Электромобили будущего не будут нуждаться в зарядных станциях?

Электромобили стремительно набирают популярность во всем мире, поэтому встает вопрос развития инфраструктуры для их зарядки 

Одно из инновационных решений – электрифицированные дороги, которые способны передавать электроэнергию транспортным средствам прямо во время движения. Такая технология предусматривает специальную инфраструктуру в полотне или над дорогой, обеспечивающую беспроводное или контактное питание электромобиля на ходу. Другими словами, автомобили могут заряжаться, не теряя времени на зарядных станциях

Одним из подходов к электрификации дорог является установка над дорожным полотном контактной сети, из которой транспорт получает ток через токоприемник (пантограф) на крыше. На фото – грузовики Scania, оборудованные пантографами, которые подключены к электролинии на тестовом участке «электрошоссе». Подобная система напоминает троллейбусную сеть и лучше всего подходит для больших грузовиков и автобусов, которые достаточно высокие для контакта с проводами. Кроме воздушной контактной сети для тяжелого транспорта, другие варианты электродорог включают контактные рельсы встроенные в дорогу (к которым автомобиль подключается выдвижным «башмаком») и индуктивные катушки под асфальтом, которые беспроводно передают энергию на приемники под днищем авто. Независимо от технологии, цель одна – питать электротранспорт непрерывно в дороге, устраняя потребность в остановках для подзарядки

Преимущества электрифицированных дорог

Электрифицированные дороги решают одну из главных проблем электротранспорта – длительную зарядку и ограниченный запас хода. Постоянное питание «на ходу» устраняет необходимость надолго останавливаться для подзарядки батарей, что значительно экономит время в дальних поездках. Водителям больше не нужно переживать, что заряда не хватит до следующей станции или финишной точки маршрута – так называемую «тревогу запаса хода» заменяет уверенность, что автомобиль подзаряжается непрерывно. Таким образом, электродороги могут кардинально снизить психологический барьер перед использованием электромобилей на длинные дистанции, делая сам процесс зарядки незаметной частью поездки

Еще одно существенное преимущество – возможность использовать меньшие по емкости батареи в электротранспорте. Поскольку энергия поступает во время движения, нет необходимости оснащать автомобили огромными аккумуляторами для запаса на сотни километров. Меньшая батарея означает меньшую массу и более низкую стоимость электромобиля. Это особенно важно для грузовиков и автобусов: благодаря электрифицированным дорогам они могут обходиться без громоздких батарей, что существенно облегчает общую массу и удешевляет стоимость такого транспорта. Специалисты отмечают, что именно уменьшение батарей в тяжелом транспорте способно стать «game changer», ведь грузовые электромобили станут более экономически привлекательными и практичными для бизнеса

Электродороги повышают эффективность и производительность коммерческого транспорта. Например, большие грузовики и междугородние автобусы вынуждены тратить много времени на дозаправку или подзарядку, прерывая график их работы. В условиях подвижной зарядки машины могут работать значительно дольше без остановок: для грузоперевозчиков это означает минимальные простои и соблюдение жестких графиков доставки. Опыт испытаний показывает, что электрифицированные магистрали, в частности на наиболее загруженных участках, позволяют грузовикам пополнять заряд «на ходу» и тем самым уменьшать нагрузку на энергосеть в часы пик. В результате логистические операции становятся более предсказуемыми, а потребность планировать длинные перерывы на зарядку исчезает

Переход на электродороги также несет экологические выгоды. Если ток поступает из возобновляемых источников, электротранспорт на таких дорогах практически не имеет выбросов – ни CO₂, ни вредных газов от дизеля или бензина. Даже по сравнению с традиционными электромобилями, которые заряжаются на станциях, движение с постоянным питанием эффективнее, ведь энергия подается прямо к двигателю или батарее без промежуточных циклов заряд-разряд. По оценкам исследований, электрифицированные трассы могут значительно сократить выбросы CO₂ в грузовом транспорте по сравнению с дизельными – ощутимый вклад в борьбу с изменением климата. Таким образом, электродороги способствуют декарбонизации транспорта, особенно если внедрять их на наиболее интенсивных маршрутах

Благодаря приведенным преимуществам концепция «заряжающих дорог» способна ускорить переход на электромобили как в частном пользовании, так и в коммерческих перевозках. Устранение проблемы длительной зарядки, уменьшение стоимости электротранспорта и экологический эффект создают мощные стимулы для более широкого внедрения электрифицированного транспорта. Впрочем, реализация этой технологии в большом масштабе связана с рядом вызовов, которые необходимо учесть на пути от пилотных проектов до повсеместного применения

