Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús

Treball de Fi de Grau/Màster Grau en Enginyeria en Tecnologies Industrials Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús MEMÒRIA Autor: Carles Alay Ferrarons Director: Xavier Carod de Arriba Convocatòria: Gener 2022 Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona Pàg. 2 Memòria Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 3 Resum Per assolir els compromisos a nivell europeu de reducció d’emissions es requereix fer un estudi de transició energètica per a diferents sectors, entre ells el dels transports. Actualment s’estan utilitzant línies d’autobús propulsades per electricitat, però hi ha moltes casuístiques de línies, com les de barri. Aquestes línies, tot i oferir servei a un grup reduït de persones, és necessari que segueixin operant i s’ha de planificar una transició energètica per tal de poder seguir oferint aquest servei en un futur. Existeixen diverses opcions que permeten fer aquesta transició cap a una mobilitat sostenible, però algunes presenten problemes de planificació i costos elevats. Aquestes línies presenten un problema addicional, i és que per la manera en que està dissenyat el recorregut, es necessiten utilitzar autobusos més petits i, conseqüentment, amb menys capacitat per les bateries. És per aquest motiu que s’ha fet un anàlisis de les alternatives als autobusos propulsats per combustible dièsel i realitzat la comparativa a partir del mètode AHP per determinar quina d’elles és la millor opció. Els resultats obtinguts mostren que la millor de les opcions a nivell de reducció de contaminació i econòmic és substituir els autobusos actuals pels seus homòlegs elèctrics amb recàrrega d’oportunitat. D’aquesta manera, s’aconseguiran reduir unes 500 tones de diòxid de carboni emeses a l’atmosfera en un període de 10 anys. Pàg. 4 Memòria Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 5 Sumari SUMARI _____________________________________________________ 5 1. GLOSSARI _______________________________________________ 7 2. INTRODUCCIÓ ___________________________________________ 11 2.1. Objectius del projecte ................................................................................... 13 2.2. Abast del projecte ......................................................................................... 13 3. LÍNIA 130 DE TMB ________________________________________ 15 3.1. Introducció .................................................................................................... 15 3.2. Característiques tècniques ........................................................................... 15 4. ESTAT DE L’ART DE LES LÍNIES D’AUTOBÚS ELÈCTRIC _______ 19 4.1. Tecnologies de càrrega d’autobusos elèctrics ............................................. 20 5. ELECTRIFICACIÓ DE LA LÍNIA 130 __________________________ 26 5.1. Propostes d’electrificació .............................................................................. 26 5.1.1. Bateries de llarga duració................................................................................ 27 5.1.2. Recàrrega d’oportunitat via pantògraf ............................................................. 29 5.1.3. Recàrrega d’oportunitat per inducció .............................................................. 31 5.1.4. Autobús amb recàrrega dinàmica (Trolleybus) ................................................ 32 5.1.5. Autobús amb bateries intercanviables ............................................................ 34 5.1.6. Autobús híbrid endollable ................................................................................ 37 5.1.7. Autobús propulsat per CNG ............................................................................ 39 5.1.8. Autobús amb cel·la d’hidrogen ........................................................................ 40 5.2. Propostes no considerades per falta de maduresa tecnològica ................... 42 5.2.1. Recàrrega inductiva dinàmica ......................................................................... 42 6. COMPARATIVA __________________________________________ 44 6.1. Funcionament del mètode AHP ................................................................... 44 6.2. Criteris d’avaluació ....................................................................................... 46 6.3. Avaluació de les alternatives segons criteris ................................................ 49 6.3.1. Contaminació visual ........................................................................................ 49 6.3.2. Contaminació atmosfèrica ............................................................................... 50 6.3.3. Contaminació sonora ...................................................................................... 51 6.3.4. Cost d’implementació ...................................................................................... 52 6.3.5. Cost de manteniment ...................................................................................... 53 6.3.6. Autonomia ....................................................................................................... 54 6.4. Resultats de la comparativa ......................................................................... 55 Pàg. 6 Memòria 7. PROPOSTA DEFINITIVA: RECÀRREGA D’OPORTUNITAT VIA PANTÒGRAF ____________________________________________ 57 7.1. Adaptació a la línia ....................................................................................... 57 7.1.1. Càrrega nocturna ............................................................................................. 57 7.1.2. Recàrrega d’oportunitat .................................................................................... 58 7.1.3. Vehicle utilitzat ................................................................................................. 60 8. ANÀLISI ECONÒMIC ______________________________________ 64 8.1. Equipament .................................................................................................. 64 8.2. Consum energètic i tarifa d’internet ............................................................. 64 8.3. Mà d’obra ..................................................................................................... 65 8.4. Cost total del treball ..................................................................................... 66 9. IMPACTE AMBIENTAL ____________________________________ 67 CONCLUSIONS ______________________________________________ 69 AGRAÏMENTS _______________________________________________ 71 BIBLIOGRAFIA_______________________________________________ 72 Referències bibliogràfiques ................................................................................... 72 10. ANNEX _________________________________________________ 77 10.1. Parades línia 130 i autobús actual ............................................................... 77 10.2. Taules comparatives AHP ........................................................................... 78 10.2.1. Contaminació visual ......................................................................................... 78 10.2.2. Contaminació atmosfèrica................................................................................ 79 10.2.3. Contaminació sonora ....................................................................................... 80 10.2.4. Autonomia ........................................................................................................ 81 10.3. Matriu comparativa ...................................................................................... 82 10.4. Temps de càrrega disponible ....................................................................... 84 10.5. Especificacions tècniques autobús Mercedes Sprinter City 75 ................... 85 10.6. Taula d’emissions al llarg de 10 anys: autobús dièsel vs elèctric ................ 87 Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 7 1. Glossari Les abreviatures que es fan servir en el projecte i el seu significat venen descrites aquí sota: AHP: Analytic Hierarchy Process ANP: Analytic Network Process CA: Corrent alterna CC: Corrent contínua CNG: Compressed Natural Gas MAUT: Multi Attribute Utility Theory TMB: Transports Metropolitans de Barcelona TOPSIS: Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 9 Pág. 16 Memoria La resta de parades queden referides a l’annex 9.1. Alguns dels carrers pels quals circula l’autobús tenen poca amplada, com és el cas del carrer dels Pins de Can Caralleu (veure il·lustració 2). Altres, com el carrer de la Capella de Can Caralleu o el camí de Lliçà (il·lustracions 3 i 4 respectivament), tenen molta pendent, i alguns revols difícils de fer amb mitjans de transport voluminosos. Il·lustració 2: Carrer dels Pins de Can Caralleu, Barcelona Il·lustració 3: Carrer de la Capella de Can Caralleu, Barcelona Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 17 Il·lustració 4: Camí de Lliçà, Barcelona Així doncs, coneixent els quilòmetres que es recorren entre parades, es poden conèixer les distàncies que recorren els autobusos després d’una jornada laboral. Els dos autobusos realitzen 310,3 km des del moment que surten de la cotxera fins que hi tornen. Es pot assumir que la meitat de la distància (155 km aproximadament) la recorre cadascun dels dos cotxes que s’utilitzen per la línia. De la distància total a recórrer, 27,5 km es realitzen per fer els trajectes d’anada i tornada a la cotxera i la resta en serveis de línia. Les velocitats entre les parades (computat i especificat a l’annex 9.3) varia en funció del tram i si l’autobús es desplaça entre parades o si entra o surt de la cotxera. Gràcies a les dades obtingudes de TMB, s’ha pogut conèixer la velocitat mitja a les quals circulen els autobusos quan es dirigeixen a la cotxera o venen d’ella (28,5 km/h), la velocitat comercial (13 km/h) i la velocitat bruta (10 km/h). Els autobusos tenen una jornada laboral d’aproximadament 14 hores, sortint el primer autobús des del carrer Major de Can Caralleu a les 7:00 hores i realitzant l’última sortida des de la mateixa estació a les 20:37 hores. Pel que fa al segon torn, aquest comença des del carrer Major de Can Caralleu a les 7:25 hores, i realitza el recorregut de forma