Ładowanie samochodu elektrycznego podczas jazdy po autostradzie – może to brzmieć utopijnie. Jednak dokładnie to jest już testowane na jednokilometrowym odcinku drogi w Oberpfalz. „Indukcyjne przesyłanie energii również podczas jazdy może znieść ograniczenia zasięgu dla samochodów elektrycznych, zmniejszyć zapotrzebowanie na powierzchnię i inwestycje w ultraszybkie systemy ładowania oraz w dłuższej perspektywie złagodzić zależność niemieckich producentów OEM od chińskich dostaw baterii”, podkreśla Jörg Franke, kierownik FAPS (Katedra Automatyzacji Produkcji i Systematyki Produkcji) na Uniwersytecie w Erlangen-Norymberdze. Profesor WGP (Naukowe Towarzystwo Techniki Produkcji) jest pomysłodawcą południowoniemieckiego projektu elektryfikacji dróg krajowych. „Technologia IPT zmniejsza zużycie zasobów w porównaniu do dużych baterii i może zapewnić niemieckiemu przemysłowi znaczącą globalną przewagę konkurencyjną – jeśli będzie konsekwentnie wykorzystywana.”
Na A6 między Norymbergą a Ambergiem zainstalowano cewki indukcyjne w nawierzchni asfaltowej, a od kilku miesięcy prowadzone są testy z użyciem specjalnie wyposażonych pojazdów próbnych.
„Jesienią zorganizujemy oficjalną jazdę testową z różnymi typami pojazdów“, relacjonuje prof. Florian Risch, kierownik projektu w FAPS. Risch jest również kierownikiem działu nowo otwartego w kwietniu tego roku E|Road-Centru w Hallstadt. W tym centrum technologii Fraunhofer IISB (Zintegrowane Systemy i Technologia Elementów) oraz FAPS badane są bezkontaktowe systemy przesyłania energii (IPT, Indukcyjne Przesyłanie Energii) do zastosowań statycznych, takich jak parkingi, półdynamicznych, jak w postojach taksówek czy na przystankach autobusowych, oraz dynamiczne indukcyjne przesyłanie energii na drogach.
„Centrum jest unikalne na całym świecie”, mówi Risch, „ponieważ po raz pierwszy łączy elastyczne środowiska produkcyjne, laboratoria rozwojowe i systemy testowe pod jednym dachem.”
Proste zasady można wdrożyć stosunkowo szybko.
Jörg Franke pasjonuje się tym tematem od 2010 roku, kiedy to w Korei jeździł indukcyjnie ładowanym autobusem elektrycznym. „Możliwość bezkontaktowego przesyłania energii została już w XIX wieku imponująco zaprezentowana przez Nikolę Teslę” – relacjonuje profesor z Erlangen. „W ciągu około 15 lat indukcyjne przesyłanie energii zostało zoptymalizowane dzięki nowoczesnej elektronice mocy i doskonale dostosowanym obwodom rezonansowym.” W nawierzchnię autostrady wbudowane są cewki indukcyjne. Generują one zmienne pole magnetyczne, które z kolei indukuje napięcie w cewkach w podwoziu testowych samochodów, gdy te przejeżdżają nad nimi. W ten sposób energia jest przesyłana z cewek drogi do samochodu. Cewki do odcinka testowego opracowało i dostarczyło start-up Seamless Energy Technology z Norymbergi, spin-off FAPS. W projekcie uczestniczy także izraelska firma Electreon Wireless oraz firma budowlana Eurovia. Projekt rozpoczął się w 2022 roku – finansowany przez Ministerstwo Gospodarki.
Podczas jazdy autostradą stan naładowania akumulatora jest przynajmniej stabilizowany przez ładowanie podtrzymujące; w zależności od dostępnej mocy ładowania, stan naładowania (SoC) może być nawet zwiększony. Dzięki temu na ostatnim odcinku drogi do celu dostępna jest wystarczająca ilość energii do jazdy wyłącznie elektrycznej. „Nie ma więc potrzeby elektryfikacji całego systemu drogowego w Niemczech, wystarczą główne szlaki komunikacyjne,” mówi Franke.
Nawet w stosunkowo krótkim czasie można by to zrealizować, ponieważ „powierzchnie asfaltowe i tak muszą być odnawiane co dziesięć lat.” Przy tej okazji można by zainstalować cewki indukcyjne.
