Електромобілі майбутнього не потребуватимуть зарядних станцій?

Електромобілі стрімко набирають популярності в усьому світі, тож постає питання розвитку інфраструктури для їх заряджання 

Одне з інноваційних рішень – електрифіковані дороги, які здатні передавати електроенергію транспортним засобам просто під час руху. Така технологія передбачає спеціальну інфраструктуру в полотні або над дорогою, що забезпечує бездротове чи контактне живлення електромобіля на ходу. Іншими словами, автомобілі можуть заряджатися, не втрачаючи часу на зарядних станціях

Одним із підходів до електрифікації шляхів є встановлення над дорожнім полотном контактної мережі, з якої транспорт отримує струм через струмоприймач (пантограф) на даху. На фото – вантажівки Scania, обладнані пантографами, що під’єднані до електролінії на тестовій ділянці “електрошосе”. Подібна система нагадує тролейбусну мережу і найкраще підходить для великих вантажівок та автобусів, які достатньо високі для контакту з проводами. Окрім повітряної контактної мережі для важкого транспорту, інші варіанти електродоріг включають контактні рейки вбудовані в дорогу (до яких автомобіль під’єднується висувним “черевиком”) та індуктивні котушки під асфальтом, які бездротово передають енергію на приймачі під днищем авто. Незалежно від технології, мета одна – живити електротранспорт безперервно в дорозі, усуваючи потребу в зупинках для підзарядки

Переваги електрифікованих доріг

Електрифіковані дороги розв’язують одну з головних проблем електротранспорту – тривалу зарядку та обмежений запас ходу. Постійне живлення “на ходу” усуває необхідність надовго зупинятися для заряджання батарей, що значно економить час у далеких поїздках. Водіям більше не потрібно переживати, що заряду бракуватиме до наступної станції чи фінішної точки маршруту – так звану «тривогу запасу ходу» замінює впевненість, що автомобіль підзаряджається безперервно. Таким чином, електродороги можуть кардинально знизити психологічний бар’єр перед використанням електромобілів на довгі дистанції, роблячи сам процес зарядки непомітною частиною поїздки

Ще одна суттєва перевага – можливість використовувати менші за місткістю батареї в електротранспорті. Оскільки енергія надходить під час руху, нема потреби оснащувати автомобілі величезними акумуляторами для запасу на сотні кілометрів. Менша батарея означає меншу масу і нижчу вартість електромобіля. Це особливо важливо для вантажівок і автобусів: завдяки електрифікованим дорогам вони можуть обходитися без громіздких батарей, що суттєво полегшує загальну масу і здешевлює вартість такого транспорту. Фахівці відзначають, що саме зменшення батарей у важкому транспорті здатне стати «game changer», адже вантажні електромобілі стануть більш економічно привабливими та практичними для бізнесу

Електродороги підвищують ефективність та продуктивність комерційного транспорту. Наприклад, великі вантажівки та міжміські автобуси змушені витрачати багато часу на дозаправлення або підзарядку, перериваючи графік їх роботи. За умов рухомої зарядки машини можуть працювати значно довше без зупинок: для вантажоперевізників це означає мінімальні простої і дотримання жорстких графіків доставки. Досвід випробувань показує, що електрифіковані магістралі, зокрема на найбільш завантажених ділянках, дають змогу вантажівкам поповнювати заряд “на ходу” і тим самим зменшувати навантаження на енергомережу у години пік. В результаті логістичні операції стають більш передбачуваними, а потреба планувати довгі перерви на зарядку зникає

Перехід на електродороги також несе екологічні вигоди. Якщо струм надходить із відновлюваних джерел, електротранспорт на таких шляхах практично не має викидів – ані CO₂, ані шкідливих газів від дизелю чи бензину. Навіть порівняно з традиційними електромобілями, що заряджаються на станціях, рух із постійним живленням ефективніший, адже енергія подається прямо до двигуна або батареї без проміжних циклів заряд-розряд. За оцінками досліджень, електрифіковані траси можуть значно скоротити викиди CO₂ у вантажному транспорті порівняно з дизельними – відчутний внесок у боротьбу зі зміною клімату. Таким чином, електродороги сприяють декарбонізації транспорту, особливо якщо впроваджувати їх на найбільш інтенсивних маршрутах

Завдяки наведеним перевагам концепція «доріг, що заряджають» здатна прискорити перехід на електромобілі як у приватному користуванні, так і в комерційних перевезеннях. Усунення проблеми тривалого заряджання, зменшення вартості електротранспорту та екологічний ефект створюють потужні стимули для ширшого впровадження електрифікованого транспорту. Втім, реалізація цієї технології у великому масштабі пов’язана з рядом викликів, які необхідно врахувати на шляху від пілотних проєктів до повсюдного застосування

