Uusi tutkimus paljastaa julkisen liikenteen sähköistämisen piileviä haasteita

Me ihmiset emme oikein pidä kylmästä. Loppujen lopuksi verenkiertomme heikkenee, lämmönhukka lisääntyy ja kärsimme kädentaitojen heikkenemisestä.

Mutta entä koneet, etenkin sähköautommeNo, kävi ilmi, etteivät hekään pidä kylmästä säästä.

A uusi tutkimus¹ on havainnut, että sähköbussien kuluttama ja regeneroima kokonaisenergia kasvaa keskimäärin 48 % lämpötilan ollessa -4 °C - 0 °C verrattuna optimaaliseen lämpötilavyöhykkeeseen (OTZ). Samaan aikaan keskimääräinen nousu -12 °C - 10 °C välillä on 28.6 %.

Miksi sähköistäminen mullistaa joukkoliikennettä ja energiaa maailmanlaajuisesti

Sähköbussit ovat osa sähköistymistrendiä, joka muokkaa nopeasti maailmanlaajuista energiamaisemaa. Tämä merkitsee siirtymistä kohti sähköajoneuvoja ja energian varastointiratkaisuja, jotka korvaavat fossiilisten polttoaineiden käytön. Nämä korvaajat ovat tehokkaampia, vähentävät energiankulutusta ja vähentävät hiilidioksidipäästöjä energia- ja liikennesektoreissa.

Tämä siirtymä ei ainoastaan vähentää kasvihuonekaasupäästöjä mutta myös parantaa energiaturvallisuutta, edistää kestävää talouskasvua ja tukee puhtaampien ja kestävämpien energiajärjestelmien kehittämistä maailmanlaajuisesti.

Osana tätä trendiä sähköajoneuvot ovat saamassa paljon jalansijaa, ja niitä on yli 4 miljoonaa myytyä sähköautoa vuoden 2025 ensimmäisellä neljänneksellä, mikä on yli miljoona sähköautoa enemmän myyty tämän vuoden kolmen ensimmäisen kuukauden aikana kuin edellisen vuoden vastaavana ajanjaksona.

Kevyet hyötyajoneuvot, kuten henkilöautot ja pakettiautot, muodostavat suurimman osan näistä sähköautojen myynnistä. Kansainvälisen energiajärjestön (IEA) raportin mukaan sähköbussien ja sähkökäyttöisten kevyiden hyötyajoneuvojen osuus oli vuonna 2024 suunnilleen sama, mutta sähköbussien myyntiosuus kasvaa hitaammin. 

Osakkeen ennustetaan laskevan alle 20% maailmanlaajuisesti tämän vuosikymmenen loppuun mennessä Stated Policies Scenario (STEPS) -skenaariossa, joka tarjoaa sektorikohtaisen arvion energiaan liittyvien tavoitteiden saavuttamiseksi toteutetuista toimista. Tämän seurauksena sähköbussien odotetaan muodostavan hieman yli 10 % maailmanlaajuisesta bussikannasta vuoteen 2030 mennessä.

Sähköbussien maailmanlaajuisten markkinoiden ennustetaan kuitenkin kasvavan 17 miljardista dollarista vuonna 2024 37.5 miljardiin dollariin vuoteen 2030 mennessä, mikä vastaa 14.2 prosentin vuotuista kasvuvauhtia (CAGR).

Tämän trendin mukaisesti New Yorkin Ithacassa toimiva julkisen liikenteen operaattori Tompkins Consolidated Area Transit (TCAT) hankki rahoituksen seitsemän täyssähköbussin koeajoon, mutta kokemukset eivät osoittautuneet odotetun hyviksi. Bussit kamppailivat alueen mäkisessä maastossa ja olivat epäluotettavia, ja niiden toimintasäde oli lyhyempi kylmällä säällä. Niinpä TCAT otti yhteyttä Cornellin tutkijoihin saadakseen tietoa heidän pilottiohjelmastaan.

