مقدمة: قضية كهرباء النقل العام

ويمثل كهرباء نظم النقل العام إحدى الاستراتيجيات الأكثر تأثيراً التي يمكن للمدن اعتمادها لتحقيق الأهداف المناخية وتحسين القابلية للزراعة الحضرية، ويشمل هذا التحول استبدال الحافلات والقطارات وغيرها من مركبات الأسطول ببدائل خليط البطاريات أو الهيدروجين، وفي حين أن المفهوم مستقيم، فإن الآثار المالية والتشغيلية معقدة، ويجب على صناع القرار أن يثقلوا تكاليف رأسمالية كبيرة من المدخرات التشغيلية الطويلة الأجل، والفوائد البيئية.

وعلى الصعيد العالمي، يمثل النقل الحضري حصة كبيرة من انبعاثات غازات الدفيئة وملوثات الهواء، ووفقاً لـ U.S. Environmental Protection Agency (EPA)، فإن النقل ساهم بنسبة 28 في المائة من مجموع انبعاثات غازات الدفيئة في الولايات المتحدة في عام 2022، مع وجود شاحنات متوسطة وشديدة التكلفة والحافلات التي تمثل جزءاً كبيراً من الانبعاثات، بيد أن المدن يمكن أن تقلل مباشرة من عوامل التلوث الناجمة عن عوامل النقل العام.

ويدور التحليل حول ثلاث مسائل أساسية: ما هي تكاليف دورة الحياة الكاملة؟ وما هي الفوائد الكمية والنوعية؟ وما هي الشروط التي تجعل عملية الكهربة مفهوما اقتصاديا؟ وبإفراغ هذه الأسئلة، نسعى إلى تزويد واضعي السياسات بإطار واضح لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن الاستثمار.

Understanding Cost-Benefit Analysis in Transit Electrification

ويعد تحليل التكاليف والفوائد عملية منهجية لمقارنة التكاليف والفوائد المتوقعة للمشروع أو السياسة العامة على أفق زمني محدد، وبالنسبة لكهربة المرور العابر، فإن الأفق الزمني يمتد عادة ما يتراوح بين 12 و 20 عاما، مما يعكس العمر المفيد المتوقع للحافلات الكهربائية والهياكل الأساسية للشحن، ويُعزى الفضل في ذلك إلى التدفقات المالية المباشرة (النفقات الرأسمالية، وتكاليف التشغيل، ووفورات الوقود) والآثار الاجتماعية والبيئية غير المباشرة (الاستحقاقات الصحية، والكربون).

ويستخدم أسلوب القيمة الحالية الصافية، ويخصم التكاليف والفوائد المستقبلية من القيم الحالية، وإذا كان المشروع إيجابيا، فإن المشروع قابل للتطبيق اقتصادياً، وينظر صانعو السياسات أيضاً في نسبة التكلفة إلى الفوائد، حيث تشير نسبة أكبر من 1 إلى صافي الفوائد، ويختبر تحليلات الحساسية كيف أن التغيرات في الافتراضات الرئيسية - مثل أسعار الكهرباء، وتكاليف وقود الديزل، وتوقيت استبدال البطاريات، والحوافز الخارجية الشاملة)٢(.

وهناك عدة أطر دولية تسترشد بها لجنة كهربة المرور العابر، وتوفر إدارة النقل [DOT] ] مبادئ توجيهية لتقييم مشاريع النقل العابر، بما في ذلك الفوائد البيئية.() ويوفر برنامج اللجنة الأوروبية المشترك المعني بالنقل () أفضل الممارسات لمشاريع التنقل الحضري المستدامة، ويساعد فهم هذه الأطر على ضمان استيفاء التحليل للمعايير المحددة.

تكاليف كهرباء النقل العام

ويشمل جانب التكلفة في المعادل النفقات الرأسمالية ومصروفات التشغيل، وفي حين أن بعض التكاليف لمرة واحدة، فإن بعضها الآخر يتكرر على حياة الأصول، ويتضح أدناه أنه قد تم تفصيله.

