Kuorma-autot

Sähkötiet: Erikoisratkaisu suljetuille alueille?

| 11 min
Ajatus tien päälle lähtemisestä ilman, että kuorma-autoa tarvitsee koskaan tankata, on varmasti mukava. Tämä on lupaus, jonka sähkötie pyrkii lunastamaan. Sähköisten moottoriteiden kannattajat sanovat, että uudet tekniikat nopeuttavat lataamista ja pidentävät ajomatkaa, kun ajoneuvoja voidaan ladata matkan aikana. Mutta ovatko sähkötiet todella toimiva vaihtoehto ja niin hyviä kuin väitetään? Vai ovatko ne vain lähinnä suljettuja alueita palveleva rajallinen ratkaisu?

Mikä on sähkötie?

Sähkötie, eRoad, eHighway tai sähkötiejärjestelmä (ERS, Electric Road System) on järjestelmä, joka mahdollistaa voimansiirron ajoneuvon ja sen alla olevan tien välillä. Sähkötiet jaetaan kolmeen luokkaan sen mukaan, miten lataus tapahtuu:

  • Ilmassa olevat latausjohtimet: Tämäntyyppisessä latauksessa tehoa siirretään jatkuvasti ilmajohdoista ajoneuvoon virroittimen kautta. Ilmassa olevat latausjohtimet soveltuvat parhaiten kuorma-autoille ja linja-autoille, jotka ovat korkeita ja joiden katto kulkee lähellä sähkölinjoja. Se toimii hyvin myös ajoneuvoissa, jotka kulkevat ennalta määrättyä reittiä, jotta ne ovat jatkuvasti yhteydessä sähkölinjoihin.
  • Sähkön johtaminen tiestä konduktiolla: Tekniikka on samanlainen kuin ilmassa olevia latausjohtimia käyttävä, mutta virroittimen sijasta teho siirretään ajoneuvoon tien pintaan upotettujen tai sen päälle asennettujen kiskojen kautta. Tekniikka edellyttää ajoneuvoon sisäänrakennettua mekaanista vartta, joka kytkeytyy virtalähteeseen.
  • Sähkön johtaminen tiestä induktiolla: Tässä menetelmässä sähkötehoa siirretään tiehen upotettujen käämien ja ajoneuvon käämien välillä ilman johtimia. Sähköverkosta tuleva teho muunnetaan suurtaajuiseksi vaihtovirraksi. Se luo magneettikentän, jonka ajoneuvon alla olevat käämit tunnistavat jännitteen tuottamiseksi.

Kun henkilö- tai kuorma-auto kulkee tiellä, joka on varustettu jollakin näistä tekniikoista, tien sähköenergia ohjautuu suoraan voimansiirtojärjestelmään tai sitä käytetään ajoneuvon akkujen lataamiseen. Ajoneuvon liikkuessa normaalia tietä se vaihtaa voimanlähteeksi sähkö- tai hybridimoottorin tai polttomoottorin.

Sähköteiden käyttö on nykyään melko vähäistä. Pilottiprojekteja on kuitenkin käynnissä, ja niissä autovalmistajat, tutkimuslaitokset, viranomaiset ja energiayhtiöt tekevät yhteistyötä. Yksi tällainen projekti on käynnissä Lundissa Ruotsissa, ja Italiassa hallitus suunnittelee rakentavansa 6 kilometriä sähköistettyä moottoritietä maan pohjoisosaan. Kaliforniassa on meneillään testiprojekti Los Angelesin ja Long Beachin satamien välillä.
 

Sähkötiet: hyvien ja huonojen puolten arviointi

Sähkötiet ovat siitä hyödyllisiä, että ne tarjoavat polttomoottoria puhtaamman vaihtoehdon – varsinkin jos käytetty energia tulee uusiutuvista lähteistä, kuten tuuli- tai aurinkovoimaloista. Konduktiivinen lataus sähkötiellä on myös varsin tehokasta. Elways AB ‑niminen yhtiö on kertonut, että konduktiivisen latausjärjestelmän tehokkuus henkilö- ja kuorma-autojen kanssa on 85–95 % tien osalla, jota nyt testataan osana eRoadArlanda-projektin yhteydessä.

