该市向中国汽车制造商比亚迪(BYD)订购了18辆电动公交,每辆车的成本为120万美元。
这些订购的电动公交是在比亚迪位于加州的工厂设计和制造的,是该公司的新产品,阿尔伯克基也是美国首批订购这种车型的用户之一。第一辆电动巴士于2017年10月交付使用,但很快就出现了技术问题。
在驾驶员初期培训时即发现这些车辆未能达到合同规定的每次充电至少275英里的续航里程,现实是其只能跑177英里,不足以维持一整天的服务。除了劣质电池寿命,这批电动公交也发现了“严重的耐久性和安全问题”,包括意外打开的门、空调停机、故障刹车、错误的电线、劣质焊接框架、不明原因的高压接触、裸露的电线、过热的电池等问题。有缺陷的充电系统意味着一些公交车无法充电,第三方认证机构也不会认证这些充电设备。最终,这些巴士从未得到联邦交通运输局(FTA)的批准,在车辆抵达阿尔伯克基的几个月内,官员们即宣布他们终止协议,并要求比亚迪尽快拆除将所有巴士和充电设备。阿尔伯克基随后起诉比亚迪,称其违反了合同、保修条款,其欺诈和疏忽的行为,也违反了新墨西哥州的《不公平竞争法》。
对于阿尔伯克基电动公交的不合格性能提出了几种解释。电池续航时间未能达到比亚迪预期的一个可能原因是线路的坡度。中央大道地块高差大约有1,000英尺,相较于其他城市寻求适应其特定地理条件的技术突破(例如,温哥华的TransLink安装额外的停泊设施快速充电器,保障了足够的电力以维持可靠的服务),阿尔伯克基电动公交设计则并没有考虑这一方面。同时,另一项调查发现,阿尔伯克基电动公交运营方式(运行车辆在白天充电一夜之间并返回给仓库,而不是把途中充电)并不适用于比亚迪汽车。因此要成功运行这些车辆,就需要修改调度或增加在沿途增加充电设备。
同时,其他城市使用比亚迪公交车的经验也清楚地表明,比亚迪的电池对温度波动非常敏感。在阿尔伯克基,比亚迪电池的热敏感性导致在夏季电池过热时,电池的续航能力下降。在印第安纳波利斯对类似的比亚迪公交车进行测试时,它们与阿尔伯克基市的公交车几乎同时交付,测试发现,较低的外部温度让这批交付车辆的电池续航时间同样低于预期。在印第安纳波利斯,为了履行合同规定的275英里续航里程,比亚迪同意在车辆行驶路线上安装无线充电器,并不向该市收取额外费用。熟悉比亚迪巴士的专家指出,由于天气和其他外部条件的影响,以及因加大电池动力新增加的总重,比亚迪巴士的电池续航里均程将大幅下降。
根据阿尔伯克基与比亚迪的合同,在巴士通过所有质量检查之前,该市不需要支付原协议条款所欠的2200万美元。结果,因该市未再向比亚迪付款,而用这笔钱从New Flyer订了一批柴油巴士。联邦交通运输管理局(FTA)约600万美元的补贴是用于电动公交项目的,目前该市正在与FTA进一步洽谈,未来将这笔费用还是用于电动公交发展。
事实上,尽管电动公交的发展在早期遇到了困难,但在2019年8月,阿尔伯克基依然宣布打算重新启动其电动公交计划,购买5辆新的40英尺长的电动巴士,供城市各处的线路使用。虽然60英尺电动汽车的电池技术问题仍未解决,但市政当局乐观地认为,克服这些挑战只是时间问题,市政府也可以在未来分阶段逐步使用这些公交车,而新的40英尺长的电动巴士将在一年内投入使用。
电动公交首次作为校园公交被使用证明了其实际应用价值
2017年,位于加利福尼亚北部的双子河综合学区的交通部门成为了美国第一个使用零排放电动公交作为校车的学区。萨克拉门托(Sacramento)有52所学校由这一学区的管辖,学区目前运行的电动公交有25辆, 并且有计划在不久的将来再添置10辆投入使用。