Первоочередной вызов – это высокая стоимость внедрения электрифицированной инфраструктуры 

Оборудовать дороги системами питания значительно дороже, чем установить обычные зарядные станции: нужны дорогие материалы (контактные рельсы, кабели, катушки), переоборудование дорожного полотна и сложные электросистемы. По оценкам, прокладка индуктивной «зарядной» дороги стоит около $2 млн на милю (≈$1,24 млн на километр) в нынешних пилотных проектах. Монтаж контактных рельсов или кабельных систем также требует значительных капиталовложений. Кроме собственно расходов, строительство таких дорог может вызвать длительные неудобства для водителей при установке оборудования – фактически, обновление трассы требует частичного перекрытия движения на недели или месяцы. Не каждый бюджет общины или страны готов выдержать такие расходы, особенно пока технология не стала массовой и относительно дешевой

Техническая зрелость и надежность электродорог пока остаются под вопросом. Большинство подобных систем до сих пор находятся на стадии испытаний, поэтому не хватает достаточного объема статистических данных об их работе в реальных условиях. Традиционная технология – пантограф и проводное питание – известна уже более века (примером являются троллейбусы или электрифицированные железные дороги). Зато современные варианты с рельсами в асфальте или индуктивными катушками являются новейшими разработками, которые не прошли испытание временем. Отсутствие большого опыта эксплуатации означает неизвестные риски: как такая дорога будет вести себя при разной погоде, не будут ли возникать сбои в передаче энергии, как быстро будет изнашиваться оборудование и тому подобное. Кроме того, для использования электрифицированной дороги сам автомобиль должен быть специально оборудован (например, приемником индуктивного поля или токоприемником для рельса), а это добавляет затрат и сложности для автопроизводителей и автовладельцев. Пока технологии не стандартизированы и не доведены до отличной надежности, многие потенциальные пользователи относятся к ним осторожно

Еще одно препятствие на пути масштабного внедрения – вопрос совместимости и стандартизации. Существует несколько конкурирующих технологий электродорог (проводная через воздух, проводная через рельс, беспроводная индуктивная), и каждая имеет свои технические особенности. Для успеха на глобальном уровне необходимо, чтобы электромобиль любой марки мог заряжаться на электрифицированной дороге в любой точке мира. Сегодня такого единого стандарта еще нет: пока что разные страны и компании испытывают собственные решения, часто несовместимые между собой. А без согласования усилий эффект от электродорог будет локальным – грузовик, оснащенный для получения питания от рельса, не сможет воспользоваться индуктивной дорогой, и наоборот. Решение этой проблемы требует тесного сотрудничества многих сторон: правительств, муниципалитетов, производителей автомобилей, энергетических компаний и тому подобное. В частности, в Европейском Союзе уже начата работа над едиными стандартами электрифицированных дорог, но на полное взаимодействие всех систем еще предстоит выйти. Пока каждая страна движется собственным путем, международным перевозчикам будет трудно инвестировать в технологию, которая может не работать за рубежом

В дополнение к внутренним проблемам технологии, электрифицированные дороги сталкиваются с конкуренцией со стороны других решений в сфере экологического транспорта. Во-первых, традиционные аккумуляторы для электромобилей постоянно совершенствуются. Уже сейчас грузовые электрофуры способны проехать на одном заряде около 300 км, что покрывает 40% грузоперевозок в ЕС, а в ближайшие годы прогнозируется еще больший запас хода благодаря прогрессу в химии литий-ионных батарей и появлению твердотельных батарей. Если электромобили смогут преодолевать по 600-800 км без подзарядки, потребность в заряжающей дороге уменьшится – ведь большинство маршрутов и так будет укладываться в этот пробег. Во-вторых, набирает обороты водородная технология: грузовики на топливных элементах заправляются водородом за считанные минуты и могут проезжать сотни километров. Например, 80 кг водорода достаточно, чтобы фура преодолела до 800 км. Если водородная инфраструктура станет массовой, она может предложить подобные преимущества (долгий пробег и быстрая заправка) без необходимости прокладывать дорогостоящее оборудование в дорогах. Итак, электродороги должны доказать свою рентабельность и преимущества, чтобы оправдать себя в конкуренции с улучшенными батареями и водородным топливом