intercalada amb l’autobús de l’altre torn, fent l’última de les sortides a les 21:00 hores des de la mateixa parada. A l’actualitat aquesta línia consta de dos autobusos propulsats per motors tèrmics dièsels. Aquests autobusos tenen un consum aproximat de 17,5L per cada 100 km recorreguts i una capacitat de 18 usuaris, 13 dels quals poden seure als seients, a més de la plaça destinada al conductor. La longitud d’aquests vehicles és d’uns 7 metres i l’amplada és de 2,14m (es poden consultar les especificacions tècniques del vehicle a l’annex 9.1). Pág. 18 Memoria Il·lustració 5: Autobús de barri de motor dièsel igual a l’utilitzat en la línia 130 Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 19 4. Estat de l’art de les línies d’autobús elèctric A l’actualitat existeixen diverses alternatives pel que fa al transport de passatgers als habituals mitjans de transport contaminants. Tot i que la seva implementació no és immediata, s’està avançant en matèria de capacitat de les bateries, millores en la recàrrega ràpida de les mateixes, i la regeneració d’energia. Els països europeus aposten cada cop més pels transports elèctrics, sobretot a les grans ciutats. Algunes de les alternatives, es presenten com autobusos híbrids, és a dir, reben energia de dos mètodes o més diferents. Algunes ciutats europees com Viena o Praga tenen tramvies connectats a un carenat que els alimenta de manera ininterrompuda amb energia elèctrica. De la mateixa manera, hi ha altres ciutats que fan servir aquest mateix mètode per als autobusos híbrids, de manera que poden carregar les bateries mentre estan connectats al carenat i funcionar amb ella durant una certa distància, i tenen l’opció de fer servir el motor de combustió quan no queda bateria. Actualment existeixen diferents mètodes per tal de recarregar les bateries d’autobusos elèctrics. Aquests poden ser per contacte directe o no. Hi ha alguns països europeus que han començat a fer implementacions de flotes d’autobusos elèctrics. ▪ Ginebra (Suïssa): El 2013 es va posar en servei un bus llançadora de 18,7 metres entre l’aeroport de Ginebra i Palexpo. Aquest trajecte té un recorregut de tan sols 2 km i té una estació de recàrrega ràpida de 400 kW a Palexpo, mentre que en té un de 200 kW a la part final del recorregut. A més, durant el recorregut, hi ha parades de 600 kW que donen un extra d’energia a l’autobús durant uns 15 segons, aprofitant la pujada i baixada d’usuaris de la línia. Aquest complement juntament amb una càrrega d’uns 4 o 5 minuts a l’inici i final de la línia, permetien a l’autobús poder oferir una jornada completa de servei. ▪ Estocolm (Suècia): El 2015 es va fer a Estocolm la primera autopista elèctrica d’Europa. L’autopista té una catenària que permet alimentar els mitjans de transport en 2 km. La potència del sistema és de 150 kW i era feta servir per camions híbrids. El mateix any a Göteborg es va instal·lar un altre sistema similar de 300 kW i a Stuttgart de corrent continu i 60 kW. ▪ Madrid (Espanya): Des de 2011 s’han incorporat vehicles híbrids a les flotes d’autobús de la ciutat. Aquesta solució és més econòmica d’implementar però no és de zero emissions. A Barcelona i altres ciutats es va aplicar aquesta tecnologia més tard per Pág. 20 Memoria tal de reduir les emissions. El 2017 però es va fer la primera línia d’inducció elèctrica, amb 42 parades (línia 76, gestionada per l’Empresa Municipal de Transports de Madrid). El sistema té dos carregadors, un a l’inici del recorregut i un al final, i es realitzen parades de 8 minuts (recàrrega d’oportunitat) mentre que es realitza una recàrrega sencera a la nit a la cotxera. ▪ Londres i Manchester (Regne Unit): Al 2017 es va habilitar durant 8 setmanes un sistema de recàrrega per autobusos elèctrics a Manchester i posteriorment a l’aeroport de Heathrow per transportar personal i passatgers. Aquest sistema, anomenat OppCharg, estava monitoritzat a distància de manera que permetia analitzar les dades recopilades. El sistema tenia diversos pantògrafs als quals es conectava l’autobús en un lapse de temps d’entre 3 i 6 minuts de manera que pogués operar durant tot el dia sense passar per la cotxera a la nit. ▪ Amiens (França): En aquesta localitat francesa es van contractar 43 autobusos de la casa espanyola Irizar de 18 metres articulats, amb una bateria de 90 a 150 kWh en funció del nombre de bateries de l’autobús i una potència nominal de 235 kW. Els autobusos s’alimenten per mitjà de la recàrrega d’oportunitat amb diferents pantògrafs en els quals hi està endollat durant un període d’uns 5 minuts, amb una potència de recàrrega és de fins a 500 kW. ▪ Valladolid (Espanya): A Valladolid es van rebre l’any 2017 5 autobusos híbrids endollables, que a més de recarregar la bateria a través d’una connexió elèctrica (pantògraf), recuperava l’energia de les frenades per convertir-la en electricitat i emmagatzemar-la. ▪ Frankfurt - Darmstadt (Alemanya): Siemens va construir una línia electrificada de 10 km per a camions a l’autopista A5. Aquest sistema és similar al sistema utilitzat a Estocolm, doncs utilitza les catenàries per a fer arribar l’energia als mitjans de transport. Estava pensat sobretot per a vehicles híbrids que no necessitessin rebre constantment energia elèctrica o autobusos amb bateria, doncs la longitud de la catenària era reduïda. 4.1. Tecnologies de càrrega d’autobusos elèctrics Pel que fa a les empreses que es dediquen a fer estacions de recàrrega per a autobusos elèctrics i vehicles elèctrics en general, n’hi ha unes poques que lideren el sector a nivell mundial. Algunes d’elles són ABB Ltd., Ekoenergetyka-Polska Sp. z o.o., Bombardier Inc., Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 21 JEMA Energy S.A., Heliox B.V., Proterra Inc., Schunk Carbon Technology, i Siemens Mobility GmbH. Els seus productes són molt variats, la qual cosa permet escollir entre diferents tecnologies per tal d’optimitzar el procés de recàrrega: ▪ Depot charger (Schunk): Aquest sistema de càrrega consisteix en un pantògraf situat a l’estació de recàrrega, que es desplega automàticament en el moment en el que un autobús es troba en posició de càrrega. La connexió es realitza per contacte directe entre el pantògrafs i la part superior de l’autobús, on s’hi troben uns raïls metàl·lics. Aquest tipus de connexió està pensada per a la càrrega nocturna (lenta). Els avantatges principals d’aquesta tecnologia són els següents: ❖ El vehicle no ha d’estar perfectament situat sota el pantògraf, té una petita tolerància. ❖ Al no haver-hi cables i un port d’entrada, el sistema és més durador. ❖ Com que el pantògraf es desplega verticalment gràcies al sistema “top-down” (es desplega verticalment des de l’estació en sentit descendent fins a fer contacte amb la seva contrapart al sostre de l’autobús), els autobusos poden estar aparcats sense haver de deixar espai entre ells, de manera que es pot fer una estació de recàrrega per més autobusos en un menor espai físic. Font: https://www.schunk-group.com/transit-systems/en/products/detail/depotcharger~p6404 ▪ Roof mounted pantograph (Schunk): És un dels sistemes més estesos i utilitzats per a poder fer recàrrega d’oportunitat en autobusos elèctrics. Consisteix en un pantògraf situat a la part superior de l’autobús que es connecta a una estació de Pág. 22 Memoria recàrrega ràpida (elevada potència). Quan l’autobús arriba a l’estació, desplega el pantògraf i queda connectat a la seva contrapart. Aquest sistema presenta els següents avantatges: ❖ Té un sistema de seguretat que necessita de 4 punts de contacte per a carregar. ❖ El sistema corregeix les desviacions produïdes en l’aparcament. ❖ Sistema tipus “bus-up” (es desplega verticalment des de la zona superior de l’autobús i en sentit ascendent). Font: https://www.schunk-group.com/transit-systems/en/products/detail/roof-mountedpantograph~p6384 ▪ Underbody charger (Schunk): Aquest és un sistema molt nou que pretén agilitzar les recàrregues dels vehicles elèctrics. Per fer-ho, té un sistema que es desplega des del terra en vertical i es connecta a la part inferior de l’autobús. D’aquesta manera es pot disposar d’una càrrega ràpida sense necessitat del conductor ni de cap persona externa d’haver de realitzar cap connexió. Algunes dels avantatges del sistema són: ❖ No crea impacte visual. ❖ Sistema totalment automatitzat. ❖ No requereix que l’aparcament estigui realitzat amb alta precisió. Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 23 Font: https://www.schunk-group.com/transit-systems/en/products/detail/underbodycharger~p6417 ▪ Pantograph down (ABB Ltd.): Aquest sistema té un funcionament similar al del Depot charger (“top-down”), però permet fer càrregues ràpides. Pot treballar amb un rang de potències que va des dels 150 kW fins als 600 kW. Està pensat per a la recàrrega d’oportunitat, doncs normalment les càrregues que realitza són d’entre 3 i 6 minuts. Els principals avantatges d’aquest sistema són: ❖ Capacitat de recàrrega de diferents potències, en funció dels requeriments de l’usuari. ❖ Càrrega molt ràpida. ❖ No necessita cablejat. Font: https://new.abb.com/ev-charging/products/pantograph-up Font: https://new.abb.com/ev-charging/produkte/pantograph-down ▪ PRIMOVE (Bombardier): Aquest sistema és un dels primers amb tecnologia de càrrega ràpida per inducció, proporcionant càrregues de fins a 200 kW de potència. El sistema està pensat de manera que quan l’autobús està situat sobre la plataforma de Pág. 24 Memoria càrrega, aquesta comenci a emetre energia per a carregar la bateria de l’autobús. El sistema ha estat provat per l’empresa de transports alemanya Braunschweiger Verkehrs-AG a la ciutat de Braunschweiger. Les seves característiques principals són: ❖ No crea impacte visual perquè la instal·lació està situada sota la calçada. ❖ La potència de recàrrega és prou elevada per a poder utilitzar la tecnologia per a recàrrega d’oportunitat. ❖ Accepta una desviació en l’aparcament de fins un 30%. ❖ Sistema totalment automàtic. Font: https://bombardier.com/sites/default/files/documents/images/ckeditor/staging/upload/news/pi ctures/51/15/82/96/13/bombardier-transportation-Primove2-20140327-LR-jpg_013658.jpg ▪ Plug-in (Proterra): Aquest sistema és un dels més coneguts pel públic general, doncs és el més estès per a carregar