Droga elektryczna
Droga elektryczna , eroad lub elektryczny system drogowy (ERS) to droga, która dostarcza energię elektryczną do poruszających się po niej pojazdów. Typowe wdrożenia to napowietrzne linie energetyczne nad drogą i zasilanie z poziomu gruntu przez szyny przewodzące lub cewki indukcyjne osadzone w drodze. Napowietrzne linie energetyczne są ograniczone do pojazdów użytkowych, podczas gdy energia na poziomie gruntu może być używana przez każdy pojazd, co pozwala na publiczne ładowanie za pośrednictwem systemów pomiaru energii i rozliczeń. Szacuje się, że z tych trzech systemów szyny przewodzące znajdujące się na poziomie gruntu są najbardziej opłacalne. Korea była pierwszą, która w 2013 r. wdrożyła publiczną drogę elektryczną opartą na indukcji z komercyjną linią autobusową po przetestowaniu eksperymentalnej usługi wahadłowej w 2009 r. Szwecja przeprowadza oceny różnych technologii dróg elektrycznych od 2013 r. i spodziewa się rozpoczęcia opracowywania krajowej drogi elektrycznej systemu w 2022 r. i zakończyć planowanie do 2033 r.
Technologia
TRL (dawniej Transport Research Laboratory) wymienia trzy rodzaje dostarczania energii do ładowania dynamicznego lub ładowania, gdy pojazd jest w ruchu: napowietrzne linie energetyczne i zasilanie z poziomu ziemi przez szynę lub indukcję . TRL wymienia zasilanie napowietrzne jako najbardziej dojrzałe technologicznie rozwiązanie, które zapewnia najwyższy poziom mocy, ale technologia ta jest nieodpowiednia dla pojazdów niekomercyjnych. Zasilanie z poziomu gruntu jest odpowiednie dla wszystkich pojazdów, przy czym kolej jest dojrzałym rozwiązaniem o wysokim przenoszeniu mocy oraz łatwo dostępnych i kontrolowanych elementach. Ładowanie indukcyjne zapewnia najmniejszą moc i wymaga więcej sprzętu przydrożnego niż alternatywy.
Model biznesowy
Szwedzka Administracja Transportu przewiduje, że krajowa elektryczna sieć drogowa wymagałaby interfejsów między kilkoma podmiotami: dostawcą energii elektrycznej, przedsiębiorstwem sieci elektroenergetycznej, producentem pojazdu, właścicielem drogi , operatorem technologii elektrycznych dróg, dostawcą pomiarów i rozliczeń oraz użytkownikiem drogi elektrycznej. Model własności może być różny: przedsiębiorstwo sieci elektroenergetycznej może być właścicielem drugorzędnych przydrożnych podstacji elektrycznych , które zasilają elektryczną infrastrukturę drogową lub mogą one być własnością innych podmiotów, a właścicielem systemu odczytu energii i płatności może być podmiot niezależny od operatora infrastruktury .
Historia
XIX i XX wiek
Napowietrzne linie energetyczne były używane w transporcie drogowym co najmniej od 1882 roku w Berlinie z trolejbusami Wernera von Siemensa . W 2018 r. funkcjonowało ponad 300 systemów trolejbusowych. Zasilanie trolejbusów jest zwykle dostarczane za pomocą pary słupków trolejbusowych umieszczonych na górze pojazdu, które rozciągają się do napowietrznych linii energetycznych . Implementacje dla pojazdów drogowych zostały opracowane pod koniec 2000 i 2010 roku, ale nie są one odpowiednie dla pojazdów niekomercyjnych, takich jak samochody osobowe.
Zasilanie naziemne w postaci szyn zelektryfikowanych jest w realizacji podobne do napowietrznych linii energetycznych. Zamiast ramienia lub słupa rozciągającego się do napowietrznych linii energetycznych, mechaniczne ramię wystaje od spodu pojazdu i wyrównuje się z szyną osadzoną w drodze. Szyna jest następnie zasilana, a moc jest przenoszona przez ramię do pojazdu. Zasilanie z poziomu gruntu jest uważane za bardziej estetyczne niż przewody napowietrzne i nadaje się do wszystkich typów pojazdów.
Koncepcja bezprzewodowego naziemnego zasilania pojazdów została po raz pierwszy opatentowana w 1894 r. System ładowania statycznego dla autobusów wahadłowych został zademonstrowany w Nowej Zelandii w 1996 r. Podobne systemy zostały wdrożone przez firmy Conductix-Wampfler i Bombardier PRIMOVE, które później rozwinęła się od ładowania statycznego na dworcach autobusowych do ładowania dynamicznego podczas jazdy.