Не менее важный аспект – приоритеты развития инфраструктуры, которые сейчас сосредоточены не на электрифицированных дорогах, а на сети стационарных зарядных станций. В мире уже существуют устоявшиеся стандарты скоростной зарядки (например, система CCS Combo), и количество таких зарядных пунктов стремительно растет. По состоянию на 2023 год только в Европе действовало более 630 тысяч публичных станций зарядки. Однако, по данным Европейской комиссии, для достижения целей по сокращению выбросов CO₂ к 2030 году необходимо увеличить это количество до 3,5 миллионов станций. Это означает, что ежегодно нужно устанавливать около 410 тысяч новых станций, или почти 8 тысяч в неделю, что втрое превышает нынешние темпы установки 

Государственная политика и инвестиции пока в большей степени направлены именно на развитие традиционной зарядной инфраструктуры – правительства объявляют планы расширения сети зарядок, субсидируют установку станций, работают над унификацией разъемов и тому подобное. Зато в отношении электромобилей четких государственных программ пока нет. Многие страны заняли выжидательную позицию: они наблюдают за результатами экспериментов у соседей, прежде чем инвестировать значительные средства в свои электрошоссе. Такая осторожность понятна, но без активной поддержки со стороны государств и крупных компаний электрифицированным дорогам будет сложно быстро перейти из экспериментальной стадии к повсеместному воплощению

Несмотря на все эти вызовы, заинтересованность в технологии электродорог остается высокой, и мир постепенно движется от теории к практике. Рассмотрим, какие шаги уже делаются и какие перспективы ждут электрифицированные дороги в будущем

Перспективы масштабирования и будущее

Пока электрифицированные трассы существуют преимущественно в виде тестовых отрезков и пилотных проектов, но их количество и масштаб неуклонно растут. Швеция одной из первых начала экспериментировать с электродорогами: еще в 2018 году под Стокгольмом открыли 2-километровый участок шоссе со встроенной в асфальт рельсой для зарядки на ходу. По этой дороге электрогрузовики ездят, опуская специальный токоприемник в рельсовую колею, – система работает по принципу «питание как в машинке на треке» и позволяет автоматически учитывать потребленную энергию каждым автомобилем. В Германии в последние годы действуют сразу несколько тестовых отрезков автострад с контактными линиями (так называемые eHighway): с 2019-го испытываются электрифицированные секции автобанов A5 под Франкфуртом, A1 в Шлезвиг-Гольштейне и B462 в Баден-Вюртемберге, где гибридные фуры Scania с пантографами получают питание от проводов. Италия также объявила о планах построить 6-километровый отрезок электродороги на севере страны в районе автотрассы A35 Brebemi. В Соединенных Штатах технологию испытывают на западном побережье – вблизи портов Лос-Анджелеса проложена демонстрационная электрифицированная дорога для грузовиков, а исследовательские центры (например, университет Юты) обустроили тестовые треки с индуктивной зарядкой для автобусов. Каждый из этих проектов дает ценный практический опыт, позволяя отработать технологию в реальных условиях и оценить ее эффективность и недостатки

Отдельно реализуются пилотные проекты электродорог в городских условиях с использованием индуктивной технологии. Например, экспериментальная «зарядная полоса» на одной из улиц Детройта (США), где под дорожным покрытием установлены индуктивные катушки Electreon, а на асфальте нанесено обозначение Charge Lane. Этот четвертьмильный (≈400 м) участок дороги оснащен таким образом в 2023 году и способен передавать энергию электромобилям, оборудованным приемниками, когда те проезжают по специальной полосе. В рамках демонстрации по ней успешно проехал и заряжался электрофургон Ford E-Transit, достигая мощности зарядки около 19 кВт в движении. Проект в Детройте должен показать жизнеспособность беспроводной зарядки на дорогах общего пользования и служит образцом сотрудничества городских властей, университетов и бизнеса в развитии новой инфраструктуры. Подобные городские пилоты также реализуются в Израиле (например, Electreon электрифицировала часть автобусного маршрута в Тель-Авиве) и планируются в других странах, чтобы испытать технологию в различных условиях и масштабах

На волне успешных тестов некоторые страны уже разрабатывают амбициозные планы по расширению сети электрифицированных путей. Франция объявила о намерении электрифицировать около 8800 км автодорог до 2035 года – для сравнения, это примерно 5% от всей французской дорожной сети. Предполагается, что в зависимости от целесообразности на разных отрезках будут применяться разные технологии: где-то воздушные кабели для грузовиков, где-то индуктивные или рельсовые системы для смешанного трафика. В Германии научные учреждения рекомендовали оснастить электропитанием ключевые участки автобанов – ориентировочно 4000 км трасс, соединяющих промышленные центры страны. Швеция планирует поэтапно построить электродороги между основными городами и портами: после успешных пилотов правительство уже утвердило проект первой постоянной электрифицированной автострады – 21-километрового отрезка европейской магистрали E20 между логистическими центрами городов Гальсберг и Эребру, строительство которого должно начаться в 2025 году. В целом шведская транспортная администрация (Trafikverket) рассчитала, что прокладка примерно 2000 км электрифицированных дорог обойдется стране в 30-40 млрд шведских крон (примерно 3-4 млрд долларов США). Таким образом, в течение ближайших 10-15 лет в Европе могут появиться тысячи километров дорог, способных заряжать электромобили, если объявленные планы будут реализованы вовремя