cotxes elèctrics. Aquest carregador pot tenir un rang ampli de velocitats de recàrrega en funció de l’ús que se li vulgui donar. Aquest rang va des dels 60 kW fins als 180 kW. Per aconseguir altes velocitats de recàrrega, en comptes d’utilitzar corrent alterna (d’ara endavant CA), s’utilitza un convertidor incorporat a l’estació de recàrrega per transformar en corrent contínua (d’ara endavant DC, per les seves sigles en anglès direct corrent). Aquest és un factor molt important, doncs el corrent elèctric que circula per la xarxa, ho fa com a CA, ja que ens evita pèrdues a llargues distàncies i es pot implantar el corrent trifàsic. Els dispositius electrònics però, funcionen amb DC, per la qual cosa és necessari l’ús d’un Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 25 convertidor. Quan aquest convertidor està situat al mateix aparell electrònic (abans de la bateria), el procés de càrrega és més lent que si el corrent es transforma a la font d’alimentació i el corrent circula directament a la bateria del dispositiu. A nivell energètic, el consum d’un carregador plug-in de DC és més elevat, així com el cost del carregador. Font: https://www.proterra.com/wpcontent/uploads/2021/08/SPEC_DISPENSER_NBi_8.20.21.pdf Pág. 32 Memoria recàrrega a l’inici i al final de la línia per a poder recarregar els autobusos. A més, la potència d’aquesta estació és de 100kW, per la qual cosa es necessiten fer més parades per recarregar les bateries. Es podria considerar que el cost per a la línia 130 referent a la construcció de l’estació de recàrrega i adaptació d’autobusos té un preu al voltant del milió d’euros. Els autobusos per la seva part, poden tenir un cost vora els 300.000€, ja que serien els mateixos que per a l’alternativa anterior. Pel que fa al cost de manteniment, si se segueix el mateix procediment que a les alternatives anteriors, la vida útil de la bateria es considera que dura fins assolir-se els 10.000 cicles de càrrega [10], que a raó de 4 cicles de càrrega diaris (3 durant el servei i 1 a la cotxera), serà de 6,85 anys. Transcorregut aquest període de temps, s’haurà de fer un canvi de bateria. S’estima que el cost de les bateries amb elevada capacitat de potència de càrrega tenen un preu de 750€/kWh [10]. Així doncs, el cost de la bateria de recanvi seria de 33.000€. El cost de l’energia utilitzada al llarg de l’any per als vehicles de la línia és el mateix que per a l’alternativa anterior, i té un valor de 7.614€. 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 =33.000€+∑(2∗(7.614€)) 12 𝑗=1 =215.736€ El cost de manteniment ascendeix a un total de 215.736€ per als 12 anys de vida útil de l’autobús, que si es divideix entre el total de quilòmetres recorreguts (612499,2km), s’obté un valor de 0,352€/km, que és el mateix que en el cas de l’alternativa anterior. Autonomia Tipus de càrrega Temps de recàrrega Parades Cost d’implantació Impacte visual 100 km, extensibles Nocturna, lenta (50 kW), càrrega ràpida 300 kW, inducció 8 h Parades a l’inici de la línia 2x300.000€ (autobús) + 1M€ (adaptació i infr.) = 1,6M€ 1/5 Taula 3: Resum de l'alternativa recàrrega d'oportunitat per inducció. 5.1.4. Autobús amb recàrrega dinàmica (Trolleybus) Aquesta proposta consisteix en un cablejat elèctric estès per una zona delimitada de la línia. L’autobús només requereix d’una petita bateria que permeti tenir suficient energia per desplaçar-se per la línia en els moments en els que no hi ha catenària. D’aquesta manera l’autobús no ha de parar durant un temps determinat a l’inici i al final de la línia per a carregar, Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 33 si no que ho fa en moviment. L’autobús elèctric circula pel seu recorregut com fa ara l’autobús de combustió, però en certs espais del recorregut, desplegarà el pantògraf per connectar-se a la catenària mentre es troba en circulació. En aquests instants, l’autobús tindrà capacitat de carregar la bateria i alimentar directament el motor. La implantació d’aquesta proposta és la que més impacte visual causa, doncs la infraestructura de la catenària ha de formar part d’una part del trajecte del recorregut suficient per a carregar l’autobús. Il·lustració 6: Trolleybus en circulació per Moscou. Pel que fa a l’autonomia, aquest no és un punt que preocupi, doncs la major part del temps l’autobús estarà connectat a la catenària i rep tota l’energia de la xarxa, sense haver de realitzar parades per a recarregar les bateries. Tot i així, s’ha d’estudiar quina és la disposició de la catenària a la línia perquè l’autobús no es quedi sense bateria intentant disminuir l’extensió del cablejat. El cost d’un trolleybus és d’aproximadament 300.000€ (aproximadament el doble que el d’un autobús dièsel convencional [18]). També s’estima que la construcció de la instal·lació que es requereix per a aquest autobús és d’aproximadament 100.000€/km [19]. Per la qual cosa, el cost total de la instal·lació ascendeix a aproximadament 750.000€. Pel que fa al cost de manteniment, seguint el mateix procediment que per a les alternatives anteriors, tot i que en aquest cas no s’ha de considerar el canvi de bateries, doncs al llarg dels 12 anys de vida útil de l’autobús es podran utilitzar les mateixes bateries, doncs tot i tenir molts cicles de càrrega i descàrrega, la seva capacitat és molt superior a la necessària per la línia. El cost de l’energia utilitzada al llarg de l’any per als vehicles de la línia és el mateix que per a l’alternativa anterior, i té un valor de 7.614€. Pág. 34 Memoria 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 =∑(2 ∗ (7.614€)) 12 𝑗=1 =182.736€ El cost de manteniment ascendeix a un total de 182.736€ per als 12 anys de vida útil de l’autobús, que si es divideix entre el total de quilòmetres recorreguts (612499,2km), s’obté un valor de 0,298€/km. Autonomia Tipus de càrrega Temps de recàrrega Parades Cost d’implantació Impacte visual 30-40% del recorregut En circulació, càrrega conductiva 8 h mínim Sense parades per carregar 2x300.000€ (autobús) + 750.000€ (infraestructura) = 1,35 M€ 5/5 Taula 4: Resum de l'alternativa trolleybus. 5.1.5. Autobús amb bateries intercanviables Aquesta alternativa consisteix en un autobús el qual funciona amb una bateria que li permet fer una distància d’uns 100 km (44kWh, igual que a les alternatives anteriors) i, posteriorment, s’intercanvia la bateria per una altra de totalment carregada en una estació adaptada. La situació d’aquesta estació podria ser un punt proper a la parada des d’on s’inicia el recorregut de la línia, o bé podria ser una estació compartida amb altres línies de TMB, per tal de reduir els costos. En qualsevol dels dos casos, s’hauria de fer una parada d’entre 5 i 10 minuts per completar el procés. Aquesta solució permet alleugerir la càrrega sobre la xarxa elèctrica perquè les bateries no necessiten ser carregades en el moment de ser canviades, si no que es poden recarregar en un moment on la demanda de la xarxa és menor, per exemple durant la nit, i el dia següent podria estar carregada per tornar-se a fer servir. A més, les bateries es poden carregar a una potència baixa (50kW) de forma que no es degradin tan ràpidament. L’estació d’intercanvi de bateries és un espai on hi cap l’autobús, i el doble d’ample, per tal d’emmagatzemar-hi les bateries carregades i les velles que han de carregar-se. Al carregar la bateria amb un sistema de càrrega lenta, la potència consumida de la xarxa és inferior que en el cas de la càrrega ràpida. A més, es poden tenir bateries suficients per a poder abastir als autobusos de les línies i carregar les bateries a la nit. Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 35 El cost de l’autobús d’aquesta alternativa és similar al dels autobusos amb recàrrega d’oportunitat, tot i que la infraestructura és més cara. El preu de l’autobús, per tant, ronda els 300.000€. Actualment, companyies com Nio (companyia xinesa de cotxes elèctrics) estan desenvolupant sistemes d’intercanvi de bateries que estan disponibles en el mercat asiàtic, però amb la intenció de portar aquesta tecnologia a altres continents [20]. Els vehicles d’aquesta companyia tenen una sola bateria molt gran, que al retirar-se del vehicle ocupa un gran espai i és més costosa de retirar i d’emmagatzemar. Per altra banda, companyies com Ample promouen l’ús de diverses bateries modulars, que es poden retirar individualment i ocupen un menor espai [21]. D’aquesta manera s’aconsegueix disminuir el cost de la instal·lació ja que es poden disposar de forma ordenada de manera que ocupin un espai molt inferior. Il·lustració 7: Estació d'intercanvi de bateries de la marca Nio Il·lustració 8: Estació d'intercanvi de bateries de la casa Ample Pág. 36 Memoria En el sector dels autobusos elèctrics, la companyia índia Sun Mobility ha dissenyat un sistema d’intercanvi de bateries que permet intercanviar les bateries modulars dels autobusos en aproximadament 3 minuts [22]. A diferència de les bateries dels cotxes, les dels autobusos s’intercanvien des del lateral del vehicle, de manera que la instal·lació és de menors dimensions. Il·lustració 9: Estació d'intercanvi de bateries de la companyia Sun Mobility Un estudi dut a terme pels departaments d’enginyeria elèctrica i turisme i lleure a la National Penghu University of Science and Technology [23] va estimar que el cost d’una estació per l’intercanvi de bateries ascendeix a 620.000€. A aquest cost, se li hauria de sumar el d’adquisició de 2 bateries per tal de fer l’intercanvi de bateries, una per cada autobús de la línia. Les bateries estaran a punt per utilitzar de nou quan l’autobús requereixi el canvi, doncs connectades a una potència de 50kW, requereixen menys d’una hora per carregarse, temps més que suficient. El cost d’implementació d’aquesta línia ascendeix a 1,286 milions d’euros. Pel que fa al cost de manteniment, seguint el mateix procediment que per a l’alternativa anterior, ja que en aquest cas tampoc s’ha de considerar el canvi de bateries, doncs al llarg dels 12 anys de vida útil de l’autobús es podran utilitzar les mateixes bateries, doncs els cicles de càrrega i descàrrega de les bateries és el mateix que a l’alternativa de recàrrega d’oportunitat però repartit en 2 bateries, per tant, la seva duració serà superior als 12 anys. El cost de l’energia utilitzada al llarg de l’any per als vehicles de la línia és el mateix que per a les alternatives anteriors excepte la primera, per tant, té un valor de 7.614€. Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 37 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 =∑(2 ∗ (7.614€)) 12 𝑗=1 =182.736€ El cost de manteniment ascendeix a un total de 182.736€ per als 12 anys de vida útil de l’autobús, que si es divideix entre el total de quilòmetres recorreguts (612499,2km), s’obté un valor de 0,298€/km, el mateix que per a l’alternativa anterior. Autonomia Tipus de càrrega Temps de recàrrega Parades Cost d’implantació Impacte visual 100 km Intercanvi de bateries 3 minuts 2 parades durant el servei 2 x 300.000€ (autobús) + 620.000€ (infraestructura) + 2x33.000€ (bateries de recanvi) = 1,286M€ 4/5 Taula 5: Resum de l'alternativa intercanvi de bateries. 5.1.6. Autobús híbrid endollable Aquest tipus d’autobús té la característica de tenir dos motors, un d’elèctric i un de combustió (propulsat per combustible dièsel). Mentre la bateria té suficient energia elèctrica, l’autobús circula propulsat per aquesta energia, però quan no hi ha més energia, el motor de combustió entra en funcionament per poder seguir operant l’autobús. Aquest autobús es recarrega amb l’energia cinètica, però també quan s’endolla a la corrent a les cotxeres. No és una alternativa de zero emissions de gasos contaminants però ofereix una reducció d’emissions respecte els autobusos propulsats per dièsel actuals i permeten estalviar un 30% de combustible. Il·lustració 10: Autobús híbrid de la flota de TMB La seva autonomia és suficient per poder realitzar el recorregut habitual sense necessitar cap Pág. 38 Memoria parada per recarregar la seva bateria i el dipòsit de dièsel es pot recarregar a l’acabar la jornada. El fet d’incorporar estacions de recàrrega a la línia suposaria un augment en el cost de la infraestructura que no justificaria l’aplicació d’aquesta alternativa, doncs el seu funcionament seria com el de l’opció d’autobús elèctric amb recàrrega d’oportunitat. El cost de cada autobús ronda els 210.000€, per establir aquest criteri, s’ha comprovat que el cost d’un autobús híbrid és un 40% més car que el seu homòleg de combustió [10], i s’ha calculat aquesta diferència a partir del preu d’un autobús de les dimensions específiques per la línia propulsat per tecnologia dièsel, com en el cas de les alternatives anteriors. El cost de la infraestructura s’acosta als 40.000€, doncs utilitzaria un sistema de càrrega nocturna similar al de l’alternativa de grans bateries. Pel que fa al cost de manteniment, la vida útil de la bateria és de 8,2 anys (temps en el que s’assoleixen els 3000 cicles [10], a raó d’un cicle diari. En aquest punt, s’ha de canviar la bateria (de 7,7kwh), la qual té un cost de 500€/kWh [10], així doncs, el cost total de la bateria és de 3.850€. També s’ha de considerar el cost de l’energia que es consumirà al llarg de l’any, que serà de 10.460€: 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑑𝑖è𝑠𝑒𝑙 = 1,381€ 𝑘𝑊ℎ∗21,2𝐿 100𝑘𝑚∗51041,6𝑘𝑚∗(1−0,3)=10.460€ On 1,381€ és el cost del dièsel a Espanya en el moment de realitzar l’estudi [24], 21,2 és el consum de dièsel que consumeix un autobús de característiques similars al de la línia al recórrer 100km i 51.041,6 és el quilometratge anual que farà l’autobús. A més, es considera que un autobús híbrid permet estalviar un 30% de combustible dièsel en el transcurs d’un any [25], per tant, s’aplica el factor corrector d’estalvi (1-0,3). 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 =3.850€+∑(2∗(10.460€)) 12 𝑗=1 =254.890€ El cost de manteniment ascendeix a un total de 254.890€ per als 12 anys de vida útil de l’autobús, que si es divideix entre el total de quilòmetres recorreguts (612499,2km), s’obté un valor de 0,416€/km. Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 39 Autonomia Tipus de càrrega Temps de recàrrega Parades Cost d’implantació Impacte visual Suficient per a tota la jornada Nocturna, a la cotxera < 1h 0 2 x 210.000€ (autobús) + 40.000€ (infraestructura) = 460.000€ 0/5 Taula 6: Resum de l'alternativa d'autobús híbrid endollable. 5.1.7. Autobús propulsat per CNG Aquests autobusos tot i ser de combustió interna com els dièsel alimenten el motor amb gas natural comprimit. Quan hi ha suficient CNG, s’utilitza aquest combustible, doncs les emissions de gasos d’efecte hivernacle són inferiors a les emeses en la combustió del dièsel: un 40% menys de nitrats i un 20% menys de CO2 [26]. Il·lustració 11: Autobús híbrid amb gas natural La seva autonomia no suposa un problema per al funcionament de la línia, doncs l’autobús s’abasteix seguint el mateix procediment actual de la resta d’autobusos de la línia. El preu d’aquesta alternativa es pot considerar d’un 10% superior a l’alternativa dièsel, com es veu a l’estudi de Lajunen i Lipman [10], per tant el cost d’adquisició d’un autobús propulsat per CNG seria de 165.000€ aproximadament per autobús. Al no tenir un motor elèctric, ni disposar de bateries, no suposaria un cost extra en quant a infraestructura, ja que TMB ja disposa d’instal·lacions per a recarregar els autobusos d’aquest combustible. El cost del gas ha experimentat un augment dràstic en poc temps, a partir del 6 de gener de 2022 i el seu preu s’ha estabilitzat en 1,98€/kg [27]. L’energia utilitzada al llarg de l’any per als vehicles de la línia té un valor de 20.354€: Pág. 40 Memoria 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 =1,98€ 𝑘𝑔 ∗20,14𝐿 100𝑘𝑚∗51041,6𝑘𝑚 =20.354€ El consum de gas natural s’ha obtingut observant la relació de consums que tenen les alternatives de major envergadura [28] i relacionant-ho amb el consum d’un autobús dièsel com el de la línia actual, que és de 21,2L/100km [29]. El cost de manteniment ascendeix a un total de 409.920€ per als 12 anys de vida útil de l’autobús: 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 =∑(2∗(20.354€)) 12 𝑗=1 =488.495€ Si es divideix entre el total de quilòmetres recorreguts (612499,2km), s’obté un valor de 0,798€/km, aproximadament el doble que les alternatives elèctriques. Autonomia Tipus de càrrega Temps de recàrrega Parades Cost d’implantació Impacte visual Suficient per tota la jornada Benzinera 5 minuts 0 2 x 165.000€ (autobús) = 330.000€ 0/5 Taula 7: Resum de l'alternativa CNG. 5.1.8. Autobús amb cel·la d’hidrogen En el cas d’aquesta alternativa, la bateria de l’autobús en comptes d’emmagatzemar l’energia elèctrica en una bateria, tindria una pila de combustible d’hidrogen. L’alternativa permet no dependre de l’autonomia del vehicle, doncs els tancs d’hidrogen s’omplirien a una velocitat similar a un tanc de dièsel, tot i que és circumstancialment superior, i podria circular de manera ininterrompuda durant tot el dia. Al final del dia, s’hauria de recarregar el dipòsit d’hidrogen, doncs l’autobús tindria capacitat per fer fins a 250 km amb un dipòsit al disposar d’una pila d’hidrogen de 104kW que s’adaptarà per a l’autobús en qüestió. Actualment a Barcelona hi ha una estació hidrogenera a la Zona Franca, la qual té un conveni amb TMB per a abastir la seva flota d’autobusos de 8 autobusos propulsats per cel·la d’hidrogen que entren en funcionament a principis de 2022 [30]. Al poder subministrar els autobusos amb hidrogen obtingut a partir d’energia neta, permet reduir considerablement la Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 41 petjada de carboni de la línia en la qual s’utilitzi la tecnologia. Il·lustració 12: Autobús propulsat per pila de combustible d'hidrogen El cost total d’adquisició d’un autobús d’hidrogen amb la seva infraestructura corresponent ascendeix als 742.500€ [10], que és 3,3 vegades més car que un autobús dièsel convencional. Si es considera que el cost de l’autobús dièsel d’unes dimensions com les requerides a la línia és de 150.000€ (com en el cas de la primera alternativa), un autobús d’hidrogen de les mateixes dimensions podria rondar els 495.000€. Pel que fa al cost de manteniment, la vida útil de la pila d’hidrogen és de 2,74 anys (temps en el que s’assoleixen les 15.000 hores d’ús [10], a raó de 15 hores d’ús diari). La duració de la pila de combustible (que serà de 70kW com l’autobús de 12m de Solaris [31]) és molt curta, per la qual cosa s’hauran de realitzar 4 canvis al llarg dels 12 anys de vida útil de l’autobús. La pila té un cost de 500€/kWh [10], així doncs, el cost total de la bateria és de 35.000€. També s’ha de considerar el cost de l’energia que es consumirà al llarg de l’any, que serà de 32.733€: 𝐶𝑜𝑠𝑡 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛 = 5€ 𝑘𝑔𝐻2∗11,66𝑘𝑔𝐻2 100𝑘𝑚 ∗51041,6𝑘𝑚 =32.733€ On 5,5€ és el cost mig (va des dels 3 fins als 8 euros) de l’hidrogen verd segons l’IEA [32], 11,66 és la conversió de kg d’hidrogen que es necessiten per recórrer 100km (la dada s’ha obtingut de la mateixa manera que s’ha realitzat per la resta d’estudis, assimilant els consums del combustible dièsel amb els d’hidrogen a partir d’alternatives de dimensions estàndard [33]) i 51.041,6 és el quilometratge anual que recorrerà l’autobús. 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 = 4𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑒𝑠∗2𝑎𝑢𝑡𝑜𝑏𝑢𝑠𝑜𝑠∗35.000€+∑(2𝑎𝑢𝑡𝑜𝑏𝑢𝑠𝑜𝑠∗(32.733€)) 12 𝑗=1 = 1.065.592€ El cost de manteniment ascendeix a un total de 1,065 milions d’euros per als 12 anys de vida útil de l’autobús, que si es divideix entre el total de quilòmetres recorreguts (612499,2km), Pág. 48 Memoria Criteri CA CI CM A CV CS Contaminació atmosfèrica (CA) 1 1,25 1,5 4 7 9 Cost d’implementació (CI) (1/1,25) 1 1,25 2 5 7 Cost de manteniment (CM) (1/1,5) (1/1,25) 1 1,6 2,5 5 Autonomia (A) (1/4) (1/2) (1/1,6) 1 2,5 5 Contaminació visual (CV) (1/7) (1/5) (1/2,5) (1/2,5) 1 2 Contaminació sonora (CS) (1/9) (1/7) (1/5) (1/5) (1/2) 1 Taula 11: Matriu comparativa dels criteris d’avaluació (els valors del triangle inferior són l’invers del seu simètric). A la taula es pot observar que tots els valors de la diagonal són 1, doncs un criteri comparat amb ell mateix és 1 vegada ell mateix. Per altra banda, s’ha establert que el pes de la contaminació atmosfèrica és 1,25 vegades més gran que el cost d’implementació i 1,5 vegades més gran que el cost de manteniment perquè amb l’estudi es vol prioritzar la transició energètica per sobre del cost, tot i que al ser important també, era el criteri que havia de seguirlo. Per la resta de valors s’ha seguit la mateixa lògica, seguint la importància marcada anteriorment. En aquest sentit, un cop s’han establert els valors de la primera línia, el programa Superdecisions proposa valors per les següents caselles de manera que la inconsistència sigui del 0% o un valor molt proper. A partir de la matriu de la taula 11 i seguint el procediment explicat a l’apartat 7.1, s’han obtingut els següents pesos per als criteris: Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 49 Criteris Puntuació Contaminació visual 0.051601 Contaminació atmosfèrica 0.345343 Contaminació sonora 0.031203 Cost d’implementació 0.247432 Cost de manteniment 0.201529 Autonomia 0.122891 Taula 12: Puntuació dels diferents criteris de la comparativa. Al tenir una inconsistència de 0,856%, que se situa per sota del 10%, es considera que la puntuació dels criteris és factible. 