جاده های برقی
یقینا تصورِ زدن به دل جاده بدون نیاز به سوختگیری کردن کامیون، لذت بخش است. و این دقیقا چیزیست که جاده های برقی ادعا دارند میتوانند انجام دهند. طرفداران بزرگراه های برقی میگویند تکنولوژی میتواند با شارژ کردن وسایل نقلیه هنگام عبور از بزرگراه ها، شارژ کردن را سریعتر و سفر را طولانی تر کند. اما آیا جادههای برقی کاملا آنطور که میگویند هستند؟ یا فقط راه حل شایسته ای هستند برای مناطق بسته؟
جاده برقی چیست؟
جاده برقی، eroad، ehighway یا سیستم راه برقی (ERS)، سیستمی است که امکان انتقال نیرو بین یک وسیله نقلیه و جادهای که روی آن حرکت میکند را بوجود میآورد. جادههای برقی بر اساس نوع انجام شارژ، به سه گروه تقسیم میشوند:
- هادیِ هوایی: در این نوع شارژ کردن، نیرو از طریق یک پانتوگراف، به طور مداوم از خطوط هوایی به وسیله نقلیه منقل میشود. شارژ کردن هوایی برای کامیونها و اتوبوسهایی که آنقدر بلندند که به خطوط برقی می رسند، مناسب ترند. این نوع شارژ همچنین برای وسائل نقلیهای که در مسیری از قبل معین شده سفر می کنند بهتر است، چون میتوانند دائما به خطوط نیرو متصل بمانند.
- انتقال نیروی رسانا از جاده: این مورد شبیه فناوری هادی هوایی است، با این تفاوت که به جای پانتوگراف، نیرو از طریق ریلهای جاسازی شده در درون یا روی سطح جاده منتقل میشود. این فناوری شامل یک بازوی مکانیکی همراه هم میشود که به منبع نیرو متصل است.
- انتقال نیروی بیسیم (القائی) از جاده: در اینجا انتقال نیرو از طریق سیم پیچی های نصب شده در وسیله نقلیه و جاده و بدون سیم صورت میگیرد. نیروی شبکه به توان متناوب با بسامد بالا تبدیل میشود تا میدان مغناطیسی ای را ایجاد کند که سپس توسط سیم پیچی های زیر خودرو ادامه مییابد تا نیروی الکتریکی تولید شود.
وقتی یک خودرو یا کامیون در جادهای که مجهز به این تکنولوژی هاست حرکت میکند، انرژی مستقیما وارد سیستم پیشرانی میشود یا برای شارژ باتریهای همراه استفاده میشود. اما وقتی وسیله نقلیه وارد جاده ی معمولی شود، موتور آن به برقی، دوگانه یا موتور درونسوز تغییر حالت میدهد.
کاربرد جاده برقی امروزه محدود است، هرچند که چند طرح آزمایشی با همکاری سازندگان خودرو، موسسات پژوهشی، دولتها و کارخانه های نیرو در حال اجراست. یک نمونه از این طرحها در لاندِ سوئد در حال انجام است. در ایتالیا هم دولت قصد دارد یک بزرگراه برقی 6 کیلومتری در شمال کشور احداث کند. در کالیفرنیا یک طرح نمایشی در نزدیکی بندر لس آنجلس و لانگ بیچ در حال اجراست.
جادههای برقی: بررسی مزایا و معایب
جادههای برقی در صورت فراهم کردن یک جایگزین پاک برای موتور درونسوز، سودمند هستند. خصوصا اگر نیروی مورد مصرف از یک منبع انرژی تجدید پذیر حاصل شود. جادههای برقی در روش شارژ هادی هم بسیار بهینه هستند. برای مثال، شرکت Elways AB 85 تا 95 درصد بهره وری را برای یک محلول هادی بخش بندی شده برای خودروها و کامیونها گزارش داد که اکنون به عنوان بخشی از طرح eRoadArlanda در حال آزمایش است.
اما این تقریبا تمام مزیت جاده های الکتریکیست. با وجود اینکه تقریبا هیچ کدام از جایگزینهای دیزل متداول نیستند، بسیاری از ERS فراتر رفته اند. امروزه داده حقیقی فراوانی برای اثبات اعتبار آن نیست و به استثنای پانتوگراف (که 100 سال دارد)، سایر شیوه های شارژ فناوری های جدید و نابالغ هستند.
جادههای برقی همچنین گران هستند. ایجاد زیرساختهای شارژ کردن به معنای ساختن جاده ها، نصب خطوط برق و حفظ آنهاست. آنها همچنین پتانسیل ایجاد اختلال طولانی در موج ترافیک را حین به روز رسانی زیرساختها دارند. یک مطالعه برآورد میکند که نصب یک سیستم القائی پویا به ازای هر 100 متر سه هفته طول میکشد. این در حالیست که در یک سیستم هادی هوایی ممکن است یک ماه طول بکشد تا 10 کیلومتر ساخته شود. اگر ساخت ERS همزمان با برنامه ریزی تعمیر و نگهداری باشد، اختلال میتواند به حداقل برسد. البته این امر سرعت استفاده از تکنولوژی را بسیار محدود میکند.
پیچیدگی ERS به این معناست که بسیاری از عوامل از جمله دولتمردان، شهرداریها، تامین کنندگان نیرو و شرکتهای حمل و نقل باید با هم همکاری کنند. همچنین این امر محتاج همکاریهای برون مرزی در مکانهایی مانند اتحادیه اروپا خواهد بود که در آنجا کامیونهای در حال رفت و آمد در منطقه برای استفاده درست از جاده ها، نیاز به مجهز شدن به فناوری یکسانی خواهند داشت. استانداردهای شارژ کردن به نحوی که هر نوع خودرویی بتواند از جادههای الکتریکی استفاده کند، در حال توسعه هستند.