21. Wiek
Rozwój elektronicznych systemów drogowych znacznie wzrósł od późnych lat 90. do 2010 roku. Kilka firm opracowało i wdrożyło elektryczne systemy drogowe w 2010 roku.
Korea
Koreański Instytut Zaawansowanej Nauki i Technologii uruchomił w 2009 roku usługę wahadłową z bezprzewodowym ładowaniem dynamicznym za pomocą cewek indukcyjnych osadzonych w drodze. W 2013 roku OLEV uruchomił linię autobusową w mieście Gumi . Kolejna linia autobusowa została uruchomiona w Sejong w 2015 roku, a dwie kolejne linie autobusowe zostały dodane w Gumi w 2016 roku.
Szwecja
Szwedzka Administracja Transportu rozpoczęła projekt budowy dróg elektrycznych w czerwcu 2013 r. Projekt obejmował zamówienia przedkomercyjne na rozwój zelektryfikowanych dróg, co ma na celu wygenerowanie danych decyzyjnych dotyczących platform dla dróg elektrycznych w Szwecji oraz zainicjowanie stworzenia kopalnego infrastruktury transportowej bez paliwa do 2030 r. Szwedzka Administracja Transportu spodziewa się zakończenia fazy oceny projektu i rozpoczęcia tworzenia krajowej sieci dróg elektrycznych do 2022 r.
Faza oceny
Raport wygenerowany przez TRL we współpracy ze Szwedzką Administracją Transportu wymienił dostępne elektryczne systemy drogowe, z których KAIST OLEV , Siemens eHighway, Elways, Elonroad, Bombardier PRIMOVE i Electreon zostały uznane za najbardziej gotowe do wprowadzenia na rynek, a OLEV i eHighway już posiadanie kompletnego systemu w 2018 r. W ramach projektu sfinansowano drogi elektryczne wraz z napowietrznymi liniami energetycznymi oraz przyziemnymi szynami przewodzącymi i cewkami indukcyjnymi.
Siemensa
W ramach projektu najpierw przetestowano napowietrzne linie energetyczne z wykorzystaniem technologii Siemens eHighway. Droga została otwarta w czerwcu 2016 roku w gminie Sandviken niedaleko Gävle w środkowej Szwecji. Na 2-kilometrowym odcinku autostrady E16 na wysokości 5,4 m nad jej powierzchnią umieszczono przewody trakcyjne, które dostarczają prąd o napięciu 750 woltów prądu stałego. Trolejbusy mogą łączyć odbiorniki prądu, montowane na wysięgnikach mechanicznych lub słupach jezdnych , podczas jazdy pod przewodami. Słupy wózka pozwalają na pewien stopień ruchu bocznego, ale jeśli ciężarówka zostanie skierowana na pas zewnętrzny, słupki wózka zostaną automatycznie opuszczone, a ciężarówka przełączy się na zasilanie akumulatorowe lub wysokoprężne. System jest w stanie dostarczyć 500 kW mocy i ma 20-letni okres konserwacji.
Zawsze
W latach 2017-2019 testowano przyziemne szyny przewodzące, czyli szyny elektryczne na drodze, które przekazują energię do pojazdu poprzez przewodzący pickup pod pojazdem, z wykorzystaniem technologii firmy Elways i przebudowanej 18-tonowej ciężarówki DAF . W ramach projektu eRoadArlanda 2-kilometrowy odcinek w jednym kierunku drogi 893 między terminalem cargo lotniska Arlanda w Sztokholmie a oddalonym o 12 kilometrów obszarem logistycznym Rosersberg został wyposażony we wbudowane szyny prądowe . W projekcie uczestniczyły duże międzynarodowe firmy, małe lokalne przedsiębiorstwa, krajowe agencje rządowe, samorząd lokalny, lokalni właściciele nieruchomości i partnerzy akademiccy. Krótkie odcinki szyn były zasilane, gdy zbliżał się kompatybilny pojazd i odłączały się, gdy pojazd przejeżdżał. System mierzył zużytą energię, aby mógł zostać rozliczony właściciel pojazdu. Autobusy i ciężarówki były testowane na drogach, ale system może być również dostosowany do samochodów elektrycznych. Przeprowadzono testy bezpieczeństwa, aby upewnić się, że szyna jest bezpieczna w dotyku, nawet gdy droga jest zalana słoną wodą. System był w stanie dostarczyć 200 kW mocy i miał przewidywany okres konserwacji wynoszący 20 lat.
