Czym jest droga elektryczna?
Droga elektryczna, e-droga, e-autostrada lub elektryczny system drogowy (ERS) to system, który umożliwia transfer mocy między pojazdem a drogą, po której się porusza. Drogi elektryczne są podzielone na trzy kategorie w zależności od sposobu ładowania:
- Ładowanie przez elementy przewodzące z linii napowietrznej: W tym rodzaju ładowania energia elektryczna jest w sposób ciągły przekazywana z linii napowietrznych do pojazdu za pośrednictwem pantografu. Ładowanie z linii napowietrznej jest najbardziej odpowiednie dla samochodów ciężarowych i autobusów, które są wystarczająco wysokie, aby dosięgnąć linii elektrycznych. Sprawdza się lepiej w przypadku pojazdów, które poruszają się po ustalonej trasie, dzięki czemu mogą utrzymywać stałe połączenie z liniami energetycznymi.
- Ładowanie przez elementy przewodzące z linii wbudowanej w drogę: Podobne do ładowania z linii napowietrznej, jednak energia nie jest przekazywana do pojazdu za pośrednictwem pantografu, ale za pośrednictwem osadzonej w drodze szyny. Technologia wymaga wbudowanego w pojazd mechanicznego ramienia, które łączy się z zasilaczem.
- Ładowanie indukcyjne z infrastruktury wbudowanej w drogę: W tym przypadku bezprzewodowy transfer energii zachodzi pomiędzy cewkami osadzonymi w drodze i cewkami w pojeździe. Energia z sieci jest przetwarzana na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości, aby wytworzyć pole magnetyczne, które jest następnie wychwytywane przez cewki pod pojazdem w celu wytworzenia napięcia.
Kiedy samochód osobowy lub ciężarowy porusza się po drodze wyposażonej w którąkolwiek z tych technologii, energia trafi bezpośrednio do układu napędowego lub zostaje wykorzystana do ładowania akumulatorów pokładowych. Kiedy pojazd znajdzie się na normalnej drodze, przełączy się na silnik elektryczny lub hybrydowy albo na silnik spalinowy.
Drogi elektryczne są obecnie wykorzystywane raczej w ograniczonym zakresie, choć istnieją pewne projekty pilotażowe realizowane we współpracy z producentami samochodów, instytutami badawczymi, rządami i firmami energetycznymi. Jeden z takich projektów jest realizowany w Lund w Szwecji, natomiast we rząd włoski planuje instalację 6-kilometrowej e-autostrady na północy kraju. W Kalifornii projekt demonstracyjny jest realizowany w pobliżu portów Los Angeles i Long Beach.
Drogi elektryczne: Rozważanie zalet i wad
Drogi elektryczne są korzystne, ponieważ stanowią czystszą alternatywę dla silnika spalinowego — zwłaszcza jeśli wykorzystywana energia pochodzi z odnawialnego źródła, takiego jak wiatr lub energia słoneczna. W przypadku ładowania przez elementy przewodzące drogi elektryczne są również dość efektywne. Na przykład firma Elways AB poinformowała o 85–95-procentowej wydajności segmentowanego rozwiązania do ładowania samochodów osobowych i ciężarowych przez elementy przewodzące. Rozwiązanie to jest obecnie testowane w ramach projektu eRoadArlanda.
Ale na tym kończą się wszystkie zalety elektrycznych systemów drogowych. Choć żadna z alternatyw dla oleju napędowego nie weszła do grupy głównych paliw, wiele z nich znacznie wyprzedziło ERS. Obecnie nie ma zbyt wielu rzeczywistych danych potwierdzających niezawodność tego systemu, a z wyjątkiem pantografu (który ma 100 lat), wszystkie inne rodzaje ładowania są nowatorskimi, niedojrzałymi technologiami.
e-autostrady są również drogie; instalacja infrastruktury do ładowania oznacza znaczne inwestycje w budowę dróg, instalację linii elektrycznych oraz ich konserwację. Modernizacja infrastruktury może również powodować długotrwałe zakłócenia w istniejącym przepływie ruchu. W jednym z badań oszacowano, że 100 metrów instalacji dynamicznego układu indukcyjnego wymagałoby 3 tygodni, podczas gdy w ciągu 1 miesiąca można by zainstalować 10 km systemu ładowania z linii napowietrznej. Zakłócenia można by zminimalizować, gdyby budowa ERS zbiegła się z planowanymi pracami konserwacyjnymi, ale to naprawdę ograniczyłoby szybkość wdrożenia technologii.
Złożoność systemu ERS oznacza również konieczność współpracy wielu podmiotów, w tym rządów, gmin, dostawców energii i firm transportowych. Wymagałoby to również pewnej współpracy transgranicznej w miejscach takich jak UE, ponieważ samochody ciężarowe poruszające się po całym regionie musiałyby być dostosowane do tej samej technologii, aby móc korzystać z dróg. Trwają prace nad normami dotyczącymi ładowania, tak aby każdy typ pojazdu mógł korzystać z dróg elektrycznych.