Cornellin tutkijat ottivat tämän tehtävän vastaan ​​ja arvioivat huolellisesti linja-autojen heikkoa suorituskykyä kylmällä säällä sekä sen vaikutuksia valmistajille, liikennöitsijöille, päättäjille, kouluille, kaupungeille ja muille ryhmille, jotka harkitsevat kalustojensa sähköistämistä.

Miksi sähköbussit kamppailevat kylmällä säällä: Keskeiset haasteet

Vaikka akkukäyttöiset sähköbussit (BEB) ovat osoittaneet suurta potentiaalia kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisessä ja niiden odotetaan olevan keskeisessä roolissa julkisen liikenteen muuttamisessa kohti puhtaita energiavaihtoehtoja, ne kohtaavat haasteita, jotka rajoittavat niiden laajamittaista käyttöönottoa.

Näistä teknisistä haasteista BEB-laitteiden rajallinen toimintasäde, erityisesti kylmissä sääolosuhteissa, on merkittävä ongelma.

Asia on niin, että aivan kuten kaikkien muidenkin korkeajännitteisillä akuilla varustettujen sähköautojen, myös sähköbussien energiatehokkuus heikkenee merkittävästi optimaalisen lämpötilan alapuolella. Tämä koskee erityisesti pakkasolosuhteita, mikä puolestaan ​​johtaa lisääntyneisiin kokonaiskäyttökustannuksiin ja toimintasädepelkoon.

Koska kaupunkiliikenteen linja-autot ajavat keskimäärin 42,940 XNUMX mailia vuodessa – neljä kertaa enemmän kuin tyypillinen henkilöauto – ja kulkevat kiinteillä reiteillä ja aikatauluilla, kylmän sään aiheuttama sähköbussien suorituskyvyn vaihtelu luo vakavia haasteita kuljetustarpeiden täyttämisessä.

Latausbussien aikataulutuksen ja kuormanvälityksen hankaluuksien lisäksi haasteisiin kuuluivat akun koon valinta ja latausinfrastruktuurin suunnittelu. Kaikki nämä tekijät voivat vaikuttaa kielteisesti latausbussien taloudelliseen kannattavuuteen dieselbusseihin verrattuna.

Kun kyse on BEB-akkujen lyhyemmästä toimintasäteestä kylmällä säällä, se johtuu useista toisiinsa liittyvistä tekijöistä.

Tärkeintä on, että akkukennojen kemialliset ominaisuudet, jotka ovat herkkiä lämpötilalle, johtavat pienempään kapasiteettiin ja alhaisempiin purkausnopeuksiin. Akkukennojen pitämiseksi optimaalisessa lämpötilassa on kehitetty akun lämmönhallintajärjestelmiä (BTMS), mutta jopa ne voivat olla energiaintensiivisiä käyttöolosuhteista riippuen.

Sitten on vielä lisääntynyt energiankulutus ilmanvaihto-, lämmitys- ja ilmastointijärjestelmästä (LVI), mikä lyhentää merkittävästi toimintasädettä.

Jarrutusenergiaa talteen ottavien regeneratiivisten jarrujärjestelmien tehokkuus heikkenee kylmissä olosuhteissa useiden teknisten ja ympäristötekijöiden vuoksi. Lisäksi kuljettajien ja käyttäjien käyttäytyminen, johon vaikuttavat epäsuotuisat sääolosuhteet ja reittien ominaisuudet, vaikuttaa merkittävästi jarrutusjärjestelmien energiatehokkuuteen. 

Kaikkien näiden inhimillisten ja mekaanisten tekijöiden yksityiskohtainen ymmärtäminen on siis olennaista, jotta voidaan kehittää tehokkaita strategioita kylmän sään haitallisten vaikutusten lieventämiseksi ajoneuvojen polttoainesäiliöihin. Tämä puolestaan ​​alentaa ajoneuvokaluston ylläpitäjien käyttökustannuksia ja antaa valmistajille mahdollisuuden parantaa ajoneuvojensa suunnittelua paremman kylmän sään suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Useissa tutkimuksissa on pyritty kvantifioimaan kylmän sään vaikutusta energiansäästölaitteiden suorituskykyyn simuloimalla niiden energiankulutusta ja tutkimalla ympäröivän ilman lämpötilan vaikutusta todelliseen maailmaan. 

