EVS32, Lyon: Elektrifisering av veitransport åpner for nye måter å tenke på infrastrukturen på. Om selve veibanen kan forsyne kjøretøyet med energi, er det da nødvendig med store batterier?
Det finnes flere tilnærminger som er prøvd ut i større eller mindre skala. I Sverige henger det kjøreledninger over E16 i Gävle, hvor lastebiler med pantograf henter strøm mens de kjører.
Andre steder er det prøvd ut strømskinne i veien, slik at også personbiler kan kobles til.
Den mest lovende løsningen er nok likevel bruk av induktiv overføring av strøm. Spoler i veien induserer strøm i spoler i kjøretøyet, og du får strøm på batteriet.
Teorien her er ganske grei. Spørsmålet er hvor bra det fungerer i praksis. Det har en gruppe franske forskere sett på.
Fruktene av arbeidet kan på sikt bety at det kan etableres elektrisk infrastruktur i veiene, som vil gi strøm til både lastebiler og personbiler.
Det franske Vedecom-instituttet har ledet en studie knyttet til EUs Fabric-prosjekt som undersøker om det er praktisk mulig å etablere energiforsyning i veibanen.
Franske IFSTTAR, Renault og amerikanske Qualcomm har også deltatt i prosjektet, som vi har omtalt tidligere.
Målet var å utvikle og vurdere et system for dynamisk trådløs lading av elbiler.
De bygget et lukket testanlegg i Versailles-Satory i Frankrike, hvor de gravde ned spoler i veibanen, og installerte ladeutstyr i to Renault Kangoo elektriske varebiler.
20 kilowatt
Overført effekt var inntil 20 kilowatt, i hastigheter på inntil 100 kilometer i timen. Konseptet ble konstruert med tanke på at to biler skulle kunne lades på samme tid. Teststrekningen var 100 meter lang.
Teststrekningen drives med Qualcomm Halo-teknologi, og kan levere 50 kilowatt til sammen. Maskinvaren drives med 1000 volt likespenning. Effekten fordeles over ulike spoler i veibanen, som hver kan opereres på effekt inntil 25 kilowatt.
En av utfordringene med systemet er at bilene må være sentrert over spolene i veibanen. Dette kan tenkes å løses med GPS i en bil som kjører av seg selv, men for testens del ble det brukt en veileder som gjorde det enkelt for testdeltakerne å holde bilene så sentrert som mulig.
Bilene var utstyrt med to ladespoler; en foran og en bak. Før bilen passerer over en ladespile i bakken, fungerer den bakre spolen som en radiosender som sender ut et signal. Når den får svar fra en ladespole i veien, endrer den til å bli en mottaker.
Det induseres en høyfrekvent strøm i bilen, som likerettes og går til å lade batteriet.
Alt i alt virker det ganske enkelt, men prosjektleder Stéphane Laporte forteller at det er mange utfordringer med systemet.
Ujevn strøm
Energioverføringen er ikke jevn. Den går av og på etterhvert som bilen passerer magnetfeltet til en spole, og entrer et nytt. Det betyr i praksis at det dyttes høy effekt inn i batteriet i pulser.
Laporte forteller at han tok opp dette med Renaults batterieksperter, som fortalte at dette i seg selv ikke var et problem. Han ser likevel for seg at dette bør jevnes ut, for eksempel ved å ta i bruk superkondensatorer i bilen.
Det andre er posisjonering. Det er helt avgjørende at bilen holdes innenfor et visst område i veien. Det er ikke mye slingringsmonn å gå på. Innenfor 12 centimeter fra senter oppnår forskerne høyeste mulige effektivitet. Utover dette faller den betraktelig, til så lite som 70 prosent av maks virkningsgrad.
Det er langt verre enn det kanskje høres ut. For maksimal virkningsgrad er 70 prosent fra likestrøm til likestrøm, altså fra likestrømsforsyningen på infrastruktursiden, til likestrømsforsyningen inn til batteriet.
I verste fall er resultatet at du forsyner systemet med 25 kilowatt, og ender med 14 kilowatt inn til batteriet. Da går mye energi til spille.
Den vertikale avstanden mellom spolene i bilen og bakken var et mindre problem. Her opplevde ikke forskerne store utslag når avstanden endret seg. Det er positivt med tanke på at avstand vil variere, ikke bare mellom biler men også i ulike hastigheter.