تكاليف شراء المركبات في الطابق العلوي

أما الحافلات والقطارات الكهربائية فتتحمل حالياً سعر شراء أعلى من نظيراتها في الديزل، حيث تبلغ تكاليف الحافلات الكهربائية التي تبلغ 40 قدماً ما بين 000 750 و1.2 مليون دولار، بينما تبلغ تكاليف حافلة الديزل المماثلة 000 450 دولار إلى 000 600 دولار، وتتراوح أقساطها بين 50 في المائة و100 في المائة، ومع نضج جداول إنتاج البطاريات والتكنولوجيا، فإن فجوة الأسعار تضيق.

ويمكن لوكالات النقل أن تخفف من التكاليف الأولية من خلال المنح الاتحادية والولاية والمحلية، وفي الولايات المتحدة، خصصت برنامج إدارة المرور العابر الاتحادية المنخفض أو غير المرخص به (Low-No)) مليارات الدولارات لنشر حافلات صفرية الانبعاثات، وبالمثل، فإن توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن المركبات النظيفة يشجع الدول الأعضاء على شراء حافلات كهربائية من خلال حوافز شراء.

تكاليف الشحن والهياكل الأساسية

وتمثل البنية التحتية المتجهة إلى الشحن نفقات إضافية كبيرة، إذ يتطلب تحميل مستودعات في الموقع تركيب أجهزة شحن ذات طاقة عالية )١٥٠ كيلوواط - ٦٠٠ كيلوواط(، وتحسينات في الألواح الكهربائية، والمحولات، وإعداد مواقع مثل الخنادق والأرسام الخرسانية، وبالنسبة لأسطول يبلغ ٥٠ حافلة، يمكن أن تبلغ تكلفة الهياكل الأساسية لشحن المستودعات ما بين ٥ ملايين و ١٥ مليون دولار، تبعا للقدرات الكهربائية القائمة، بالإضافة إلى أن بعض الطرق تتطلب مزيدا من مصارف مضافات.

وبالنسبة لنظم السكك الحديدية، فإن الإفراط في كهربة الأسلاك المموَّلة هو التكنولوجيا المهيمنة، إذ تكلف مليون دولار إلى 5 ملايين دولار للميل الواحد للسكك الحديدية الخفيفة، وتصل إلى 10 ملايين دولار للميل الواحد للسكك الحديدية الثقيلة، وتُعد كهربة السكك الحديدية الثالثة أرخص ولكنها تحد من المرونة التشغيلية، وتظهر القطارات الكهربائية في البطاريات التي تُشحن في محطات أو عن طريق فروع مصغرة، ولكنها لا تزال نادرة بسبب ارتفاع تكاليف البطارية ومحدودية النطاق.

كما يجب أن تُحسب وكالات النقل العابر للارتقاءات في شبكات الاتصال، وقد تحتاج الفائدة المحلية إلى تركيب محولين جدد، ومغذيات تحت الأرض، ومحطات فرعية لمعالجة الحمولة المتزايدة، ويمكن أن تكون هذه التكاليف في بعض الأحيان تتجاوز مليون دولار لكل مستودع، وقد تتطلب تنسيقا متعدد السنوات مع مقدمي الخدمات.

تكاليف العمليات والصيانة

وفي حين أن المركبات الكهربائية تقل فيها قطع النقل وتخفض تكاليف الصيانة المقررة (لا توجد تغييرات في النفط، ويقل عدد استبدال الفرامل بسبب التكرير التجددي)، فإنها تستحدث فئات جديدة من التكاليف، واستبدال البطاريات هو الأهم، وتستمر بطاريات الليثيوم إلى 12 سنة في دورات العمل العابر، ويمكن أن تكلف بعض البطاريات التي تنقل بطاريات OWh، 000 100 دولار إلى 000 200 دولار للحافلة، وهو ما يجب أن يُدرج في تحليل تكاليف دورة الحياة.

