Szwedzi jako pierwsi naładują samochody elektryczne z szyny w jezdni

Ładowanie samochodów elektrycznych w trakcie jazdy może przyspieszyć ich wdrożenie, szczególnie w miastach.

W pobliżu lotniska Arlanda niedaleko Sztokholmu ruszył pierwszy na świecie system ładowania samochodów elektrycznych z szyny umieszczonej w drodze. Ma tylko dwa kilometry i znajduje się na bocznej drodze, więc to na razie jedynie test. Ale Szwedzi mają nadzieję, że to jedna z technologii, które pozwolą im osiągnąć cel ograniczenia zapotrzebowania na paliwa kopalne w transporcie o 70 proc. do 2030 roku.

To nie są pierwsze testy systemu ładowania pojazdów elektrycznych w drodze. Co więcej, nie pierwsze nawet w samej Szwecji. Już w 2016 roku Scania zelektryfikowała dwukilometrowy odcinek autostrady E16 w pobliżu miasta Gävle za pomocą pantografów. Liczne miasta testują też podobne rozwiązania oraz pętle indukcyjne ładujące autobusy.

Wciąż zbyt długi czas ładowania e-samochodów w trakcie postoju

Elektryfikowanie dróg i ładowanie samochodów podczas jazdy ma rozwiązać jeden z największych problemów, czyli długi czas ładowania aut w trakcie postoju (jeszcze większym problemem jest to, że często tego postoju nie ma gdzie zrobić, bo infrastruktury do ładowania jest jak na lekarstwo). Choć w ostatnich latach uległ on istotnemu skróceniu, to wciąż skutecznie odstrasza od korzystania z e-samochodów w długich podróżach.

Jednak powszechne zastosowanie takiej technologii poza miastami to melodia odległej przyszłości – znacznie odleglejszej niż rozpowszechnienie e-samochodów. Prędzej może zostać zastosowana w transporcie ciężarowym, ale najlepsze perspektywy ma w miastach.

Szyna pod prądem

Technologia zastosowana w eRoadArlanda jest w gruncie rzeczy prosta i nie różni się wiele od sposobu napędzania większości linii metra na świecie, tzw. trzeciej szyny. Szyna pod napięciem (w transporcie kolejowym – trzecia, obok dwóch, po których jedzie skład) znajduje się zwykle blisko gruntu, a prąd jest pobierany za pomocą specjalnych odbieraków zamontowanych na wagonach.

Rozwiązanie to stosuje się głównie, choć nie tylko, na liniach metra z uwagi na kwestie bezpieczeństwa. W przypadku kolei naziemnych, mimo osłon szyny zasilającej, rośnie ryzyko, że ktoś ją przypadkowo dotknie. Dlatego np. tramwaje w Bordeaux czy San Francisco są zasilane z trzeciej szyny umieszczonej w kanale w ziemi.

Dokładnie tak samo działa eRoadArlanda. Według inżynierów projektu, nawet jeśli kanał zostanie zalany słoną, dobrze przewodzącą prąd wodą, to napięcie w kałużach na poziomie gruntu będzie bliskie zeru. Ryzyko porażenia pieszych prawie nie istnieje.

Zalety i wady ładowania aut z szyny pod napięciem

System ten ma wiele przewag nad testowanym już wcześniej zasilaniem ciężarówek z sieci naziemnej, identycznej jak w przypadku trakcji kolejowej. Przede wszystkim mogą z niego korzystać wszystkie pojazdy wyposażone w odpowiedni odbierak, niezależnie od ich typu i rozmiaru. W przypadku sieci umieszczonej na wysokości odpowiedniej dla ciężarówek auta osobowe nie byłyby w stanie sięgnąć do trakcji. Do tego rozwiązanie to jest względnie tanie – elektryfikacja kilometra drogi trzecią szyną ma kosztować ok. miliona euro.

Problemów jednak też jest sporo. W samej Szwecji w taki sposób zelektryfikować trzeba by co najmniej 5 tys. km dróg, a w idealnym scenariuszu – 20 tys. Część z tych dróg to trasy wielopasmowe, więc potrzebnych byłoby kilka szyn obok siebie. Potrzebne byłyby też podstacje trakcyjne wzdłuż dróg i niebagatelne na pewno nakłady na utrzymanie szyn. Mowa więc o kilkunastu miliardach euro.

Do tego dochodzą problemy praktyczne. Wszystkie samochody elektryczne musiałyby mieć odbieraki prądu, a w przypadku pojawienia się konkurencyjnych systemów pojawiłby się problem kompatybilności. Jest też pytanie o bezpieczeństwo – na kolei trzecia szyna się sprawdza, bo pociągi poruszają się po nieruchomych szynach, nie zmieniają pasa, nie wyprzedzają, nie muszą nagle zmieniać kierunku jazdy, aby ominąć np. zwierzę na drodze. Odbieraki musiałyby być na tyle elastyczne, by umożliwić błyskawiczne rozłączenie.

Szansa na elektryfikację dróg większa w miastach

Elektryfikacja dróg międzymiastowych szynami będzie zatem ciężka, choć na pewno nie jest to niemożliwe. Napowietrzne sieci trakcyjne dla ciężarówek mogą być łatwiejsze do instalacji. Ale najszybciej doczekamy się systemów ładowania pojazdów elektrycznych w trakcie jazdy w miastach.

One już istnieją, a najbardziej oczywiste to sieci trolejbusowe. Nowoczesne pojazdy tego typu, także produkowane przez Solarisa, w praktyce są już hybrydami między typowym trolejbusem, który musi nieustannie być zasilany z sieci, a e-autobusem, bo są w stanie jechać nawet kilka kilometrów bez sieci trakcyjnej. Tego typu rozwiązania na pewno będą coraz popularniejsze. Możliwe jest np. montowanie sieci trakcyjnej dla autobusów elektrycznych na pętlach współdzielonych z tramwajami. Byłoby to względnie tanie i pozwoliłoby wykorzystać istniejącą infrastrukturę do ładowania baterii w trakcie oczekiwania na kolejny wyjazd. W wielu miastach buspasy są wykorzystywane naraz przez autobusy i tramwaje, co umożliwia podładowanie e-busów nawet w trakcie jazdy czy zatrzymania na przystankach.

Pętle indukcyjne i trzecie szyny pod nawierzchnią

Równie duży potencjał ma ładowanie bezprzewodowe z wykorzystaniem pętli indukcyjnych zamontowanych pod nawierzchnią drogi. Ta technologia jest już względnie powszechna, autobusy w Turynie wykorzystują ją od 2003 roku. Pętle można montować na przystankach, w zajezdniach czy przed ruchliwymi skrzyżowaniami, gdzie autobusy zwykle czekają nieco dłużej na zielone światło – z uwagi na koszty i niższą efektywność ładowanie w taki sposób w trakcie jazdy ma mały sens.

Także trzecia szyna może zostać wykorzystana w ten sposób. W zamkniętym systemie miejskim organizatorom przewozów łatwiej będzie zadbać o wyposażenie pojazdów w odbieraki, nie będzie problemów z kompatybilnością. Poza miastami równie łatwo, a może nawet łatwiej będzie wdrożyć takie systemy na względnie krótkich odcinkach pokonywanych regularnie przez autobusy czy ciężarówki – nie bez powodu testy eRoadArlanda odbywają się na drodze między lotniskiem a pobliskim centrum logistycznym.

Trzecia szyna i pantograf nie dla osobówek?

Samochody osobowe skorzystają z tych możliwości znacznie później. Jednak w mieście to nie problem, bo pokonywane dystanse nie wymagają ładowania w ciągu jazdy. A w przypadku dalszych podróży w pierwszej kolejności niezbędne są przede wszystkim względnie nieduże inwestycje w gęstą sieć ładowarek przy autostradach i drogach szybkiego ruchu. W połączeniu z coraz pojemniejszymi i coraz szybciej ładującymi się akumulatorami e-aut budowa tradycyjnej infrastruktury może oznaczać, że osobówki nie będą potrzebowały sieci trzecich szyn czy pantografów.