6.3. Avaluació de les alternatives segons criteris Per tal d’obtenir una alternativa que destaqui per sobre de la resta, es fa l’estudi comparatiu de cadascuna de les alternatives amb les altres per cadascun dels criteris. D’aquesta manera, s’ha establert una taula amb els valors ponderats on s’estableix l’ordre d’importància de les alternatives en funció del criteri que s’està avaluant. 6.3.1. Contaminació visual Tal i com es pot observar a la taula 13, les alternatives que no requereixen d’una instal·lació física a la línia tenen millor puntuació que la resta. L’ordre ha estat establert en funció de les dimensions de les estacions de recàrrega a peu de carrer. La taula amb les ponderacions es poden trobar a l’annex 10.2.1. Aquestes ponderacions s’han establert considerant el següent criteri: hi ha 4 grups diferents, en funció de l’impacte visual que tenen en la via pública. En el primer grup, es troben les alternatives que no requereixen d’una estació de recàrrega o catenària a la via pública (bateries de grans dimensions, híbrid endollable, CNG, recàrrega d’oportunitat mitjançant inducció i cel·la d’hidrogen). Al segon grup s’hi troba l’alternativa de recàrrega d’oportunitat via pantògraf, que requereix d’una infraestructura de dimensions reduïdes a la via pública. En el tercer grup hi ha l’opció de bateries intercanviables, la infraestructura de la qual és molt voluminosa ja que conté les bateries de recanvi i la mecanització de l’intercanvi de les bateries. Per últim en el quart grup hi trobem el trolleybus, una alternativa que requereix tenir una catenària distribuïda al llarg del recorregut per carregar Pág. 50 Memoria la bateria dels autobusos. S’ha considerat que el pitjor dels grups és el quart, el qual té una puntuació d’1. Per altra banda, trobem al grup 3, el qual té una puntuació de 2, el doble que el quart grup. El segon grup té una puntuació de 6, 3 vegades més gran que el segon grup. Per últim, tenim el grup 1, que té una puntuació de 9, el que significa que és 1,5 vegades més gran que el grup anterior. Pel que fa als valors obtinguts en l’anàlisi de la comparativa de la contaminació visual, es poden veure les dades següents: Alternativa Puntuació Bateries de llarga duració 0,157132 Recàrrega d’oportunitat pantògraf 0,087646 Recàrrega d’oportunitat inductiva 0,167078 Trolleybus 0,017911 Bateries intercanviables 0,050196 Híbrid endollable 0,154548 CNG 0,166935 Cel·la combustible d’hidrogen 0,198554 Taula 13: Pesos de les alternatives segons la contaminació visual. 6.3.2. Contaminació atmosfèrica L’ordre de les diferents alternatives ha estat establert segons l’emissió de gasos d’efecte hivernacle i nitrats de les diferents alternatives en el seu funcionament. D’aquesta manera, les alternatives més contaminants han estat els autobusos híbrids, essent més contaminant l’alternativa d’autobús propulsat per CNG que l’alternativa d’híbrid endollable en un 20% [39]. Per tant, a l’hora de plantejar les ponderacions, s’ha atorgat el valor de l’alternativa més contaminant (CNG) i s’ha considerat que l’alternativa híbrida era 1,2 vegades millor. La resta d’alternatives, que són de contaminació 0 en fase d’ús, tenen un valor de 9 en comparació amb l’alternativa de CNG i de 7 amb l’alternativa híbrida (aproximadament un 20% menys que Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 51 l’altre i sense decimals). La taula utilitzada en les ponderacions es pot veure als annexes 10.2.2. El resultat de la comparativa pel que fa al criteri de la contaminació atmosfèrica ha estat el següent: Alternativa Puntuació Bateries de llarga duració 0,162602 Recàrrega d’oportunitat pantògraf 0,162602 Recàrrega d’oportunitat inductiva 0,162602 Trolleybus 0,162602 Bateries intercanviables 0,162602 Híbrid endollable 0,016260 CNG 0,00813 Cel·la combustible d’hidrogen 0,162602 Taula 14: Pesos de les alternatives segons la contaminació atmosfèrica. 6.3.3. Contaminació sonora Pel que fa a la contaminació sonora, les alternatives que tenen un motor elèctric, s’ha considerat que tenen una mateixa quantitat de soroll, mentre que les alternatives amb motors de combustió generen una quantitat de soroll superior a les anteriors. Així doncs, les alternatives de CNG i híbrida tenen una puntuació 5 i 3 vegades superior a la de les alternatives elèctriques. En el cas de l’alternativa híbrida, el valor és inferior perquè al circular una part del temps amb la motorització elèctrica, la quantitat de sorolls que s’emet és igual a la resta d’alternatives elèctriques. Els valors assignats per la comparativa es poden veure a l’annex 10.2.3. Els resultats de la comparativa relatiu a la contaminació sonora de les diferents alternatives ha estat el següent: Pág. 52 Memoria Alternativa Puntuació Bateries de llarga duració 0,153063 Recàrrega d’oportunitat pantògraf 0,153063 Recàrrega d’oportunitat inductiva 0,153063 Trolleybus 0,153063 Bateries intercanviables 0,153063 Híbrid endollable 0,050995 CNG 0,030628 Cel·la combustible d’hidrogen 0,153063 Taula 15: Pesos de les alternatives segons la contaminació sonora. 6.3.4. Cost d’implementació Pel cost d’implementació s’han considerat els costos d’adquisició d’un autobús i la instal·lació respectiva per tal de poder prestar el servei. Amb el programa Superdecisions, es poden entrar les dades com a valors numèrics en comptes d’haver de fer la comparativa si es vol. Al tenir les dades numèriques referents al cost, les ponderacions són encara més exactes que si es fa una comparativa segons criteris, doncs la inconsistència és del 0%. Tot i que el cost és una variable que no es pot conèixer del cert, ja que les companyies són reticents a compartir els costos dels diferents vehicles públicament, l’estudi s’ha dut a terme adaptant els preus d’autobusos de 12 metres de longitud (i veient les diferències percentuals entre elles) als microbusos, del qual es coneix el cost del model propulsat per dièsel. En aquest cas, els resultats de les ponderacions han estat els següents: Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 53 Alternativa Puntuació Bateries de llarga duració 0,084353 Recàrrega d’oportunitat pantògraf 0,09785 Recàrrega d’oportunitat inductiva 0,061156 Trolleybus 0,072481 Bateries intercanviables 0,076089 Híbrid endollable 0,212717 CNG 0,296515 Cel·la combustible d’hidrogen 0,098838 Taula 16:Pesos de les alternatives segons el cost d’implementació. Tal i com es pot apreciar, les alternatives més econòmiques són les corresponents a les tecnologies de CNG i híbrida, en aquest ordre. Les alternatives que requereixen de pacs de bateries incrementen considerablement el seu cost, però les alternatives més cares són aquelles que requereixen d’estacions de càrrega o infraestructura més costosa. 6.3.5. Cost de manteniment De la mateixa manera que en el cas del cost d’implementació, la comparació del cost de manteniment s’ha realitzat a partir dels valors coneguts de cost/km recorregut de les diferents alternatives. Així doncs, també s’ha obtingut un valor d’inconsistència del 0%. El cost de manteniment es considera en tres rangs, segons la tecnologia que utilitzen. Les tecnologies híbrides tindran un cost aproximat similar, mentre que les tecnologies amb tecnologia elèctrica seran d’un grup més car i la tecnologia amb cel·la d’hidrogen és la més cara de totes. Pág. 54 Memoria Alternativa Puntuació Bateries de llarga duració 0,132155 Recàrrega d’oportunitat pantògraf 0,1483 Recàrrega d’oportunitat inductiva 0,1483 Trolleybus 0,175173 Bateries intercanviables 0,175173 Híbrid endollable 0,125484 CNG 0,065415 Cel·la combustible d’hidrogen 0,030001 Taula 17: Pesos de les alternatives segons el cost de manteniment. 6.3.6. Autonomia L’autonomia ha estat definida a partir de l’inconvenient que suposa les limitacions en quant a autonomia de les diferents tecnologies. Així doncs, s’ha considerat que la bateria de llarga duració és la més mal parada en aquesta comparativa, seguida de la recàrrega d’oportunitat inductiva i l’alternativa de bateries intercanviables i recàrrega d’oportunitat via pantògraf. La resta es considera que tenen la mateixa autonomia, doncs és molt superior a la necessària per operar en la línia. Per a establir els valors s’han creat 4 grups. El primer, conformat per les alternatives que no necessiten cap consideració en quant a autonomia: trolleybus, autobusos híbrids, de CNG i hidrogen, els quals tenen la puntuació de 6. El segon, conformat pels autobusos amb recàrrega d’oportunitat via pantògraf i de bateries intercanviables, els quals tenen una puntuació de 4. El tercer integra la recàrrega d’oportunitat d’inducció, la qual requereix més parades a la línia per tal d’abastir-se i seguir operant, i té una puntuació de 2. Per últim, les bateries de llarga duració, que necessiten d’un tercer bus i que una de les dues alternatives passi per cotxera per tal de prestar el servei. Aquest últim té una puntuació de 1 per la inconveniència que suposa. La taula on es comparen els valors es pot veure a l’annex 10.2.4. Les ponderacions obtingudes mitjançant el mètode d’AHP han resultat en els següents valors: Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 55 Alternativa Puntuació Bateries de llarga duració 0,0498 Recàrrega d’oportunitat pantògraf 0,09344 Recàrrega d’oportunitat inductiva 0,04672 Trolleybus 0,18688 Bateries intercanviables 0,09344 Híbrid endollable 0,18688 CNG 0,18688 Cel·la combustible d’hidrogen 0,15878 Taula 18: Pesos de les alternatives segons l'autonomia. 