Co je to elektrifikovaná silnice?
Elektrifikovaná silnice, e-silnice, e-dálnice nebo elektrický silniční systém (ERS) je systém, který umožňuje přenos energie mezi vozidlem a silnicí, po které vozidlo jede. Elektrifikované silnice jsou rozděleny do tří kategorií podle toho, jak nabíjení probíhá:
- Vedení nad vozovkou: U tohoto typu nabíjení se energie nepřetržitě přenáší z venkovního vedení do vozidla prostřednictvím pantografu. Nabíjení nadzemním vedením je nejvhodnější pro nákladní vozidla a autobusy, které jsou dostatečně vysoké, aby na elektrické vedení dosáhly. Funguje také lépe s vozidly, která jezdí po předem nastavené dráze, takže k elektrickému vedení zůstávají nepřetržitě připojena.
- Přenos elektrické energie z vozovky: Je to podobné jako u nadzemní technologie vedení s tím rozdílem, že místo pantografu se výkon přenáší na vozidlo prostřednictvím kolejnic zapuštěných do povrchu vozovky nebo umístěných na povrchu vozovky. Technologie vozidla počítá s mechanickým ramenem, které se připojuje k napájecímu zdroji.
- Indukční přenos elektrické energie z vozovky: Zde probíhá přenos energie mezi cívkami zapuštěnými do vozovky a cívkami ve vozidle bez jakýchkoli vodičů. Energie ze sítě se přeměňuje na vysokofrekvenční střídavý proud, čímž se vytváří magnetické pole zachycované cívkami na podvozku vozidla, které je mění na napětí.
Když osobní nebo nákladní vozidlo jede po silnici vybavené některou z těchto technologií, energie se dostává přímo do pohonného systému nebo se používá k nabíjení palubních akumulátorů. Jakmile se ale vozidlo dostane na běžnou silnici, přepne se do režimu pohonu elektrickým, hybridním nebo spalovacím motorem.
Využití elektrifikovaných silnic je v současnosti spíše omezené, i když několik projektů probíhá ve spolupráci s výrobci vozidel, výzkumnými ústavy, vládami a energetickými společnostmi. Jedním takovým projektem je trať ve švédském Lundu a dalším plán italské vlády postavit 6kilometrovou e-dálnici na severu země. V Kalifornii se pracuje na ukázkovém projektu v blízkosti přístavů měst Los Angeles a Long Beach.
Elektrifikované silnice: Zvažování pro a proti
Elektrifikované silnice jsou prospěšné v tom, že poskytují čistší alternativu ke spalovacímu motoru – zvláště pokud použitá energie pochází z obnovitelných zdrojů jako vítr nebo slunce. V případě vodičového nabíjení jsou elektrifikované silnice také docela účinné. Společnost Elways AB například uvádí 85–95% účinnost u segmentovaného vodičového řešení pro osobní i nákladní vozidla. Řešení se nyní testuje jako součást projektu eRoadArlanda.
Tím ale všechny výhody elektrifikovaných silničních systémů v podstatě končí. Zatímco téměř všechny alternativy k naftě zdaleka nejsou mainstreamové, mnohé zašly mnohem dále než ERS. V současnosti není k dispozici mnoho údajů ze skutečného provozu, které by podporovaly spolehlivost systému, a s výjimkou pantografu (který je 100 let starý) jsou všechny ostatní typy nabíjení nové, nevyzrálé technologie.
E-dálnice jsou také drahé – instalace nabíjecí infrastruktury znamená značné investice do vytyčení komunikací, instalace elektrického vedení a také jeho údržby. Při modernizaci infrastruktury také existuje potenciál způsobovat zdlouhavá přerušení toku dopravy. Jedna studie odhaduje, že instalace dynamického indukčního systému by trvala tempem 100 metrů za 3 týdny. Při instalaci systému nadzemního vedení by se za 1 měsíc mohlo instalovat 10 kilometrů. Narušení by bylo možné minimalizovat, pokud by se stavba systému ERS časově shodovala s plánovanou údržbou, ale tím by se reálně omezovala rychlost nasazení technologie.
Složitost systému ERS také znamená nutnou spolupráci mnoha aktérů včetně vlád, obcí, dodavatelů energie i přepravních společností. Vyžadovalo by to také určitou přeshraniční spolupráci v regionech jako EU – nákladní vozidla projíždějící určitou oblastí by musela být vybavena správnou technologií pro provoz na daném typu komunikace. Standardy pro nabíjení, aby jakýkoli typ vozidla mohl využívat elektrifikované silnice, jsou ve vývoji.
Mohly by pomoci elektromobily?
Jedním z hlavních argumentů pro elektrifikované silnice je role, kterou by mohly hrát při snižování strachu z krátkého dojezdu, který se pojí s jízdou elektromobilem. Předpokládá se, že pokud by se elektrifikované silnice používaly k přenosu energie za účelem pohánění vozidla nebo nabíjení palubních akumulátorů, elektromobily by mohly cestovat na delší vzdálenosti a používat menší akumulátory. Zní to jako praktické řešení, ale při bližším zkoumání se rychle rozpadá.
První výzvou je interoperabilita, což znamená, že systém elektrifikované silnice by musel být schopen dodávat energii jakémukoli druhu vozidla. Dnes neexistují žádné standardy a architektura systému pro přenos energie ze sítě do systému ERS a do více vozidel. Druhou výzvou je prodlužování dojezdu elektrických akumulátorových nákladních vozidel, které by mohlo rychle učinit nabíjení ERS nadbytečným. Vezměte v úvahu skutečnost, že dnes plně nabité elektrické nákladní vozidlo ujede až 300 kilometrů, což pokryje přibližně 40 % veškeré přepravní činnosti v EU. Očekává se, že dojezd se v blízké budoucnosti prodlouží díky vylepšením lithium-iontových akumulátorů, objevu nových materiálů článků, lepším systémům správy akumulátorů a technologiím chlazení. Velké naděje se vkládají také do polovodičových akumulátorů, které by mohly zvýšit dojezd až na 1600 kilometrů na jedno nabití.
Třetí výzvou jsou statické či plug-in nabíjecí systémy, které jsou jediným systémem se zavedenými globálními standardy a osvědčenou technologií. Počet plug-in nabíjecích stanic rychle roste. Od roku 2019 se navýšil na více než 170 000 v Evropě a více než 68 000 ve Spojených státech. Ačkoli většina této infrastruktury je určena pro osobní vozidla, je důležité poznamenat, že technologií výdejních stojanů je kombinovaný systém nabíjení (CSS), který lze používat pro osobní i nákladní vozidla. Konsorcium výrobců nákladních vozidel už spolupracuje na zvýšení kapacity nabíjení CSS na jeden až tři megawatty, aby stávající infrastruktura mohla podporovat také užitková vozidla. Vlády po celém světě také vytvářejí plány na rozšíření sítí a na standardizaci technologie zpoplatnění CSS. Pokud se jedná o systém ERS, žádné tak jasné směrnice od vlád neexistují.
V neposlední řadě se zdá, že vzhledem k narůstajícímu počtu alternativ, jako jsou např. vodíkové palivové články je používání silnic k nabíjení elektromobilů poměrně nepravděpodobné. Kolem vodíku je velký rozruch zejména v oblasti náročné a dálkové přepravy, kde jej lze použít k prodloužení dojezdu elektrických nákladních vozidel. Vodík má řadu výhod, ke kterým patří krátký a snadný proces doplňování paliva a vysoká hustota energie. S pouhými 80 kg vodíku může nákladní vozidlo ujet až 800 kilometrů! To by stačilo pro většinu zakázek na dlouhé vzdálenosti, navíc díky dostatečné infrastruktuře pro doplňování vodíku by nebylo potřeba nabíjet nákladní vozidlo za jízdy.
Některé potenciální případy využití
Znamená toto všechno, že v budoucnosti dopravy není pro elektrifikované silnice místo? Není to tak zcela pravda. Systém ERS by se dal dobře využívat na konkrétních trasách nebo v systémech v uzavřených oblastech, kde by se alternativa elektrifikace silnic a používání nákladních vozidel jevila jako dobrá volba. Mohly by být také vhodným řešením pro autonomní nákladní vozidla provozující přepravu mezi jednotlivými uzly.
Bližší pohled na alternativní paliva
Vzhledem ke všem výzvám souvisejícím se systémem ERS se domnívám, že by se odvětví mělo v oblasti dekarbonizace dopravy poohlédnout po schůdnějších možnostech, jako je elektromobilita, vodík, bio-LNG a některá biopaliva jako HVO. Abych pomohl provozovatelům nákladní dopravy lépe se orientovat v alternativních palivech, sestavil jsem průvodce, který se zabývá klady a zápory každého zdroje paliva. Průvodce také obsahuje kontrolní seznam se všemi věcmi, na které by měli majitelé přepravy myslet, než investují do nákladního vozidla s alternativním pohonem.
