ويشهد النقل العام تحولاً عميقاً، بسبب الحاجة الملحة إلى إزالة الكربون من التنقل الحضري، وقد برزت أساطيل الحافلات التي تعمل بالبطارية كحل رئيسي، مما يوفر مساراً لخفض الانبعاثات بدرجة كبيرة، وشوارع أكثر هدوءاً، ويقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري، وتنشر المدن من شين إلى لندن بالفعل آلاف الحافلات الكهربائية، مما يدل على أن التكنولوجيا صالحة على نطاق واسع.

The Rise of Battery-Powered Buses

والحافلات الكهربائية ليست مفهوما جديدا، ولكن اعتمادها قد تسارع بشكل كبير في العقد الماضي، ففي عام 2024، كانت الحافلات الكهربائية تمثل نحو نصف مبيعات الحافلات البلدية العالمية، التي تدفعها الصين إلى حد كبير، والتي تعمل وحدها أكثر من 000 600 حافلة كهربائية - أكثر من بقية العالم مجتمعة، وترتفع المناطق الأخرى: فقد ارتفع أسطول الحافلات الكهربائية في أوروبا بنسبة 40 في المائة في عام 2023، وتشهد أمريكا الشمالية زيادات سريعة في الطلبات، ولا سيما في مدن مثل لوس أنجلوس.

ويتجاوز نداء الحافلات التي تعمل بالبطارية خفض الانبعاثات، إذ أنها توفر تكلفة أقل من إجمالي تكلفة الملكية على مدى عمرها بسبب انخفاض تكاليف الوقود والصيانة - فإن المحركات الكهربائية تقل أجزاء المتحركة عن محركات الديزل، وتلوث الأنابيب، وهو مسألة رئيسية تتعلق بنوعية الحياة في المناطق الحضرية المكتظة، وتهبط بدرجة كبيرة بالحافلات الكهربائية، مما يجعلها مثالية للطرق الداخلية للملابس.

وقد قطعت تكنولوجيا البطاريات شوطا سريعا، حيث بلغت مستويات النشوء المبكر 100 إلى 150 كيلومترا، مما حد بها إلى الطرق القصيرة، وكثيرا ما تبلغ الحافلات الكهربائية الحديثة 300 إلى 400 كيلومتر في شحنة واحدة، بما يكفي ليوم كامل من الخدمة الحضرية، كما تحسنت المدة: ففي منتصف العشرينات، يمكن للشحنات السريعة أن تغذي بطارية حافلات إلى 80 في المائة في 60 إلى 90 دقيقة، و30 دقيقة من عمليات الاختراق الكهربائي.

التحديات التي تواجه الهياكل الأساسية

وعلى الرغم من التحسينات التكنولوجية، لا تزال شحنات الهياكل الأساسية أكثر العناصر تعقيدا وكثافة رأس المال في مجال كهربة الأسطول، وترتبط التحديات وتستلزم تخطيطا منسقا عبر مجالات متعددة.

التكاليف الرأسمالية المرتفعة والحواجز المالية

وبناء مستودع للشحنات لأسطول يبلغ ١٠٠ حافلة يمكن أن يكلف ١٠-٣٠ مليون دولار، رهنا بعدد الشحنات، وتحسينات الألواح الكهربائية، وتعديلات البناء، كما أن محطات الشحن السريع على طول الطرق المعروفة باسم " تقاضي الفرص " أكثر تكلفة، وهي تتطلب في كثير من الأحيان ربطا بالقطع والارتباطات العالية، ويعمل العديد من وكالات المرور العابر على ميزانيات ضيقة ويواجه صعوبة في تأمين التمويل لهذه النفقات الأولية.

وحتى عندما تكون رأس المال متاحاً، يمكن أن تكون فترة الانتقام طويلة، وتراكمت وفورات الوقود والصيانة على مر السنين، ولكن النفقات الأولية يمكن أن تضغط على التمويلات البلدية، كما أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص والمنح الحكومية (مثل قانون الولايات المتحدة للاستثمار في الهياكل الأساسية والوظائف البالغ 7.5 بليون دولار) هي أساسية، ولكن التنافس على الأموال أمر خبيث، علاوة على ذلك، قد تتطلب المرافق رفع مستوى الشبكات بتكلفة جديدة قبل أن تتمكن من دعم عمليات تحميل كبيرة.

