إن الدفع الكهربائي يعيد تشكيل صناعة النقل، مما يوفر مسارا واضحا لتخفيض انبعاثات غازات الدفيئة وخفض الاعتماد على الوقود الأحفوري، وفي حين أن المركبات الكهربائية للمسافرين قد شهدت اعتمادا سريعا، فإن قطاع الشاحنات الثقيلة المسؤول عن حصة كبيرة من حركة الشحن العالمية وما يرتبط بها من عقبات ذات طابع فريد من حيث القدرة على الكهرباء، يتطلب تخزينا أكبر من المئات من المواد التي تستهلكها الشاحنات الثقيلة، بما في ذلك مركبات الدفع الطويلة الأجل.

التحديات التقنية في مجال توسيع نطاق الإنتاج الكهربائي

كثافة الطاقة وطولها

إن أكثر العقبات أهمية هي كثافة الطاقة، إذ أن البطاريات الحالية التي تحمل بطاريات الليثيوم توفر ما يقرب من ١٥٠ إلى ٢٠٠ و/كغ على مستوى الحزمة، وقد تحتاج شاحنة ثقيلة تسافر ٥٠٠ ميل إلى بطارية تحمل ٠٠٠ ٨ إلى ٠٠٠ ١٢ جنيه استرليني )٣,٦-٥,٤ طنا متريا( لتحمل طاقة كافية، مما يستهلك جزءا كبيرا من طاقة تحميل المركبات.

ويتابع الباحثون كيميائيات جديدة مثل فوسفات الحديد الليثيوم من أجل التكلفة والسلامة، ونيكل مانغنيز -كوبالت من أجل زيادة كثافة الطاقة، غير أن الحدود النظرية للكيمياء المتقاطعة الحالية لا تزال مقتربة، وتظهر البطاريات الصلبة التي تعد بثلاثمائة وخمسمائة ومائة ومائة وثمانون كيلوغرام من خلال استبدال السائل الكهربائية السائلة بالمواد الصلبة.

الإدارة الحرارية وسلامة البطاريات

ومع تزايد حجم البطاريات، فإن مستويات توليد الحرارة في النفايات تنمو بشكل تناسبي، وتشتغل خلايا الليثيوم على الوجه الأمثل بين 15 درجة مئوية و 35 درجة مئوية؛ وخارج هذا النطاق، تزداد درجات تدهور الأداء، وتزداد مخاطر السلامة، ومع ذلك فإن الظواهر الحرارية التي تُعد خطراً شديداً في مجموعات كبيرة تحتوي على مئات الكيلوتات - ساعة من الطاقة المخزنة، كما أن الشاحنات الثقيلة ذات الوزن الخافت ترتفع من درجات الحرارة العالية.

كفاءة المحركات والقوة في المرتفعات

كما أن السيارات الكهربائية في شاحنات ثقيلة المدخول يجب أن تُوصل بعجلات عالية في سرعة تلال التلال وتسريعها الثقيل، مع الحفاظ على كفاءة عالية في سرعة الطرق السريعة، كما أن المحركات المغناطيسية الدائمة توفر كثافة عالية في الطاقة ولكنها تعتمد على مواد نادرة جداً تخضع لتقلبات سلسلة الإمداد وتقلبات الأسعار، كما أن السيارات المتحركة أقوى ولكنها أقل كفاءة، ويتمثل الاتجاه الأخير في توفير معدات آلية ذات قدرة عالية على التدفق.

تدهور البطارية والنظر في الحياة الثانية

وتخضع البطاريات الثقيلة للتصريف العميق، وتيارات عالية أثناء الشحن السريع، وعبءات الاهتزاز التي تتجاوز بكثير استخدام سيارات الركاب، وحياة المركبات هي مواصفات حرجة: قد تحتاج شاحنة ذات محرك طويل إلى 000 2 دورة كاملة في السنة، وحتى مع الإدارة الحرارية المتقدمة، يمكن أن تكون تكلفة التعبئة 20 في المائة أو أكثر بعد 3-5 سنوات، مما يجعل من التعبئة غير مناسبة للشحنات الأولية.