Elonroad
Rozpoczęcie testów szyn przewodzących na poziomie gruntu zaplanowano na 2020 r. przy użyciu technologii Elonroad, szwedzkiego startupu z siedzibą w Lund . Projekt EVolutionRoad to trzyletni projekt testowo-demonstracyjny, który będzie realizowany w latach 2019–2022. Pierwszy odcinek drogi został oddany do użytku w czerwcu 2020 roku i jest pierwszym elektrycznym systemem drogowym umieszczonym w środowisku miejskim. Przewodzący przetwornik pod pojazdem łączy się z szyną za pomocą styków ślizgowych, a szyna jest aktywna tylko o jeden metr na raz, gdy jest przykryta przez pojazd, dzięki czemu jest bezpieczna w środowisku miejskim. System mierzy zużytą energię, dzięki czemu właściciel pojazdu może zostać rozliczony. System jest w stanie dostarczyć do 300 kW przy sprawności 97% podczas jazdy.
Elektreon
Cewki indukcyjne doziemne mają rozpocząć testy w 2020 roku przy użyciu technologii izraelskiego startupu Electreon. System jest podobny do eRoadArlanda , z krótkimi odcinkami wykonanymi z miedzianych cewek, które zasilają się, gdy pojazd po nich przejeżdża i rozłączają się, gdy go mijają, co umożliwia korzystanie z systemu pomiaru mocy i rozliczeń za zużytą energię. System jest w stanie dostarczyć 50 kW mocy i ma pięcioletni okres konserwacji.
Koszt
Raport Szwedzkiego Centrum Elektromobilności z 2019 r. szacuje roczne koszty społeczne całej szwedzkiej floty samochodowej w każdym z trzech systemów. Napowietrzne linie energetyczne, pomimo najdoskonalszej technologii i najtańszej infrastruktury, są ogólnie najdroższe, ponieważ umożliwiają ładowanie podczas jazdy tylko wysokich pojazdów użytkowych, takich jak ciężarówki i autobusy, podczas gdy pojazdy niekomercyjne nie mogą używać przewodów do ładowania podczas jazdy , więc będą musieli stosować ładowanie statyczne, które wymaga większych akumulatorów o większej pojemności niż akumulatory wymagane przy wykorzystaniu ładowania dynamicznego. Zasilacze z poziomu gruntu umożliwiają dynamiczne ładowanie wszystkich pojazdów, co znacznie zmniejsza wymaganą pojemność i rozmiar akumulatora, ponieważ akumulator jest ładowany podczas użytkowania. Zmniejszony rozmiar i pojemność akumulatorów zmniejsza koszty o około pięć miliardów euro rocznie dla całej szwedzkiej floty samochodowej. Szacuje się, że oba rodzaje naziemnych systemów elektroenergetycznych mają takie same koszty wszystkich elementów łącznie innych niż infrastruktura; szacuje się, że przewodząca infrastruktura kolejowa kosztuje około 1 miliarda euro w skali roku, podczas gdy bezprzewodowa infrastruktura indukcyjna ma kosztować około 2,8 miliarda euro w skali roku.
Inne kraje
Francja zbudowała tor testowy do dynamicznego bezprzewodowego ładowania pojazdów Qualcomm i zakończyła testy w 2018 r. Japonia wraz z Hondą przetestowała elektryczny system drogowy na drodze publicznej w 2018 r. Testy przeprowadzone przez różne firmy w Chinach i Stanach Zjednoczonych w 2018 r. .
Indie
Droga ekspresowa Delhi – Bombaj to pierwsza autostrada elektryczna w Indiach, obejmująca 5 stanów na swojej trasie: Haryana, Radżastan, Madhya Pradesh, Gudżarat i Maharasztra. Ta autostrada skraca czas podróży z Delhi do Bombaju z 24 do 13 godzin. Elektryczna autostrada na tej trasie pomaga ograniczyć zanieczyszczenie, a także import ropy naftowej. Celem jest rozszerzenie indyjskiej bazy produkcyjnej i usługowej oraz rozwój DMIC jako „globalnego centrum produkcji i handlu”. Rząd Indii planuje wypróbować elektryczną autostradę (e-autostradę) na budowanej autostradzie Delhi – Bombaj w ciągu najbliższych trzech lat, aby zwiększyć mobilność elektryczną w kraju.
Niemcy
Firma Bombardier przeprowadziła próbę dynamicznego bezprzewodowego przesyłania energii w Mannheim w Niemczech w 2013 r. Niemcy uruchomiły napowietrzną linię elektryczną w maju 2019 r. Na 10-kilometrowym (6,2 mil) odcinku Bundesautobahn 5 na południe od Frankfurtu . Projekt jest obsługiwany przez konsorcjum ELISA, w skład którego wchodzą firmy Siemens i Scania.
Zjednoczone Królestwo
Firma Highways England rozpoczęła projekt dynamicznego bezprzewodowego przesyłu energii w 2015 r., ale projekt został anulowany na początku 2016 r. z powodów budżetowych.