Transport decarbonizat pe distanțe lungi: soluții pentru reducerea emisiilor CO₂ ale camioanelor grele
Transportul rutier este un sector esențial pentru economia globală, dar și o sursă majoră de emisii de CO₂. Camioanele medii și grele, deși reprezintă doar 4% din parcul auto mondial, sunt responsabile pentru aproximativ 40% din emisiile generate de transportul rutier. Reducerea acestor emisii este esențială pentru atingerea obiectivelor de decarbonizare. Soluțiile moderne – de la camioane electrice până la sisteme de propulsie alternativă – joacă un rol crucial în tranziția către un transport decarbonizat pe distanțe lungi.
Florent Balboni, Global Product Manager EV Charging & Metering la LEM analizează provocările legate de încărcarea camioanelor electrice și nevoia de contorizare precisă a energiei.
Introducere
În Europa, obiectivele de reducere a emisiilor de CO2 pentru camioane sunt stabilite la 45% până în 2030 și la 90% până în 2040, reprezentând o curbă abruptă pentru acest sector. Printre tehnologiile avute în vedere pentru a face față acestei provocări, cum ar fi hidrogenul și gazul lichefiat, electrificarea urmează să joace rolul principal, bazându-se rapid pe tehnologiile și progresele dezvoltate pentru autoturisme. În consecință, principalii producători de camioane trec treptat la camioane electrice, ceea ce necesită o infrastructură de încărcare adecvată, în special pentru călătoriile pe distanțe lungi.
Începând cu anul 2024, au fost lansate licitații în toată Europa pentru a se asigura că infrastructura de încărcare poate sprijini eficient extinderea camioanelor electrice pe șosele, urmând strategia de implementare inițiată de AFIR (Alternative Fuel Infrastructure Regulation). Acest lucru permite transportatorilor și companiilor de logistică să treacă mai ușor la e-truck-uri, Amazon fiind în frunte când, la începutul acestui an, a anunțat că își va dota flota europeană cu peste 200 de e-truck-uri pentru transportul pe distanțe lungi – după ce își echipase deja flota din America de Nord cu e-truck-uri pentru livrarea „pe ultimul kilometru”. Este probabil ca astfel de anunțuri să urmeze la scară mai largă în viitorul apropiat.
Succesul strategiei de electrificare a vehiculelor grele va depinde de o serie de factori, cum ar fi costul total de proprietate al e-truck-urilor, implementarea unei infrastructuri complete de încărcare de mare putere de-a lungul rutelor de deplasare, costuri de încărcare accesibile și evoluția limitelor de greutate pentru bateriile mai mari din e-truck-uri. Comisia Europeană propune acest din urmă aspect în cadrul unei revizuiri a Directivei privind greutatea și dimensiunile (W&D) pentru a crește limitele de greutate cu 2 până la 4 tone în comparație cu camioanele cu motoare diesel. Este esențial ca în această fază de tranziție dificilă să existe o colaborare puternică și continuă între industrie, organismele de standardizare și factorii de decizie politică.
Încărcarea e-truck-urilor
Figura 1: Timpul mediu pentru încărcarea în curent alternativ și continuu. (Sursă imagine: LEM)
Odată cu creșterea cererii și a dezvoltării e-truck-urilor, este necesară o infrastructură de încărcare adecvată, adaptată diferitelor cazuri de utilizare. Deoarece dimensiunea bateriei e-truck-urilor este foarte mare – un Mercedes eActros are o baterie de 600 kWh, de aproximativ zece ori capacitatea bateriei unui vehicul electric pentru pasageri – camioanele electrice necesită, în primul rând, încărcare în curent continuu pentru capacitate și viteză, dar și pentru a asigura timpi de încărcare mai scurți (figura 1). Prin comparație, vehiculele electrice pentru pasageri se bazează atât pe încărcarea în curent alternativ, cât și pe cea în curent continuu.
Timpul de încărcare
Timpul de încărcare depinde de cazul de utilizare, deoarece timpul petrecut la depou sau la punctul de destinație este mult mai lung decât pe traseu (figura 2). În depozite, pentru încărcarea pe timp de noapte, e-truck-urile au nevoie de șase până la opt ore pentru a se încărca, ceea ce presupune că o putere de încărcare de 200-400 kW este suficientă. În acest sens, sistemele mixte de încărcare (CCS – Combined Charging Systems) deja dovedite, utilizate de vehiculele electrice pentru pasageri, sunt ideale. Aici, mai multe sisteme de încărcare CCS pot partaja puterea, un factor important în echilibrarea și gestionarea încărcării flotei de e-truck-uri și optimizarea costurilor generale ale sistemului de încărcare.