الحواجز اللوجستية والهيكل الأساسي

محطة شحن عالية الطاقة

وتحتاج الشحنات ذات المداهة الثقيلة بسرعة إلى مستويات طاقة تتجاوز بكثير خطوط الشحن السريع الحالية للمسافرين، وتشير إلى نظام شحن النفايات الخطرة ، ويتوقف على ذلك نظام الشحنات الرئيسية (C CharIN) إلى أهداف تصل إلى 3.75 ميغاواط (250 V) في 000 3 ألف).

منظمة " غريد " (GGred Capacity) و " Grid Upgrades "

وحتى إذا تم بناء محطات الشحن، يجب أن توفر الشبكة الكهربائية الطاقة اللازمة دون انقطاع أو تقلبات في الفولط، وتسحب شاحنة واحدة شحنت في 1 ميغاواط ما يصل إلى 000 1 منزل تقريبا، وإذا كان أسطول من 50 شاحنة في وقت واحد في مستودع، فإن ذلك يعني وجود متغير في موقع تحميل ميغاواط مقابل مصنع صغير، ويجب أن تؤدي المرافق إلى رفع مستوى الأسطولات، والمحولات، وتكاليف التوزيع، إلى زيادة عدد مراتب الطاقة.

تخطيط الطرق وحجزها

وتمتد شاحنات الكهرباء إلى نطاق محدود )نحو ١٥٠ إلى ٣٠٠ ميل مع تكنولوجيا البطاريات الحالية( بالمقارنة بشاحنات الديزل التي تبلغ مساحتها ٠٠٠ ١ ميل فوق خزان، وتحتاج طرق الانتقال الطويلة إلى تخطيط دقيق لضمان أن تكون الشاحنات جاهزة لاستراحة السائقين والجدول الزمني لإيصال البضائع، وهذا يعني في الواقع أن الشاحنات الكهربائية توزع أولا على طرق أسرع يمكن التنبؤ بها )الأشعة، التوزيع الإقليمي، إيصال الأغذية( بدلا من فتح أبوابها.

Cold Weather and Climate Impacts

وتخفض درجات الحرارة الباردة بشدة أداء البطاريات، حيث تبلغ خسائر النطاقات 20 إلى 40 في المائة في المركبات الإلكترونية للمسافرين، وبالنسبة للشاحنات ذات القدرة العالية التي تعمل في شمال الولايات المتحدة، كندا، أو سكانافيا، فإن هذه مسألة حاسمة، إذ أن التبرير (التسخين إلى درجة الحرارة المثلى) باستخدام طاقة الشبكة قبل المغادرة، ولكن يتطلب شحنات قادرة على إيصال الطاقة لكل من الحزمة وأجهزة التدفئة.

العوامل الاقتصادية والتنظيمية

مجموع تكاليف الملكية

وفي حالة شراء شاحنة كهربائية ثقيلة التكلفة، يمكن أن يكون سعرها ٠٠٠ ٣٠٠ دولار - ٠٠٠ ٥٠٠ دولار مقابل ٠٠٠ ١٥٠ دولار - ٠٠٠ ٢٠٠ دولار لشاحنة ديزل مماثلة، وعلى الرغم من انخفاض تكاليف الوقود والصيانة على أقساط السيارات الكهربائية التي تمتد طوال العمر، فإن هذه المركبات لا تزال أقل بكثير مما يمكن أن يستوجب تغييره في النفط، أو استنفاده بعد إعادة المعالجة، أو إعادة بناء فترة السداد قد تبلغ ٣-٧ سنوات حسب أنماط الاستخدام وأسعار الضريبة.

وعلاوة على ذلك، تتباين تكلفة الكهرباء مقابل الديزل حسب المنطقة، ففي الولايات التي تمتلك طاقة متجددة رخيصة (مثل الطاقة الكهرمائية في شمال غرب المحيط الهادئ)، يمكن للشاحنات الكهربائية أن تحقق نصف تكاليف الوقود المائي، وفي المناطق التي تعتمد على الغاز الطبيعي أو الفحم، تتقلص الميزة، وبالتالي فإن قابلية الدفع الكهربائي تتوقف على التكنولوجيا فحسب، بل أيضا على أسواق الطاقة الإقليمية.