Mutta siihen sähköisten tiejärjestelmien edut sitten päättyvätkin. Vaikka lähes kaikki dieselpolttoaineen mahdolliset korvaajat ovat kaukaisia vaihtoehtoja, joista ei tule valtavirtaa vielä hetkeen, monet niistä ovat kehittyneet paljon pidemmälle kuin ERS. Sähkötietekniikan luotettavuudesta ei ole paljon todellista tietoa, ja virroitinta (joka on 100 vuotta vanha keksintö) lukuun ottamatta kaikki muut sähköteillä käytettävät latausjärjestelmät ovat uusia, kehittymättömiä tekniikoita.

Sähköistetyt moottoritiet ovat myös kalliita. Latausjärjestelmän rakentaminen tarkoittaa merkittäviä investointeja teiden rakentamiseen, sähkölinjojen asentamiseen ja molempien ylläpitoon. Ne voivat myös aiheuttaa pitkäaikaista haittaa liikennevirralle latausjärjestelmää rakennettaessa. Eräässä tutkimuksessa arvioidaan, että dynaamisen induktiivisen latausjärjestelmän rakentamisvauhti olisi kolme viikkoa sataa tiemetriä kohti, ja ilmajohdinjärjestelmän asentaminen 10 kilometrin matkalle voi kestää kuukauden. Haittoja voidaan luonnollisesti minimoida sillä, että ERS-järjestelmää rakennetaan samaan aikaan ennalta suunniteltujen tienparannusten kanssa, mutta se rajoittaisi merkittävästi tekniikan yleistymistä ja käyttöönottovauhtia.

ERS-järjestelmän monimutkaisuus edellyttää myös, että monet toimijat, kuten viranomaiset, kunnat, sähköyhtiöt ja rahtiyhtiöt, työskentelevät yhdessä. Se vaatisi myös jonkin verran rajat ylittävää yhteistyötä EU:n kaltaisilla alueilla, joissa maiden halki kulkevat kuorma-autot olisi varustettava samalla tekniikalla sähkötien hyödyntämiseksi. Latausstandardeja kehitetään parhaillaan, jotta kaikentyyppiset ajoneuvot voisivat käyttää sähköteitä.
 

Ovatko sähköautot ratkaisu ongelmaan?

Yksi tärkeimmistä sähköteiden puolesta puhuvista argumenteista on se, että ne voisivat vähentää sähkökuorma-auton aiheuttamaa kantama-ahdistusta. Ajatuksena on, että sähköajoneuvot voisivat kulkea pidempiä matkoja ja käyttää pienempiä akkuja, jos sähköteitä käytetään siirtämään voimaa suoraan ajoneuvon voimansiirtoon tai lataamaan akkua. Ratkaisu kuulostaa käytännölliseltä, mutta siltä putoaa nopeasti pohja tarkemmin tarkasteltaessa.

Ensimmäinen ratkaistava haaste on yhteentoimivuus, mikä tarkoittaa, että sähköisen tiejärjestelmän pitäisi pystyä antamaan virtaa kaikenlaisille ajoneuvoille. Vielä ei ole olemassa standardeja ja järjestelmäarkkitehtuuria tehon siirtämiseksi sähköverkosta sähkötiejärjestelmään ja edelleen tiellä kulkeviin useisiin ajoneuvoihin. Toinen haaste on sähkökuorma-autojen akkuihin tehdyt ajoetäisyyttä pidentävät parannukset, mikä voi tehdä ERS-latauksesta tarpeettoman. Kun ajatellaan, että jo nyt täyteen ladatulla sähkökuorma-autolla voi ajaa 300 kilometriä – mikä kattaa noin 40 % kaikesta EU:n sisällä tehdyistä kuljetuksista – kallis ERS-järjestelmä ei vaikuta hyvältä vaihtoehdolta. Kantaman odotetaan muutenkin paranevan lähitulevaisuudessa litiumioniakkujen kehittymisen, uusien kennomateriaalien käytön, parempien akunhallintajärjestelmien ja jäähdytystekniikoiden ansiosta. Litiumpolymeeriakkuihin kohdistuu suuria odotuksia, sillä niitä käyttämällä kantama voisi olla 1 600 kilometriä yhdellä latauksella.  