双子河综合学区通过和另外的两个学区的共同努力,赢得了这笔用于购置电动公交的资金。这笔资金是加利福尼亚空气资源局(California Air Resources Board)和萨克拉门托空气质量管理行政区(Sacra-mento Air Quality Management District,AQMD)发布的2016年试点项目的一部分。双子河赢得了价值7百万美元的资金并通过这一项目购置了16辆公交车。这其中有8辆是Lion公司的电动公交,另外八辆是利用Motiv Power System和Trans Tech 两家公司的技术建造的电动公交。在2018年, 随着后续项目资金的到位,加上学区提供的约90万美元的资助,学区又添置了9辆公交车—— 其中5辆来自Blue Birds公司,另外4辆为Lion公司电动车。所有这些公交车都被投入使用,构成了现有的拥有25辆电动车的校车队。
双子河学区的教育委员会和负责人从一开始就对这个项目充满热情,尤其是这一项目为使这一地区的孩子和社区成员拥有更清洁的空气作出的贡献。同时,项目资金的注入也节省了学区的开支。双子河校区公交车的平均市场价值为每辆40万美元,而通过这一项目,学区的开支降低到每辆6万到10万不等。
加利福尼亚空气资源局为第一批公交车和充电设施提前支付的750万美元来自加利福尼亚气候投资项目(California Climate Investments),该项目的资金来自于加州的总量管制和交易计划的收入。额外的资金来自于加州能源委员会和当地的空气质量管理行政区。双子河校区也通过与萨克拉门托市政公共事业区(Sacramento Municipal Utilities District,SMUD)紧密合作,获得了电价的减免优惠。萨克拉门托市政公共事业区也同样资助了100万美金用于新的充电设施的建设。
Lion 公司电动车和Trans Tech 公司的电动车每英里约花费0.16美元到0.19美元不等的燃料。与之对比的是柴油公交车每英里0.82美元到0.86美元的消耗:使用电动公交对于成本的节省达到了75%-80%这一数值也远远超过了学区原本对于成本节省的预估:60%。一年下来,使用电动公交对于能源和维护费用的节省接近1万5千美元。当驾驶员逐渐学会如何更高效地操纵电动公交,节省的费用有望进一步上升。
在早期的运营中,学区曾经历过一些与设备相关的小问题。例如。特定地点通电的延误导致了开始运营的时间的些微推后。 而早期的智能充电设备保险丝总是熔断使得学区不得不将有问题的充电设备送回原厂维修(最开始使用的智能充电设备是用于给小汽车充电,当给较大型车辆充电时,需要对原本的设备进行升级处理)。电池在早期也偶尔会出现无法同步的问题,烧坏了一些车头灯(但是一问题已经得到了解决)。除了上述问题,Lion公司电动公交几乎没有发生什么别的故障。学区交通部门的负责人Tim Shannon 特别指出,Lion公司对于所报告故障的回应和处理非常及时。
根据Shannon先生的报告,Trans Tech 公司公交车的投入使用过程要更为曲折。这一公司的电动车是由纳镍电池驱动。这也意味着,当电池冷却后,需要两天的时间才能将温度重新升回能让它们正常工作的数值。而关于这一公交车的其中一个问题便与用来保持镍电池恒温的12伏特电池的故障有关(厂家相信这一问题已经得到了解决)。同样也有事实表明,使用随车的加热器会使整个系统内产生少量的废水,对于这一问题,厂家正在努力解决中。除此之外,学区同样也在致力于解决管控过夜充电的设备的问题, 以避免因需求导致的临时充电。这两种充电方式的能量消耗都很低(0.10美元每千瓦时),但如果可以有效管控充电的设备到位后,成本可以进一步下降。