Czy pojazdy elektryczne mogą stać się ratunkiem?
Ważnym argumentem przemawiającym za drogami elektrycznymi jest rola, jaką mogą one odegrać w zmniejszeniu obaw związanych z zasięgiem, jakie towarzyszą jeździe elektrycznym samochodem ciężarowym. Według tej koncepcji pojazdy elektryczne mogłyby pokonywać większe odległości i korzystać z mniejszych akumulatorów, gdyby drogi elektryczne były wykorzystywane do przekazywania energii bezpośrednio do napędu pojazdu lub do ładowania akumulatora pokładowego. Wydaje się to praktycznym rozwiązaniem, ale dokładniejsza analiza ujawnia liczne problemy.
Pierwszym z nich jest interoperacyjność, oznaczająca, że elektryczny system drogowy musiałby być w stanie zapewnić zasilanie dla każdego rodzaju pojazdu. Obecnie nie istnieją żadne standardy ani architektura systemu umożliwiająca przesyłanie energii z sieci do systemu ERS i do wielu pojazdów. Druga kwestia wynika z poprawy zasięgu akumulatorów elektrycznych samochodów ciężarowych, co może szybko sprawić, że ładowanie ERS stanie się zbędne. Weźmy pod uwagę fakt, że obecnie w pełni naładowany elektryczny samochód ciężarowy może przejechać 300 kilometrów, czyli odległość stanowiącą około 40% wszystkich zadań transportowych w UE. Oczekuje się, że w najbliższej przyszłości zasięg ten zwiększy się dzięki udoskonaleniu akumulatorów litowo-jonowych, odkryciu nowych materiałów na ogniwa, lepszym systemom zarządzania akumulatorami i technologiom chłodzenia. Duże nadzieje wiąże się również z akumulatorami półprzewodnikowymi, które mogłyby zwiększyć zasięg do 1600 kilometrów po jednym naładowaniu.
Trzecim problemem są statyczne lub typu plug-in systemy ładowania, które są jedynymi o ustalonych światowych standardach i sprawdzonej technologii. Liczba stacji ładowania plug-in szybko rośnie; w roku 2019 było ponad 170 000 stacji ładowania w Europie i ponad 68 000 w Stanach Zjednoczonych. Choć większość tej infrastruktury przeznaczona jest dla samochodów osobowych, należy podkreślić, że technologia zastosowana w dystrybutorach energii to Combined Charging System (CSS), która może być wykorzystywana zarówno w samochodach osobowych, jak i ciężarowych. Konsorcjum producentów samochodów ciężarowych już współpracuje w celu zwiększenia mocy ładowania CSS do jednego do trzech megawatów, tak aby istniejąca infrastruktura mogła obsługiwać pojazdy użytkowe. Rządy na całym świecie również opracowują plany rozbudowy sieci i standaryzacji technologii ładowania CSS. W odniesieniu do ERS nie ma takich jasnych dyrektyw rządowych.
Wreszcie, wykorzystanie dróg do ładowania pojazdów elektrycznych wydaje się raczej mało prawdopodobne, biorąc pod uwagę rozwój alternatywnych rozwiązań, takich jak wodorowe ogniwa paliwowe. O wodorze zrobiło się głośno szczególnie w sektorze wymagających przewozów długodystansowych, ponieważ można go wykorzystać jako środek zwiększający zasięg elektrycznych samochodów ciężarowych. Zaletą wodoru jest krótki i łatwy proces tankowania oraz wysoka gęstość energii. Wystarczy 80 kg wodoru, aby samochód ciężarowy mógł przejechać nawet 800 kilometrów! Byłoby to wystarczające w przypadku większości długodystansowych zadań, a przy istnieniu wystarczającej infrastruktury do tankowania wodoru nie byłoby potrzeby ładowania pojazdu podczas jazdy.
Niektóre możliwe zastosowania
Czy to wszystko oznacza, że transport przyszłości nie potrzebuje dróg elektrycznych? Nie do końca. Możliwe, że ERS sprawdzi się na określonych trasach lub w systemach zamkniętych na ograniczonych obszarach, gdzie dobrą alternatywą byłaby elektryfikacja dróg i wykorzystanie samochodów ciężarowych. Mogłoby to być również odpowiednie rozwiązanie dla autonomicznych samochodów ciężarowych przewożących ładunki pomiędzy węzłami.
Bliższe spojrzenie na paliwa alternatywne
Biorąc pod uwagę wszystkie wyzwania związane z ERS, uważam, że mając na uwadze dekarbonizację transportu, branża powinna przyjrzeć się bardziej realnym opcjom, takim jak elektromobilność, wodór, Bio-LNG i niektóre biopaliwa, takie jak HVO. Aby ułatwić przewoźnikom orientację w alternatywnych paliwach, przygotowałem przewodnik, w którym opisuję zalety i wady każdego z nich. Przewodnik zawiera również listę kontrolną zawierającą wszystkie elementy, o których właściciele firm transportowych powinni pomyśleć przed zainwestowaniem w samochód ciężarowy z alternatywnym układem napędowym.