القدرة على العمل والكهرباء

وتستمد الحافلات الكهربائية كميات هائلة من الطاقة، إذ يمكن للشاحن السريع البالغ ١٥٠ كيلوواط أن يستهلك ما يصل إلى ١٠-١٥ منزلا في ذروة، ويمكن أن يضيف مستودع يضم ٥٠ من هذه الشحنات ٧,٥ ميغاواط من الطلب مقابل مصنع صغير، ولم تكن هناك شبكات توزيع حضرية كثيرة مصممة لهذه الحمولات، ولا سيما في الأحياء القديمة التي توجد فيها مستودعات للحافلات في كثير من الأحيان.

ويمكن أن يستغرق تحسين الشبكة سنوات ويتطلب التنسيق بين وكالات العبور وشركات المرافق العامة، وفي بعض الحالات، يجب على المرافق أن تُنشئ وحدات فرعية جديدة أو تدير خطوطاً ذات نفوذ عال، وهي عملية يمكن تأخيرها عن طريق السماح بقضايا سلسلة الإمداد، كما أن رسم استراتيجيات ذكية مثل تحديد مواعيد الشحن خلال ساعات العمل غير المستقرة، ولكنها تحتاج إلى نظم رقابة متطورة وقد تواجه مع ذلك حدوداً في القدرات المادية.

الوقت وتأثير العمليات

وتزود حافلات الديزل بالوقود في غضون ٥-١٠ دقائق، وحتى مع الشحن السريع، تحتاج حافلة كهربائية إلى ٦٠ دقيقة على الأقل للوصول إلى الشحن الكامل، وبالنسبة لوكالات العبور التي تُنفذ جداول زمنية ضيقة، يمكن أن يقلل هذا التعطل من استخدام الأسطول، ويقلل المستودع بين عشية وضحاها من التعطل، ولكنه يفترض أن جميع الحافلات تعود إلى نفس المخزن كل ليلة - وهو نموذج يعمل بالنسبة للعديد من النظم الحضرية وليس كلها.

- توسيع نطاق الشحنات على طول الطريق - يمكن أن يخفض حجم البطاريات، ولكن يتطلب وضع المشحنات في محطات الحافلات أو المحطات أو المقاطع، وتواجه هذه المنشآت قيوداً في الفضاء وقد تحتاج إلى تصاريح خاصة أو حفر لخطوط الكهرباء، وإذا فشل الشاحن، فإنه يمكن أن يقطع حافلة أو يتطلب تغييرات غير مقررة في الطريق، مما يسبب شواغل تتعلق بالموثوقية.

الفضاء والتخطيط الحضري

وحيز المستودعات في المناطق الحضرية الكثيفة، وقد تتطلب حافلة كهربائية قياسية تبلغ 40 قدما بقعة مكرّسة لوقوف السيارات بذراع مضخم أو وحدة مجهزة ببطاقة، وهي تستهلك مساحة يمكن أن تحجز حافلات ديزل، وتضيف محطات تبديل البطاريات التي تتطلب أجهزة ثقيلة وتخزن لبطاريات إضافية، وهي أكثر كثافة في المدن مثل هونغ كونغ، طوكيو، أو باريس، مما يجعل من المستحيل تكاد تتراكم تكاليف العقارات.

وعلاوة على ذلك، يجب تركيب أجهزة شحن في مواقع يمكن الوصول إليها في الحافلات دون التدخل في حركة المرور أو المشاة، ويتطلب تركيب مواجيز عامة في مخافر الحافلات إدخال تعديلات على المآوي وقطع الطرق التي يمكن أن تواجه معارضة المجتمعات المحلية أو قيودا على المحافظة على التاريخ.

عدم التوحيد القياسي وإمكانية التشغيل المتبادل

وتختلف خطوط الربط، وبروتوكولات الاتصالات، ومستويات الطاقة اختلافا كبيرا بين المصنعين، وأجهزة التصنيع المدمجة، وأجهزة الشحن المدمجة، وأجهزة الشحن الجوي (OppC) (للملفات العامة)، ونظم الملكية مثل أجهزة تصنيع البيوت التي تعمل بسيمينز، لا يمكن تشغيلها دائما، وقد لا تكون حافلة من أحد شركات التصنيع قادرة على استخدام شحنة من بائع آخر دون منافسة مع شركات النقل.

بل إن فرض رسوم لاسلكية أقل توحيدا، حيث توجد ترددات متعددة ومستويات للطاقة المستخدمة، وبدون توافق في الآراء في مجال الصناعة، تتعرض الوكالات لخطر الاستثمار في تكنولوجيا قد تصبح عتيقة، وفي الوقت نفسه، قد تكون المرافق مترددة في الموافقة على المنشآت دون معايير واضحة للسلامة والتشغيل المتبادل.

الابتكارات التكنولوجية والحلول المقبلة

إدراكاً لهذه التحديات، الباحثون والشركات يدفعون حدود التكنولوجيا، العقد القادم يبشر بالابتكارات التي يمكن أن تعالج العديد من القيود اليوم.