Першочерговий виклик – це висока вартість впровадження електрифікованої інфраструктури 

Обладнати дороги системами живлення значно дорожче, ніж встановити звичайні зарядні станції: потрібні дорогі матеріали (контактні рейки, кабелі, котушки), переоблаштування дорожнього полотна та складні електросистеми. За оцінками, прокладання індуктивної “зарядної” дороги коштує близько $2 млн на милю (≈$1,24 млн на кілометр) у нинішніх пілотних проєктах. Монтаж контактних рейок чи кабельних систем також вимагає значних капіталовкладень. Окрім власне витрат, будівництво таких доріг може спричиняти тривалі незручності для водіїв під час встановлення обладнання – фактично, оновлення траси потребує часткового перекриття руху на тижні чи місяці. Не кожен бюджет громади чи країни готовий витримати такі витрати, особливо поки технологія не стала масовою і відносно дешевшою

Технічна зрілість і надійність електродоріг поки що залишаються під питанням. Більшість подібних систем досі перебувають на стадії випробувань, тож бракує достатнього обсягу статистичних даних про їхню роботу в реальних умовах. Традиційна технологія – пантограф і дротове живлення – відома вже понад століття (прикладом є тролейбуси чи електрифіковані залізниці). Натомість сучасні варіанти з рейками в асфальті або індуктивними котушками є новітніми розробками, що не пройшли випробування часом. Відсутність великого досвіду експлуатації означає невідомі ризики: як така дорога поводитиметься за різної погоди, чи не виникатимуть збої у передачі енергії, як швидко зношуватиметься обладнання тощо. Крім того, для використання електрифікованої дороги сам автомобіль має бути спеціально обладнаний (наприклад, приймачем індуктивного поля або струмоприймачем для рейки), а це додає витрат і складності для автовиробників та автовласників. Поки технології не стандартизовані й не доведені до відмінної надійності, багато потенційних користувачів ставляться до них обережно

Ще одна перешкода на шляху масштабного впровадження – питання сумісності та стандартизації. Існує декілька конкуруючих технологій електродоріг (провідна через повітря, провідна через рейку, бездротова індуктивна), і кожна має свої технічні особливості. Для успіху на глобальному рівні необхідно, щоб електромобіль будь-якої марки міг заряджатися на електрифікованій дорозі будь-де у світі. Сьогодні такого єдиного стандарту ще немає: поки що різні країни і компанії випробовують власні рішення, часто несумісні між собою. А без узгодження зусиль ефект від електродоріг буде локальним – вантажівка, оснащена для отримання живлення від рейки, не зможе скористатися індуктивною дорогою, і навпаки. Вирішення цієї проблеми потребує тісної співпраці багатьох сторін: урядів, муніципалітетів, виробників автомобілів, енергетичних компаній тощо. Зокрема, в Європейському Союзі вже розпочато роботу над єдиними стандартами електрифікованих доріг, але на повну взаємодію всіх систем ще належить вийти. Допоки кожна країна рухається власним шляхом, міжнародним перевізникам буде важко інвестувати в технологію, яка може не працювати за кордоном

На додачу до внутрішніх проблем технології, електрифіковані дороги стикаються з конкуренцією з боку інших рішень у сфері екологічного транспорту. По-перше, традиційні акумулятори для електромобілів постійно вдосконалюються. Уже зараз вантажні електрофури здатні проїхати на одному заряді близько 300 км, що покриває 40% вантажоперевезень у ЄС, а в найближчі роки прогнозується ще більший запас ходу завдяки прогресу в хімії літій-іонних батарей та появі твердотільних батарей. Якщо електромобілі зможуть долати по 600-800 км без підзарядки, потреба в дорозі, що заряджає, зменшиться – адже більшість маршрутів і так вкладатиметься в цей пробіг. По-друге, набирає обертів воднева технологія: вантажівки на паливних елементах заправляються воднем за лічені хвилини і можуть проїжджати сотні кілометрів. Наприклад, 80 кг водню достатньо, щоб фура подолала до 800 км. Якщо воднева інфраструктура стане масовою, вона може запропонувати подібні переваги (довгий пробіг і швидка заправка) без потреби прокладати дороге обладнання в шляхах. Отже, електродороги мусять довести свою рентабельність і переваги, аби виправдати себе в конкуренції з покращеними батареями та водневим паливом

