من بين العدد الهائل من المركبات على الطريق ، أصبحت المركبات الكهربائية هي الأغلبية ببطء. لقد أصبحوا جزءًا مهمًا من صناعة النقل – ليس فقط السيارات والدراجات ولكن أيضًا الحافلات الكهربائية ، والتي أصبحت واحدة من أكثر وسائل النقل شيوعًا والمفضلة. يتم تبديل الحافلات التي تعمل بالوقود ببطء واستبدالها بحافلات كهربائية. أصبحت هذه المركبات منتشرة على نطاق واسع ، لأنها بديل صديق للبيئة وأثبتت فعاليتها في مكافحة التلوث.
على عكس المركبات الهجينة أو التي تعمل بالوقود ، تعتمد المركبات الكهربائية فقط على الكهرباء للحصول على قوتها ، مما يقلل من استهلاك الوقود الأحفوري. أحد الأسباب الرئيسية لتغير المناخ اليوم هو الاحتباس الحراري ، وهو إطلاق غازات الدفيئة (GHG) في الغلاف الجوي. على الصعيد العالمي ، تمثل صناعة النقل حوالي 17٪ من انبعاثات غازات الدفيئة البشرية المنشأ. لهذا السبب يختار الناس التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة لتشغيل سياراتهم. تلقت المركبات الكهربائية أيضًا دعمًا من الحكومة لأنها تروج للسيارات الكهربائية وتخطط لنشر المزيد من الحافلات الكهربائية في وسائل النقل العام.
على الرغم من أن هذه الحافلات الكهربائية لا تقدر بثمن ورائعة بالنسبة للبيئة ، إلا أنه لا يزال هناك العديد من الحواجز مثل التكلفة والبنية التحتية وإمدادات الطاقة التي يجب معالجتها قبل اعتماد المركبات الكهربائية على نطاق واسع. يتمثل العائق المالي في تكلفتها الأولية المرتفعة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع تكلفة البطارية. ومع ذلك ، ستهدأ هذه المشكلة في المستقبل مع انخفاض أسعار البطاريات.
هناك مشكلة أخرى تتمثل في العثور على مواقع لتثبيت محطات الشحن. يجب وضع هذه المحطات بشكل استراتيجي على طول الطرق الرئيسية على مسافات مناسبة. كما أن هناك نقصًا في محطات الشحن القادرة على شحن هذه الحافلات الكهربائية بسرعة ، حيث إنها تتطلب كميات كبيرة من الطاقة من شبكة التيار المتردد في فترة زمنية عابرة ، مما يشكل ضغطًا على شبكة الطاقة. لمعالجة هذه القضايا ، يجري البحث ويتم اختبار عدة طرق لإيجاد الحل الأمثل.
شواحن الحافلات الكهربائية
شواحن بطاريات السيارات الكهربائية من نوعين: شواحن داخلية وخارجية. كما يوحي الاسم ، يتم تثبيت أنظمة الشحن الموجودة على متن المركبة مباشرة في EV جنبًا إلى جنب مع بطاريات التخزين. هذه الأنظمة ، ومع ذلك ، مقيدة. إنتاجها من الطاقة محدود بسبب الوزن المحدود والمساحة والتكلفة. يستغرق شحنها وقتًا أطول نسبيًا ويتم استخدامها عادةً في المنزل أو في المنافذ العامة. من ناحية أخرى ، لا توجد قيود على الحجم أو الوزن لأنظمة الشحن خارج السفينة ، حيث يتم تثبيتها في محطات الحافلات أو المستودعات أو المرائب أو مناطق وقوف السيارات أو في الطريق حيث تتوفر مساحة كبيرة. تشحن هذه الأنظمة بشكل أسرع وعادة ما يتم رؤيتها في المناطق التجارية.
استراتيجيات وطرق شحن الحافلات الكهربائية
يتم شحن الحافلات الكهربائية على أساس ثلاث استراتيجيات رئيسية: الشحن بين عشية وضحاها أو الشحن في المستودع فقط ، والشحن عبر الإنترنت أو أثناء الحركة ، وفرصة الشحن أو الفلاش. تحتوي الحافلات التي تستخدم استراتيجية الشحن بين عشية وضحاها على بطاريات ضخمة ذات سعة أعلى (عادةً 200-500 كيلو وات في الساعة) ويتم شحنها ببطء طوال الليل بواجهة شحن مدمجة. وهذا يمكن الحافلات من العمل طوال اليوم دون الحاجة إلى إعادة الشحن. تعمل على طرق قصيرة وغير مزدحمة. يمكن تحصيل رسوم الحافلات التي تطبق إستراتيجية الشحن عبر الإنترنت أثناء الحركة. تُمكِّن إستراتيجية رسوم الفرصة للحافلات من الشحن في المستودع وعندما تتوقف الحافلة في طريقها في محطة للحافلات. تتطلب استراتيجيات الشحن عبر الإنترنت وفرص الشحن هذه بطارية صغيرة بسعة أقل (عادةً 50-90 كيلو وات في الساعة) ، مما يوفر نظامًا أكثر إحكاما وفعالية. ومع ذلك ، فهي أكثر تكلفة ، حيث تتطلب طاقة عالية (عادة 150-450 كيلوواط).
