Kaj je elektrificirana cesta?
Elektrificirana cesta, e-cesta, e-avtocesta ali elektrificirani cestni sistem (ERS) je sistem, ki omogoča prenos električne energije med vozilom in cesto, po kateri se premika. Elektrificirane ceste razvrščamo v tri kategorije glede na način napajanja:
- Prevodno prek nadzemnih vodov: Pri tej vrsti napajanja se električna energija neprekinjeno prenaša z nadzemnih vodov na vozilo prek pantografa. Prevodno napajanje prek nadzemnih vodov je najbolj primerno za tovorna vozila in avtobuse, ki so dovolj visoki, da dosežejo električne vode. Prav tako bolje deluje v primeru vozil, ki vozijo po vnaprej določeni poti in lahko zato ostanejo neprekinjeno povezana z električnimi vodi.
- Prevodni prenos električne energije s ceste: To je podobno nadzemni prevodni tehnologiji, le da se namesto pantografa za prenos električne energije na vozilo uporabljajo tirnice, vgrajene v cestišče ali na njem. Tehnologija vključuje mehansko roko na vozilu za priključitev na napajanje.
- Induktivni prenos električne energije s ceste: Pri tej vrsti napajanja prenos električne energije poteka brezžično med tuljavami, ki so vgrajene v cesto, in tuljavami v vozilu. Energija iz omrežja se pretvori v visokofrekvenčni izmenični tok, s čimer se ustvari magnetno polje, prek katerega tuljave pod vozilom ustvarijo napetost.
Ko se avtomobil ali tovorno vozilo premika po cesti, opremljeni z eno od teh tehnologij, energija potuje neposredno v pogonski sistem ali pa se uporabi za polnjenje vgrajenih baterij. Ko pa je vozilo na običajni cesti, preklopi na električni ali hibridni motor oziroma motor z notranjim zgorevanjem.
Uporaba elektrificiranih cest je danes precej omejena, čeprav se izvajajo nekateri pilotni projekti v sodelovanju s proizvajalci avtomobilov, raziskovalnimi ustanovami, vladami in energetskimi podjetji. Eden od tovrstnih projektov je v teku v Lundu na Švedskem, medtem ko italijanska vlada načrtuje postavitev 6-kilometrske e-avtoceste na severu države. V Kaliforniji se izvaja predstavitveni projekt v bližini pristanišč v Los Angelesu in Long Beachu.
Elektrificirane ceste: ocena prednosti in slabosti
Elektrificirane ceste so koristne, če zagotavljajo čistejšo alternativo motorju z notranjim zgorevanjem – zlasti če uporabljena energija prihaja iz obnovljivih virov, kot je veter ali sonce. V primeru prevodnega napajanja so elektrificirane ceste tudi precej učinkovite. Podjetje Elways AB je na primer poročalo o 85–95-odstotni učinkovitosti segmentirane prevodne rešitve za avtomobile in tovorna vozila, ki jo zdaj preizkušajo v okviru projekta eRoadArlanda.
Toda s tem se praktično vse prednosti elektrificiranih cestnih sistemov končajo. Čeprav so skoraj vse alternative dizelskemu gorivu še daleč od tega, da bi bile splošno sprejete, po napredku mnoge prekašajo elektrificirane cestne sisteme. Danes ni veliko podatkov iz dejanske rabe, ki bi podpirali zanesljivost te rešitve, z izjemo pantografa (ki je star 100 let) pa vse druge vrste napajanja uporabljajo nove, še nezrele tehnologije.
E-avtoceste so tudi drage; namestitev napajalne infrastrukture pomeni znatne naložbe v gradnjo cest in namestitev električnih vodov ter njihovo vzdrževanje. Prav tako lahko povzročijo daljše motnje obstoječega prometnega toka med posodabljanjem infrastrukture. V eni od študij so ocenili, da bi postavitev 100 metrov dinamičnega induktivnega sistema trajala 3 tedne, medtem ko bi lahko za postavitev 10 kilometrov prevodnega nadzemnega sistema potrebovali 1 mesec. Motnje bi bilo mogoče zmanjšati, če bi gradnja elektrificiranih cestnih sistemov sovpadala z načrtovanimi vzdrževalnimi deli, vendar bi to omejilo hitrost uvedbe tehnologije.
Zahtevnost elektrificiranih cestnih sistemov tudi pomeni, da bi morali številni akterji, vključno z vladami, občinami, dobavitelji električne energije in prevozniškimi podjetji, med seboj sodelovati. Potrebno bi bilo tudi čezmejno sodelovanje na območjih, kot je EU, kjer bi bilo treba tovorna vozila, ki potujejo po regiji, opremiti z isto tehnologijo, da bi lahko uporabljala ceste. Razvijajo se standardi za napajanje, na podlagi katerih bi lahko katera koli vrsta vozila uporabljala elektrificirane ceste.