Не менш важливий аспект – пріоритети розвитку інфраструктури, які наразі зосереджені не на електрифікованих дорогах, а на мережі стаціонарних зарядних станцій. У світі вже існують усталені стандарти швидкісного заряджання (наприклад, система CCS Combo), і кількість таких зарядних пунктів стрімко зростає. Станом на 2023 рік лише в Європі діяло понад 630 тисяч публічних станцій зарядки. Проте, за даними Європейської комісії, для досягнення цілей щодо скорочення викидів CO₂ до 2030 року необхідно збільшити цю кількість до 3,5 мільйонів станцій. Це означає, що щорічно потрібно встановлювати близько 410 тисяч нових станцій, або майже 8 тисяч на тиждень, що втричі перевищує нинішні темпи встановлення 

Державна політика та інвестиції наразі більшою мірою спрямовані саме на розвиток традиційної зарядної інфраструктури – уряди оголошують плани розширення мережі зарядок, субсидують встановлення станцій, працюють над уніфікацією роз’ємів тощо. Натомість щодо електродоріг чітких державних програм поки бракує. Багато країн зайняли вичікувальну позицію: вони спостерігають за результатами експериментів у сусідів, перш ніж інвестувати значні кошти у свої електрошосе. Така обережність зрозуміла, але без активної підтримки з боку держав і великих компаній електрифікованим дорогам буде складно швидко перейти з експериментальної стадії до повсюдного втілення

Незважаючи на всі ці виклики, зацікавленість у технології електродоріг залишається високою, і світ поступово рухається від теорії до практики. Розгляньмо, які кроки вже робляться та які перспективи чекають електрифіковані дороги у майбутньому

Перспективи масштабування та майбутнє

Поки що електрифіковані траси існують переважно у вигляді тестових відрізків і пілотних проєктів, але їх кількість і масштаб неухильно зростають. Швеція однією з перших почала експериментувати з електродорогами: ще у 2018 році під Стокгольмом відкрили 2-кілометрову ділянку шосе з вбудованою в асфальт рейкою для зарядки на ходу. По цій дорозі електровантажівки їздять, опускаючи спеціальний струмоприймач у рейкову колію, – система працює за принципом “живлення як у машинці на треку” і дозволяє автоматично враховувати спожиту енергію кожним автомобілем. В Німеччині в останні роки діють одразу кілька тестових відрізків автострад із контактними лініями (так звані eHighway): з 2019-го випробовуються електрифіковані секції автобанів A5 під Франкфуртом, A1 у Шлезвіг-Гольштейні та B462 у Баден-Вюртемберзі, де гібридні фури Scania з пантографами отримують живлення від дротів. Італія також оголосила про плани збудувати 6-кілометровий відрізок електродороги на півночі країни в районі автотраси A35 Brebemi. У Сполучених Штатах технологію випробовують на західному узбережжі – поблизу портів Лос-Анджелеса прокладено демонстраційну електрифіковану дорогу для вантажівок, а дослідницькі центри (наприклад, університет Юти) облаштували тестові треки з індуктивною зарядкою для автобусів. Кожен із цих проєктів дає цінний практичний досвід, дозволяючи відпрацювати технологію в реальних умовах і оцінити її ефективність та недоліки

Окремо реалізуються пілотні проєкти електродоріг у міських умовах із використанням індуктивної технології. Наприклад, експериментальна “зарядна смуга” на одній з вулиць Детройта (США), де під дорожнім покриттям встановлено індуктивні котушки Electreon, а на асфальті нанесено позначення Charge Lane. Ця чвертьмильна (≈400 м) ділянка дороги оснащена таким чином у 2023 році й здатна передавати енергію електромобілям, обладнаним приймачами, коли ті проїжджають по спеціальній смузі. У рамках демонстрації по ній успішно проїхав та заряджався електрофургон Ford E-Transit, досягаючи потужності зарядки близько 19 кВт в русі. Проєкт у Детройті має показати життєздатність бездротової зарядки на дорогах загального користування та слугує зразком співпраці міської влади, університетів і бізнесу в розвитку нової інфраструктури. Подібні міські пілоти також реалізуються в Ізраїлі (наприклад, Electreon електрифікувала частину автобусного маршруту у Тель-Авіві) та плануються в інших країнах, аби випробувати технологію в різних умовах і масштабах

На хвилі успішних тестів деякі країни вже розробляють амбітні плани щодо розширення мережі електрифікованих шляхів. Франція оголосила про намір електрифікувати близько 8800 км автошляхів до 2035 року – для порівняння, це приблизно 5% від усієї французької дорожньої мережі. Передбачається, що залежно від доцільності на різних відрізках застосовуватимуть різні технології: десь повітряні кабелі для вантажівок, десь індуктивні або рейкові системи для змішаного трафіку. У Німеччині наукові установи рекомендували оснастити електроживленням ключові ділянки автобанів – орієнтовно 4000 км трас, що з’єднують промислові центри країни. Швеція планує поетапно побудувати електродороги між основними містами та портами: після успішних пілотів уряд уже затвердив проект першої постійної електрифікованої автостради – 21-кілометрового відрізка європейської магістралі E20 між логістичними центрами міст Гальсберг і Еребру, будівництво якого має розпочатися у 2025 році. Загалом шведська транспортна адміністрація (Trafikverket) розрахувала, що прокладка приблизно 2000 км електрифікованих доріг обійдеться країні у 30-40 млрд шведських крон (приблизно 3-4 млрд доларів США). Таким чином, протягом найближчих 10–15 років в Європі можуть з’явитися тисячі кілометрів доріг, здатних заряджати електромобілі, якщо оголошені плани буде реалізовано вчасно

Очікується, що з розвитком технології витрати на електродороги поступово знижуватимуться, відкриваючи шлях до ширшого впровадження. Вже зараз виробники заявляють про можливе здешевлення: за оцінками ізраїльської компанії Electreon, масове виробництво компонентів та напрацювання досвіду можуть зменшити вартість індуктивної електродороги майже вдвічі – до ~$1,2 млн за милю (з нинішніх ~$2 млн). Подібне здешевлення кардинально покращить економіку проєктів і зробить технологію привабливішою для інвесторів. Так само і оперативні витрати знизяться, коли з’являться стандартизовані рішення та більша кількість підрядників, здатних будувати й обслуговувати такі дороги. Кожен новий пілот, що демонструє успішну роботу електродороги, підвищує довіру до технології, залучає нових учасників ринку та сприяє появі інновацій, які роблять систему ефективнішою

Вирішальну роль у масштабуванні електрифікованих доріг відіграватиме уніфікація стандартів та міжнародна співпраця. Щоб технологія стала масовою, необхідно, аби різні системи підзарядки на ходу були сумісні між собою, і виробники авто інтегрували відповідні приймачі на конвеєрі. Розуміючи це, європейські країни об’єднали зусилля: в 2021 році Єврокомісія звернулася до стандартотворчих органів із запитом розробити єдиний стандарт електродоріг. У 2022-му було випущено перший технічний стандарт (CENELEC 50717) для обладнання на борту автомобіля, що живиться від рейкової електродороги. Наразі фіналізують ухвалення повного комплексу стандартів, який забезпечить уніфіковане і сумісне рішення для електрифікації доріг в ЄС. Паралельно створюються міжнародні консорціуми: Швеція, Німеччина, Франція та інші країни спільно тестують технології і діляться досвідом, щоб узгодити найкращі підходи. Така координація повинна гарантувати, що вантажівки і автобуси, оснащені для електродоріг, зможуть без проблем пересуватися всією Європою, використовуючи ту саму інфраструктуру. Завдяки спільним зусиллям урядів і бізнесу електрифіковані дороги можуть отримати необхідні стандарти і регламенти, без яких масштабне будівництво було б неможливим

Експерти зазначають, що в довгостроковій перспективі електродороги впроваджуватимуться вибірково там, де вони дають максимальний ефект. Ймовірно, пріоритет надаватиметься ключовим транспортним коридорам – автомагістралям між великими містами, маршрутам, якими масово курсують вантажівки та громадський транспорт. На таких напрямках вигоди (зменшення витрат пального/енергії, скорочення викидів, підвищення ефективності логістики) будуть найбільш відчутними і виправдають вкладені кошти. Натомість на другорядних дорогах і в місцях з низьким трафіком традиційні електромобілі з великим запасом ходу або водневі авто можуть виявитися практичнішими без додаткової інфраструктури. Тобто електрифіковані дороги стануть частиною комплексної стратегії декарбонізації транспорту, доповнюючи стаціонарні зарядні станції та інші технології (швидкозмінні батареї, водень тощо) там, де це найдоцільніше. Якщо заплановані проекти в Європі та інших регіонах підтвердять ефективність електродоріг, у наступні десятиліття їхня мережа поступово розширюватиметься. В результаті ми отримаємо більш чисту, ефективну та зручну транспортну систему, де далекі поїздки електромобілем будуть такими ж буденними, як сьогодні – поїздки автострадою із заправками на кожному кроці, але без потреби взагалі зупинятися для “дозаправки”

Електрифіковані дороги наразі перебувають на порозі між експериментом і практикою. Вони обіцяють вирішити ключові проблеми електротранспорту – тривалість зарядки і обмежений пробіг – та відкрити нові можливості для перевізників і водіїв. Водночас впровадження цієї концепції вимагає подолання значних інженерних, економічних і організаційних бар’єрів. Шлях до масового впровадження електродоріг хоча і непростий, але реальний. Завдяки поступовому вдосконаленню технологій, зниженню вартості, стандартизації та міжнародній співпраці електрифіковані дороги можуть стати важливою складовою сталого транспорту майбутнього, наближаючи нас до ери безвуглецевих перевезень