Что такое электродорога?
Электродорога, eroad, eHighway или система электродорог (ERS) – это система, которая поддерживает передачу мощности между автомобилем и дорогой, по которой он движется. В зависимости от способа зарядки электродороги подразделяются на три категории:
- Кондуктивные с контактными проводами. В этом случае энергия для подзарядки непрерывно передается от контактных проводов на автомобиль через пантограф. Кондуктивная зарядка с помощью воздушных линий наиболее подходит для грузовых автомобилей и автобусов, высота которых достаточна для того, чтобы достать до электропроводов. Этот способ лучше работает для автомобилей, которые движутся по заданному маршруту, так что они могут оставаться постоянно подключенными к электросети.
- Кондуктивная передача энергии от дороги. Этот вариант аналогичен технологии кондуктивной зарядки через воздушные провода, за исключением того, что вместо пантографа мощность передается на автомобиль через рельсы, встроенные в поверхность дороги или расположенные на ней. Технология включает встроенный механический рычаг, который подключается к источнику питания.
- Индуктивная передача энергии от дороги. Здесь передача мощности осуществляется между катушками, встроенными в дорогу, и катушками, расположенными в автомобиле, без использования проводов. Энергия от сети преобразуется в мощность переменного тока высокой частоты для создания магнитного поля, которое улавливается катушками, расположенными под автомобилем, в результате чего создается напряжение.
Когда легковой или грузовой автомобиль движется по дороге, оснащенной любой из этих технологий, энергия поступает непосредственно в силовую установку или используется для зарядки бортовых аккумуляторов. Но как только автомобиль выезжает на обычную дорогу, он переключается на электрический или гибридный двигатель или двигатель внутреннего сгорания.
Использование электродорог в настоящее время достаточно ограничено, хотя есть несколько пилотных проектов, реализуемых в сотрудничестве с производителями автомобилей, исследовательскими институтами, правительствами и энергетическими компаниями. Один из таких проектов осуществляется в г. Лунд (Швеция), а в Италии правительство планирует проложить 6-километровую электрическую автомагистраль eHighway на севере страны. В Калифорнии демонстрационный проект расположен недалеко от портов Лос-Анджелеса и Лонг-Бич.
Электродороги: взвешивание плюсов и минусов
Электродороги выгодны, поскольку представляют собой более чистую альтернативу двигателю внутреннего сгорания, особенно если используемая энергия поступает из возобновляемых источников, таких как ветер или солнце. В случае кондуктивной зарядки электродороги вполне эффективны. Например, компания Elways AB сообщила об эффективности 85-95% для сегментированного кондуктивного решения для легковых и грузовых автомобилей, которое в настоящее время проходит тестирование в рамках проекта eRoadArlanda.
Но на этом, собственно говоря, преимущества систем электродорог заканчиваются. Хотя почти все альтернативы дизельному топливу далеки от массового использования, многие из них продвинулись намного дальше, чем ERS. Сегодня не так много реальных данных, подтверждающих надежность таких систем, и, за исключением пантографа (которому 100 лет), все другие типы зарядки являются новыми, незрелыми технологиями.
Системы eHighways, кроме того, весьма дороги. Установка зарядной инфраструктуры означает значительные инвестиции в прокладку дорог, установку линий электропередач, а также их обслуживание. Это также может привести к длительным перебоям в дорожном движении во время обновления инфраструктуры. Согласно одному исследованию, установка динамической индуктивной системы потребует 3 недель на 100 метров, в то время как для кондуктивной системы на базе воздушных линий прокладка 10 километров может занять 1 месяц. Перебои можно было бы минимизировать, если совместить строительство ERS с плановыми работами по техническому обслуживанию, но это накладывает серьезные ограничения на скорость развертывания технологии.
Кроме того, сложность ERS означает, что многим участникам, включая правительства, муниципалитеты, поставщиков электроэнергии и транспортные компании, придется работать вместе. Это также потребует определенного трансграничного сотрудничества в таких местах, как ЕС, где грузовые автомобили, совершающие поездки по региону, должны быть адаптированы к одной и той же технологией, чтобы дороги можно было использовать. Стандарты зарядки, которые бы позволили любым типам автомобилей использовать электродороги, находятся в стадии разработки.