图六、一辆双子河综合学区Lion公司电动车。(Frontier Group 员工)
运行里程的限制并没有对双子河学区电动公交的运行产生太多困扰。曾经发生的两例电动公交因为电量耗尽而停在半路上的情况,也是由于司机的操作失误造成的。所有的这些公交车在最开始便标明仅作为线路公交车使用,并且完美地满足了这一需求,Shannon 说道, 但时间久了之后,这些公交车不能被用于长途旅行(如学生出游)这特性仍然限制了它的使用。为了可以适应更加多样的需求,学区正在计划在未来加购几辆支持最高行驶155英里里程的Lion公司电动公交。目前,这一型号的电动车仍在研发制造阶段。
Shannon 强调, 这些问题都是可以解决的。制造商在回应所有问题故障这方面非常积极和及时。同时,随着学区自己的汽车修理师对于相关技术和萨克拉门托附近的Lion公司汽车修理点越爱越熟悉。Shannon 提到,从节约成本和可靠性的角度来讲,这些公交车的运行非常成功。民众调查(其中大部分来自学生)也显示一种积极态度。所以,学区正在计划在后续资金到位后继续增加电动校车的数量。根据Shannon 的说法,电动公交在各方面都比柴油车表现更好,使用电动公交还可以降低人力成本,同时长期运行节省的成本也远远弥补了初期投入较高这一不足。
2015年,马萨诸塞州能源部(Massachusetts Department of Energy Resources, DOER) 启动了一项试点项目,旨在探索将电动车用于校车系统的可能。在当时只有很少的校车使用电动车,并且它们都是在温暖的地区运行。马萨诸塞州的试点项目是第一个测试电动车在寒冷天气运行情况的项目。3 组电动车分别在马萨诸塞州的三个学区投入使用 (Amherst、Concord 和 Cambridge), 这三组校车在一年内的运行情况由佛蒙特能源投资公司(Vermont Energy Investment Corporation,VEIC)跟踪评估。根据2017年2月到2018年2月间收集到的数据,佛蒙特能源投资公司的评估结果表明这些公交车完全可以在寒冷的天气条件下正常运行,但报告同时也提到了几项问题,并且建议在全国范围内使用电动车作为校车前,需要更多的试点实验和测试。
这一试点项目由区域温室气体减排行动(Regional Greenhouse Gas Initiative,RGGI) 资助了约200万美元,并且受到马萨诸塞州能源部的管理。每个学区都可以收到最高40万美元的资金用于从加拿大制造商Lion公司购买公交车和充电装置。这些电动公交是Lion公司在美国销售的第一批电动公交。马萨诸塞州能源部和佛蒙特能源投资公司的合作发起了这个从2015年4月开始到2018年3月结束的、为期三年的试点项目。所有的公交车于2016年的夏天被订购,2016年底开始被陆续送达马萨诸塞州, 并在2017年年初投入使用。佛蒙特能源投资公司从这个时间开始对这些公交车的表现进行为期12个月的数据采集。
学生、家长和学校员工对电动车产生了极大的兴趣和热情。从环境保护的角度考虑,这些公交车的表现很好。考虑到电动车生命周期中的排放,在整个试点项目过程中,电动公交所造成的碳排放比柴油校车的一半还要少。同时,其他类型的有毒污染物,例如挥发性有机物、一氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物的排放也处于一个较低的水平。这些电动车的运行里程限制并不造成什么问题,寒冷的天气对他们的表现也没有影响。它们在0华氏度到75华氏度间的温度条件下运行良好,温度也没有对可运行里程造成明显的影响。