Figura 2: O călătorie obișnuită pe distanțe lungi pentru un e-truck. (Sursă imagine: LEM)
Totuși, situația este mai dificilă în cazul punctelor de încărcare pe traseu. UE impune ca șoferii de camioane să facă o oprire de odihnă la fiecare 4,5 ore, timp de cel puțin 45 de minute, care să servească drept timp disponibil pentru reîncărcarea e-truck-urilor. Pentru a încărca rapid bateriile mari ale e-truck-urilor care circulă pe distanțe lungi, este necesară o putere foarte mare. Sunt necesare sisteme de încărcare MCS (Megawatt Charging Systems) de peste 1 MW, care generează multe provocări suplimentare pentru tehnologiile de încărcare și pentru rețeaua electrică, printre care stresul termic în tehnologiile de încărcare și vârfurile de cerere de energie pentru rețelele electrice.
Sisteme CCS și MCS
O stație tipică de încărcare a e-truck-urilor oferă între 2MW și 8MW, cu puncte de încărcare multiple constând în sisteme CCS și MCS (figura 3). La fel ca în cazul încărcării în depozit, punctele de încărcare pe traseu se bazează pe partajarea energiei. Printr-o partajare dinamică a puterii, punctele de încărcare pot ajusta puterea livrată fiecărui vehicul în funcție de numărul de vehicule la un anumit loc de încărcare și de serviciul solicitat. Acest lucru va echilibra numărul total de puncte de încărcare disponibile și puterea totală de încărcare disponibilă pentru a gestiona costurile CAPEX ale stației. De exemplu, un loc de încărcare poate oferi mai multe puncte de încărcare MCS și CCS, dar puterea totală va fi disponibilă la punctele de încărcare doar dacă se conectează un anumit număr de camioane electrice.
Rolul soluțiilor de contorizare a energiei în procesul de încărcare a e-truck-urilor
Figura 3: Un centru de încărcare destinat camioanelor electrice necesită, în general, o combinație de puncte de încărcare multiple, constând în CCS și MCS. (Sursă imagine: LEM)
Pentru toate sesiunile de încărcare cu energie (în kWh), utilizatorii trebuie să se asigure că energia utilizată de camioanele electrice este măsurată și facturată cu exactitate. Contorizarea energiei permite corectitudine și transparență pentru utilizatorii finali și terți, cum ar fi proprietarii de e-truck-uri și operatorii infrastructurii de încărcare. În cazul e-truck-urilor, unde costul total de proprietate este extrem de sensibil, facturarea numărului de kWh prin măsurători exacte joacă un rol esențial în sprijinirea tranziției către electrificare.
Contorizarea energiei DC în încărcătoarele rapide măsoară cu exactitate energia consumată, în conformitate cu legile și reglementările în vigoare. Aceste sisteme compensează, de obicei, pierderile de energie, cum ar fi cele generate de cablurile de încărcare; pentru siguranță, punctul de contorizare este situat, de obicei, la priza de încărcare a camionului electric.
Metrologia legală pentru contorizarea energiei este esențială aici, deoarece garantează performanța și protejează utilizatorii finali de eventualele discrepanțe în facturarea energiei. Europa are reglementări stabilite de mulți ani, precum Eichrecht în Germania, n° 22.00.570.001.1 în Franța sau Directiva privind mijloacele de măsurare la nivel european (2014/32/UE). America de Nord nu este cu mult în urmă, având reglementări precum California/National Type Evaluation Program (CTEP/NTEP).
Valorificarea expertizei LEM
Având o experiență de peste 50 de ani în domeniul măsurătorilor electrice, LEM este bine cunoscută în domeniul încărcării vehiculelor electrice și al contorizării energiei. Chiar în perioada în care sectorul de încărcare a vehiculelor electrice era la început, LEM a constatat și identificat nevoile emergente ale aplicațiilor, ceea ce i-a permis să devină un partener de încredere și recunoscut, precum și prima companie care a dezvoltat un contor electric DC pentru măsurarea și facturarea energiei, adaptat la stațiile de încărcare rapidă, în conformitate cu toate reglementările din Europa și America de Nord. De asemenea, LEM a creat relații puternice cu o serie de actori principali în ceea ce privește testarea și certificarea pentru o implementare armonioasă a infrastructurii de încărcare în diverse regiuni.
Colaborând îndeaproape cu autoritățile de reglementare și cu producătorii de încărcătoare rapide pentru vehicule electrice, LEM a avut un rol important în dezvoltarea sistemelor de contorizare a energiei în curent continuu (DCBM – Direct Current Billing Meter). A făcut pionierat în obținerea și promovarea unor certificări precum MID 2014/32/EU pentru încărcarea în curent continuu, reușind să obțină certificări conform legilor privind calibrarea în piețele din Franța și Germania. În plus, portofoliul său oferă un răspuns rapid pentru a satisface nevoile pieței nord-americane, oferind soluții de înaltă performanță care respectă cerințele de certificare CTEP/NTEP pentru toate încărcătoarele rapide DC destinate vehiculelor electrice.
Gama LEM de contoare de facturare pentru curent continuu (DCBM)
Creată pentru a simplifica procesul de integrare în stații de încărcare rapidă pentru vehicule electrice, atât complexe, dar și modulare, gama LEM de contoare de facturare pentru curent continuu (DCBM) oferă soluții atât pentru sistemele de încărcare rapidă DC, cât și pentru sistemele de încărcare DC la destinație. Printre acestea se numără DCBM 400/600 și DCBM 100 de la LEM, cu contorizare și monitorizare precisă integrată. Datele în timp real, energia și datele legale sunt afișate utilizatorilor finali și comunicate controlorilor de încărcătoare EV prin intermediul unui set de interfețe de comunicație clare și cuprinzătoare. Destinate oricăror stații de încărcare rapidă DC, care furnizează până la 600A și 1000V DC, DCBM-urile asigură comunicații securizate, facturare precisă, conectivitate cu sistemele din partea din spate (backend) și un proces de certificare mai rapid în conformitate cu reglementările de metrologie.
Pe lângă Eichrecht și directiva MID 2014/32/EU, regulamentul francez nr. 22.00.570.001.1, DCBM-urile LEM sunt conforme cu EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20. 1, CISPR32 Clasa B de emisii, IEC 61000-6-2:2016, IEC 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 Nr. 61010-1 și UL94-V0, ceea ce face ca dispozitivele DCBM să fie certificate pentru utilizare în Europa și America de Nord. DCBM-urile LEM sunt deja instalate pe scară largă în Europa, unde joacă un rol esențial în încărcarea DC.
Viitorul camioanelor electrice
După cum s-a discutat, infrastructura de încărcare a camioanelor electronice necesită specificații unice, variind de la încărcare în depozite la încărcare pe traseu, cu mai multe sisteme de încărcare CCS și MCS, care partajează energia pentru a satisface nevoile fiecărui caz de utilizare cu eficiență, siguranță și rentabilitate. Măsurătorile de cea mai bună calitate joacă un rol esențial aici, deoarece sunt direct legate de economiile de costuri pentru sectorul e-truck-urilor; orice abatere în precizia măsurătorilor în condițiile exigente ale încărcării de mare putere duce la o abatere în costul energiei facturate.
LEM își extinde continuu portofoliul pentru a sprijini dezvoltarea infrastructurii de încărcare a e-truck-urilor. De exemplu, soluțiile de contorizare DC vor continua să fie adaptate la nevoile specifice ale încărcării în depozite, precum integrarea cablurilor de comunicații proiectate pentru încărcare de tip aerian (deasupra vehiculului). Acest lucru permite instalarea senzorilor de contorizare în sisteme aeriene amplasate la distanță, în timp ce display-urile utilizatorilor rămân accesibile. Această soluție este potrivită pentru instalații noi și pentru modernizări.
Dispozitive modulare
LEM dezvoltă o nouă generație de produse modulare cu valori nominale ale curentului de până la 1500A, operând într-o gamă largă de temperaturi (-40°C la +85°C), potrivite pentru aplicațiile MCS. Acest lucru asigură că sistemele de încărcare care includ atât puncte de încărcare CCS, cât și MCS pot beneficia de sisteme de măsurare a energiei de încredere, fiabile și de înaltă calitate, necesare pentru această aplicație exigentă în orice condiții de operare.
Noul portofoliu de produse va oferi servicii complete de măsurare și monitorizare a energiei, inclusiv date semnate și autentificate, informații în timp real, cum ar fi măsurarea temperaturii și întreținere prin actualizări software. Noul portofoliu de produse al companiei LEM va oferi stațiilor de încărcare pentru camioane electrice soluții de contorizare și monitorizare a energiei de încredere și robuste, asigurându-se că atât utilizatorii finali, cât și operatorii punctelor de încărcare sunt protejați în procesul de plată bazată pe consumul de energie.
La început de drum
Drumul către un transport pe distanțe lungi decarbonizat și tranziția către e-truck-uri este abia la început, însă acuratețea măsurătorilor și robustețea soluțiilor implementate sunt vitale încă de la început. Acest lucru va asigura implementarea cu succes a unei infrastructuri fiabile de încărcare DC rapidă pentru vehiculele grele și e-truck-uri, permițând transportul pe distanțe lungi și abordând, totodată, problema emisiilor din domeniu. Măsurarea energiei este un aspect esențial, asigurând un control de încredere al costurilor de încărcare. Numai prin utilizarea celor mai robuste, dovedite și certificate soluții, operatorii pot extinde infrastructura și pregăti terenul pentru viitor.