6.4. Resultats de la comparativa La comparativa resulta en una matriu de valors com la que es pot veure a l’annex 10.3. Aquests valors que es poden observar a la taula són les ponderacions que tenen els diferents criteris i alternatives. En quant al resultat que s’ha obtingut de la comparativa es poden veure a la següent taula, on l’alternativa més recomanable obté el valor d’1, i la resta d’alternatives són aconsellables també segons la proximitat del seu valor al de la unitat: Nom Recomanable 1Bateria llarga duració 0,922 2Recarrega oportunitat pantògraf 1 3Recarrega oportunitat inducció 0,907 4Trolleybus 0,946 5Bateries intercanviables 0,967 6Hibrid endollable 0,882 7CNG 0,926 8Cella hidrogen 0,906 Taula 19: Resultats de la comparativa d'alternatives. Pág. 56 Memoria Els resultats mostren que l’alternativa de recàrrega d’oportunitat via pantògraf és la més recomanable, seguit de les bateries intercanviables i del trolleybus, totes alternatives amb motor elèctric degut a la importància de la contaminació atmosfèrica. L’alternativa amb bateries de llarga duració també és una opció amb una puntuació molt elevada, tot i que es veu perjudicada respecte l’alternativa guanyadora en qüestió d’autonomia i els costos de manteniment i adquisició. Es pot observar que tot i que les alternatives de CNG i híbrides són molt recomanables en criteris puntuals, surten molt penalitzades de la comparativa de contaminació atmosfèrica, que és la que més pes té. Tot i així, els autobusos de CNG obtenen la quarta posició ja que a nivell logístic i econòmic és una bona alternativa. L’alternativa d’autobusos amb cel·la d’hidrogen es veu molt perjudicada per la baixa puntuació obtinguda en la comparativa referent al cost de manteniment. El preu de l’hidrogen, juntament amb el recanvi en 4 ocasions de la bateria han contribuït a aquesta mala puntuació. Un estudi dut a terme per TMB i recollit per ZeEUS [40] sobre la viabilitat del transport públic urbà electrificat, ha arribat a la conclusió que el sistema d’autobusos totalment elèctric alimentat per una càrrega nocturna i recàrrega d’oportunitat entre estacions és la millor alternativa per tal de millorar l’impacte medi ambiental causat pel sistema de transports en les línies amb autobusos articulats de 18 metres de longitud. Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 57 7. Proposta definitiva: recàrrega d’oportunitat via pantògraf Aquesta alternativa, a més de ser una de les més netes, és també molt versàtil. Permet mantenir l’horari actual de la línia sense emetre cap tipus de gas contaminant mentre circula. A més, aquesta tecnologia ha estat provada en algunes línies de la ciutat, com és el cas de la línia H16, i és una alternativa que funciona, permetent abastir una línia de més de 25 km i més de 21.000 passatgers al dia. 7.1. Adaptació a la línia Tot i així, la línia 130 és diferent a la línia H16. Per un costat, el volum de passatgers diaris és molt inferior, de manera que els trajectes es fan amb una ocupació molt baixa. De fet, l’autobús circula la major part del temps pràcticament buit, i la contaminació per persona en el cas dels autobusos de dièsel d’aquesta línia és molt més alta en comparació amb línies que tenen una ocupació més alta. Per l’altre, la línia 130 té un recorregut de tan sols 7,4km, fet que permet tenir una flexibilitat més elevada per incorporar la recàrrega d’oportunitat, ja que l’autobús no ha de fer un gran recorregut abans de tenir l’opció de tornar a carregar. Així doncs, es planteja aplicar la tecnologia de la recàrrega d’oportunitat a la línia 130, de manera que, combinada amb la recàrrega nocturna, pugui funcionar durant tota la jornada de servei. El vehicle que es farà servir serà un autobús de 8,5 metres de longitud, de forma que sigui molt semblant a l’actual, amb una bateria de 44kWh, que li permet fer fins a 100km . 7.1.1. Càrrega nocturna Durant la nit, a la cotxera, els dos autobusos de la línia estaran connectats a un sistema de càrrega ràpida (50kW de potència) instal·lat per Endesa com dels que es disposa per carregar els autobusos de les línies electrificades, que permetrà carregar els autobusos en un temps inferior a una hora. Aquest període de temps és més que suficient, doncs els autobusos es troben a la cotxera entre les 22 hores i les 6:30 del matí, permetent-los començar la jornada amb el 100% de la capacitat de les seves bateries carregades. El dispositiu que es farà servir per a completar la càrrega nocturna serà l’actual dispositiu del qual disposa l’empresa TMB a la cotxera, d’aquesta manera es podrà combinar entre els dos autobusos i si se n’adquirissin més de les mateixes característiques, es podria arribar a compartir entre 8 unitats aproximadament. Pág. 64 Memoria 8. Anàlisi econòmic En aquest apartat del treball es desenvolupa el cost que representa la planificació del projecte a nivell de recursos utilitzats en aquest cas per l’estudiant. Al ser un estudi i no requerir de productes físics per arribar a les conclusions més enllà del propi ordinador, el cost del projecte es pot desglossar en els següents apartats: 8.1. Equipament Per a realitzar aquest estudi s’ha utilitzat un ordinador, el mateix que s’ha utilitzat per a tota la carrera. El valor de l’ordinador en el moment de la seva compra va ser d’uns 800€, per la qual cosa, si es calcula que l’ordinador té una vida útil d’uns 5 anys, el cost que s’ha d’amortitzar degut a la feina realitzada resulta en: 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑎𝑚𝑜𝑟𝑡𝑖𝑡𝑧𝑎𝑐𝑖ó= 800€ 5 𝑎𝑛𝑦𝑠∗ 365 𝑑𝑖𝑒𝑠 𝑎𝑛𝑦 ∗24 ℎ 𝑑𝑖𝑎 =0,01826€ ℎ𝑜𝑟𝑎 Per tant, el cost que sorgeix de l’ús del dispositiu és: 𝐶𝑜𝑠𝑡 =300ℎ∗0,01826€ ℎ=𝟓,𝟒𝟖€ 8.2. Consum energètic i tarifa d’internet El consum energètic es calcula com el consum del dispositiu durant el període d’ús multiplicat pel cost de la llum actual, que ascendeix a 0,356€/kWh. Aquest preu surt de fer la mitjana dels preus de la llum compresos en l’horari de 15:00 a 00:00, que és les hores en les que habitualment s’ha treballat. Així doncs, el cost relatiu al consum energètic és de: 𝐶𝑜𝑠𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 =0,356€ 𝑘𝑊ℎ∗300ℎ∗0,4𝑘𝑊 =𝟒𝟐,𝟕𝟐€ També es calcula que un ordinador consumeix entre 0,18 i 0,2kW, i que una pantalla en consumeix entre 0,2 i 0,22kW. Per la qual cosa, s’ha suposat que el consum energètic total dels dispositius ha estat de 0,4kW. Pel que fa a la tarifa de la companyia telefònica referent a l’internet utilitzat durant els 4 mesos Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 65 que han transcorregut des de l’inici del treball fins al final, és de 160€ (40€ mensuals). D’aquesta tarifa se n’ha de fer un repartiment equitatiu en 4 parts, doncs l’internet no és d’ús exclusiu per a una persona, si no per a les quatre que resideixen al domicili. El cost total de la tarifa d’internet és de 40€. 8.3. Mà d’obra El temps que s’ha dedicat a l’elaboració del projecte ha estat de 385 hores, que s’han desglossat de la següent manera: Activitat Temps dedicat (h) Cost (€) Investigació prèvia i recerca d’informació 35 385,35 Definició de les alternatives 40 440,4 Comparativa de les diferents alternatives 160 1761,6 Anàlisi de les tecnologies utilitzades als diferents mercats 40 440,4 Anàlisi de resultats i conclusions 60 660,6 Redacció de la memòria 50 550,5 TOTAL 385 4.238,85 Taula 21: Cost mà d'obra Per fer el càlcul dels costos de personal, s’ha tingut en compte el sou brut que percep un consultor tecnològic junior de mitjana a Espanya, que segons la pàgina Talent, és de 25.667€ [41]. Al salari brut, se li ha de descomptar la quantitat que es paga a la seguretat social i els impostos per IRPF, que són 1.630€ i 3.926€ respectivament. Per tant, el sou net anual per un treballador d’aquestes característiques és de 20.111€, que si es divideix entre les 1826 hores que es treballen anualment, resulta en un sou de 11,01€/h. Per tant, com que s’han dedicat Pág. 66 Memoria 385 hores a realitzar el treball, el cost de la mà d’obra ascendeix a 4.238,85€. 8.4. Cost total del treball En aquest apartat s’ha realitzat un petit resum del cost total del treball realitzat: Cost Equipament 5,48€ Hores de mà d’obra 4.238,85€ Consum energètic 42,72€ Tarifa d’internet 40€ Cost total 4.327,05€ Taula 22: Resum dels costos associats a la mà d'obra Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 67 9. Impacte ambiental Aquest estudi es centra en buscar una alternativa a les tecnologies actuals de transport urbà factible per a la línia 130 que permeti disminuir l’emissió de gasos contaminants i d’efecte hivernacle a l’atmosfera. És per aquest motiu que totes les alternatives descrites suposen una millora respecte a la tecnologia utilitzada actualment a la línia en matèria d’emissió de gasos contaminants. Algunes d’elles, com l’autobús híbrid de GLP no suposen una millora tan quantiosa com altres alternatives totalment elèctriques als motors de combustió interna propulsats per dièsel. L’alternativa final consta d’un autobús totalment elèctric, el qual carrega les seves bateries mitjançant dues alternatives tecnològiques diferents. Aquestes tecnologies de recàrrega no emeten cap tipus de contaminació per se, però si estan alimentades mitjançant electricitat obtinguda per vies renovables, l’impacte medi ambiental positiu que creen és molt major. En general, els vehicles elèctrics aporten més avantatges que els seus homòlegs de combustió interna. Però al fer la comparativa, es destaquen sobretot les emissions a nivell de gasos en la circulació del vehicle. Un dels principals beneficis que es pot trobar a l’utilitzar el vehicle elèctric en comptes del de combustió és la descarbonització dels nuclis urbans de grans ciutats on el trànsit de vehicles diaris és molt gran. Tot i així, també tenen alguns desavantatges, com són una major contaminació a l’hora de fabricar els components per als vehicles, sobretot en el cas de les bateries, i l’impacte mediambiental a la fase d’ús, la qual és molt volàtil degut a la obtenció de l’electricitat a través de recursos no renovables i el consum elèctric pot variar significativament. Coneixent els quilòmetres diaris que recorren els autobusos de la línia 130 (310,286km) i