然而,佛蒙特能源投资公司的评估指出了一系列让他们难以将项目视为一种完全的成功的问题。由于各种需要维护的故障——从轻微的故障:例如车头灯故障,到更加严重的问题:例如曾经发生过的一例电池组失灵,以及另一例由于中央计算机系统的问题,公交车需要从半路拖回学校的案例,和柴油公交车的使用效率相比, 这些电动公交大部分时间都处于不在运营的状态。这些问题都通过:Lion公司通过电话提供的指导、联系学区的维修工、以及请从修理厂赶来的技术人员实地修理,得到解决。
Lion公司也最终成功地远程进入了公交车的电脑系统,这无异极大地帮助了识别和修理出问题的部件。这些地区所有发生的故障所造成支出都由电动车的售后保障以及Lion公司承担。
评估结果中另一个让人失望的发现是:使用电动车对于成本的节省比预计要少得多。在最初的提案中,Lion公司对他们产品的预期运行效率为每英里 1.3-1.4千瓦时。事实上,实际消耗则为2.38千瓦时每英里。佛蒙特能源投资公司指出公交车的运行效率与充电时长成反比: 充电栓插入的时间越长,消耗的能量越多。这与静态损耗有关,充电过程中用来加热或者降温电池的辅助电扇或者加热器也会消耗能量。一个超过10小时的充电时长(通常发生在周末或者学校假期期间)可以使公交车每英里的能源损耗翻倍,即从1.5 千瓦时每英里上升到3千瓦时每英里。佛蒙特能源投资公司总结道,这一损耗可以通过对充电系统的管控得以解决,即允许公交车在超出规定时长(6-8 小时) 的情况下虽接入系统但并不充电。这样的充电管控系统将会明显提升电动公交的运营效率。
这些公交车同样没有带来预期的燃油节省,针对这一问题,评估报告再次将它归结于没有对电池充电过程进行管控以及额外的电量使用和需求费的产生。佛蒙特能源投资公司的报告显示, 在12个月的项目监控期,电动车的整体运行效率高达每公里2.38 千瓦时。总共的能源消耗高达7,240 美元,与之相对的是同样里程数4,413 美元能源消耗的柴油公交车。几乎所有的成本差异(2,608美元)都是电力需求费造成的。佛蒙特能源投资公司强调这些费用可以被避免。根据这些电动车的最高运行里程和每日里程数, 评估结果认为在用电高峰时充电没有必要。当用电被更加均衡地分布在一天的不同时间,并且限制公交车在高峰期的时间充电或是只有在必要的时候才从充电桩充取够用数量的电,2,608美元的需求费将不会产生。同时也会避免1,549美元的非必要用电消耗。这将会使整体能源消耗降至3,083美元——与原本能源消耗相比下降了63%,并且与柴油车的花销相比也有明显的下降。
佛蒙特能源投资公司的报告表明电动校车目前仍然是一个新兴的技术,而这一试点项目就如何应对发现的挑战、如何提高能约节约、以及如何降低燃油消耗,提供了宝贵的经验。许多这些问题也是那些将电动公交用于其他运输目的的机构曾经遇到并克服了的。佛蒙特能源投资公司对于这一试点项目的评估报告同时也这对这些问题提供了直接有效的解决方式。
除此之外,3个校区都决定在试点项目结束后继续使用他们的电动公交。即使仍对于可靠性有些担心,阿默斯特校区仍和Lion公司商定了新的关于客户服务和汽车售后保障期延长的条款。面对评估的结果,剑桥和康科德校区对于电动公交的可靠性没有太多担心,并且对于运行电动公交的前景颇有热情。 这两个校区之前曾与马萨诸塞州能源部共同努力以寻找可以维护汽车的本地技师(Lion公司的制造厂在距离马萨诸塞4-5小时车程的加拿大魁北克省,所以并不能为学区其所期望的快捷的服务)。康科德对电动车的主要要求在于其里程的限制,因为这意味着电动车无法被用作学生短途旅行或其他长途旅行。正因如此,在后续资金到位并且额外需要的充电设施可以被建造的基础上,这一学区计划购置更多的电动公交。