Могут ли электромобили помочь в этой ситуации?
Один из главных аргументов в пользу электродорог – это та роль, которую они могут сыграть в уменьшении беспокойства о запасе хода, возникающем при вождении грузового электромобиля. Считается, что электромобили могут путешествовать на большие расстояния и использовать аккумуляторы меньшего размера, если использовать электродороги для передачи энергии непосредственно на силовую установку автомобиля или для зарядки бортового аккумулятора. Это звучит как практическое решение, но оно не выдерживает более внимательного анализа.
Первая проблема заключается в совместимости, что означает, что система электродорог должна быть способна снабжать энергией любой вид автомобилей. Сегодня не существует стандартов и системной архитектуры для передачи энергии от сети к ERS для нескольких автомобилей. Вторая проблема связана с совершенствованием ассортимента аккумуляторов для грузовых электромобилей, которое может в скором времени сделать зарядку с помощью ERS ненужной. Следует учесть и тот факт, что сегодня полностью заряженный грузовой электромобиль может проехать 300 километров, что составляет примерно 40% всех перевозок в ЕС. Ожидается, что в ближайшем будущем этот запас хода станет еще больше за счет совершенствования литий-ионных аккумуляторов, открытия новых материалов для элементов, появления более совершенных систем управления аккумуляторами и технологий охлаждения. Кроме того, большие надежды возлагаются на твердотельные батареи, которые могут увеличить запас хода до 1600 км на одной зарядке.
Третья проблема – это статические или съемные системы зарядки, которые являются единственной системой, для которой имеются мировые стандарты и проверенные технологии. Количество зарядных станций быстро растет; по состоянию на 2019 год имелось более 170 000 зарядных станций в Европе и более 68 000 в США. Хотя большая часть этой инфраструктуры предназначена для легковых автомобилей, важно отметить, что в устройствах распределения энергии применяется технология комбинированной системы зарядки (CSS), которую можно использовать как для легковых, так и для грузовых автомобилей. Консорциум производителей грузовых автомобилей уже совместно работает над тем, чтобы увеличить мощность зарядки CSS до одного-трех мегаватт, чтобы существующая инфраструктура могла поддерживать коммерческие автомобили. Правительства по всему миру также разрабатывают планы по расширению сетей и стандартизации технологии зарядки CSS. В том, что касается ERS, правительства нет дают таких четких указаний.
Наконец, использование дорог для зарядки электромобилей кажется маловероятным, учитывая развитие таких альтернатив, как водородные топливные элементы. Вокруг водорода было много шума, особенно в области сложных и магистральных перевозок, где его можно использовать в качестве средства увеличения запаса хода для грузовых электромобилей. Водород имеет ряд преимуществ, в частности, короткий и простой процесс заправки и высокая плотность энергии. Использовав всего 80 кг водорода, грузовой автомобиль может проехать до 800 километров! Этого было бы достаточно для большинства задач, связанных с магистральными перевозками, и при наличии на месте инфраструктуры для заправки водородом грузовой автомобиль не потребуется заправлять во время поездки.
Некоторые возможные варианты использования
Означает ли все это, что электродорогам нет места в будущем транспорта? Не совсем. Хорошим вариантом могло бы быть использование ERS для определенных маршрутов или замкнутых систем в ограниченных областях, в которых электрификация дорог и использование грузовых автомобилей были бы хорошей альтернативой. Это также может быть подходящим решением для автономных грузовых автомобилей, выполняющих перевозки между двумя узлами.
Более пристальный взгляд на альтернативные виды топлива
Учитывая все проблемы, связанные с ERS, я считаю, что отрасли следует искать более рациональные варианты, такие как электромобильность, водород, био-СПГ и некоторые виды биотоплива (например, HVO), для декарбонизации транспорта. Чтобы помочь транспортным компаниям лучше разобраться в альтернативных видах топлива, я составил руководство, в котором рассматриваются плюсы и минусы каждого источника топлива. В руководство также входит памятка, в которой перечислено все, о чем следует подумать владельцам транспортных средств, прежде чем инвестировать в грузовой автомобиль с альтернативным силовым приводом.