بالنسبة لطرق الشحن ، هناك أربعة خيارات رئيسية: الشحن اللاسلكي الاستقرائي ، والشحن الإضافي ، وشحن البانتوجراف ، وتبديل البطارية. في الشحن الاستقرائي ، يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي بين ملف الإرسال الموجود على الطريق وملف الاستقبال الموجود في الجزء السفلي من الحافلة الكهربائية. يعتبر كل من التوصيل وشحن البانتوجراف طريقتين للشحن الموصلين ، حيث يتم استخدام الموصلات لتمرير الطاقة من البنية التحتية للشحن إلى الحافلة الكهربائية. كما يوحي الاسم ، يستخدم الشحن الإضافي موصلًا أو كابل شحن من البنية التحتية التي يتم توصيلها يدويًا بالحافلة ، بينما تستخدم شواحن البانتوجراف الموصلات العلوية لشحن الحافلة تلقائيًا.
توجد أربعة أنواع رئيسية من شواحن البانتوجراف ، كما هو موضح في الشكل 3: ألسفل ، وأعلى ، وأفقي ، وأسفل البدن.
المنساخ التصاعدي (المركب على السقف أو من أسفل إلى أعلى) هو الأسهل في التنفيذ. ليست هناك حاجة لاتصال Wi-Fi ، حيث يتم التحكم في عملية الشحن من قبل السائق. يتم إجراء اتصالاتها باستخدام بروتوكول IEC 61851 و ISO 15118. من ناحية أخرى ، يتطلب المنساخ السفلي (المثبت على البنية التحتية أو من أعلى إلى أسفل أو المقلوب) اتصالاً بشبكة Wi-Fi ويستخدم معيار OppCharge للتواصل مع الحافلة. عادة ما تكون الحافلات التي تستخدم منساخًا هبوطيًا ذات وزن أقل وطول منخفض ، مما يمكّنها من المرور تحت جسور منخفضة الخلوص. يتكون المدخل الجانبي ، أو المنساخ الأفقي ، من جزء متحرك على البنية التحتية للشحن ويتم توصيله بجانب الحافلة. يتم الاتصال باستخدام معيار ISO 15118 بدون Wi-Fi أو OppCharge الذي يستخدم Wi-Fi. أخيرًا ، يتم توصيل المنساخ السفلي بالحافلة ويتحرك للأسفل مثل المنساخ المثبت بالسقف أو يوضع على الأرض ويتحرك صعودًا مثل المنساخ المقلوب.
تتضمن تقنية تبديل البطارية استبدال بطارية فارغة يدويًا ببطارية مشحونة. بالمقارنة مع الطرق الموصلة أو اللاسلكية ، تكون عملية تبديل البطارية أسرع بكثير ، حيث يمكن إجراؤها في بضع دقائق فقط بمساعدة أذرع روبوتية. يمكن أيضًا استخدام البطاريات في محطات التبديل كوحدات دعم للشبكات ، وتزويد الطاقة خلال فترات الذروة والشحن خلال فترات الذروة. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة غير مجدية حاليًا نظرًا لارتفاع التكلفة الأولية ومتطلبات التخزين لتخزين كل من البطاريات المشحونة والمفرغة.
من بين جميع طرق الشحن ، تعتمد طريقة الشحن المثالية فقط على المتطلبات. يعد المستودع فقط هو الحل الأبسط ولا يتطلب معدات إضافية ، حيث إنه مكون إضافي بشكل أساسي. بالنسبة لشحن الفرص ، تعد البانتوغرافات أكثر شيوعًا ، حيث يمكن إعدادها بسهولة في محطات الحافلات. من ناحية أخرى ، يعد الاستقراء أكثر تكلفة وتعقيدًا في التنفيذ مقارنة بالطرق الأخرى.
سكك حديدية مكهربة
حتى أنظمة السكك الحديدية تواكب الحاجة إلى الحفاظ على البيئة من خلال التحول إلى الطاقة الكهربائية. بالمقارنة مع وسائط النقل الأخرى ، فإنها تنتج أقل ثاني أكسيد الكربون2 والأكثر كفاءة. تعد هذه السكك الحديدية الكهربائية وسيلة نقل عام موثوقة وآمنة وعالية السرعة ، وبالتالي فإن الطلب عليها آخذ في الارتفاع على مستوى العالم. في السنوات الأخيرة ، شهدت أنظمة السكك الحديدية نموًا هائلاً باستخدام إلكترونيات الطاقة. تم تعزيز سلامة ومرونة وموثوقية أنظمة السكك الحديدية هذه من خلال استخدام أحدث التطورات في محولات الطاقة الإلكترونية.
كما ذكرنا سابقًا ، لا تزال هناك بعض مجالات التحسين قبل نشر الحافلات الكهربائية على نطاق واسع. يعد عدم وجود بنية تحتية مناسبة للشحن ومتطلبات إمدادات الطاقة من شبكة طاقة التيار المتردد من بين المشكلات التي لم يتم حلها بعد. لحسن الحظ ، يتم إجراء الكثير من الأبحاث في هذا المجال للتغلب على العقبات وجعل التنقل الإلكتروني أكثر كفاءة.