Merkittäviä aukkoja on kuitenkin edelleen ymmärryksessä siitä, miten tämä vaikutus ilmenee erilaisissa, monimutkaisemmissa skenaarioissa, kuten tyhjäkäynnillä ja ajon aikana maaseutu- ja kaupunkireiteillä, mikä on ratkaisevan tärkeää kohdennettujen alueellisten toimintastrategioiden kannalta. 

Akkulämmityksen, regeneratiivisen jarrutuksen ja muiden keskeisten komponenttien vaikutuksia energiatehokkuuteen ei ole käsitelty riittävästi monimutkaisissa reittisuunnitteluissa, ja lisäksi ei ole olemassa käytännön tutkimuksia, jotka kattavat merkittäviä matkoja pakkaslämpötiloissa. Lisäksi tietoa akkukäyttöisten akkujen toteutettavuudesta kylmällä säällä on rajallisesti, eikä kylmän sään toimintastrategioihin ole riittävästi ohjeita.

Cornellin yliopiston tutkijat siis analysoivat kylmän sään vaikutusta energiankulutukseen ja energian uudistumiseen erittelemällä akkukäyttöiset sähköbussit (BEB) kahden vuoden ajalta kerätyn todellisen datan avulla, joka oli kerätty seitsemästä TCAT:n operoimasta akkukäyttöisestä sähköbussista. Yli 40 % näiden akkukäyttöisten sähköbussien matkoista tapahtui alle 12 celsiusasteen lämpötilassa. 

Vaikutuksen kvantifioimiseksi tiimi kehitti optimaalisen lämpötilavyöhykkeen (OTZ) malleja ennustaakseen energiankulutusta tyhjäkäynnillä, ajon ja regeneroinnin aikana kullakin matkalla olettaen ihanteelliset lämpötilat.

Tunnistattuaan lisääntyneestä kulutuksesta vastuussa olevat toiminnalliset tekijät tutkijat tarjoavat myös suosituksia linja-autojen toiminnan parantamiseksi.

Kylmän sään vaikutuksen sähköbussien tehokkuuteen kvantifiointi

Kuten aiemmin kuvailimme, Cornellin yliopiston tutkimuksessa havaittiin, että sähköbussien akut kuluttivat jopa 48 % enemmän energiaa kylmällä säällä lämpötilojen vaihtellessa -25 °C:sta 32 °C:seen. Nämä akut kuluttivat myös lähes 27 % enemmän energiaa laajemmalla lämpötila-alueella -10–50 °C.

Cornellin yliopiston Irving Porter Churchin tekniikan professori Max Zhang sanoi tämän dramaattisen energiankulutuksen kasvun olleen odottamaton, mutta lisäsi, että "kaikki opetukset ovat hyviä opetuksia. Tämä auttaa meitä oppimaan yhteiskuntana ja tekemään paremmin".

Pilottilaivaston lisääntyneen energiankulutuksen kvantifiointi perustuu TCAT:lta kerättyyn kahden vuoden dataan, mikä tekee siitä ensimmäisen, joka arvioi ja analysoi sähköbussien suorituskykyä Yhdysvaltojen koillisosassa.

Tällä tavoin TCAT:n ja Cornellin tutkijat jakavat oivalluksiaan keskenään ja oppivat toisiltaan datan ja yhteistyön kautta. Zhangin tiimi tapasi TCAT:n virkamiehiä toistuvasti tutkimuksen edetessä.

Merkillepantavaa on, että TCAT:n aineisto kattoi merkittävän matkan, yhteensä 225,837 XNUMX kilometriä Tompkinsin piirikunnassa New Yorkissa, vaihtelevissa olosuhteissa, mikä tarjoaa kattavamman aineiston kuin aiemmat BEB-tutkimukset.

Tästä kokonaismatkasta 4.7 % kirjattiin keskimääräisissä ympäristön lämpötiloissa eli nollan alapuolella, kun taas noin 50,000 80,000 mailia eli yli 0 12 kilometriä kirjattiin kylmissä lämpötiloissa eli XNUMX–XNUMX °C:n lämpötilassa.