早期的试点项目显示,电动公交可以为数百万依赖传统公交车通勤 、上学、购物或者休闲的美国人提供一种清洁、有效、又高效益的选项。这种新的交通方式当然面临着挑战也有其不足——每一个试点项目的案例都提供了可以供未来电动公交运行进行参考的宝贵经验。对于大部分的试点地区而言,电动公交达到了甚至远远超过了原本的预期,在不同的天气条件以及不同地形地域都运行良好。同时,电动公交的使用往往可以帮助节省很大一笔成本。
未来的电动公交项目需要克服早期试点城市所经历的一系列的技术和经济障碍,以推广这一技术的应用,从而实现人们所期待的健康和环境效益。
以下这些政策和行动可以帮助实现这一目标:
● 在某个特定的时期,各州、城市、城镇和学区应当全力致力于使用传统公交车向电动公交的转化。这些努力将会帮助这一市场的成长,推动技术创新,并且帮助这些运输机构和学区从修理厂家和其他基础设施建设、操作经验的积累以及电价优惠的规模经济中获益。
● 各州也应该通过提供相应的拨款和补贴的方式鼓励机构使用电能。这将会保证在不增加这些机构和他们服务的社区的经济负担的情况下,让他们享受到电动公交可以带来的好处。从碳交易总量管制和交易项目获得的资金(例如加利福尼亚的项目以及东北和亚特兰大中部地区正在考虑设立的交通和气候行动)或者是碳排放税的收入可以用来资助向零排放电动公交的转型。
● 税率可以帮助向零排放电动公交的转化。公职人员和电力部门应当鼓励为提供了启动资金的电动公交项目进行后期融资的项目的建立,并且允许市区或者学区将在燃料和设施建设上节省的支出用于偿还公共事业前期的项目投入。这些“量入为出”融资项目可以帮助机构缓解前期购置电动公交的较高投入以及即时的成本节省。
● 公职人员和电力部门应当重新制定电价。比如提供非高峰用电折扣,减少超额需求费,并且进行政策和实践相关的创新以允许公交车被作为能源储备设备,同时推进V2G技术的发展。
公交机构和学区在使用电动公交的过程中应当:
● 从早期开始,便和公共事业部门建立稳定的合作关系,并就目标和利益展开对话。机构应当和公职人员以及当地公共事业部门共同制定电力运输的费率,并将利率模型应用在规划电动公交运营的过程中。
● 和电动公交的制造商包括供应商进行沟通,以保证在电动车在没有达到所承诺的运营效果的时候可以得到售后保障。
● 对于电动车在特定的路线和情况下的运营能力有一个合理的期待,并且利用线路规划模拟的数据针对不同的线路使用不同类型的电动车(例如、快速充电或者最高里程数较高的电动车)。投入运行的公交车的类型和充电设备的类型往往在特性上有所差异, 例如线路的往返里程,公交车一天的里程数,线路的地形,线路的时间规划,以及可能的充电站地点。
● 在竞标前,应当允许和从不同厂家购置的电动公交和现有的柴油公交车一起投入使用,并确保竞标条件包含了在路线研究中提到的需求。
● 在概念被认证可行之后尽快投资扩充电动车队。需要始终确保有额外的储电备用并且修建基础设施来提供尽可能多的充电桩,包括沿线路的充电设备。车队越大,人们接触到运行的电动车的概率越高,也更有利于我们证明电动车的功效以及益处。
● 从已经使用这一技术的机构那里获得尽可能多的信息。咨询这些机构:从哪些方面来说电动车的运行是成功的,哪些方面由有所不足,对于哪些问题,他们曾和制造商以及电力部门一起讨论解决方案。和各种不同体量的机构交流他们的经历可以帮助找寻具有借鉴意义的信息。
● 在进行电动公交的成本和效益评估时,永远要记得包含环境和健康相关效益。对于投资回报的计算应当包含电动公交整个生命周期中的社会成本与柴油公交车的对比。
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