Kolmas haaste tai paremminkin haastaja on paikallaan tapahtuva lataus eli pistokelataus. Se on ainoa järjestelmä, jolla on vakiintuneet maailmanlaajuiset standardit ja joka perustuu käytössä koeteltuun tekniikkaan. Latausasemien määrä myös kasvaa nopeasti. Vuonna 2019 Euroopassa oliyli 170 000 latausasemaa ja Yhdysvalloissa yli 68 000. Suurin osa latausverkostosta on tarkoitettu henkilöautoille, mutta on tärkeää huomata, että pikalatausasemien Combined Charging System (CSS) ‑tekniikka on yhteensopiva sekä henkilö- että kuorma-autoille. Jo nyt kuorma-autovalmistajien yhteenliittymä työskentelee CSS-latauskapasiteetin lisäämiseksi yhdestä kolmeen megawattiin, jotta olemassa oleva latausverkosto voi tukea myös raskaan liikenteen hyötyajoneuvoja. Hallitukset kaikkialla maailmassa suunnittelevat myös sähköverkkojen parantamista ja CSS-latausteknologian standardointia. Tällaista selkeää halua ei ole ERS-järjestelmän suhteen.

Teiden käyttäminen sähköautojen lataamiseen vaikuttaa lopulta melko epätodennäköiseltä, kun otetaan huomioon vaihtoehtojen, kuten vetypolttokennojen kehitystyö. Vedyn käyttöön polttoaineena on liittynyt suuria odotuksia erityisesti vaativissa kaukokuljetuksissa, joissa vetyä voidaan käyttää sähkökuorma-autojen kantaman pidentämiseen. Vedyllä on useita etuja, kuten lyhyt ja helppo tankkaus ja suuri energiatiheys. Vain 80 kg:lla vetyä kuorma-autolla voi ajaa jopa 800 kilometriä! Tämä riittää hyvin useimpiin pitkän matkan kuljetustehtäviin, ja riittävän vetytankkausverkoston ansiosta kuorma-autoa ei tarvitsisi ladata ajon aikana.
 

Joitakin mahdollisia käyttökohteita

Tarkoittaako tämä sitä, että sähköteille ei ole sijaa tulevaisuuden liikenteessä? Ei aivan. ERS-järjestelmälle voi olla hyvät perusteet tietyillä reiteillä tai suljetuilla alueilla, joilla teiden sähköistäminen kuorma-autoja varten ei olisi niin vaativaa. Sähkötiet voisivat olla myös sopiva ratkaisu itseajaville kuorma-autoille, jotka kulkevat samojen varastojen välillä.
 

Uusiutuvat polttoaineet tarkastelussa

Kun otetaan huomioon kaikki ERS-järjestelmään liittyvät haasteet, uskon, että kuljetusalan täytyy etsiä toteuttamiskelpoisempia vaihtoehtoja. Niitä voivat olla liikenteen sähköistäminen, vedyn käyttö polttoaineena, bio-LNG ja tietyt biopolttoaineet, kuten HVO, jotka kaikki ovat liikenteen hiilipäästöjä vähentäviä. Jotta liikenteenharjoittajat saisivat paremman kuva uusiutuvista polttoaineista, olen koonnut oppaan, jossa tarkastellaan kunkin polttoaineena käytettävän energianlähteen hyviä ja huonoja puolia. Oppaassa on myös tarkistuslista, joka sisältää kaikki huomioon otettavat asiat, joita kuljetusyritysten omistajien tulee miettiä ennen investoimista uusiutuvilla energianlähteillä toimivaan kuorma-autoon.

Lars Mårtensson

Lars Mårtensson works as Environment and Innovation Director at Volvo Trucks.

Voimmeko kertoa sinulle lisää Volvo kuorma-autoista ja palveluista?

Asiaan liittyviä artikkeleja

Latest Press Release

Latest Press Release