2.0 elektrische aandrijving en aerodynamische vormgeving

snelwegbus 2.0 

De snelwegbus richt zich op het efficiŽnt vervoeren van mensen, waardoor het energieverbruik per reiziger laag is ten opzichte van autogebruik.
Het rendement van een traditionele dieselmotor is echter laag: ca 40 % van de energie wordt omgezet in voortbewegingsenergie. Daarnaast zijn er nog transmissieverliezen. 
Door elektrisch te rijden kan het energieverbruik sterk beperkt worden en kan met groene stroom zero-emissie worden gereden. De ontwikkeling van elektrische bussen gaat snel, de kosten (TCO) van EV-bussen zijn inmiddels lager dan van dieselbussen.

Met maatregelen aan de bus kan de rolweerstand en de luchtweerstand verlaagd worden en het energieverbruik beperkt. Dit scheelt niet alleen kosten voor elektriciteit, maar ook de batterijpakketten kunnen kleiner worden uitgevoerd (of gaan langer mee).
Bij de hogere snelheden waarvan sprake is bij de snelwegbus 2.0 (100-120 km/u), is het belang van de luchtweerstand vrij groot. Dit vraagt om veel aandacht voor de aerodynamische vormgeving.
 
 
 
De dieselmotor heeft een rendement van ongeveer 40%. Andere energieverbruik is:
transmissie, luchtweerstand, rolweerstand en acceleratie
 
Bij hogere snelheden neemt de luchtweerstand sterk toe, bij 70 km/u al meer dan de helft van de nuttige energie 
 
snelwegbus 2.0 elektrisch
Elektrische motoren hebben een heel hoog rendement, boven de 90 %, terwijl met regeneratief remmen een deel van de bewegingsenergie weer wordt omgezet in elektrische energie en met in-wheelmotoren zijn er geen transmissieverliezen. Met groene  stroom kan emissievrij worden gereden. (Bij gebruik van grijze stroom is de milieuwinst veel beperkter) 

De energiebehoefte van de snelwegbus vraagt een stevig batterijpakket. Dat heeft deels te maken met het gewicht, maar vooral met de hoge snelheden, waardoor de luchtweerstand hoog is en door de grote afstanden die afgelegd worden, t.g.v. de hoge snelheden. Uitgaande van een verbruik van 1 kWh/km is de benodigde energie is ca. 1000-1500 kWh per dag. In combinatie met snelladen (meerdere keren per dag tijdens rijpauzes), is een elektrische snelwegbus (batterijen 300 kWh) inmiddels goed mogelijk. De kosten van de lithium-ion batterijen nemen sterk af, waardoor volledig elektrische snelwegbussen, inmiddels beter renderen dan diesel.
Een belangrijk aandachtspunt is nog het kunnen snelladen van de snelwegbussen in ca. 10-15 minuten, zodat de exploitatie niet negatief wordt beÔnvloed. 

snelwegbus 2.0 aerodynamica en verkleinen rolweerstand
De verplaatsingsweerstand is opgebouwd uit rolweerstand en luchtweerstand. 
De luchtweerstand vraagt bij hogere snelheden meer dan de helft van het energieverbruik.
Het vereiste vermogen neemt toe met de snelheid: voor de rolweerstand met de tweede macht voor de luchtweerstand met de derde macht. Alle reden om te kijken hoe de verplaatsingsweerstand kan worden verkleind.

Rolweerstand beperken: lichte voertuigen, keuze banden
De rolweerstand, het "plakkenĒvan de banden aan de weg is afhankelijk van het gewicht dat op de banden drukt en de snelheid.  De rolweerstand wordt, behalve door de rijsnelheid, bepaald door de wrijvingscoŽfficiŽnt van de banden en het gewicht. Door gewichtsbesparing (20-30% is mogelijk) en bandentype kan rolweerstand worden beperkt (energieverbruik bandenlabel A of B).  
 
Luchtweerstand
De luchtweerstand is afhankelijk van het frontale oppervlak, de weerstandscoŽfficient, waarin de aerodynamische vormgeving tot uitdrukking komt[1].
De luchtweerstand heeft bij hogere snelheden veel invloed op het energieverbruik. De luchtweerstand neemt toe met het kwadraat van de snelheid. Bij een snelheid van 112 km/u is de luchtweerstand twee maal zo groot als 80 km/u.
 
Verkleinen van het frontale oppervlak heeft direct invloed op de luchtweerstand. Het beperken van hoogte of breedte heeft daarbij dan zin. De breedte bepaalt het aantal reizigers dat mee kan en comfort (zie zitplaatscapaciteit). De hoogte kan in principe beperkt worden tot zithoogte (ca. 1.70 m, als bij een auto, dit wordt toegepast bij superbus), om reden van comfort en functioneren in het openbaar vervoer is stahoogte (ca. 2.20m.) in het voertuig wenselijk.
 
 
 
 
In de figuur is te zien is dat personenauto's een veel lagere  weerstands-coŽfficient hebben dan bussen. Dit wordt bepaald door de aerodynamische vormgeving. Bussen zijn (traditioneel) feitelijk vierkante dozen, waar de lucht niet goed langs kan afstromen. Bij hogere snelheden is dit een probleem.De luchtweerstand is opgebouwd uit drukweerstand en wrijvingsweerstand. De drukweerstand is het gevolg van overdruk aan de voorzijde van de voortbewegende bus en onderdruk aan de achterzijde. Het aandeel van de wrijvingsweerstand is ca 10 %. 
 
 
Het is wenselijk dat aanstromende lucht aan de voorkant goed het voertuig volgt en niet loslaat. Dit is goed te realiseren met afgeronde hoeken en of eventueel hoekvinnen, die de luchtstroming "de hoek omzettenĒ.  Met een gladde onderkant kan aan de onderkant de lucht goed langs het voertuig stromen. 
 
Aan de achterzijde is het belangrijk dat de luchtstroming zo veel mogelijk het voertuig volgt en het oppervlak waarbij de stroming loslaat zo beperkt mogelijk is. Dit moet met een kleiner hoek dan aan de voorkant. Dit is uiteraard maar beperkt mogelijk. Het gaat dan om het verminderen van dit oppervlak met onderdruk, en/of het verminderen van de onderdruk,  m.b.v. een zgn. boattail. 
 
 
 
Met een aerodynamische vormgeving van de bus wordt de Cd -waarde vrijwel gehalveerd. (bv de Setra 500 heeft al een Cd waarde van 0,33) Omdat ook de hoogte kan worden beperkt is de luchtweerstand van een snelwegbus 2.0 laag.  


[1].D = Cd * Ĺ * r * v2 * S,
waarin: D weerstand , Cd de weerstandscoŽfficiŽnt , r de luchtdichtheid, v de snelheid en S het frontaal oppervlak