Πηγή Εικόνας: Markus Distelrath from PixabayΈνα πρωτοποριακό σύστημα ασύρματης φόρτισης των ηλεκτρικών λεωφορείων απευθείας από τις ρόδες τους, μέσω των ελαστικών, κατά τη διάρκεια των σύντομων στάσεων για την επιβίβαση και αποβίβαση, υπόσχεται να φέρει τα πάνω κάτω στις αστικές συγκοινωνίες. Τουλάχιστόν στη Ζυρίχη…
Η Winduction, μια πολλά υποσχόμενη spin-off εταιρεία του κορυφαίου πανεπιστημίου ETH της Ζυρίχης ανέπτυξε και δοκίμασε με επιτυχία τη συγκεκριμένη τεχνολογία που εκτιμάται ότι θα μειώσει σημαντικά το κόστος λειτουργίας μιας γραμμής λεωφορείων.
Η ηλεκτροκίνηση των στόλων λεωφορείων προχωρά στην Ελβετία και την Ευρώπη. Προς το παρόν, οι εταιρείες μεταφορών βασίζονται κυρίως σε έναν συνδυασμό μεγάλων μπαταριών και ισχυρών σταθμών φόρτισης που απαιτούν χοντρά καλώδια. Και τα δύο είναι δαπανηρά τόσο στην αγορά όσο και στη συντήρηση.
Επιπλέον, η φόρτιση πραγματοποιείται τη νύχτα στο αμαξοστάσιο χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια που δεν προέρχεται ακόμη εξ ολοκλήρου από ανανεώσιμες πηγές – και οι τεράστιες μπαταρίες βαραίνουν το λεωφορείο, γεγονός που οδηγεί σε μεγαλύτερη φθορά των επιμέρους εξαρτημάτων, καθώς και σε κατάληψη πολύτιμου χώρου.
Πώς μπορούν τα ηλεκτρικά λεωφορεία να φορτίζονται επαγωγικά και με πολύ πιο οικονομικό τρόπο
Η επαγωγική φόρτιση των ηλεκτρικών λεωφορείων διερευνάται από τους Sonam Bhuka, Sylvain Fricker και Laurin Schwitter, τους τρεις ιδρυτές της Winduction. Η τεχνολογία αυτή δεν είναι ουσιαστικά καινούργια. Για παράδειγμα, τα κινητά τηλέφωνα μπορούν να φορτιστούν τοποθετώντας τα πάνω σε μικρές πλάκες που διατίθενται για γραφεία ή κομοδίνα, ενώ πλέον και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπορούν να φορτιστούν ασύρματα.
Ωστόσο, τα περισσότερα συστήματα επιδιώκουν τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας από ένα πηνίο στο έδαφος προς ένα δεύτερο πηνίο στο κάτω μέρος του οχήματος. Η ισχύς μεταδίδεται μέσω ενός αόρατου μαγνητικού πεδίου που συνδέει τα δύο πηνία.
Υπάρχει όμως ένα σημαντικό μειονέκτημα σε αυτή την προσέγγιση. Η απόσταση μεταξύ του δρόμου και του πλαισίου του οχήματος είναι σχετικά μεγάλη και ποικίλλει από το ένα μοντέλο οχήματος στο άλλο. Αυτή η απόσταση αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για τα συστήματα επαγωγικής φόρτισης, καθώς η απόδοση της μεταφοράς ενέργειας μειώνεται όσο αυξάνεται η απόσταση.
Πολύ μικρότερες μπαταρίες και λιγότερη απώλεια ισχύος
Οι τρεις ιδρυτές της Winduction υιοθετούν, επομένως, μια διαφορετική προσέγγιση. Το μόνο πράγμα που βρίσκεται πάντα σε επαφή με το έδαφος σε οποιοδήποτε όχημα είναι οι τροχοί του. Αυτή η απλή παρατήρηση έδωσε την ιδέα στην ομάδα αλλά και το όνομά της καθώς το Winduction σημαίνει «επαγωγή με βάση τους τροχούς».
Η τεχνολογία λειτουργεί με τη χρήση συστημάτων πηνίων που συνδέονται μαγνητικά. Τα πρώτα πηνία επαγωγής είναι ενσωματωμένα σε μια πλάκα βάσης που είναι τοποθετημένη στην επιφάνεια του δρόμου. Αυτά τα πηνία συνδέονται με το ηλεκτρικό δίκτυο και παράγουν ένα μαγνητικό πεδίο. Μια δεύτερη ομάδα πηνίων, ενσωματωμένη σε ένα ειδικά σχεδιασμένο ελαστικό λεωφορείου, συλλέγει την ενέργεια όταν το λεωφορείο σταματά και τη μεταφέρει στη μπαταρία του οχήματος.
Από το έδαφος προς το όχημα, το σύστημα Winduction επιτυγχάνει απόδοση άνω του 90%, με άλλα λόγια, χάνεται λιγότερο από το 10% της ισχύος που τροφοδοτείται μέσω της πλάκας εδάφους.