Synergie dla autonomicznej jazdy
Efektywne zaopatrzenie w energię może nie tylko ożywić słabnącą elektromobilność, ale także autonomiczne prowadzenie pojazdów. „W Chinach i USA już teraz kursują większe floty autonomicznych robotaksó i systemów shuttle w regularnym ruchu, osiągając znaczące zyski wydajności dzięki zoptymalizowanemu wykorzystaniu czasu i zasobów”, relacjonuje Risch. „W Europie w tej kwestii wciąż istnieje znaczna potrzeba nadrobienia zaległości, nie tylko w obliczu rosnącego niedoboru wykwalifikowanej siły roboczej. Patrząc w przyszłość, jest oczywiste, że autonomiczne pojazdy elektryczne będą mogły samodzielnie organizować swoje zaopatrzenie w energię, bez potrzeby ręcznego podłączania ich do stacji ładowania przez człowieka.” Również bezzałogowe pojazdy transportowe w przemyśle od dawna mogą poruszać się i ładować za pomocą indukcyjnego przesyłania energii.
Koszty znacznie niższe niż przy obecnych trendach
Koszty technologii IPT są w porównaniu do rozwiązań takich jak Megawatt Charging System (MCS) i własna produkcja baterii stosunkowo niskie. Na każdy kilometr i pas ruchu szacujemy inwestycję na około milion euro - wylicza Franke. - Przy około 13.000 km autostrad i elektryfikowanych pasów w obu kierunkach osiągnęlibyśmy łączną kwotę około 30 miliardów euro. To zaledwie trzy procent pakietu infrastrukturalnego wynoszącego 1000 miliardów euro - mówi badacz WGP. - Rozłożone na cykl renowacji nawierzchni dróg wynoszący dziesięć lat, co roku trzeba by przeznaczyć około 3 miliardów euro na elektryfikację autostrad.
Ta suma mogłaby być sfinansowana poprzez opłatę infrastrukturalną w wysokości 20 centów za każdy z około 15 miliardów kilometrów przejeżdżanych rocznie przez ciężarówki na niemieckich autostradach, co odpowiadałoby opłatom drogowym dla ciężarówek. Ponieważ operatorzy flot mogliby zaoszczędzić około 20 centów kosztów energii na kilometr przy przejściu na napęd elektryczny, środek ten byłby nie tylko silnym impulsem dla elektrycznego transportu ciężkiego, ale także potężnym sposobem na poprawę konkurencyjności niemieckich firm spedycyjnych i producentów ciężarówek w międzynarodowej rywalizacji.
Geopolityczna autonomia zamiast zależności
Cięższe od kosztów są niepewności geopolityczne. „Kluczowe pytanie brzmi, czy chcemy strategicznie wykorzystać nieuchronną modernizację naszej infrastruktury, aby jednocześnie zmniejszyć zależność od azjatyckich producentów baterii”, mówi Risch. „W produkcji ogniw ci dostawcy już osiągnęli znaczne efekty skali i przewagi technologiczne, które przekładają się na trwale niższe koszty produkcji. Zatem dogonienie ich w konkurencji cenowej wydaje się mało realistyczne; wręcz przeciwnie, różnica ta prawdopodobnie jeszcze wzrośnie. Jednocześnie potrzebne jest coraz więcej różnych materiałów do baterii, podczas gdy same używane baterie stają się coraz większe. To zwiększa nie tylko zapotrzebowanie na surowce – w szczególności na lit, kobalt i nikiel – ale także zależność od globalnych łańcuchów dostaw, a tym samym podatność całego europejskiego systemu wartości.” Do cewek indukcyjnych potrzebne są łatwiej dostępne i tańsze materiały, takie jak miedź i aluminium.
Nie bez powodu ta technologia stwarza dla Niemiec również szansę na objęcie międzynarodowej roli lidera. „W całej Europie obecnie inicjowane są odpowiednie projekty, które są nieustannie rozwijane. Szczególnie w Szwecji i Francji widać już wysokie zainteresowanie”, mówi Risch. „Szerokie zainteresowanie w kilku europejskich państwach jest jednak idealne, ponieważ ta inicjatywa od samego początku musi mieć charakter ogólnoeuropejski, który długoterminowo ma na celu transfer wiedzy i dyfuzję technologii.”
Kontakt:
