Teknik för matning

Man kan i princip tänka sig att mata fordon uppifrån, från sidan eller nerifrån. Att mata från sidan skulle innebära att en kontakt arm sticker ut åt sidan från fordonen. Detta ger med stor sannolikhet upphov till stora risker för cyklister och gångtrafikanter varför detta alternativ ej mer diskuteras.
Att mata uppifrån är en mycket välkänd metod. Den har använts för spårbunden trafik i över hundra år liksom för trådbussar.

För lastbilar bör detta gå att införa med en inte alltför stor utvecklingsinsats.

För personbilar är det dock betydligt svårare. Elways gjorde inledningsvis försök som visas nedan.

 

Personbil med strömavtagare för luftlinje

Eftersom en luftledning av säkerhetsskäl måste sitta ungefär sex meter upp kommer det att bli oerhört svårt att få en avtagare som säkert kan ansluta till luftlinjen. Den måste vara mycket kraftigare än den som visas på bilden. Elways bedömde det möjligt tekniskt men förmodligen mycket svårsålt och dyrt. Slutsatsen är att luftledningar enbart är ett alternativ för den tunga trafiken. Eftersom Elways siktar mot en lösning för alla fordon lämnades utveckling av matning från luften.

Matning nerifrån

Återstår att mata fordonen nerifrån vägen. Det har fördelen att den visuella inverkan blir minimal och svårigheten att åstadkomma kontakt mellan vägen och fordonet blir mycket mindre än luftalternativet eftersom avstånden är mycket mindre. Matning från vägen kan ske på i princip två sätt, med magnetisk överföring av energin så kallad induktiv överföring eller med överföring via släpkontakter som kallas konduktiv överföring.

Induktiv matning

Elways har lagt ner stor energi på att ta fram ett system för induktiv matning av fordon. Bilden nedan visar principen för detta.

 

Induktiv matning av ett fordon

Via en kombination av ledare i vägen och magnetiskt material i väg och fordon skapas en öppen transformator som överför energin från vägen till fordonet. Detta låter mycket attraktivt eftersom transformatorer är välkända och väl beprövade. Tyvärr blir dock transformatorn mycket ineffektiv eftersom fordonet bara täcker en bråkdel av den transformatordel som ligger i vägen. Dessutom är det mycket svårt att få ett litet avstånd mellan fordonets del av transformatorn och vägens del. Tillsammans gör detta att mycket höga frekvenser måste användas vilket i sin tur leder till stora induktiva spänningsfall vilka måste kompenseras med kondensatorer.

Allt detta kan klaras tekniskt vilket visats i t.ex. Korea som har en provanläggning.

Elways beräkningar tydde på att kostnaderna skulle bli mycket höga för en induktiv matning från vägen. Därför är sedan dess huvudinriktningen att mata fordon med släpkontakter från vägen eftersom denna teknik har potentialen att bli betydligt mycket billigare än den induktiva matningen.

Konduktiv matning

Den konduktiva matningen utföres enligt figuren nedan.

 

Vy framifrån och uppifrån. Vyn uppifrån visar hur fordonet matas via en rörlig arm. Så länge fordonet befinner sig över den strömförande rälsen är kontakten i nerfällt läge. När fordonet t.ex. vid en omkörning lämnar spåret lyfts kontakten upp.

Anledningen till att Elways valt att sänka ner de elektriska ledarna i vägen är att det utesluter risken för elektrisk kontakt för människor och djur som går på vägen även om fel uppstår så att elektriciteten är påkopplad när bilar ej just passerar.

Nersäkningen gör också att rälsen kan göras mycket smal och att överdelen av rälsen kan göras räfflad vilket ger samma friktion som asfalten och risken för halkolyckor elimineras.

Vidare kommer den elektriska isolationen att vara vertikal. Detta har stor betydelse vid våt väderlek eftersom vatten rinner av isolationen mycket snabbt. Speciellt vid saltning av vägar kan detta vara helt avgörande för att undvika kortslutning.

Utvärdering 1

I bifogade figur har de olika lösningarna jämförts. De tre möjliga matningarna av vägarna jämförs. Eftersom lösningarna har olika kostnad per kilometer och att luftlinjematning ej klarar personbilar blir nyttan olika i de olika fallen. Alla lösningarna kostar lika mycket, 120 GSEK.

Längd av elektrifierade vägar
i tusen kilometer
Besparing av koldioxid (tusental ton/år)
Luftlinje Induktiv matning från vägen Konduktiv matning från vägen
Kostnad10 MSEK/km Kostnad15 MSEK/km Kostnad4 MSEK/km
Bilar Lastbilar Bilar Lastbilar Bilar Lastbilar
< 8 1301 4550 1301 4550 1301
8 < 12 276 964 276
12 > 30 2179 623
Koldioxidbesparing / år 1500 5800 9800
Total väginvestering [GSEK] 120 120 120

Slutsatsen av ovanstående figur är att konduktiv matning har den största potentialen. Det blev därför den lösning Elways valde att gå vidare med.

Utvärdering 2

Ytterligare ett sätt att utvärdera de tre metoderna att ladda har gjorts nedan

Lösningar som endast tyngre fordon kan använda

Om endast tyngre fordon kan använda lösningen blir den ekonomiska kalkylen mer ogynnsam. I nedanstående diagram har den årliga kostnaden i Sveige för lastbilsbränsle jämförts med elektrifiering av olika mängd vägar i Sverige. Det förutsätts att alla lastbilar är eldrivna och kan köra på batterier de sträckor de inte har tillgång till elektrifierade vägar.

 

Av diagrammet framgår att även om kostnaden bara skulle vara 5 MSEK/km kan någon totalförtjänst ej erhållas.

Matning från luften beräknas kosta 10 MSEK/km och skulle alltså vara olönsam med nuvarande bränslepriser.

Lösning som alla vägfordon kan använda

Nedan visas diagram för en lösning som alla fordon kan använda.

 

Som synes blir det inga ekonomiska vinster om kostnaden per kilometer elektrifierad väg är större än cirka 10 MSEK/km. Detta är allvarligt för induktiv matning efterssom kostnaderna här kan uppskattas ligga mellan 15 och 20 MSEK/km. Detta betyder att inte heller induktiv matning kan ge någon vinst med nuvarande bränslepriser.

Slutsats

Slutsatsen av av utvärdering 2 är att för att en elektrifiering skall ge tydliga ekonomiska fördelar måste den kunna mata både lastbilar och personbilar till en kostnad under tio miljoner kronor per kilometer. Av de tre diskuterade lösnigningarna är det bara Elways lösning med konduktiv matning underifrån som uppfyller dessa krav och som dessutom ger en kraftig sänkning av Sveriges koldioxidutsläpp.

Utvärdering 3

Matning från luften

Lösning Kostnad Fördelar Nackdelar Slutsats

Matning ovanifrån via

luftlinjer

Ungefär 10 miljoner kronor per km

Beprövad lösning för tåg och trådbussar

Bör kunna fungera i de flesta väder

Relativt dyr

Ej utvecklad för landsvägar där en flexibel lösning behövs.

Mycket svår att införa för personbilar.

Trådar i luften estetiskt ej tilltalande. Kan vara svårt att få tillstånd att bygga

Risk att riva ner trådar. Kan ge allvarliga konsekvenser

Ej attraktiv eftersom bara den tunga trafiken kan matas.

Personbilar står för två tredjedelar av bränsleförbrukningen

Mycket hög kostnad i förhållande till besparing av bränsle och förhindrat koldioxidutsläpp

Induktiv matning

Lösning Kostnad Fördelar Nackdelar Slutsats

Matning underifrån- induktivt/magnetiskt

Ungefär 15 till 20 miljoner kronor per kilometer

Kan kanske mata alla fordon.

Relativt okänslig för väder och föremål på vägen

Mycket dyr

Möjligen svårt att mata personbilar pga. tung avtagare på bilarna

Mycket starka magnetfält som kan ge upphov till problem med uppvärmning av metallföremål och eventuell påverkan på djur och människor i omgivningen

Så dyr att elektrifiering av vägar förmodligen ej blir lönsam

 Konduktiv matning

Lösning Kostnad Fördelar Nackdelar Slutsats

Matning underifrån via glidkontakt

konduktivt

Ungefär 4 till 5 miljoner kronor per kilometer

Låg kostnad

Kan mata alla fordon. Liten och lätt avtagare

Tidigare ansågs personsäkerhet vara ett problem

Tidigare ansågs väder vara ett problem

Detta är den lösning Elways utvecklar

Efter Elways utveckling anser vi personsäkerhet och väderproblem är lösta. Skall dock verifieras i full skala.

När detta skett finns en lågkostnadslösning som ger möjlighet att elektrifiera stora delar av världens vägnät

Slutsats

Även denna utvärdering där fler egenskaper medtagits visar att det för närvarande synes mest intressant att gå vidare med konduktiv matning efterssom den är den mest ekonomiska och kompletta lösningen.

 

Comments are closed.