Zhangin mukaan, joka on provostin stipendiaatti julkisen vuorovaikutuksen alalla:

”Hyödymme siitä, että TCAT on alueen johtava toimija, ja on todella etuoikeus päästä käsiksi tähän dataan, jotta voimme nähdä suorituskyvyn reaaliajassa. Yksi oppimistamme asioista on, että nämä bussit tulisi suunnitella koko maata varten, myös kylmemmän ilmaston osavaltioita varten. Olemme myös havainneet, että ne eroavat perinteisistä dieselbusseista ja niillä on erilainen käyttäytyminen, minkä hyödyntäminen vaatii erilaisia ​​strategioita.”

Tutkijat mallinsivat ensin, miten ajoneuvot toimisivat ihanteellisissa lämpötiloissa ottaakseen huomioon tekijät, jotka eivät liity pelkästään lämpötilaan, kuten liikenneolosuhteiden vaihtelut.

Tätä varten he kehittivät innovatiivisen OTZ-perusmallin, joka simuloi BEB:n suorituskykyä optimaalisissa lämpötiloissa samalla, kun lämpötilasta riippumattomat olosuhteet säilyvät samanlaisina kuin todellisen kylmän sään toiminnan aikana.

Sitten he vertasivat sitä todelliseen suoritukseensa yli 40 monimutkaisella reitillä ja aikataululla. 

Tutkijat havaitsivat, että akun itsekuumeneminen selittää puolet kylmällä säällä lisääntyneestä energiankulutuksesta. Sähköautojen akut toimivat parhaiten noin 75 °C:n lämpötilassa, joten mitä kylmempiä ne ovat käynnistyksen yhteydessä, sitä enemmän energiaa niiden lämmittämiseen tarvitaan.

Toinen pääsyy on linja-auton matkustamon lämmitys. Useat pysähdykset, joita tapahtuu erityisesti kaupunkireiteillä, edellyttävät ovien avaamista ja sulkemista muutaman minuutin välein, mikä tarkoittaa, että akkujen on työskenneltävä kovemmin matkustamon lämmittämiseksi.

”Täyssähköisessä ajoneuvossa akku on ainoa energianlähde. Kaiken on tultava siitä.”

– Zhang, joka on myös vanhempi tiedekunnan jäsen Cornell Atkinson Center for Sustainabilityssa

Tutkijat ovat myös havainneet regeneratiivisen jarrutuksen olevan tehottomampaa matalissa lämpötiloissa. energian talteenottomekanismi hidastaa liikkuvaa ajoneuvoa muuttamalla sen kineettisen energian sähköenergiaksi, jota voidaan käyttää heti tai varastoida tulevaa käyttöä varten.

Tätä mekanismia käytetään useimmissa hybridi- ja täyssähköajoneuvoissa. Toisin kuin perinteisessä jarrujärjestelmässä, jossa ajoneuvo hidastuu jarrupalojen ja -levyjen välisen kitkan vuoksi, mikä johtaa lähes kaiken ajoneuvoa eteenpäin liikuttavan liike-energian menetykseen, regeneratiivisessa jarrutuksessa otetaan talteen yli 70 % energiasta.

Kylmällä säällä tämä järjestelmä menettää tehokkuuttaan, todennäköisesti siksi, että akun on vaikea ylläpitää tasaista lämpötilaa kennojensa välillä. Sähköbussien akku on loppujen lopuksi noin kahdeksan kertaa suurempi kuin tavallinen sähköauton akku, jotta se soveltuisi pidempiin reitteihin ja suurempiin matkustajamääriin.

Kysymys kuuluukin, mitä voidaan tehdä akkukäyttöisten sähköbussien suorituskyvyn parantamiseksi kylmällä säällä? Tutkijat suosittelevat tätä varten bussien säilyttämistä sisätiloissa, kun niitä ei käytetä, akkujen suorituskyvyn parantamiseksi.Ympäristön lämpötilan pitämisen lämpimämpänä pitkien tyhjäkäyntijaksojen aikana lisäksi kuljettajille suositeltuja lyhytaikaisia ​​strategioita ovat akun lataaminen sen ollessa vielä lämmin, sivusuojien asentaminen ilman konvektion vähentämiseksi ohjaamoon ja ovien avaamisen keston rajoittaminen pysähdyksissä.