Ελαστικά λεωφορείων χωρίς χάλυβα
Ωστόσο, το νέο σύστημα με το ελαστικό να λειτουργεί ως αναμεταδότης αποτέλεσε επίσης πρόκληση για τους τρεις ιδρυτές της Winduction. Συγκεκριμένα, τα συμβατικά ελαστικά λεωφορείων περιέχουν χαλύβδινες ζώνες που παρέχουν σταθερότητα, αλλά ο χάλυβας αυτός θα αντιδρούσε με το μαγνητικό πεδίο και θα μετέτρεπε ένα μεγάλο μέρος της ισχύος σε θερμότητα, αντί να τη μεταφέρει.
Επομένως, για να λειτουργήσει το σύστημα απαιτείται η ανάπτυξη ενός εντελώς νέου ελαστικού χωρίς χάλυβα. Αν και αυτή η αλλαγή συνεπάγεται υψηλότερο κόστος για κάθε μεμονωμένο ελαστικό λεωφορείου, η αύξηση αυτή είναι σχεδόν αμελητέα στο πλαίσιο του συνολικού κόστους απόκτησης και λειτουργίας ενός λεωφορείου.
Χαμηλότερο κόστος κατά τη διάρκεια ζωής μιας γραμμής λεωφορείων
Ακριβώς στο κομμάτι του κόστους είναι που οι τρεις ιδρυτές της εταιρείας βλέπουν το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της τεχνολογίας τους. Οι εταιρείες μεταφορών ενδιαφέρονται λιγότερο για την τιμή των μεμονωμένων εξαρτημάτων των οχημάτων και περισσότερο για το συνολικό κόστος κατά τη διάρκεια ζωής μιας γραμμής λεωφορείων. Το κόστος αυτό περιλαμβάνει την αγορά των οχημάτων, την κατανάλωση ενέργειας, τη συντήρηση και την υποδομή, καθώς και τα έξοδα προσωπικού και χρηματοδότησης.
Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της Winduction, το συνολικό κόστος θα μπορούσε να μειωθεί σημαντικά με το νέο σύστημα φόρτισης. Οι ιδρυτές το αποδεικνύουν χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα τη γραμμή λεωφορείου μεταξύ του αεροδρομίου της Ζυρίχης και της συνοικίας Oerlikon της πόλης.
Φόρτιση κατά τη διάρκεια της ημέρας, μείωση του φορτίου στο δίκτυο
Τα λεωφορεία με μικρότερες μπαταρίες είναι φθηνότερα και μπορούν να μεταφέρουν περισσότερους επιβάτες. Οι πλάκες εδάφους της Winduction είναι επίσης σχετικά φθηνές σε σύγκριση με την κλασική υποδομή φόρτισης. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι τα λεωφορεία επαναφορτίζονται επανειλημμένα κατά τη διάρκεια της ημέρας. Στη διαδρομή μεταξύ του αεροδρομίου της Ζυρίχης και του Oerlikon, οι πλάκες φόρτισης θα ήταν απαραίτητες μόνο σε 2 από τις 24 στάσεις, στις οποίες τα λεωφορεία θα φορτίζονταν για συνολικά 3 ώρες κατά τη διάρκεια 16 ωρών. Αυτό, με τη σειρά του, θα μείωνε επίσης τον αριθμό των εφεδρικών οχημάτων που απαιτούνται.
Για λόγους σύγκρισης, τα ηλεκτρικά λεωφορεία που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη γραμμή φορτίζονται επί του παρόντος ταυτόχρονα για πέντε ώρες στο γκαράζ κατά τη διάρκεια της νύχτας και χρειάζονται πολύ περισσότερη ισχύ για να το κάνουν αυτό από ό,τι θα χρειαζόταν με το σύστημα της Winduction. Η χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος θα είναι ακόμη πιο σημαντική στο μέλλον, καθώς η ηλεκτρική ενέργεια γίνεται ολοένα και πιο προσιτή κατά τη διάρκεια της ημέρας χάρη στην επέκταση των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Ταυτόχρονα, μειώνονται τα φορτία αιχμής στο ηλεκτρικό δίκτυο, καθώς δεν είναι πλέον απαραίτητο να φορτίζονται όλα τα λεωφορεία ταυτόχρονα κατά τη διάρκεια της νύχτας, γεγονός που μειώνει περαιτέρω το κόστος.
Η Winduction, μια εταιρεία που προήλθε από το ETH, κατασκευάζει επί του παρόντος μια υποδομή ρεαλιστικών δοκιμών στο Βίντερτουρ, με την υποστήριξη της Ομοσπονδιακής Υπηρεσίας Μεταφορών και του Ελβετικού Ιδρύματος για το Κλίμα. Η υποδομή αυτή περιλαμβάνει τόσο ένα εργαστήριο δοκιμών όσο και μια δική της στάση λεωφορείου για δοκιμές.
Οι ιδρυτές σχεδιάζουν να πραγματοποιήσουν το πρώτο πιλοτικό πρόγραμμα το 2028. Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη συζητήσεις με διάφορους ελβετικούς φορείς μεταφορών. Ένα παράδειγμα αποτελεί η περιοχή γύρω από το αεροδρόμιο της Ζυρίχης, όπου το λεωφορείο θα δοκιμαστεί σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας και θα μεταφέρει επιβάτες για πρώτη φορά. Οι επιβάτες δεν θα αντιληφθούν τίποτα, καθώς η πλάκα εδάφους μεταφέρει την ισχύ αθόρυβα και ασύρματα στην μπαταρία.