Ожидается, что с развитием технологии расходы на электродороги постепенно будут снижаться, открывая путь к более широкому внедрению. Уже сейчас производители заявляют о возможном удешевлении: по оценкам израильской компании Electreon, массовое производство компонентов и наработка опыта могут уменьшить стоимость индуктивной электродороги почти вдвое – до ~$1,2 млн за милю (с нынешних ~$2 млн). Подобное удешевление кардинально улучшит экономику проектов и сделает технологию более привлекательной для инвесторов. Так же и оперативные расходы снизятся, когда появятся стандартизированные решения и большее количество подрядчиков, способных строить и обслуживать такие дороги. Каждый новый пилот, демонстрирующий успешную работу электродороги, повышает доверие к технологии, привлекает новых участников рынка и способствует появлению инноваций, которые делают систему более эффективной

Решающую роль в масштабировании электрифицированных дорог будет играть унификация стандартов и международное сотрудничество. Чтобы технология стала массовой, необходимо, чтобы различные системы подзарядки на ходу были совместимы между собой, и производители авто интегрировали соответствующие приемники на конвейере. Понимая это, европейские страны объединили усилия: в 2021 году Еврокомиссия обратилась в стандартообразующие органы с запросом разработать единый стандарт электромобилей. В 2022-м был выпущен первый технический стандарт (CENELEC 50717) для оборудования на борту автомобиля, питающегося от рельсовой электродороги. Сейчас финализируют принятие полного комплекса стандартов, который обеспечит унифицированное и совместимое решение для электрификации дорог в ЕС. Параллельно создаются международные консорциумы: Швеция, Германия, Франция и другие страны совместно тестируют технологии и делятся опытом, чтобы согласовать лучшие подходы. Такая координация должна гарантировать, что грузовики и автобусы, оснащенные для электродорог, смогут без проблем передвигаться по всей Европе, используя одну и ту же инфраструктуру. Благодаря совместным усилиям правительств и бизнеса электрифицированные дороги могут получить необходимые стандарты и регламенты, без которых масштабное строительство было бы невозможным

Эксперты отмечают, что в долгосрочной перспективе электродороги будут внедряться выборочно там, где они дают максимальный эффект. Вероятно, приоритет будет предоставляться ключевым транспортным коридорам – автомагистралям между крупными городами, маршрутам, по которым массово курсируют грузовики и общественный транспорт. На таких направлениях выгоды (уменьшение расходов топлива/энергии, сокращение выбросов, повышение эффективности логистики) будут наиболее ощутимыми и оправдают вложенные средства. Зато на второстепенных дорогах и в местах с низким трафиком традиционные электромобили с большим запасом хода или водородные авто могут оказаться более практичными без дополнительной инфраструктуры. То есть электрифицированные дороги станут частью комплексной стратегии декарбонизации транспорта, дополняя стационарные зарядные станции и другие технологии (быстросменные батареи, водород и т.д.) там, где это наиболее целесообразно. Если запланированные проекты в Европе и других регионах подтвердят эффективность электромобилей, в последующие десятилетия их сеть постепенно будет расширяться. В результате мы получим более чистую, эффективную и удобную транспортную систему, где дальние поездки на электромобиле будут такими же обыденными, как сегодня – поездки по автостраде с заправками на каждом шагу, но без необходимости вообще останавливаться для «дозаправки»

Электрифицированные дороги сейчас находятся на пороге между экспериментом и практикой. Они обещают решить ключевые проблемы электротранспорта – продолжительность зарядки и ограниченный пробег – и открыть новые возможности для перевозчиков и водителей. В то же время внедрение этой концепции требует преодоления значительных инженерных, экономических и организационных барьеров. Путь к массовому внедрению электродорог хотя и непростой, но реальный. Благодаря постепенному совершенствованию технологий, снижению стоимости, стандартизации и международному сотрудничеству электрифицированные дороги могут стать важной составляющей устойчивого транспорта будущего, приближая нас к эре безуглеродных перевозок