西门子eHighway:推动卡车电气化

  eHighway使用架空线从变电站直接传递电能,可保证80%到85%的能源利用效率

  eHighway(电气化高速公路)是面向公路货物运输的电气化改造工程。该工程的目的在于减少化石燃料的使用并在减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体排放的同时,有效降低85%牵引车辆的运营成本。得益于西门子在轨道交通行业深耕多年的电力牵引技术,从而保证该系统可靠性

  位于交通干线上的港口以及货运物流中心,每天往返大量的货运卡车,并对环境造成了较为严重的污染。eHighway工程不仅能够有效降低有害气体排放更能有有效减少车辆运营成本

  以40吨卡车每年行驶10万公里为例,一年可节省2万欧元(约合16万人民币)。当全程中涵盖30%电气化线百万吨二氧化碳排放

  项目所针对的主要运输市场为50KM以内的中短途货物运输,例如港口或者工业区的衔接。在矿区运输环境中,连接矿坑以及物流中心的线路中,得益于较高的货运频率,该工程的经济环境效益将会更加明显

  早在2010年,西门子就已经在柏林周边的开始进行试验。在可靠性得到验证后,开始在世界范围内推广。德国的运营区段位于法兰克福机场以及达姆施塔特的A5高速公路上。此外,美国洛杉矶港口与铁路货运站以及瑞典E16高速公路也有同样的运营线路

  世界首条eHighway,位于瑞典Gvle E16高速公路,使用电气化改造SCANIA卡车

  工程师曾经设想用电池储能的方式解决运营成本以及环境保护问题,然而受限于电池容量,充电速度以及电池重量等因素,该种解决方案并未普及

  世界最大商用车生产商戴姆勒卡车业务主管Martin Daum,在2018年法兰克福国际车展期间曾表示,对于运输距离长达上百公里的40吨重载运输卡车,单纯依靠电池应对各种天气,复杂交通状况以及建筑工地各种情况,以今天的视角来看依然困难重重,电动车的优势很有可能被过分夸大

  近期较热门的Tesle Semi,大家也有些期望过高。部分机构和研究人员尝试用生物质燃料或气态化石燃料完全取代柴油,作为替代能源,在工程技术上也存在重重挑战。相比较之下,eHighway在适应性以及工程可行性方面,比单纯电池或其他替代能源驱动的卡车,相对较高

  马斯克声称在特斯拉新型太阳能超级充电站,30分钟可以充满电池80%电量,相当于理论行驶540公里

  eHighway使用架空线从变电站直接传递电能,保证了80%到85%的能源利用效率,行驶相同里程,相当于只消耗传统内燃机卡车一般的燃料。在eHighway系统中,西门子工程师还涉及了动能回收系统,通过上方的架空线可以将卡车刹车时产生的电能输送给系统中其他车辆或者更高一级电网

  当运行路线中存在坡度时,可以比内燃卡车进一步节约能源消耗,在节约运营成本的同时减少对环境的危害。在联合德累斯顿工业大学以及德国联邦道路研究院研究之后,可以证明在技术以及运营层面,无论是十字路口、桥梁还是隧道以及交通标志牌,eHighway均能与现有的道路结构相匹配

  由于不需要重新进行土木建设,利用现有基础设施安装电力输送支架即可完成电气化改造,因此eHighway的经济效益也能得到保证

  eHighway核心技术在于集电弓系统的创新,车辆可根据运行线路,在任何速度下,自动对接和分离驾驶室上方的集电弓装置,从而实现车辆穿越障碍物或在复杂路面情况下的灵活行驶

  电动机的高扭力特性,也使得卡车从容应对长距离上坡路段。系统的电力能源来自于公共电网,随后传送给沿线的牵引动力变电站。电力运输结构与胶轮铁路系统非常类似,得益于轨道系统积累的大量经验,eHighway可靠性得到充分验证,使用两个集电弓从而实现电流回流以及动能回收

  位于车辆顶部的传感器可以识别上方是否有架空线KM/H的速度区间内,实现无顿挫电力系统手动或自动连接和分离,也保证了与传统内燃机车辆无差别的高速换道和并线。位于集电弓上的传感器和执行器可以控制集电弓的左右运动,保证集电弓不偏离架空线滑行,减小碳刷的磨损

  车辆经过混合动力改造,可根据情况使用各种不同Hybrid方案(传统内燃机,压缩天然气,锂电池或燃料电池),自身驱动系统与变速箱之间添加电动机(或额外储能装置),保证车辆在任何情况下的灵活经济行驶。eHighway因此结合了铁路系统的能源高效以及道路运输系统的灵活性

  分析机构预测,到2030年,道路货运交通的需求量会持续上涨约40%。与此同时,联邦政府“环境保护计划2050”中要求,2030年在交通运输领域,温室气体排放应降低40——42%

  若依然继续大规模使用传统柴油卡车作为货运主力,其矛盾是显而易见的。即便eHighway初次投入成本较高,但是得益于较低的运营费用以及无可比拟的能源利用效率和灵活适应性,电气化高速公路eHighway,是一种非常值得考虑的运输替代方案

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