السلف في تكنولوجيا البطارية الخفيفة للطيران الممتد

الأثر على النقل العابر في المناطق الحضرية

وقدرة على العمل دون استمرار الأسلاك العامة هي إعادة تشكيل التخطيط للمرور العابر في المناطق الحضرية، ويمكن للمدن الآن أن توسع خطوط السكك الحديدية الخفيفة من خلال مراكز تاريخية تكون فيها الأسلاك المأهولة متطفلة بصريا، أو من خلال شوارع ضيقة تكتنفها المحاكاة المادية أو السياسية، ومن الأمثلة على ذلك نظام بوردو للشحنات في فرنسا، الذي يستخدم إمدادات الطاقة الأرضية، والخطوط الجديدة في مدن مثل دبي وبحرية.

والمرونة التشغيلية هي فائدة رئيسية أخرى، إذ يمكن للمضامين المجهزة بالبطارية أن تنحرف عن طرق الصيانة أو الاختبار أو التحويل المؤقت دون الحاجة إلى تركيب أجهزة تغذية مؤقتة، وفي حالات الطوارئ أو انقطاع الكهرباء، يمكن للمركبات المجهزة بالبطارية أن تستمر في الركض لمسافة أميال - طبيعية لسلامة الركاب وإجلاءهم، كما أن انخفاض الاعتماد على الهياكل الأساسية الثابتة يقلل أيضاً تكاليف البناء: إزالة الكم من 1 كيلومتراً مربعاً، مما يوفر دراسات تقريبية.

كما أن الأسلاك العامة تتطلب التفتيش والتوتر والتصليح، لا سيما في المناطق التي يوجد فيها هواء الملح المضغوط أو النباتات الثقيلة، وأن نظم البطاريات لديها أقل أجزاء متحركة، ولكنها تحتاج إلى استبدال دوري كل ٦-٨ سنوات حسب الاستخدام، غير أن التكلفة الإجمالية للملكية على مدى فترة ٣٠ سنة من عمر المركبات يمكن أن تكون أقل بنسبة ١٠-١٥ في المائة بالنسبة لأسطول مجهز بالبطارية مقارنة بالرابطة الأمريكية المعتمدة على كامل العينة.

فالمزايا البيئية تتجاوز التخفيض الواضح للانبعاثات المحلية، إذ تتيح نظم البطاريات الحصول على المكابح الإبداعي على نحو أكثر فعالية لأن التخزين الموجود على متنها يزيل الحاجة إلى إعادة الطاقة إلى الشبكة، وهي عملية أقل كفاءة بنحو 5 في المائة نتيجة لخسائر التحويل، وعلاوة على ذلك، حيث أن الطاقة المتجددة تصبح حصة أكبر من الشبكة، فإن مركبات الكربون المفلورة يمكن أن تخزن الطاقة خلال فترات منخفضة الطلب وتفرغها خلال ساعات الذروة، وتوفر خدمات تثبيت الشبكات وتدر إيرادات للمرور العابر.

التحديات والنظر في المسألة

ورغم التقدم المحرز، لا تزال هناك عدة تحديات تقنية وتشغيلية، إذ أن المناخات الباردة تقلل من قدرة البطاريات بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة عند - 20 درجة مئوية، مما يتطلب نظما للتسخين الأولي تستهلك الطاقة، وقد وضعت المصانع بطاريات للتدفئة الذاتية واستراتيجيات للعزل باستخدام بطانيات الهزل، ولكن هذه النظم تزيد الوزن والتكاليف، وفي المناخات الساخنة، تزداد مخاطر المرور العابر الحرارية، وتتطلب تهدئة شديدة، مع إطفاء الكوارث.

ويجب أن تتزامن الهياكل الأساسية المتجهة إلى تحديد مواعيد المركبات، إذ أن رسم بياني يكلف كل خمس دقائق في كل محطة يتطلب تنسيقا دقيقا مع أوقات رفوف الركاب وإشارات المرور، وإذا فشلت محطة الشحن، قد لا يكون لدى المركبة احتياطي كاف للوصول إلى الموقع التالي، فإعادة الشحن - تضخيم الشحنات الاحتياطية كل عشرة كيلومترات - إضافية، بل هي ضرورية للموثوقية.