Asfalt kan skape problemer
Men det er fremdeles en lang rekke faktorer som ikke er enkelt å kontrollere for. En helt vesentlig er asfaltkvalitet. Inneholder asfalten jern vil det forstyrre energioverføringen. Derfor kan det ifølge Laporte bli aktuelt å benytte spesialasfalt eller betongdekke på veier med teknologi som dette.
Det er imidlertid ikke slik at svakhetene ikke er overkommelige. Det er her snakk om en tidlig prototype, og prosjektet har først og fremst vært en demonstrasjon for å vise at det er mulig.
Med tanke på fremtidig utvikling foreslår forskerne at virkningsgraden må passere 80 prosent som et minimum. Siden sentrering over spolene i veien viser seg å være så avgjørende, foreslår forskerne at det tas i bruk et automatisert system for dette.
Man kan for eksempel se for seg en filholderassistent som tar høyde for dette, for eksempel ved å måle magnetfeltene i veibanen.
Langt frem
Det er imidlertid langt frem til et scenario hvor dynamisk trådløs lading integreres i veibanen. Det krever standardiseringsarbeid, ettersom alle bilprodusenter og land må være enige i hvordan det skal løses.
Laporte sier han har mest tro på systemer som dette i byene. For på motorveien er 20 kilowatt kanskje det bilen bruker mens den kjører. Da oppnår man ingen netto økning av batterikapasiteten mens man kjører over en strekning med dynamisk lading.
Dermed må slike strekninger være svært lange for at det skal monne. Og effekten må minst være det dobbelte om det skal ha noe for seg.
I en by kan man imidlertid oppnå 10 kilometer ekstra rekkevidde per kilometer kjørt, hevder forskeren.
Han er uansett tydelig på at dette forsøket bare er en start, og at mer forskning må til. Det må også vurderes hvor energien skal hentes. Laporte tror at infrastruktur som dette vil egne seg best steder hvor det er mulig å produsere strøm langs veien, for eksempel med vindturbiner eller solceller.
Man må også ta hensyn til at mange biler kan ta langt høyere effekt inn enn 20 kilowatt. Høyere effekt vil kunne være positivt for infrastrukturen siden det kan leveres mer energi på kortere tid, heter det i forskningsrapporten.
Må ha kontroll på elektromagnetisk stråling
Det er imidlertid ikke bare å hemningsløst skru opp effekten. Det må også tas hensyn til de elektromagnetiske feltene som dannes. Disse må ikke gi elektromagnetisk stråling som overstiger grenseverdier.
Forskerne har gjort en rekke målinger i den sammenhengen. Stråling langs veien og inni bilene ble målt og beskrevet. Det ble ikke målt feltstyrker som overstiger grenseverdiene fastsatt av International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP).
Ved 20 kilowatt og en frekvens på 85 kilohertz var den høyeste målte feltstyrken inni bilen 27 mikrotesla.
Forskerne har regnet seg frem til en pris på tre millioner euro per kilometer vei. Det gjør at dette ikke er noen billig måte å elektrifisere på. Men det kan det likevel være verdt dersom det betyr at biler kan utstyres med mindre batterier samtidig som de kan kjøre langt.
Det er ligger dessuten mange muligheter i elektrisk infrastruktur i veien. Forskerne viser til at biler i fremtiden kan fungere som energibærere. De kan forsynes med fornybar energi produsert langt fra folk, og frakte denne til smarte strømnett i urbane områder. Her kan energien forsynes tilbake til strømnettet.
Stasjonært fremdeles i startgropa
Det er uansett langt frem til dette eventuelt kan realiseres. Trådløs stasjonær lading er på mange måter fortsatt bare i startgropa, men det er demonstrert løsninger som leverer 120 kilowatt. Det finnes også løsninger for busser som lader med enda høyere effekt med spoler gravd ned i bakken.
Det er likevel et praktisk sprang fra stillestående lading til lading i fart. I Norge ble det i fjor sluppet en rapport om elektrifisering av E39, hvor ulike metoder ble evaluert.
Denne kom frem til at kjøreledninger hengt opp over veibanen var den raskeste og billigste måten å elektrifisere på. Dette vil imidlertid kun fungere for tungtransport, da det er vanskelig å se for seg personbiler med pantograf.
Rapporten beskrev induktiv lading i veibanen som den mest fleksible løsningen, men samtidig også den minst modne og med en betydelig høyere pris. Rapporten regnet imidlertid ikke inn personbiler i analysen.
Om dette var regnet inn kan det tenkes at totaløkonomien ville blitt bedre.