الحوافز والولايات التنظيمية

وتؤدي السياسات الحكومية دورا حاسما، إذ أن مجلس موارد كاليفورنيا الجوي له شاحنة نظيفة متطورة ]، وهو ما يتطلب من المصنعين أن يبيعوا نسبة متزايدة من الحوافز التي تقدم على الإطلاق في عام 2024، وقد اعتمدت دول أخرى قواعد مماثلة، ويضع الاتحاد الأوروبي تدريجيا معايير للانبعاثات في البلدان التي تفتقر إلى أنظمة متجانسة للامتثال للأسعار.

التصنيع

بالإضافة إلى ذلك، فإن زيادة إنتاج الشاحنات الكهربائية الثقيلة يتطلب إعادة تركيب خطوط التجميع القائمة، والاستعانة بمكونات متخصصة (كابلات عالية الحركة، واللافتات، ووحدات البطاريات)، وتقنيين التدريب، وتشكل خلايا البطارية وحدها عقبة هائلة: وتستهدف المواد الكيميائية التي يجري بناؤها على الصعيد العالمي إلى حد كبير خلايا مركبات الركاب.

الابتكارات التكنولوجية والطريق إلى الأمام

بطاريات الدولة الصلبة

وتُعتبر التكنولوجيا المتطورة على نطاق واسع من قبيل المكرونة المقدسة للكهرباء الثقيلة، حيث إن الكثافة في الطاقة التي يُتوقع أن تكون > 400 و/كغ، يمكن أن تزن نصف مجموعات البطاريات الحالية من أجل نفس النطاق، كما أنها توفر استقرارا حراريا أفضل، مما يقلل من متطلبات التبريد، وخطرا في مجال الإطفاء.

Megawat Charging and Pantograph Systems

The Megawat Charging System (MCS) is being developed to enable charging at power levels up to 3.75 MW, allowing a truck to add 300 miles of range in about 30 minutes. Pilot installations, such as the ]NREL’s intelligence charging research for heavyduty trucks[FLT:

خلايا الوقود الهيدروجينية كعنصر تكميلي

وقد لا تكون الطاقة الكهربائية النقية هي الحل الوحيد لشاحنات الطاقة الكثيفة المدى الطويلة، حيث أن خلايا الوقود الهيدروجينية توفر كثافة للطاقة )بما في ذلك الدبابات( التي يمكن أن تتجاوز البطاريات، مما يتيح لمسافات تتراوح بين ٥٠٠ و٨٠٠ ميل مع فترات الوقود البالغة ٠١-٥١ دقيقة، غير أن الكفاءة العامة من الطاقة الكهرمائية المتجهة حالياً أقل )حوالي ٠٣-٣٥ في المائة بالنسبة للهيدروجينات الكهربائية(

Vehicle —to —Grid (V2G) and Energy Management

ويمكن للشاحنات الكهربائية أن تكون بمثابة أصول متحركة لتخزين الطاقة، والمشاركة في برامج V2G لبيع الطاقة إلى الشبكة خلال ساعات الذروة، ويمكن أن يعوض ذلك تكاليف الشحن بل ويدر إيرادات للأسطول، غير أن تأثير التدوير على حياة البطاريات هو مصدر قلق، إذ يجري تطوير نظم متقدمة لإدارة البطاريات وخرائط تُحدِّد على النحو الأمثل جداول زمنية للكهرباء في الوقت الحقيقي والطلب على الشبكات(10).

الخلاصة: التوقعات المتعلقة بالشاحنات الكهربائية الثقيلة - الدوتية

إن الطريق إلى زيادة الدفع الكهربائي للشاحنات الثقيلة محفوفة بالتحديات التقنية واللوجستية والاقتصادية، ولكن الاتجاه واضح، فالتحسينات المستمرة في كثافة الطاقة في البطاريات، والإدارة الحرارية، والهياكل الأساسية المحملة ستؤدي إلى سد الفجوة مع الديزل.