رسوم غير مقصودة

ويمكن أن تنقل العبوات التي تشحن بالطرق التي تدفن في مخافر أو مستودعات الحافلات الطاقة دون أسلاك، والشحنات التي تُركّز على الرصيف، وتبدأ تلقائيا، مما يزيل الحاجة إلى الموصلات المادية ويقلل من اللبس الميكانيكي، وفي الممارسة العملية، يمكن للشحن اللاسلكي أن يوصل 200 إلى 300 كيلوواط مع كفاءة تتجاوز 90 في المائة عندما تكون متوائمة بشكل سليم، وقد اختبرت النظم في مواضع التواؤم في المدن مثل جنيف وفي أوتوبيسة، وفي أوتوانية،

وهناك بديل من رسوم الشحن اللاسلكية - الديناميكية لشحن الحافلات أثناء قيادتها، مما يتطلب تزيين الرزم على طول الطريق باستمرار، مثل مفهوم " الطريق السريع " ، وفي حين أن الشحنات الدينامية لا تزال تجريبية، يمكن أن تسمح للحافلات بالعمل ببطاريات أصغر، مما يقلل من الوزن والتكاليف، ويجري تنفيذ مشاريع رائدة في السويد وألمانيا، مع النشر التجاري الأول البالغ ٢٠ بلدا.

Battery Swapping

ويمكن لمحطات مقايضة البطاريات أن تغير بطارية مستنفدة لبطارية محملة بالكامل في أقل من 10 دقائق قابلة لإعادة تزويد حافلة ديزل بالوقود، وهذا النهج يزيل القلق من المدى ويقلل من سرعة التعطل، كما أنه يفصل تكلفة البطاريات من شراء الحافلات، ويتيح نماذج التأجير التي تقل تكاليف التعبئة، وقد نشرت الصين بالفعل مقايضة للبطارات في عدة مدن.

الشحنات من طراز Ultra-Fast ومركبات الدفع العالية

ويمكن أن توفر تكنولوجيات الشحن الجديدة 600 كيلوواط أو أكثر، بما يكفي لشحن حافلة في 15 دقيقة، غير أن معالجة هذه الطاقة العالية تتطلب كابلات مجهزة بالسائل وإدارة حرارية متقدمة، وتقوم شركات مثل ABB، وHliox، وسيمينز بتطوير شحنات من الجينات التالية يمكن أن تدفع طائرة واحدة من طراز MW، مما يمكن الحافلة من إعادة شحنها بالكامل خلال فترة توقف مدتها 30 دقيقة فقط، وهذه الشحنات أقل تكلفة ولكنها يمكن أن تقلل من تكاليفها.

مركبة إلى غاريد (V2G) ودمج خضراء سمارت

ويمكن أن تعمل الحافلات الكهربائية كوحدات تخزين للبطاريات المتنقلة، وخلال ارتفاع الطلب، يمكن للبطاريات أن تستعيد الطاقة إلى الشبكة (V2G)، وتكسب إيرادات وكالات النقل العابر، بينما تساعد على تحقيق التوازن بين المرافق، وهذا يتحول من تكلفة إلى مركز ربح، ويحتاج V2G إلى شحنات ذات اتجاهين وبروتوكولات اتصالات، ولكن العديد من المشاريع التجريبية أثبتت جدواه، وعندما يقترن ذلك بألواح شمسية في أسطح المخازن، فإن رسوم التضافر تكون أكبر:

البطاريات التابعة للدولة الصلبة وتحسينات الرنج

وتعود البطاريات ذات الوضع الصلب بقدر أكبر من الطاقة، وسرعة الشحن، وطول العمر عن الكيمياء الحالية لليثيوم - إيون، وإذا ما تم تسويقها، فإن بطارية الحافلات الصلبة يمكن أن تضاعف من نطاقها بينما تقل وزنها، وإذا ما اختلطت بمواد المركبات الخفيفة، فإن الحافلات الكهربائية المقبلة قد تحقق مداها 600-800 كيلومتر، مما يجعلها قادرة على المنافسة مع الدي بالنسبة لجميع الطرق التي تستخدم فيها القطع الصلبة(27).

رأس المال من السياسات والاستثمار

إن سياسة الحكومة هي المحرك القوي لتبني الحافلات الكهربائية، إذ أن الإعانات العدوانية التي تقدمها الصين قد أنشأت سوقها المبكرة، ويقتضي توجيه المركبات النظيفة في أوروبا من السلطات العامة شراء نسبة معينة من الحافلات النظيفة بحلول عام 2025 وعام 2030، وفي الولايات المتحدة، خصص قانون الهياكل الأساسية في بيبارتاسان 7.5 بلايين دولار للشحنات الإلكترونية و 5 بلايين دولار للحافلات المنخفضة الانبعاثات وغير المسموح بها من خلال برنامج المنح المحدودة الانبعاثات.