Tutkijat suosittelivat valmistajille optimoituja suunnitelmia akkulämmitys- ja LVI-järjestelmille. Tutkimus voi myös auttaa päättäjiä luomaan kannustinohjeita, arvioimaan kannattavuutta ja määrittämään sähköisen julkisen liikenteen reittiprioriteetit.

Laajemmassa mittakaavassa tutkimuksen ensimmäinen tekijä, tohtoriopiskelija Jintao Gu, totesi, että tämä tutkimus korostaa sähköbussien tukemiseen tarvittavan infrastruktuurin arvioinnin ja suurempien muutosten tarvetta.

”Sinun on pyrittävä optimoimaan kaikkien bussien aikataulut ja otettava huomioon infrastruktuurisi kapasiteetti – kuinka monta latausasemaa sinulla on ja onko sinulla oma autokorjaamo. Sinun on koulutettava kuljettajat, lähettipalvelut ja huoltotyöntekijät. Mielestäni operatiivisesta ja infrastruktuurin näkökulmasta tässä on paljon viestejä tulevaisuuden joukkoliikennejärjestelmän suunnitteluun.”

– Gu

Ithacan maaseutu- ja kaupunkireitit sekä sen mäkinen maasto mahdollistivat tutkijoille paljon enemmän tietoa linja-autojen suorituskyvystä.

Tämä auttoi heitä havaitmaan, että sähköbussien energiankulutus kasvoi kylmällä säällä maaseutureiteillä vähemmän kuin kaupunkibussien. Hänen mukaansa tällaiset tiedot voisivat auttaa kalustosuunnittelijoita tekemään tietoon perustuvia strategisia päätöksiä sähköbussien reittejä osoitettaessa.

Sähköistämistrendiin investoiminen

REV Group hyötyy todennäköisesti eniten kasvavasta trendistä muuttaa perinteisiä polttoainekäyttöisiä ajoneuvoja sähköajoneuvoiksi. on erikois- ja vapaa-ajan ajoneuvojen suunnittelija ja valmistaja, joka palvelee pääasiassa Pohjois-Amerikan markkinoita seuraavilla tuotteilla:

• KME:n, E-ONE:n, Ferraran ja Spartan ER:n palokalusto
• Leader-, Horton-, Road Rescue-, AEV- ja Wheeled Coach -tuotemerkkien ambulanssit
• Laymor- ja Capacity-tuotemerkkien terminaalitrukit
• Vapaa-ajan ajoneuvoja American Coachin, Lance Camperin, Holiday Ramblerin, Renegade RV:n, Fleetwood RV:n ja Midwest Automotive Designsin kautta

REV-ryhmä (REVG ) 

Vuonna 2021 REV Fire Group esitteli täyssähköisen paloauton nimeltä Vector, jossa on 316 kWh henkilöautokäyttöön tarkoitettuja akkuja. Lisäksi REV Ambulance Group ilmoitti Yhdysvaltojen ensimmäisestä täyssähköisestä ambulanssista, jonka akkukapasiteetti on jopa 105 kWh. REB Groupin tytäryhtiö Capacity Trucks on puolestaan ​​valmistanut vetypolttokennon ja sähkökäyttöisen terminaaliauton, joka käyttää litiumioniakkuja (NMC).

Yhtiö oli mukana myös linja-autojen valmistuksessa, mutta päätti viime vuonna poistua markkinoilta myymällä Collins-koulubussimerkkinsä Forest Riverille vuoden 1 ensimmäisellä neljänneksellä 24 miljoonalla dollarilla ja El Dorado National (ENC) -joukkoliikennebussiyksikkönsä Rivazille vuoden 303 neljännellä neljänneksellä 4 miljoonalla dollarilla osana aloitettaan toiminnan virtaviivaistamiseksi ja kannattavuuden parantamiseksi.