أما إدارة عصر البطاريات ونهاية العمر فهي اعتبارات أخرى، فبعد مرور 8 إلى 10 سنوات في مركبة عبور، تتدهور القدرة على البطاريات عادة إلى 70 إلى 80 في المائة من العتاد الأصلي، ويمكن إعادة استخدام هذه الحزم المتقاعدة لتخزين الطاقة بالشبكة الثابتة، ولكن يجب التخطيط لسوقيات جمع ونقل المركبات في المقدمة، كما أن الأثر البيئي للليثيوم التعديني والكوبالت والنيكل يظل مصدر قلق، وإن كان المصنعون يقومون بتحسين الشفافية في سلسلة الإمدادات واستكشافها.

التوقعات المستقبلية

ويتواصل البحث في الجيل القادم من البطاريات بوتيرة سريعة، ومن المتوقع أن تصل البطاريات ذات العجلات إلى كثافة الطاقة التي تتجاوز 500 كيلوغرام خلال السنوات الخمس القادمة، مما قد يسمح للمركبات المصفحة بالسفر 100 كيلومتر أو أكثر دون شحن، مما يجعل من الممكن حقاً استخدام السكك الحديدية الخفيفة الخالية من المطاعم في معظم المناطق الحضرية، وليس فقط القطاعات القصيرة.

وفي حين أن خلايا سلف الليثيوم تقدم علاوة نظرية أعلى من ذلك إلى ٦٠٠ و/كغ - مع الفائدة الإضافية لاستخدام الكبريت، والمواد الوفيرة والمنخفضة التكلفة، فقد أثبت الباحثون في جامعة ووترلو ومعهد فرونهوفر وجود دوام ثابت في خلايا لي - س لأكثر من ٥٠٠ ١ دورة، مما يقترب من القدرة التجارية على البقاء، وإذا بلغت هذه الخلايا نصف مساراً لإنتاج الطاقة خلال عقد من الزمن.

وتشمل الحدود الأخرى بطاريات الصوديوم - الأسيون، التي تتجنب الليثيوم كلياً وقد دخلت بالفعل في إنتاج التخزين الثابت، وفي حين أن كثافة الطاقة فيها (حوالي 160 و/كغ) منخفضة جداً بالنسبة لعملية الرافعة الطويلة المدى الآن، فإن التحسينات المستقبلية قد تجعلها مناسبة للمكوكات القصيرة المدى أو التشكيلات الهجينة حيث توفر الأسلاك الزائدة عن الرأس الجزء الأكبر من الطاقة والبطاريات التي تغطي على الأرجح آخر عدد قليل من أجهزة القياس.

وستصبح نظم الشحن الآلي التي تتواصل مع الشبكة عبر أجهزة القياس الذكية معيارية، مما يتيح لوكالات المرور العابر شراء الطاقة بأسعار أرخص، بل ويبيع القدرة الزائدة خلال فترة الذروة المطلوبة، وسيحول إدماج أجهزة التلقيم المزودة بأجهزة إدارة الطاقة على نطاق المدينة كل مركبة إلى وحدة تخزين متنقلة، يدعم شبكة حضرية أكثر مرونة، ويقوم صانعو السياسات بالفعل باستكشاف الحوافز للمرور العابر دون انبعاثات، بما في ذلك تقديم المنح من أجل تحديث نظام البطاريات وعمليات التصنيع الأنظف.

وباختصار، فإن التقدم المحرز في تكنولوجيا بطارية مركبات السكك الحديدية الخفيفة لا يسمح فقط بتوسيع نطاقها - بل هو أمر يحوّل أساساً اقتصاديات وأجهزة تصنيع السكك الحديدية الحضرية، فمع استمرار الاستثمار في الكيمياء، والإدارة الحرارية، وشحن الهياكل الأساسية، يمكن للمدن أن تنشر شبكات السكك الحديدية الخفيفة الأنظف والمرنة، وأقل تدخلاً بصرياً من أي وقت مضى، وهذا التطور يض السكك الحديدية إلى حد بعيد أكثر استدامة.