وتحتاج محركات الكهرباء إلى تدريب متخصص للفنيين، وقد تتطلب التشخيص وإصلاح النظم ذات الحركة العالية كهرباء مصدقين وأدوات برامجيات مأمونة، ولا تزال سلاسل الإمداد بقطع الغيار للمركبات الكهربائية تتراكم، مما قد يؤدي إلى فترات توقف أطول مقارنة بشبكات قطع الديزل الراسخة، ومن ناحية أخرى، فإن تكاليف الطاقة أقل بكثير، وعادة ما تكون الكهرباء أقل تكلفة لكل ميل من الديزل، ولا سيما عندما تكون حافلات محملة أقل من 000 40 ميل.

تكاليف تدريب الموظفين والمرحلة الانتقالية

ويتطلب نشر تكنولوجيا جديدة زيادة مهارات القوة العاملة، إذ يحتاج السائقون إلى توجيه بشأن مختلف خصائص القيادة (تسريع الطينات، والعمل الصامت، والتفريغ التجددي)، ويحتاج الميكانيكيون إلى شهادات عالية السلامة، وإلى معرفة بنظم إدارة البطاريات، وقد تحتاج مرافق الصيانة إلى إعادة استخدام نظم إطفاء الحرائق في البطاريات الليثيومية - الأيونية، وإلى معدات لتغيير البطاريات الثقيلة، وإلى تكاليف نقل ملائمة للمواد الخطرة.

تكاليف المخاطر والمواظبة

فالتبني المبكر ينطوي على أوجه عدم يقين متأصلة، وقد يتجاوز تدهور البطاريات الضمانات، وقد يؤدي الهيكل الأساسي المتجه إلى نقص في الأداء بسبب الجمود في البرامجيات، وقد تتغير معدلات الخصوبة بصورة غير مواتية، وتشمل هذه النسبة أقساط مخاطر أو ميزانية طوارئ، تتراوح بين 10 و20 في المائة من مجموع القضايا غير المنظورة.

استحقاقات كهرباء النقل العام

وتتباين فوائد الكهربة: المدخرات التشغيلية المباشرة، والمكاسب البيئية والصحية، والقدرة على مواجهة الطاقة، وتحسين خبرة الركاب، وكثير منها قابل للربح، وتعزيز حالة الأعمال التجارية.

Reduced Greenhouse Gas and Air Pollutant Emissions

والعامل الرئيسي في مجال الكهرباء هو البيئة، والحافلات التي تعمل بالبطارية وتنتج انبعاثات صفرية من الكوكب، وتزيل الملوثات المحلية مثل أكسيد النيتروجين، والجسيمات (PM2.5)، وأكسيدات الكبريت، وحتى عندما تكون انبعاثات غازات الدفيئة في مرحلة ما فوق النهر أقل بنسبة تتراوح بين 40 و70 في المائة من الديزل، حسب مزيج الشبكة العالمية.

ويمكن أن يؤدي تخفيض هذه التخفيضات إلى استخدام التكلفة الاجتماعية للكربون، إذ يقدر تقديرا محافظا بمبلغ 50 دولارا للطن المتر من ثاني أكسيد الكربون، وهو حافلة واحدة من حافلات الديزل تُنتج 70 طنا من ثاني أكسيد الكربون سنويا، إلى تكاليف خارجية تبلغ 500 3 دولار سنويا، وبالتالي فإن أسطولا من 500 حافلة يتجنب 1.75 مليون دولار سنويا في شكل تعويضات كربونية، بالإضافة إلى تخفيض قيمة النيتروز وثاني أكسيد الكربون 2.5، يحقق فوائد صحية كبيرة، بما في ذلك انخفاض عدد حالات الاستي

تكاليف الوقود والتشغيل الدنيا

تكلفة الوقود لكل ميل للحافلات الكهربائية هي عادة 0.25 دولار إلى 0.40 دولار مقابل 0.70 دولار إلى 1.00 دولار للديزل، وهذه المركبات المميزة تزيد على 12 سنة من التشغيل، وتسفر عن وفورات في مستوى الأسطول في الملايين، كما أن تكاليف الصيانة لكل ميل هي أقل: 0.10 إلى 0.15 دولار للحافلات الكهربائية مقارنة بـ 0.30 إلى 0.50 دولار للديزل، باستثناء استبدال البطاريات.