multiplicant aquest valor pels 365 dies en que està operatiu el servei, en total es recorren 113.254,4 km l’any. Si es té en compte que cada 100 km es consumeixen 21,2L de combustible dièsel [29] i que aquest combustible emet uns 2,64kg de CO2 per cada litre consumit [42], es pot obtenir l’emissió anual de CO2 que s’emet actualment: 𝐸𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖ó 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 =113.254,4𝑘𝑚 𝑎𝑛𝑦 ∗21,2𝐿 100𝑘𝑚∗2,64𝑘𝑔 𝐶𝑂2 𝐿=63.386,2 𝑘𝑔 𝐶𝑂2 Per altra banda, l’energia elèctrica produïda a Espanya no prové íntegrament de fonts renovables, per tant també s’ha de tenir en compte que s’emeten emissions per a generar aquesta energia. Per a expressar el valor de les emissions associades a la generació de l’electricitat consumida a Espanya, s’utilitza el mix elèctric. El valor del mix elèctric de la xarxa Pág. 68 Memoria elèctrica peninsular era de 0,25kg de CO2/kWh a l’abril de 2021 [43]. Si es realitza el mateix càlcul per a conèixer les emissions anuals de l’alternativa elèctrica de la línia: 𝐸𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖ó 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝑂2=113.254,4𝑘𝑚 𝑎𝑛𝑦 ∗41,9𝑘𝑊ℎ 100𝑘𝑚 ∗0,25𝑘𝑔 𝐶𝑂2 𝑘𝑊ℎ=11.863,4 𝑘𝑔 𝐶𝑂2 Tal i com es pot observar, les emissions de la línia quan s’utilitza el dièsel com a combustible són un 534% més grans. Tot i així, hi ha variables com les emissions derivades de l’extracció dels materials necessaris per fer les bateries que són molt elevades, molt més que en el cas de la construcció dels autobusos dièsel, que es poden considerar iguals a l’hora de fabricar l’autobús actual i la proposta de nou autobús. Es calcula que la petjada de carboni és d’entre 150 i 200 kg de CO2 per kWh d’una bateria [44]. Si es multipliquen els kg de CO2 que s’emeten de mitjana pels kWh de les bateries que formen part de l’autobús (44kWh), s’obté una xifra d’entre 6.600 i 8.800 kg de CO2. Si se suposa que les emissions derivades de la fabricació de la bateria del vehicle han estat de 8.800 kg de CO2, vol dir que es necessitaran una mica més de mig any per igualar les emissions totals d’ambdues alternatives: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 = 1+ 0 − 𝐷𝑖𝑓. 𝐴𝑛𝑦 1 𝐷𝑖𝑓. 𝐴𝑛𝑦 1 − 𝐷𝑖𝑓.𝐴𝑛𝑦 0=1+ 0−(−8800) 42.722,8−(−8800)=0,1708 𝑎𝑛𝑦𝑠 Per tal d’obtenir aquest valor, s’ha observat entre quins anys hi ha hagut el canvi de signe en la diferència d’emissions i s’ha ponderat el valor per tal d’obtenir el resultat, de la mateixa manera que es faria per veure l’amortització d’un projecte. A la taula de l’annex 10.6 es pot observar la diferència d’emissions acumulades en els següents 10 anys, que serà de 506,4 tones de CO2, essent l’alternativa d’autobús dièsel pitjor que l’alternativa elèctrica. Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 69 Conclusions El present treball presenta una alternativa al model actual de la línia 130 d’autobús de Barcelona menys contaminant tot mantenint l’horari de servei establert per la companyia de transports TMB. La primera conclusió del treball és que hi ha una alternativa viable menys contaminant que la proposta actual a la línia d’autobús 130. Aquesta alternativa té unes emissions a la ciutat de 0kg de CO2 en la fase d’ús, la qual cosa permet evitar l’emissió de gasos contaminants al nucli urbà, contribuint a la millora de l’aire que s’hi respira. tot i que a nivell global no són nul·les. Les emissions provenen de la producció de l’electricitat, doncs a Espanya l’energia elèctrica no es genera a partir de fonts 100% renovables i la petjada de carboni no és zero tot i disminuir significativament l’actual contaminació i de la fabricació de les bateries per al vehicle, que és un factor a considerar degut a que la quantitat d’emissions en la fabricació representa un 57% de les emissions anuals de la línia quan aquesta és elèctrica. A nivell de contaminació la proposta d’electrificació de la línia és significativament millor que l’actual tecnologia utilitzada i es dedueix que és una implantació necessària per poder-se apropar a l’objectiu de París de reducció d’emissions de gasos d’efecte hivernacle. La viabilitat de la implantació passa per la renovació de la línia amb autobusos elèctrics de bateries, els quals tenen una autonomia aproximada de 85km. Per poder donar servei diàriament, els autobusos fan ús de la recàrrega d’oportunitat, la qual es realitza a l’inici de la línia (carrer Major de Can Caralleu) a través d’una estació de recàrrega ultra ràpida de 500kW de potència, que permet carregar les bateries del vehicle entre el 30% i el 80% de la seva capacitat en un període de temps de 8 minuts. En el temps en el qual no s’utilitzen els autobusos (període nocturn), aquests es carreguen a la cotxera mitjançant una càrrega ràpida de 50kW, aprofitant les instal·lacions de les quals es disposen per tal de reduir els costos d’implantació. Amb aquesta disposició d’horaris s’aconsegueix poder mantenir el servei habitual sense desviacions, tot mantenint el número de torns i el nombre de vehicles per torn (1 vehicle per cadascun dels 2 torns). De les alternatives possibles, la recàrrega d’oportunitat via pantògraf era la millor seguint els criteris establerts, donant especial rellevància a la viabilitat horària i la reducció de la contaminació, tot seguit del cost d’implantació, tot i que aquest últim és una aproximació ja que no es pot conèixer el valor exacte. Pel que fa a costos de les alternatives, s’ha pogut veure que hi ha un gran estalvi a l’hora de fabricar un autobús amb menor autonomia, de la mateixa manera que se’n redueixen les emissions. Per altra banda, s’han de construir estacions de recàrrega per poder donar servei a la línia com fins ara. El fet que la potència de càrrega sigui menor per a les alternatives d’inducció suposa un Pág. 70 Memoria problema en quant a autonomia, ja que amb el mateix temps de càrrega que l’alternativa de pantògraf, aquesta permet carregar més energia a les bateries. Això però no és un problema per a oferir un servei com l’actual a nivell d’horaris, simplement es necessiten fer més parades per tal de tenir suficient autonomia. Pel que fa al cost, aquest si que és un element diferencial entre les dues alternatives, tot i que si es proposés fer estacions de càrrega en estacions comunes entre línies, es podria abaratir el cost de les estacions, que requereixen d’una construcció més costosa per implementar-se. Igualment aquesta tecnologia està fent grans canvis i les previsions futures són positives. En el desenvolupament del treball, s’ha pogut veure que hi ha opcions tecnològiques molt avançades que poden fer front a problemes amb els quals es troben els vehicles elèctrics en quant a l’autonomia, com és el cas de la càrrega inductiva dinàmica o l’intercanvi de bateries. La primera podria suposar un gran avenç en la transició energètica dels vehicles elèctrics als nuclis urbans, però és una tecnologia molt poc evolucionada i requereix de molta investigació abans de poder-se utilitzar. La segona és una alternativa provada que permet allargar la vida útil de les bateries, ja que no utilitza càrrega ràpida. Tot i així, per poder incorporar aquesta alternativa, seria necessari implantar un sistema universal d’intercanvi de bateries per autobusos, el qual no existeix actualment degut a les diferències en les bateries utilitzades en els diferents vehicles. També s’ha pogut observar que és viable obtenir una alternativa que permeti transportar un nombre de passatgers igual a l’actual, de manera que es pugui seguir prestant el servei com fins aquest moment. Aquest punt és especialment rellevant, perquè en cas contrari, s’hauria d’haver fet un estudi paral·lel de la necessitat de places en cada franja horària on es plantegés la incorporació d’un tercer torn d’autobús a la línia. Finalment, s’ha arribat a la conclusió que l’electrificació de les línies d’autobús de barri és molt rellevant per poder fer un gran salt en la transició energètica dels vehicles en l’àmbit urbà. Tot i que a nivell de desplaçament de passatgers no representa un percentatge molt elevat en comparació amb altres línies com l’H16, el nombre d’autobusos utilitzats és molt elevat, per tant la reducció d’emissions de gasos d’efecte contaminant es veuria reduïda significativament. Estudi de la transició energètica d’una línia d’autobús Pàg. 71 Agraïments M’agradaria aprofitar aquest apartat per donar el meu més profund agraïment a totes aquelles persones que amb la seva col·laboració han fet possible aquest treball. En primer lloc al Dr. Xavier Carod, tutor de la memòria, que m’ha ajudat a profunditzar en la gestió de projectes i a tenir una visió més estructurada. A Daniel Pradas, director de la línia H4 de TMB, per la seva predisposició a donar un cop de mà amb els dubtes que tingués sobre el funcionament de la línia i altres dades. A la meva família, sense l’ajut de la qual no hagués pogut enfocar-me única i exclusivament en el treball, per ser un suport incondicional i inspirar-me a treballar en els moments de defalliment, no només amb el treball si no en el transcurs de la carrera. Pàg. 72 Memòria Bibliografia Referències bibliogràfiques [1] I. Carrilero, M. González, D. Anseán, J. C. Viera, J. Chacón, and P. G. Pereirinha, “Redesigning European Public Transport: Impact of New Battery Technologies in the Design of Electric Bus Fleets,” in Transportation Research Procedia, 2018, vol. 33, pp. 195–202, doi: 10.1016/j.trpro.2018.10.092. [2] “Contaminación atmosférica — Agencia Europea de Medio Ambiente.” https://www.eea.europa.eu/es/themes/air/intro (accessed Jan. 23, 2022). [3] “Vision – ZeEUS – Zero Emission Urban Bus System.” https://zeeus.eu/aboutzeeus/vision (accessed Jan. 11, 2022). [4] “Acuerdo de París.” https://ec.europa.eu/clima/eu-action/international-action-climatechange/climate-negotiations/paris-agreement_es (accessed Oct. 21, 2021). [5] “Draft CMA decision proposed by the President,” Accessed: Jan. 23, 2022. [Online]. Available: https://ukcop26.org/glasgow-leaders-declaration-on-forests-and-land-use/. [6] À. M. de B. AMB, “La ZBE - Àrea Metropolitana de Barcelona.” https://www.zbe.barcelona/es/zones-baixes-emissions/la-zbe.html (accessed Jan. 14, 2022). [7] T. M. de B. TMB, “Barcelona rep el primer bus d’hidrogen que es proveirà properament