Se odgovor skriva v električnih vozilih?
Eden od glavnih argumentov za elektrificirane ceste je vloga, ki bi jo lahko imele pri zmanjševanju pomislekov zaradi dosega, ki jih prinaša uporaba električnih tovornih vozil. Predpostavlja se, da bi električna vozila lahko prevozila daljše razdalje in uporabljala manjše baterije, če bi elektrificirane ceste uporabljali za neposreden prenos energije za pogon vozila ali polnjenje baterije v vozilu. To se zdi praktična rešitev, vendar ob natančnejšem pregledu hitro odpove.
Prvi izziv je interoperabilnost, kar pomeni, da bi moral biti elektrificirani cestni sistem sposoben napajati katero koli vozilo. Trenutno nimamo standardov in sistemske arhitekture za prenos energije iz omrežja prek elektrificiranega cestnega sistema v več vozil. Drugi izziv predstavljajo izboljšave nabora baterij za električna tovorna vozila, zaradi katerih bi lahko polnjenje prek elektrificiranega cestnega sistema hitro postalo odvečno. Upoštevati je treba dejstvo, da lahko danes popolnoma napolnjeno električno tovorno vozilo prevozi 300 kilometrov, kar pokriva približno 40 % vseh prevozov v EU. Pričakuje se, da se bo ta doseg v bližnji prihodnosti povečal zaradi izboljšav litij-ionskih baterij, odkritij novih materialov za celice, boljših sistemov za upravljanje baterij in tehnologij hlajenja. Veliko upanja se polaga tudi v baterije s trdnim elektrolitom, s katerimi bi se lahko doseg povečal do 1600 kilometrov ob enem samem polnjenju.
Tretji izziv so statični ali priključni polnilni sistemi, ki predstavljajo edini sistem z uveljavljenimi svetovnimi standardi in preizkušeno tehnologijo. Število priključnih polnilnih postaj hitro narašča; leta 2019 je bilo v Evropi več kot 170.000 polnilnih postaj, v Združenih državah pa več kot 68.000. Čeprav je večina te infrastrukture namenjena avtomobilom, je treba omeniti, da se v dispenzerjih energije uporablja tehnologija kombiniranega sistema polnjenja (CSS), ki se lahko uporablja za avtomobile in tovorna vozila. Konzorcij proizvajalcev tovornih vozil že sodeluje pri povečanju zmogljivosti polnjenja CSS do 1–3 MW, da bi lahko obstoječa infrastruktura podpirala gospodarska vozila. Poleg tega vlade po vsem svetu pripravljajo načrte za širitev omrežij in standardizacijo tehnologije polnjenja CSS. Tako jasnih smernic vlad, ko gre za elektrificirane cestne sisteme, ni.
Nenazadnje se uporaba cest za polnjenje električnih vozil zdi malo verjetna glede na vzpon alternativnih možnosti, kot so vodikove gorivne celice. O vodiku se veliko govori, zlasti na področju zahtevnih prevozov na velike razdalje, pri katerih se lahko uporabi za podaljšanje dosega električnih tovornih vozil. Vodik ima številne prednosti, kot sta kratek in preprost postopek polnjenja ter visoka energijska gostota. S samo 80 kg vodika lahko tovorno vozilo prevozi do 800 kilometrov! To bi zadostovalo za večino prevozov na velike razdalje, z zadostno infrastrukturo za oskrbo z vodikom pa tovornega vozila ne bi bilo treba polniti med vožnjo.
Nekaj možnih primerov uporabe
Ali vse to pomeni, da v prihodnosti prevozov ni prostora za elektrificirane ceste? Ne povsem. Elektrificirani cestni sistem bi lahko bil primeren za posebne poti ali zaprte sisteme na omejenih območjih, kjer bi bila elektrifikacija cest in uporaba tovornih vozil dobra alternativa. Prav tako bi lahko bil primerna rešitev za avtonomna tovorna vozila, ki opravljajo prevoze od enega središča do drugega.
Podrobnejša analiza alternativnih goriv
Glede na vse izzive, povezane z elektrificiranimi cestnimi sistemi, menim, da bi bilo treba v panogi iskati bolj izvedljive možnosti za razogljičenje prevozov, kot so elektromobilnost, vodik, bio-LNG in nekatera biogoriva, npr. HVO. Za boljše razumevanje področja alternativnih goriv sem za prevoznike sestavil vodnik, v katerem so predstavljene prednosti in slabosti vsakega vira goriva. Vodnik vključuje tudi kontrolni seznam z vsemi točkami, o katerih bi morali razmisliti lastniki prevozniških podjetij pred naložbo v tovorno vozilo na alternativni pogon.