كفاءة الطاقة واستحقاقات المحايدة

وتحوّل محركات الكهرباء المحركات الكهربائية 80 في المائة إلى 90 في المائة من الكهرباء الشبكية إلى الدفع، بينما لا تحوّل محركات الديزل سوى 25 في المائة إلى 40 في المائة من الطاقة الوقودية، وتترجم هذه الميزة من حيث الكفاءة إلى انخفاض الطلب على الطاقة الأولية، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للحافلات الكهربائية التي لديها قدرة على تخزين المركبات إلى الشبكة أن تعمل كمستودع للطاقة المتنقلة، وتوفر خدمات الشبكة عن طريق التخلص من الطلب على ذروته وشحنه خلال ساعات العمل خارج أوقات الدوام.

تحسين الصحة ونوعية الحياة

وتحسن الهواء الأنظف مباشرة الصحة العامة، وقد خلصت دراسة أجراها المجلس الدولي للنقل النظيف إلى أن كهربة 30 في المائة من الحافلات الحضرية على الصعيد العالمي يمكن أن تمنع أكثر من 000 50 وفاة سابقة للأوان سنويا من الأمراض المتصلة بالتلوث الجوي، كما أن الضوضاء المنخفضة هي ميزة أخرى: تعمل الحافلات الكهربائية على أقل من 60 جهازا من أجهزة التشريح، مقارنة بـ 75-80 جهازا للحافلات المشغولة.

تعزيز الصورة العامة والقيادة

وتتفق أساطيل الانبعاثات الصفرية مع أهداف الاستدامة الأوسع نطاقا، وتحسين الصورة العامة لوكالات المرور العابر، وأفادت عدة مدن (مثلا، شينزين، لندن، سانتياغو) عن زيادة الركوب بعد إدخال حافلات كهربائية، ويرجع ذلك جزئيا إلى ركوب أكثر هدوءا وسلاسة والمسؤولية البيئية المتصورة، وتترجم زيادة الركوب إلى زيادة في الإيرادات من أسعار العمل وانخفاض اكتظاظ حركة المرور.

الأثر الاقتصادي والبيئي: الأدلة من المُعتمدين في مرحلة مبكرة

وتوفر عمليات التنفيذ في العالم الحقيقي بيانات ملموسة لنماذج التصنيف المركزي للمنتجات.

شينزين، الصين

وقد كهربت شينزهين كامل أسطولها من أكثر من 000 16 حافلة بحلول عام 2017، مما جعلها أول مدينة حافلة كهربائية كاملة في العالم، وقدرت التكلفة الأولى بمبلغ 4.5 بليون دولار، شملت الحافلات والشحنات والارتقاء بالشبكات، غير أن المدينة تنقذ ما يقرب من 200 مليون دولار سنويا من تكاليف الوقود والصيانة، وقد كانت التخفيضات في الانبعاثات كبيرة: انخفاض بنسبة 48 في المائة في قيمة النيتروز وانخفاض صافيه في الفترة الفاصلة بين عام 2015 ونسبة 8 في المائة في الفترة الممتدة من عام 2020.

لوس أنجليس، الولايات المتحدة الأمريكية

وقد التزمت شركة لوس أنجلوس بقطع أسطول حافلات صفري بالكامل بحلول عام 2030، وتوقعت هيئة إدارة الجمارك أن تكون تكاليف دورة الحياة للحافلات الكهربائية أقل بنسبة 30 في المائة من حافلات الديزل، بما في ذلك وفورات الوقود والصيانة والاستحقاقات الصحية، ووفرت الوكالة 1.6 بليون دولار من المنح الاتحادية والولائية لتغطية التكلفة الإضافية، مما يجعل المشروع قابلاً للبقاء اقتصادياً من اليوم الأول.