a la planta d’Iberdrola | TMB Notícies.” https://noticies.tmb.cat/sala-depremsa/barcelona-rep-primer-bus-dhidrogen-que-es-proveira-properament-plantadiberdrola (accessed Jan. 14, 2022). [8] “TMB reducirá 27.900 toneladas de CO2 en cuatro años | Calidad del Aire | Ajuntament de Barcelona.” https://ajuntament.barcelona.cat/qualitataire/es/noticia/tmb-reducira-27900-toneladas-de-co2-en-cuatro-anos_652214 (accessed Jan. 11, 2022). [9] “Proyectos de innovación de TMB | Transports Metropolitans de Barcelona.” https://www.tmb.cat/es/sobre-tmb/innovacion-y-proyectos/innovacion (accessed Jan. 10, 2022). [10] A. Lajunen and T. Lipman, “Lifecycle cost assessment and carbon dioxide emissions of diesel, natural gas, hybrid electric, fuel cell hybrid and electric transit buses,” Energy, vol. 106, pp. 329–342, Jul. 2016, doi: 10.1016/J.ENERGY.2016.03.075. [11] C. L. Carwow, “Electric cars put to the ultimate range test | carwow,” Dec. 23, 2021. https://www.carwow.co.uk/blog/ultimate-electric-car-range-test#gref (accessed Jan. 12, 2022). [12] K. H. A. Karsan, “Specs - Jest Electric | Karsan.” https://www.karsan.com/es/jestelectric-especificaciones (accessed Jan. 15, 2022). Aquí pot anar el títol del vostre TFG/TFM Pág. 73 [13] S. Fernández, “TMB y Endesa electrificarán una línea de autobús de Barcelona que incluirá recarga ultrarrápida | forococheselectricos,” Dec. 01, 2016. https://forococheselectricos.com/2016/12/tmb-y-endesa-electrificaran-una-linea-deautobus-de-barcelona-que-incluira-recarga-ultrarrapida.html (accessed Jan. 16, 2022). [14] S. L. Selectra Madrid Energia, “Precio kWh España 2022: Evolución, Tarifas y Comparativa.” https://tarifaluzhora.es/info/precio-kwh (accessed Jan. 19, 2022). [15] S. A. E. M. de T. de M. EMT Madrid, “EMT Madrid. Empresa Municipal de Transportes de Madrid, S. A. - EMT invierte 177 millones en la compra de 520 autobuses de gas y 50 eléctricos.” https://www.emtmadrid.es/Noticias/EMT-invierte-177-millones-en-lacompra-de-520-auto.aspx (accessed Jan. 16, 2022). [16] M. D. C. Momentum Dynamics, “Wireless in Action - Momentum Dynamics.” https://momentumdynamics.com/solution/ (accessed Jan. 15, 2022). [17] G. E. P. Europa Press, “La línea 76 será desde finales de enero la primera de la EMT 100% eléctrica con carga por inducción,” Madrid, Dec. 29, 2017. [18] Otero, “Viena incorpora 12 autobuses eléctricos.” https://www.motorpasion.com/coches-hibridos-alternativos/viena-incorpora-12autobuses-electricos (accessed Jan. 16, 2022). [19] G. Sciutto2, “Competitiveness of trolleybus in urban transport,” 2001. [Online]. Available: www.witpress.com,. [20] T. H. NIO, “The Current State of EV Battery Swapping | NIO.” https://www.nio.com/blog/current-state-ev-battery-swapping (accessed Jan. 15, 2022). [21] A. Ample, “How it works | Ample.” https://ample.com/how-it-works/ (accessed Jan. 15, 2022). [22] S. M. Sun Mobility, “Sun Mobility.” https://www.sunmobility.co.in/technology.html (accessed Jan. 15, 2022). [23] F. Shyang-Chyuan, B.-R. Ke, and C.-Y. Chung, “Minimization of Construction Costs for an All Battery-Swapping Electric-Bus Transportation System: Comparison with an All Plug-In System,” 2017. [Online]. Available: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKE wj4x5Luyrb1AhVQTBoKHd2sC9QQFnoECAQQAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.mdp i.com%2F1996-1073%2F10%2F7%2F890%2Fpdfvor&usg=AOvVaw0znHGUMeZG4cY9ifTWaehg. [24] S. L. Alldatanow, “Precios de los derivados del petróleo: España 2022 | datosmacro.com.” https://datosmacro.expansion.com/energia/precios-gasolina-dieselcalefaccion/espana (accessed Jan. 20, 2022). [25] S. A. Transports Metropolitans de Barcelona, “Proyectos de innovación de TMB | Transports Metropolitans de Barcelona.” https://www.tmb.cat/es/sobre-tmb/innovaciony-proyectos/innovacion (accessed Jan. 20, 2022). [26] L. A. Graham, G. Rideout, D. Rosenblatt, and J. Hendren, “Greenhouse gas emissions Pàg. 80 Memòria 10.2.3. Contaminació sonora Contaminació sonora Bateria llarga duració Oportunitat pantògraf Oportunitat inducció Trolleybus Bateries intercanviables Híbrid endollable CNG Cel·la d'hidrogen Bateria de llarga duració 1 1 1 1 1 3 5 1 Oportunitat pantògraf 1 1 1 1 3 5 1 Oportunitat inducció 1 1 1 3 5 1 Trolleybus 1 1 3 5 1 Bateries intercanviables 1 3 5 1 Híbrid endollable 1 1,6 3 CNG 1 5 Cel·la d'hidrogen 1 Taula 25: Comparació de les alternatives segons la contaminació sonora. Aquí pot anar el títol del vostre TFG/TFM Pág. 81 10.2.4. Autonomia Autonomia Bateria llarga duració Oportunit at pantògraf Oportunit at inducció Trolleybu s Bateries intercanvia bles Híbrid endollable CNG Cel·la d'hidroge n Bateria de llarga duració 1 1/3 2/3 6 1/3 1/6 1/6 1/6 Oportunitat pantògraf 1 2 1/2 1 1/2 1/2 1/2 Oportunitat inducció 1 1/4 1/2 1/4 1/4 1/4 Trolleybus 1 2 1 1 1 Bateries intercanviables 1 1/2 1/2 1/2 Híbrid endollable 1 1 1 CNG 1 1 Cel·la d'hidrogen 1 Taula 26: Comparació de les alternatives segons l'autonomia. Pàg. 82 Memòria 10.3. Matriu comparativa 1Object 1Contaminació visual 2Contaminació aèria 3Contaminació sonora 4Cost d'implementació 1Object 0 0 0 0 0 1Contaminació visual 0,0516 0 0 0 0 2Contaminació aèria 0,3453 0 0 0 0 3Contaminació sonora 0,0312 0 0 0 0 4Cost d'implementació 0,2474 0 0 0 0 5Cost de manteniment 0,2015 0 0 0 0 6Autonomia 0,1229 0 0 0 0 1Bateria de llarga duració 0 0,157132 0,162602 0,153063 0,084353 2Recàrrega d'oportunitat via pantògraf 0 0,087646 0,162602 0,153063 0,09785 3Recàrrega d'oportunitat per inducció 0 0,167078 0,162602 0,153063 0,061156 4Trolleybus 0 0,017911 0,162602 0,153063 0,072481 5Bateries intercanviables 0 0,050196 0,162602 0,153063 0,076089 6Hibrid endollable 0 0,154548 0,016260 0,050995 0,212717 7Hibrid GLP 0 0,166935 0,00813 0,030628 0,296515 8Cella d'hidrogen 0 0,198554 0,162602 0,153063 0,098838 ... Aquí pot anar el títol del vostre TFG/TFM Pág. 83 ... 5Cost de manteniment 6Autonomia 1Object 0 0 1Contaminació visual 0 0 2Contaminació aèria 0 0 3Contaminació sonora 0 0 4Cost d'implementació 0 0 5Cost de manteniment 0 0 6Autonomia 0 0 7Viabilitat horària 0 0 8Maduresa tecnològica 0 0 1Bateria de llarga duració 0,132155 0,0498 2Recàrrega d'oportunitat via pantògraf 0,1483 0,09344 3Recàrrega d'oportunitat per inducció 0,1483 0,04672 4Trolleybus 0,175173 0,18688 5Bateries intercanviables 0,175173 0,09344 6Hibrid endollable 0,125484 0,18688 7Hibrid GLP 0,065415 0,18688 8Cella d'hidrogen 0,030001 0,15878 Taula 27: Ponderació de les comparatives Pàg. 84 Memòria 10.4. Temps de càrrega disponible T-01 Major Can Caralleu Pl. d'Artós Major Can Caralleu-> Pl. d’Artós Pl. d’Artós -> Major Can Caralleu T-01 T-01 velocitats tornada Dif t recorregut (mins) velocitats anada Dif t recorregut (mins) T recàrrega 7:00 7:13 15,56 0:13 13,02 12,56 0:32 19,03 12,97 7:45 7:58 15,56 0:13 13,02 12,56 0:34 19,03 14,97 8:32 8:54 9,2 0:22 22,02 10,85 0:28 22,03 5,97 9:22 9:42 10,14 0:20 19,98 11,96 0:30 19,98 10,02 10:12 10:27 13,51 0:15 15,00 12,56 0:32 19,03 12,97 10:59 11:13 14,49 0:14 13,98 12,56 0:31 19,03 11,97 11:44 11:58 14,49 0:14 13,98 12,56 0:28 19,03 8,97 12:26 12:39 15,56 0:13 13,02 12,56 0:29 19,03 9,97 13:08 13:21 15,56 0:13 13,02 12,56 0:29 19,03 9,97 13:50 14:03 16,23 0:13 12,48 12,56 0:28 19,03 8,97 14:31 14:43 16,89 0:12 12,00 12,56 0:28 19,03 8,97 15:11 15:24 15,56 0:13 13,02 11,96 0:29 19,98 9,02 15:53 16:07 13,745 0:14 14,74 11,67 0:33 20,48 12,52 16:40 16:57 11,93 0:17 16,98 11,38 0:33 21,00 12,00 17:30 17:47 11,93 0:17 16,98 10,85 0:33 22,03 10,97 18:20 18:35 13,51 0:15 15,00 12,56 0:33 19,03 13,97 19:08 19:22 14,49 0:14 13,98 13,28 0:31 18,00 13,00 19:53 20:07 15,56 0:14 13,02 14,1 0:30 16,95 13,05 20:37 20:50 16,89 0:13 12,00 14,92 16,02 Taula 28: Dades del torn 1 de la línia 130. A la columna blava es pot veure el temps de recàrrega disponible. T-02 Can Caralleu Pl. d'Artós Major Can Caralleu-> Pl. d'Artós Pl. d'Artós -> Major Can Caralleu T-02 T-02 velocitats tornada dif t t recorregut (mins) velocitats anada dif t recorregut (mins) T recàrrega 7:25 7:38 15,56 0:13 13,02 12,56 0:29 19,03 12,97 8:07 8:29 9,2 0:22 22,02 10,85 0:28 22,03 11,97 8:57 9:18 9,2 0:21 22,02 11,96 0:29 19,98 8,02 9:47 10:06 10,14 0:19 19,98 11,96 0:30 19,98 10,02 10:36 10:51 13,51 0:15 15,00 12,56 0:31 19,03 12,97 11:22 11:36 14,49 0:14 13,98 12,56 0:29 19,03 11,97 Aquí pot anar el títol del vostre TFG/TFM Pág. 85 12:05 12:18 15,56 0:13 13,02 12,56 0:29 19,03 8,97 12:47 13:00 15,56 0:13 13,02 12,56 0:29 19,03 9,97 13:29 13:42 15,56 0:13 13,02 12,56 0:29 19,03 9,97 14:11 14:23 16,89 0:12 12,00 12,56 0:28 19,03 8,97 14:51 15:04 16,89 0:13 12,00 12,56 0:27 19,03 8,97 15:31 15:44 15,56 0:13 13,02 11,96 0:32 19,98 9,02 16:16 16:33 11,93 0:17 16,98 11,67 0:32 20,48 12,52 17:05 17:22 11,93 0:17 16,98 11,38 0:33 21,00 12,00 17:55 18:10 12,72 0:15 15,93 10,85 0:34 22,03 10,97 18:44 18:59 13,51 0:15 15,00 12,56 0:32 19,03 13,97 19:31 19:45 14,49 0:14 13,98 13,28 0:30 18,00 13,00 20:15 20:28 16,89 0:13 12,00 14,1 0:32 16,95 13,05 21:00 21:12 16,89 0:12 12,00 14,92 16,02 Taula 29: Dades del torn 2 de la línia 130. A la columna blava es pot veure el temps de recàrrega disponible. 10.5. Especificacions tècniques autobús Mercedes Sprinter City 75 Il·lustració 20: Fotografia lateral Sprinter City 75 Il·lustració 21: Visió frontal Sprinter City 75 Pàg. 86 Memòria Il·lustració 22: Mesures i pesos Sprinter City 75 Il·lustració 23: Disposició places Sprinter City 75 Aquí pot anar el títol del vostre TFG/TFM Pág. 87 Il·lustració 24: Circumferència de viratge Sprinter City 75 10.6. Taula d’emissions al llarg de 10 anys: autobús dièsel vs elèctric Emissions inicials (kg CO2) Any 1 Any 2 Any 3 Any 4 Any 5 Dièsel 0 63386,2 63386,2 63386,2 63386,2 63386,2 Elèctric 8.800 11863,4 11863,4 11863,4 11863,4 11863,4 Acumulat dièsel 0 63386,2 126772,4 190158,6 253544,8 380317,2 Acumulat elèctric 8800 20663,4 32526,8 44390,2 56253,6 68117 Diferència -8800 42722,8 94245,6 145768,4 197291,2 248814 Pàg. 88 Memòria Any 6 Any 7 Any 8 Any 9 Any 10 Dièsel 63386,2 63386,2 63386,2 63386,2 63386,2 Elèctric 11863,4 11863,4 11863,4 11863,4 11863,4 Acumulat dièsel 380317,2 443703,4 507089,6 570475,8 633862 Acumulat elèctric 79980,4 91843,8 103707,2 115570,6 127434 Diferència 300336,8 351859,6 403382,4 454905,2 506428 Taula 30: Anàlisi d'emissions de CO2 en kg en un transcurs de 10 anys.