ولكن ما زالت هناك ثغرات في السياسات، إذ تفتقر مدن كثيرة إلى النقل المتكامل والتخطيط للطاقة، وكثيرا ما تقع الهياكل الأساسية القائمة بين مسؤوليات وكالات العبور والمرافق وحكومة المدن، ولتبسيط عملية النشر، تقوم بعض المدن بإنشاء " منسقين للكهرباء " أو إنشاء فرق عمل مشتركة بين الإدارات، كما أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص مع المرافق العامة ومشغلي الشبكات يمكن أن تعجل النشر بتقاسم التكاليف والمخاطر.

فكّر في شحن البنية التحتية كنظام إيكولوجي رقمي، إن ثورة التنقل ليست فقط بشأن الحافلات، بل هي حول كيفية ربطها بالشبكة، والمشغلين، وبالبعض الآخر.

دراسات الحالة: المدن التي تقود الشحن

شينزين، الصين

(شينزين) أصبح أول مدينة في العالم ليقوم بكهربة أسطول حافلاته بالكامل في عام 2018، مع وجود 16 ألف حافلة كهربائية في العمل، مفتاح نجاحها كان مزيجاً من الولايات الحكومية، والإعانات السخية، وشبكة البنية التحتية المكرّسة للشحنات، وقامت المدينة أكثر من 50 محطة شحن كبيرة مع آلاف الشحنات، وكل منها قادر على شحن الحافلات في ساعتين و3

لندن، المملكة المتحدة

"لندن" حددت هدف جعل جميع الحافلات صفر الانبعاث بحلول عام 2034 "حتى عام 2024، أكثر من 200 1 حافلة كهربائية أو هيدروجين تركض في شوارع لندن، وتستخدم المدينة مزيجاً من شحنات المستودعات وشحنات في الهواء" "وحملات الشحنات في محطات المحطات الطرفية"

لوس أنجلوس، الولايات المتحدة

إن مترو لوس أنجلوس يهدف إلى إنشاء أسطول حافلات كهربائي كامل بحلول عام 2030، حيث يبلغ عدد الحافلات التي تزيد على 200 2 حافلة، وهذا واحد من أكثر الأهداف طموحا في الولايات المتحدة، وقد قام مكتب المدعي العام ببناء أو رفع عدد من المخازن بشحن الهياكل الأساسية، وهو يستخدم البطاريات التي تبلغ مداها 150 إلى 200 ميل، كما أنه قد ارتبط بفائدة محلية لضمان القدرة على الشبكة، ومع ذلك، فإن التأخيرات التخطيط للتشييد والتوريد قد تباطت.

"الطريق الأمامي"

ومستقبل أساطيل حافلات تعمل بالبطارية مشرق، ولكن الطريق مهيأ بتحديات تتطلب ابتكاراً لا هوادة فيه وإجراءات منسقة، فالهياكل الأساسية المرسمة ليست فكرة بعدية، بل هي العمود الفقري لكهربة الأسطول، وبدون معالجة التكلفة، والقدرة على الشبكة، والفضاء، والتوحيد، والموثوقية التشغيلية في الوقت نفسه، فإننا نخاطر باختلال عملية انتقال حرجة.

ولحسن الحظ، بدأت الحلول في الظهور، إذ إن فرض رسوم لاسلكية، وتبادل البطاريات، وشحنات من طراز V2G، وشحنات من أعلى إلى آخر، وبطاريات من الدول الصلبة، كل منها يقدم قطعة من اللغز، وأطر السياسات ترسم، والشراكات بين القطاعين العام والخاص تثبت فعاليتها، والمدن التي ستنجح هي التي ستتخذ نهجاً شاملاً - يدمج تخطيط الحافلات مع تخطيط الطاقة، ويستثمر في برامجيات الذكية.

وبالنسبة لوكالات العبور التي تقوم بتقييم خطواتها المقبلة، فإن هذه هي أهم نظرة: لا تفكر في تحميل الهياكل الأساسية على أنها تكلفة ثابتة، بل بوصفها أصولا مرنة يمكن أن تنمو مع الأسطول، والبدء في شحنات تجريبية ومجهزة بمقدار وممتثلة للمعايير، والبناء على إعادة التشغيل، والكهرباء العامة هي أحد أكثر التحركات تأثيرا التي يمكن أن نتخذها من أجل الهواء الأنظف والمناخ المستقر.