لندن، المملكة المتحدة

وقد نشر النقل إلى لندن أكثر من ٠٠٠ ١ حافلة كهربائية مزدوجة الديكر، ويبين تحليل TfL أن كل حافلة توفر ما يقرب من ٠٠٠ ١٠٠ جنيه استرليني في تكاليف الوقود والصيانة على مدى فترة ١٢ سنة، على الرغم من أن سعر الشراء هو ٠٠٠ ٢٠٠ جنيه استرليني، وأن عوامل القيمة الاجتماعية لتخفيض انبعاثات ثاني أكسيد النيتروز وثاني أكسيد الكربون - تقدر بنحو ٠٠٠ ٥٠ جنيه لكل حافلة - تصبح القيمة الحالية الصافية إيجابية بقوة.

التحديات واستراتيجيات التخفيف

ورغم الفوائد الجبارة، يواجه الكهربة عدة تحديات يجب التصدي لها في إطار نظام إدارة البرامجيات السليمة.

القدرة على مواجهة الجريمة والارتقاء بها

ويمكن أن يؤدي تحميل الأسطول الكبيرة في الوقت نفسه إلى إجهاد الشبكات المحلية، ويمكن لإدارة حمولات البقاع عن طريق الشحن الذكي، و V2G، وتخزين البطاريات في الموقع أن يقلل من تكاليف تحسين القدرات، وينبغي لوكالات النقل أن تشرك شركاء في مجال المرافق العامة في وقت مبكر لتجنب التأخير.

Battery Life and Thermal Management

ويتسارع تدهور البطاريات في درجة حرارة شديدة أو باردة، إذ أن نظم الإدارة الحرارية (تبريد السائل النشط) تطيل فترة البطاريات ولكنها تضيف تكلفة، وتختار الكيمياء المناسبة لشبكة الأمان المحلية للمناخ، وهي منظمة وطنية لكثافة الطاقة، وهي ضرورية، وتستكشف بعض الوكالات نماذج البطاريات في مرحلة ما بعد الخدمة من أجل نقل المخاطر.

سلسلة الإمدادات وأجهزة التصنيع

ويتطلب الطلب العالمي على البطاريات وأجهزة الدفع الكهربائي التي تضيق سلاسل الإمداد، في فترات طويلة (18-24 شهرا للحافلات) التخطيط المتقدم للمشتريات، ويمكن للحكومات أن تدعم القدرة المحلية على التصنيع من خلال السياسة الصناعية.

الإنصاف والانتقال إلى العمل

وقد يحتاج العاملون في مجال صيانة الديزل إلى إعادة التدريب؛ وإلا فإن فرص العمل يمكن أن تُشرَد، بما في ذلك برامج الانتقال من القوة العاملة - التدريب، وتُكفل الشهادات في قانون العقوبات المركزي الاستدامة الاجتماعية، وقد أقامت عدة نقابات شراكة مع وكالات العبور لتصميم مسارات انتقالية فقط.

الاستنتاج: جعل قضية الفرز

ويؤكد تحليل دقيق للتكاليف والفوائد أن كهربة نظم النقل العام مفيدة اقتصادياً وبيئياً في الأجلين المتوسط والطويل، وفي حين أن التكاليف الرأسمالية الأولية لا تزال مرتفعة في كثير من الأحيان، حيث تزيد بنسبة 30 في المائة على 80 في المائة عن الديزل - وهي مزيج من انخفاض تكاليف الوقود والصيانة، وتحسين الصحة العامة، وخفض الانبعاثات، والإعانات المتاحة، تؤدي إلى قيمة إيجابية صافية في معظم الأسطول الحضري، وتتراوح فترة السداد عادة بين 6 و12 سنة من الفوائد الأساسية.

ويتوقف النجاح على التحليل الدقيق، وتنسيق المرافق في وقت مبكر، وتخطيط القوى العاملة، وبرامج الحوافز المحفزة، فالمدن التي تشمل الكهربة الآن تضع نفسها في موقعها لمستقبل مستدام ذي هواء أنظف، وشوارع أكثر هدوءا، ونظم عبور أكثر مرونة، وبما أن تكاليف البطاريات لا تزال تتدهور وتفرض تحسينات على التكنولوجيا، فإن الحالة الاقتصادية لا ينبغي أن تتأخر: فكل سنة من سنوات التأجيل في ارتفاع تكاليف الديون العامة وتعويضات الصحية العامة.