آیاEVها میتوانند کمکی بکنند؟
یکی از اصلیترین استدلالها برای جاده های برقی، مربوط به نقشی است که میتوانند در کاهش اضطراب دسترسی ای که از راندن کامیونهای برقی حاصل میشوند، ایفا کنند. این طرز فکر رایجی است که EVها میتوانند مسافتهای طولانی تری را سفر کنند و باتریهای کوچکتری استفاده کنند، اگر از جادههای برقی برای انتقال مستقیم نیرو به پیشرانه خودرو استفاده شوند تا باتری داخلی شارژ شود. این راه حل عملی به نظر میرسد اما با بررسی دقیق تر دچار مشکل میشود.
اولین چالش قابلیت همکاریست، بدین معنا که یک جاده برقی باید بتواند نیروی هر نوع وسیله نقلیه ای را تامین کند. امروزه هیچ استاندارد و معماری سیستمی برای انتقال نیرو از شبکه به ERS به خودروهای متعدد وجود ندارد. چالش دوم مربوط به پیشرفتهای حاصل شده در انواع باتریهای کامیون برقیست که سریعا میتواند موجب بیهوده شدن شارژ ERS شود. در نظر داشته باشید که امروزه یک کامیون کاملا شارژ شده میتواند 300 کیلومتر را طی کند که حدود 40% حمل و نقل لازم در اتحادیه اروپا را پوشش میدهد. انتظار میرود این محدوده در آینده با پیشرفت در باتریهای لیتیوم-یونی، کشف مواد جدید سلولی و سیستمهای مدیریت باتری و فناوریهای خنک کننده بهتر، بهبود یابد. همچنین امید زیادی به باتریهای جامد هست که میتوانند محدوده را تا 1600 کیلومتر با یک بار شارژ، بالاتر ببرند.
چالش سوم سیستم شارژ ثابت یا افزونه ای است که تنها سیستمی است که دارای استانداردهای جهانی و فناوری اثبات شده است. ایستگاههای شارژ افزونه ای در حال افزایش سریع هستند. در سال 2019 بیش از 170.000 ایستگاه شارژ در اروپا و بیش از 68.000 ایستگاه در آمریکا ثبت شده اند. هرچند بیشتر این زیرساخت برای خودروهاست، قابل توجه است که تکنولوژی توزیع کننده های برق، سیستم شارژ مشترک (CSS) است که هم می تواند برای خودروها و هم کامیونها به کار برود.
هم اکنون کنسرسیومی از سازندگان کامیون در حال همکاری هستند تا ظرفیت شارژ CSS را تا یک تا سه مگاوات افزایش بدهند تا زیرساختهای فعلی بتوانند از خودروهای تجاری پشتیبانی کنند. دولتهای سراسر دنیا نیز در حال ارائه طرح هایی برای گسترش شبکه ارتباطات و استانداردسازی فناوری شارژ CSS هستند. درباره ERS ها چنین دستورالعملهای مشخصی وجود ندارد.
در نهایت، استفاده از جاده برای شارژ EVها با توجه به پیشرفت جایگزین هایی مثل سلول سوخت هیدروژنی،به نظر غیرممکن میآید. اخیرا صحبت درباره هیدروژن فراوان بوده است، خصوصا در حوزه حمل و نقل سخت و طولانی مدت که در آن میتواند به عنوان محدوده افزا در کامیونهای برقی به کار برود. هیدروژن دارای مزایای فراوانیست، از جمله روند سوختگیری آسان و سریع و چگالی بالای انرژی. با فقط 80 کیلوگرم هیدروژن یک کامیون میتواند تا 800 کیلومتر را طی کند! این برای بیشتر ماموریتهای دارای مسافت طولانی کافیست و در صورت وجود داشتن زیرساختهای سوختگیری هیدروژنی کافی، احتیاجی به شارژ کردن کامیون در حین رانندگی نخواهد بود.
چند مورد استفاده ی بالقوه
آیا تمام اینها بدین معناست که در آینده حمل و نقل جایی برای جاده های برقی وجود ندارد؟ نه کاملا. از ERS در جاده های خاص یا سیستمهای محدود در مناطق بسته، استفاده خوبی میتوان کرد. در این مکانها برقی کردن جاده ها استفاده از کامیونها جایگزین مناسبی خواهد بود. آنها همچنین میتوانند راه حل مناسبی برای کامیون های خودران باشند که عملیاتهای حمل و نقل قطب به قطب را اجرا میکنند.
نگاه دقیق تری به سوختهای جایگزین
با در نظر گرفتن تمام چالشهای ERS، به نظر من صنعت باید به دنبال گزینه های امکان پذیرتری باشد، مانند حرکت الکتریکی، هیدروژن ، Bio-LNG و برخی سوختهای زیستی مثلHVO برای کربن زدایی کردنِ حمل و نقل. به جهت کمک کردن به اپراتورهای حمل و نقل برای داشتن درک بهتری از سوختهای جایگزین، راهنمایی جمع آوری کرده ام که مزایا و معایب هر منبع سوخت را بررسی میکند. این راهنما همچنین شامل لیستی از تمام مواردیست که صاحبان حمل و نقل باید قبل از سرمایه گذاری روی کامیونهای دارای خط انتقال نیروی جایگزین، در نظر داشته باشند.