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電氣化道路: 限定區域的利基解決方案?

| 11 分鐘
在開闊的道路上行駛而不必為卡車加油,肯定是不錯的想法。 而這正是電氣化道路主張能夠做到的。 電氣化高速公路的支持者表示,透過在高速公路上行駛時為車輛充電,這項技術可以加快充電速度並延長行駛時間。 但是,電氣化道路真的如人們所說的那樣嗎? 或者只是限定區域的利基解決方案?

什麼是電氣化道路?

電氣化道路、eroad、eHighway 或電氣化道路系統 (ERS) 是一套系統,能夠在車輛與其行駛的道路之間進行電力傳輸。 電氣化道路根據充電方式分為三類:

  • 架空導電: 在這種類型的充電中,電力透過伸縮集電弓從架空線持續傳輸到車輛。 架空傳導充電最適合高度能接觸到電力線路的卡車和公共汽車。 它也適用於行駛在預設路徑的車輛,以便它們可以與電力線路持續保持連接。
  • 來自道路的傳導電力傳輸: 這與架空導電技術類似,不同之處在於電力透過嵌入路面或嵌在路面頂部的軌道傳輸到車輛,而不是伸縮集電弓。 這項技術包含一個與電源連接的車載機械臂。
  • 來自道路的感應電力傳輸: 這裡的電力傳輸發生在嵌入道路的線圈和車輛內的線圈之間,無需任何電線。 來自電網的電力轉換為高頻交流電以產生磁場,然後由車輛下方的線圈接收進而產生電壓。

當汽車或卡車在配備任何一種技術的道路上行駛時,電能將直接進入動力推進系統或用來為車載電池充電。 但是一旦車輛在正常道路上行駛,它將切換到電動或油電混合動力馬達或內燃機。

雖然現在有一些與汽車製造商、研究機構、政府和能源公司合作的先導專案正在執行,但電氣化道路的使用仍然相當有限。 其中一項專案在瑞典隆德執行,而義大利政府計劃在該國北部興建 6 公里電氣化高速公路 (eHighway)。 在加州,洛杉磯和長灘港口附近則正在進行示範專案
 

電氣化道路: 權衡利弊

電氣化道路的好處在於,它為內燃機提供一種更清潔的替代方案,尤其是當所使用的能源來自風能或太陽能等可再生能源時。 在傳導充電的情況下,電氣化道路也非常有效率。 例如,Elways AB 公司報告用於汽車和卡車的分段導電解決方案效率為 85-95%,eRoadArlanda 專案之中目前正在進行相關測試。

但電氣化道路系統的優勢就僅此而已。 雖然幾乎所有的柴油替代方案距離成為主流還有很長一段路,但許多替代方案已經走得比 ERS 更遠。 時至今日,支持電氣化道路可靠性的實際資料並不多,除了伸縮集電弓 (已有 100 年歷史) 以外,所有其他充電類型都是新穎的、未成熟的技術。

eHighways 也很昂貴,安裝充電基礎設施代表必須在鋪設道路、安裝電氣線路和維護方面進行大量投資。 因為基礎設施的更新,也有可能對現有的交通流量造成長時間的中斷。 一項研究估計,動態感應系統的安裝時間每 100 公尺需要 3 週,而導電架空系統可能耗時 1 個月才能安裝 10 公里。 如果 ERS 建設與規劃的維護工作同時進行,可以盡可能地減少交通中斷,但這確實會限制技術的部署速度。

ERS 的複雜性也代表包括政府、市政當局、電力供應商和貨運公司在內的許多參與者必須一起合作。 在像歐盟這樣的地區還需要進行一些跨境合作,在這些地區行駛的卡車需要採用相同的技術進行改造才能使用道路。 充電標準目前也正在制定中,這樣任何類型的車輛才都能夠使用電氣化道路。
 

電動汽車能幫上忙嗎?

支持電氣化道路的一個主要理由是,它們能減少駕駛電動卡車帶來的續航距離焦慮。 這種想法認為如果使用電氣化道路將電力直接傳輸到車輛的動力推進系統或為車載電池充電,則電動車輛可以行駛更遠的距離並使用更小的電池。 這聽起來像是個實用的解決方案,但更仔細研究時,它很快就被推翻了。

第一個挑戰是互操作性,這表示電氣化道路系統必須能夠為任何類型的車輛供電。 現今還沒有將電力從電網傳輸到 ERS 再到多部車輛的標準和系統架構。 第二個挑戰來自電動卡車電池續航距離的提升,這可能很快使得 ERS 充電變得多餘。 考量目前的實際情況,一輛充滿電的電動卡車可以行駛 300 公里,這涵蓋大約歐盟所有運輸工作的 40%。 在不久的將來,經由改善鋰離子電池、探索新的電池材料、更好的電池管理系統和冷卻技術,這個續航距離預計會變得更遠。 固態電池也被寄予厚望,單次充電可望將續航距離增加到 1,600 公里。  

第三個挑戰是靜態或插入式充電系統,這是唯一具有既定全球標準和成熟技術的系統。 插入式充電站的數量正在迅速增長,截至 2019 年為止,歐洲已有超過 170,000 個充電站,美國則有超過 68,000 個充電站。 雖然這些基礎設施大部分用於汽車,但是要注意的重點是電源分配器中的技術是可同時用於汽車和卡車的複合式充電系統 (CSS)。 一個由卡車製造商組成的聯盟已經一起合作提高 CSS 充電容量,到 100 萬至 300 萬瓦,以便現有的基礎設施可以支援商用車輛。 世界各國政府也在制定擴展網路和標準化 CSS 充電技術的計畫。 在 ERS 方面,政府沒有這樣明確的指令。

最後但並非最不重要的是,考慮到氫燃料電池等替代方案的興起,使用道路為電動汽車充電似乎不太可能。 有許多關於氫氣的討論,特別是在要求嚴苛的長途運輸領域,它可以做為延長電動卡車續航距離的有效選項。 氫氣具有許多優點,例如:加氫過程迅速簡單,能量密度高。 一輛卡車只需 80 公斤氫氣,就可以行駛 800 公里! 這對於大多數長途運輸任務來說已經足夠,並且有足夠的加氫基礎設施時,就不需要在行駛途中為卡車充電。
 

一些可行的使用案例

這一切是否表示未來的交通不需要電氣化道路? 不完全是。 對於特定路線或限定區域的封閉系統,ERS 可能是一個很好的案例,在這些區域中電氣化道路和使用卡車將是一個不錯的選擇。 對於執行轉運站到轉運站之間運輸業務的自動駕駛卡車來說,ERS 也可能是一種合適的解決方案。
 

仔細研究替代燃料

鑑於 ERS 面臨的所有挑戰,我認為產業應該尋找更可行的選擇來實現交通運輸減碳,如電動車、氫氣、生質液化天然氣和一些生質燃料 (如 HVO)。 為了幫助貨運業者更了解替代燃料,我整理一份指南,介紹每種燃料來源的優缺點。 此指南還包括一份清單,其中包含運輸業者在投資具有替代傳動系統的卡車之前應考慮的所有事項。

Lars Mårtensson

Lars Mårtensson works as Environment and Innovation Director at Volvo Trucks.

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