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电气道路: 限定区域的利基解决方案?

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在开阔的道路上行驶而不必为卡车加油,当然是个不错的想法。 这正是电气道路所标榜的能力。 电气公路的支持者表示,该技术让车辆沿着公路行驶时充电,可以加快充电速度并延长行驶里程。 但是电气道路真如他们所吹捧的那样吗? 还是仅是限定区域的利基解决方案?

什么是电气道路?

电气道路、eroad、eHighway或电气道路系统(ERS)是一种允许车辆与行驶道路之间进行电力传输的系统。 电气道路根据充电方式分为三类:

  • 架线传导充电: 在这种充电类型中,电力从架空电线通过导电弓连续传输到车辆。 架线传导式充电最适合高度能够接触到电线的卡车和公共汽车。 它也更适合在预设路径上行驶的车辆,以便车辆可以持续连接到电线。
  • 道路传导式传输电力: 此技术与架线传导技术类似,不同之处在于电力通过嵌入路面或路面上方的轨道传输到车辆,而不是通过导电弓。 此技术包括一个与电源连接的车载机械臂。
  • 道路感应式传输电力: 电力在嵌入道路的线圈与车辆中的线圈之间进行传输,无需任何电线。 来自电网的电力转换为高频交流电以产生磁场,然后由车辆下方的线圈获取以产生电压。

当汽车或卡车在配备上述任何一种技术的道路上行驶时,电力将直接进入推进系统或用于为车载蓄电池充电。 但当车辆在正常道路上行驶时,将切换为电动或混合动力的发动机或内燃机。

尽管汽车制造商、研究机构、政府和能源公司合作开展了一些试点项目,但如今电气道路的使用相当有限。 瑞典隆德开展了一个类似项目,同时意大利政府计划在该国北部建设6公里eHighway。 加利福尼亚的洛杉矶和长滩港口附近也在开展一个示范项目
 

电气道路: 利弊权衡

电气道路作为一种更清洁的内燃机替代方案,大有裨益,特别是使用的能源来自风能或太阳能等可再生能源时。 在传导式充电的情况下,电气道路也非常高效。 例如,Elways AB公司指出,汽车和卡车分段导电解决方案的效率为85-95%,该解决方案是eRoadArlanda项目的一部分,目前正在进行测试。

但这几乎就是电气道路系统的全部优势了。 虽然几乎所有的柴油替代品都远没有成为主流趋势,但许多替代品的发展远超过ERS。 如今,除了导电弓(已有100年历史)之外,支持其可靠性的现实数据并不多,所有其它充电类型都是新颖的、不成熟的技术。

eHighway的造价也很高昂;安装充电基础设施意味着投入巨资铺设道路、安装电线以及进行维护保养。 当更新基础设施时,也有可能导致现有交通流量长时间中断。 一项研究估计,动态感应系统的安装每100米需要3周,而传导式架空系统可能需要1个月就能安装10公里。 如果ERS的建设与计划的维护工作同时进行,可以最大限度减少中断,但也确实会限制该技术的部署速度。

ERS的复杂性也意味着包括政府、市政当局、电力供应商和货运公司在内的许多参与者必须共同努力。 此外还需要在欧盟这样的地方进行一些跨境合作,因为穿越该地区的卡车需要采用相同的技术改造才能使用道路。 目前充电标准正在制定,以便任何类型的车辆都可以使用电气道路。
 

电动汽车能解围吗?

支持电气道路的一个主要理由是,它们可以帮助减少驾驶电动卡车的续航里程焦虑。 人们认为,如果使用电气道路将电力直接传输到车辆的推进装置或给车载蓄电池充电,那么电动汽车的续航里程更长,电池尺寸也会更小。 这听起来是一种实用的解决方案,但经不起仔细的推敲。

第一个挑战是互操作性,这意味着电气道路系统必须能够为任何类型的车辆供电。 目前,从电网到ERS再到多种车辆的电力传输标准和系统架构并没有建立起来。 第二个挑战来自电动卡车蓄电池续航里程的提高,这可能会迅速让ERS充电变得多余。 试想一下,如今一辆充满电的电动卡车可以行驶300公里,可以完成欧盟大约40%的运输工作。 通过改进锂离子蓄电池、发现新电池材料、改进蓄电池管理系统和冷却技术,预计在不久的将来续航里程还会增加。 人们对固态电池也寄予厚望,它一次充电能将续航里程最多增加到1,600公里。  

第三个挑战是静态或插入式充电系统,这是唯一拥有既定全球标准和成熟技术的系统。 插入式充电站的数量增长迅速;截至2019年,欧洲已有超过170,000个充电站,美国已有超过68,000个充电站。 虽然这些基础设施大部分用于汽车,但务必要注意,电力分配器中的技术是可同时用于汽车和卡车的联合充电系统(CSS)。 如今已有一个卡车制造商联盟在共同努力将CSS充电容量增加至1到3兆瓦,以使现有的基础设施可以支持商用车辆。 世界各国政府也在制定扩展网络和标准化CSS充电技术的计划。 对于ERS,政府却没有发布如此明确的指令。

最后但同样重要的是,考虑到氢燃料电池等替代技术的兴起,使用道路为电动汽车充电似乎可能性很低。 围绕氢能的讨论已有很多,特别是在要求苛刻的长途运输领域,可使用氢能延长电动卡车的续航里程。 氢能有许多优点,例如加氢过程简短,能量密度高。 一辆卡车只需80公斤氢就可以行驶长达800公里! 这对于大多数长途任务来说已经足够,而且足够的加氢基础设施到位后,无需在驾驶期间给卡车充电。
 

一些可能的用例

这一切是否意味着电气道路在未来交通中没有一席之地? 不完全是。 在特定路线或限定区域的封闭系统中,如果电气道路和使用卡车是不错的选择,那么就适合使用ERS。 对于经营枢纽间运输业务的自动驾驶卡车而言,它们也是合适的解决方案。
 

深入了解可替代燃料

鉴于ERS面临的所有挑战,我认为行业应该着眼于更可行的方案,例如电动汽车、氢、生物液化天然气以及一些生物燃料(例如HVO)消除运输行业的碳排放。 为了帮助运输业者更好地掌握可替代燃料,我整理了一份指南,介绍了每种燃料源的优缺点。 该指南还包括一份清单,列出了运输经营者在投资具有替代传动系统的卡车之前应考虑的所有事项。

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