دال - التقدم المحرز في تكنولوجيات الإمداد بالطاقة الخفيفة

التطبيقات العالمية الحقيقية والفوائد التشغيلية

وقد أدخلت مدن مثل فيينا وميلان وبيرمينغام بالفعل قطاعات من السكك الحديدية الخفيفة خالية من المغذيات، وتمتد الفوائد إلى ما يتجاوز التحسين البصري: انخفاض تكاليف الصيانة لأنه لا توجد أسلاك عامة للتفتيش والإصلاح، وزيادة موثوقية الخدمات لأن الطاقة المخزنة يمكن استخدامها لتجاوز انقطاع الكهرباء القصير، كما أن المشغلين يكتسبون القدرة على توسيع نطاق الطرق إلى المناطق التي يصعب فيها فرض أسعار على السفن.

Wireless Power Transfer: The Contactless Revolution

الدمج الاسترشادي والتكافل الاستباقي

(ب) إن نقل الطاقة بدون أجر يزيل الحاجة إلى أي اتصال مادي بين مصدر الطاقة والقطار، وفي الانقلابات الاستهلالية، يولد حقل مغناطيسي بواسطة فحم أولي مدفون في المسار وقطعة ثانوية على المركبة، ويزيد الانقلاب الصاعق من مسافة النقل والكفاءة عن طريق ربط كلا الفلفين بنفس التردد.

الشحن الديناميكي: الشحن أثناء التحرك

ويأخذ هذا المفهوم بشحنات لاسلكية دينامية، وذلك بضم سلسلة من القطاعات المحفزة على طول المسار بحيث تتلقى المركبة الطاقة أثناء سفرها، مما يقلل أو يلغي الحاجة إلى طاقة البطارية على متن الطائرة، لأن القطار يستطيع سحب الطاقة باستمرار من قاع الطريق، وقد أثبت مشروع " أوليف " كوري الجنوبية (مركبات أون - لين) والعرض الأوروبي للهيندي أنهما قد تحققا من التكنولوجيا اللازمة للحافلات الحضرية.

الاختبار والنشر التجاري

وهناك عدة مشاريع تجريبية تدفع برنامج " بوتيل " إلى التوحيد القياسي، وقد تبين من سلسلة " IEC 61980 " و " SAE J2954 " وجود وصلات مشتركة لنقل الطاقة اللاسلكية في المرور العابر، وفي أوتاه، ثبت أن المتظاهرين المتدنيي المستوى باستخدام قوالب خطية، لا يزالون يحافظون على خط معتدل، ومع ذلك، فإن شركة CRRC قد اختبرت نقاطا واعدة.

هيكل إمدادات الطاقة الهجينة

استراتيجيات الكهربة الجزئية

وبدلاً من الاستعاضة عن المهبل كلياً، تعتمد وكالات العبور حلولاً هجينة تجمع بين الأسلاك العامة التقليدية وبين التخزين على متن السفن أو الشحن اللاسلكي، مثلاً، قد تكون هناك مصادر محفّزة في ضواحي الضواحي المنخفضة الكثافة، ولكنها تعتمد على طاقة البطارية أو السوبر في اللب الحضري الكثيف، ويُفضى هذا النهج إلى الاستثمار الرأسمالي ويحافظ على المرونة التشغيلية.

خلايا الوقود كملحق

وعلى الرغم من أن خلايا الوقود الهيدروجينية أقل شيوعاً بالنسبة للسكك الحديدية الخفيفة، فقد اقترحت لعمليات ممتدة خالية من المواد المهددة، فقد أظهرت خلايا الوقود في الكوراديا (القطار الإقليمي) واتحاد H2Bus أن نظم خلايا الوقود يمكن أن تحل محل المهتر على خطوط غير مصحوبة بالكهرباء، أما بالنسبة للسكك الحديدية الخفيفة، فإن خلايا الوقود يمكن أن توفر توسيع نطاق الخدمات المشتركة بين المدن التي لا تبرر التوليد والتعقيد الحاليين.

إدماج المتجددين وذوي الجريمتين الذكية

ويمكن زيادة استدامة إمدادات الطاقة من السكك الحديدية الخفيفة عن طريق الربط بمصادر الطاقة المتجددة واستخدام إدارة الشبكات الذكية، كما أن الألواح الشمسية التي يتم تركيبها على سقف المستودعات، على طول الممرات الجانبية، أو على أجهزة التخزين المزودة بأجهزة كهربائية تعمل مباشرة في شبكة التخزين، وتيسر تخزين الطاقة في البطاريات الفرعية تقلب كميات الطاقة المتجددة، وتتيح للنظام شراء الطاقة بأسعار متفاوتة.

التحليل المقارن للتكنولوجيات

وللمساعدة مخططي النقل العابر على تقييم الخيارات، تبرز المقارنة التالية المفاضلات الرئيسية:

• Overhead Catenary:] Low initial cost per vehicle; high visual impact; ongoing maintenance; energy losses; proven reliable.
• Third Rail:] no overhead wires; safety issues; limited to segregated alignments; prone to short circuits from debris.
• Onboard Batteries:] High upfront vehicle cost; fast charging infrastructure needed; limited range per charge; very efficient for regenerative capture.
• Supercapacitors:] very long cycle life; excellent for short catenary-free segments; lower energy density than batteries; fast charging at stops.
• Wireless Power (Static):] no physical contact; infrastructure cost at stops; slightly lower efficiency than catenary; ideal for heritage areas.
• Wireless Power (Dynamic):] Less dependence on on onboard storage; high installation cost; electromagnetic compatibility challenges; still maturing.
• Hybrid Solutions:] Tailored to route profile; increased complexity; can optimize life-cycle cost; offers redundancy for fault tolerance.

المستقبل المستقبل

وسيشهد العقد القادم تحولا قويا نحو خط العجلات الخالية من العجلات في المراكز الحضرية، وتقود المدن الأوروبية الاتجاه: التزمت باريس بالتصنيعات الخالية من السلك بحلول عام 2030، وتقوم مدن ألمانية كثيرة بالفعل بتشغيل فروع خالية من المطاعم، وفي آسيا، تجري شركة ميليشن تروم في ديليان، وخط ترامترينغ في اليابان اختبارات على متنها.

وستؤدي الاستخبارات الفنية دورا متزايدا في إدارة الطاقة، ويمكن أن تنبأ خوارزميات التعلم في مجال الآلات بطلب الطاقة استنادا إلى البيانات الزمنية، وظروف المرور، والتنبؤات الجوية، ثم تُحدّد إلى أقصى حد متى تُحمّل البطاريات ومتى تُغذي الطاقة إلى الشبكة، كما أن المسارات المستقلة التي تنسق التفاخر وتعجل لتقليل استخدام الطاقة هي أيضا على الأفق.

خاتمة

ويمر الإمداد بالطاقة الخفيفة بأكبر تحول في أكثر من قرن، حيث إن تخزين الطاقة على متنها، ونقل الطاقة اللاسلكية، والهيجينات تتغلب على القيود التي تفرضها النظم التقليدية المهبلة والخطوط الثالثة، وتوفّر شبكات أنظف وأكثر موثوقية وأقل تدخلاً من الناحية البصرية، وفي حين أن لكل تكنولوجيا صورة ذاتية من حيث التكلفة والمنافع، فإن تقارب أسعار البطاريات الآخذة في الانخفاض، وزيادة كفاءة استخدام الطاقة المتجددة، والحفاظ على مواقع الابتكار في الشبكات الحديثة.