REV Groupin markkinakehityksen osalta 1.9 miljardin dollarin markkina-arvoinen yhtiö on nauttinut vahvasta nousutrendistä. Kirjoitushetkellä REVG:n osakkeiden hinta on 37.49 dollaria, mikä on 17.63 % nousua tänä vuonna tähän mennessä. Osakkeen hinta on kaikkien aikojen ennätyksensä (ATH) 38.50 dollarin tuntumassa, joka saavutettiin vain pari viikkoa sitten.

Sen osakekohtainen tulos (TTM) on 1.76, P/E (TTM) 21.26 ja oman pääoman tuotto (TTM) 20.13 %, ja osinkotuotto on 0.64 %.

Yhtiön taloustietojen mukaan REV Group raportoi vuoden 525.1 ensimmäisellä neljänneksellä 18.2 miljoonan dollarin liikevaihdon, 0.35 miljoonan dollarin nettotuloksen eli 36.8 dollaria laimennettua osaketta kohden ja ennätyksellisen 2025 miljoonan dollarin oikaistun käyttökatteen (EBITDA). Myös investoinnit laskivat merkittävästi 10.5 miljoonasta dollarista 1 ensimmäisen neljänneksen 24 miljoonaan dollariin 4.9 ensimmäisen neljänneksen aikana.

Toimitusjohtaja Mark Skoniecznyn mukaan tämä ennätys alkaa vuodesta 2025 ja osoittaa ”toiminnallisen toteutuksemme vahvuutta ja kurinalaista lähestymistapaamme. Tämä suorituskyky vahvistaa luottamustamme rakentamaamme vauhtiin ja antaa meille hyvät valmiudet tulevaan vuoteen.”

Vahvaa taloudellista asemaansa hyödyntäen yhtiö aloitti omien osakkeiden takaisinostot uudelleen, ja Skoniecznyn mukaan "pidämme tätä houkuttelevana pääoman käyttötarkoituksena nykyisellä arvostuksella".

Vuoden 1 ensimmäisellä neljänneksellä REV Group osti takaisin noin 2025 miljoonaa osakettaan 0.6 miljoonalla dollarilla, keskimääräisen 19.2 dollarin osakekohtaisen ostohinnan ollessa. Tammikuun 33.09. päivänä 31 sillä oli 2025 miljoonaa dollaria käyttöpääomaa, 290.2 miljoonaa dollaria nettovelkaa ja 108.4 miljoonaa dollaria käteistä.

REV Groupin (REVG) viimeisimmät osakeuutiset ja -kehitys

Johtopäätös: Kylmän ilmaston esteiden voittaminen sähköautoliikenteessä

Maailman siirtyessä sähköajoneuvoihin, akkukäyttöiset sähköbussit tarjoavat lupaavan polun kohti kestävää joukkoliikennettä. Niiden suorituskyky kylmemmässä ilmastossa asettaa kuitenkin kriittisiä haasteita, jotka estävät niiden laajempaa käyttöönottoa.

Näihin haasteisiin vastaaminen on olennaista liikennealan hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi, mikä edellyttää energiankulutuksen, toimintaolosuhteiden ja ilmastovaikutusten monimutkaisuuden ymmärtämistä. Cornellin uusin kattava tutkimus tarjoaa kipeästi kaivattua tietoa näistä tekijöistä ja auttaa operaattoreita, valmistajia ja poliittisia päättäjiä navigoimaan sähköistämisen lupausten ja sudenkuoppien välillä paremman ja tietoisemman ymmärryksen avulla, mikä tasoittaa tietä sujuvammalle ja kestävämmälle siirtymiselle puhtaampaan julkiseen liikennejärjestelmään.

Klikkaa tästä nähdäksesi listan sähköauto-osakkeista, joihin kannattaa sijoittaa

Viittaustutkimukset:

^{1. Gu, J., Liao, Q. ja Zhang, KM (2025). Kylmän sään vaikutusten arviointi akkukäyttöisiin sähköisiin joukkoliikennebusseihin. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 127, 104809. https://doi.org/10.1016/j.trd.2025.104809}