Hur fungerar elektriska tunga transporter i städer?
Elektrifierade tunga transporter (>16 ton) är möjliga redan idag inom vissa segment som distribution, renhållning och lättare anläggningsfordon. De kan där utföra i princip samma transportuppdrag som dieseldrivna fordon. Tyngre fordon beräknas finnas på marknaden i slutet av 2022. En av de viktigaste förutsättningarna redan idag och för att elektrifieringen skall ta ordentlig fart är att samhället verkar för att utjämna de ekonomiska skillnaderna mellan att köra elektriskt och på diesel genom att exempelvis stödja investering i fordon och laddinfrastruktur samt genom regelverkslättnader för eldrift.
Vilka fordon finns redan idag, vilka kommer de närmsta åren och för vilka transportuppdrag passar de?
Sedan 2019 finns elektriska tunga fordon (16/26 ton) i serieproduktion för den Europeiska marknaden, och de huvudsakliga användningsområdena (inom det gröna fältet i bilden nedan) är:
- Distribution
- Renhållning
- Anläggning
Gällande det tyngre segmentet dvs lastbilar med en totalvikt på över 44 ton, beräknas de första av dessa börja användas i kommersiella transportuppdrag i slutet av 2022. De kommer förutom den högre lastförmågan bland annat även ha ett större energilager, högre laddeffekter och därmed möjliggöra både regionala transporter och tyngre anläggningsapplikationer med betydligt längre dagliga körsträckor (enligt det blå fältet nedan).
Bortom det blå fältet, det vill säga för mer krävande (vikt/last) fjärrtrafik är det fortfarande mer osäkert hur det tekniska erbjudandet kommer att se ut, men säkerligen en mix av el/vätgas/biobränslen.
Volvos elektriska lastbilar
Volvo FE (27ton) och FL (17ton) finns sedan 2019 i serieproduktion för den Europeiska marknaden, medan VNR säljs i USA. FL/FE kan konfigureras med 3-6 batterier beroende på transportbehovet, har en räckvidd på upp till 250km, och laddas med antingen AC (22kW) eller DC (150kW).
Gällande det tyngre segmentet > 44ton, dvs FH, FM och FMX, levereras de första serieproducerade lastbilarna till åkerier i slutet av 2022.
Vilka typer av transportuppdrag kan hanteras redan idag?
Ett lyckat transportuppdrag betyder leverans av gods vid rätt tid, i rätt kvantitet och till rätt kostnad. En förutsättning för detta är att resurser i systemet har de fysiska möjligheter som krävs. För en eldriven distributionsbil innebär detta rätt lastkapacitet och tillräcklig räckvidd. I grund och botten handlar det om en matchning mellan fordonets fysiska egenskaper och de transportuppdrag som efterfrågas. Därefter läggs en detaljerad ruttplanering avseende körsträcka och topografi, samt planering av eventuell stödladdning.
I och med att lastkapaciteten i stort sett blir oförändrad kan en elektrisk distributionsbil i princip utföra alla de transportuppdrag som motsvarade dieseldriven lastbil kan, i vissa fall dock under förutsättning att en stödjande laddinfrastruktur finns på plats.
Vissa transportuppdrag kommer dock inte matchas med dagens elektriska distributionsbilar – på grund av sådant som begränsas av fordonets fysiska egenskaper (lastvikt, räckvidd, axelvikt och/eller tid för energiöverföring).
Vad kan vi elektrifiera redan idag och hur ser planen ut de närmaste åren?
Idag är det tekniskt gångbart att elektrifiera mindre fordon, t.ex. paketbilar/skåpbilar. Även för tyngre lastbilar är det praktiskt möjligt att elektrifiera men det krävs fortsatt arbete gällande laddinfrastruktur, kapacitet i elförsörjning och framförallt skapandet av en gemensam förståelse för nuvarande kostnader för att det skall bli kommersiellt gångbart.
Den tekniska utvecklingen går fort och med det kommer prisbilden för tyngre elektriska fordon förändras. Elektrifieringens framdrift kommande år handlar om hur dessa tre delar samspelar på bästa sätt – infrastruktur, fördelning av merkostnader i systemet och teknisk utveckling.
När det gäller de tyngre fordonen >16 ton kommer upprampningen att ske olika fort inom olika segment respektive marknader enligt beskrivning ovan. Anledningen till detta är rent tekniska, som att det just nu finns produkter för distribution och renhållningsfordon, men ännu inte för de övriga segmenten. Andra starkt bidragande faktorer är regionala och nationella stödprogram och även hur starkt den offentliga sektorn driver på till exempel i form av krav på elektrifiering i samband med offentliga upphandlingar av transporter.
I Fossilfritt Sveriges Färdplan för tunga fordon, har industrin försökt förutspå olika scenarios för elektrifieringen av tunga fordon i Sverige. Denna är också till del byggd på data från ACEA, som är den europiska fordonsindustrins samarbetsorganisation. I figuren nedan kan man se den bedömda andelen elektriska lastbilar av nyförsäljningen i EU, och Sverige bedöms kunna ligga högre än EU- snittet om rätt förutsättningar kommer på plats. I Sverige ligger nybilsförsäljningen ganska stabilt kring 6 000 fordon/år. Vilket innebär att år 2030 prognostiseras nyförsäljningen av tunga ellastbilar till 3000 fordon med en total ackumulerad flotta om 15 000 fordon.
Var, hur och när laddar vi fordon?
Laddning av fordon går till så att man ansluter den till en batteriladdare, som till exempel är monterad på en laddplats vid ett truck-stop, terminal eller i fordonets garage/depå. När fordonet har fått kontakt med laddaren sker en kommunikation som gör att fordonet laddas på överenskommet sätt. Det är alltså inte bara fråga om att “stoppa i en kontakt” i bilen, det sker också ett informationsutbyte mellan laddaren och fordonet. Av elsäkerhetsskäl är det mycket viktigt att ha en laddare installerad av en fackman.
Vid laddning över längre tid exempelvis om fordonet står stilla under natten, är laddningen normalt justerad så att fordonet laddas med lägre effekt och är fulladdat när det är dags att börja köra nästa dag. Vid laddning under kortare tid så kallad snabbladdning vid på-/om-/avlastning eller under en lunch, sker laddningen normalt med högre effekt, därför att tiden till förfogande är kortare och det är viktigt att undvika stillestånd i logistiksystemet då detta innebär merkostnader för exempelvis förarlön och minskad intjäningsförmåga.
Den primära tekniken för att överföra energi till fordonens batterier idag är genom stationära laddare, dvs. fordonet laddas när det står stilla med hjälp av en kabel (så kallad konduktiv laddning). Det pågår tidiga försök med induktiv laddning, dvs att det räcker med att köra fram fordonet över en laddplatta i marken. Då har fordonet en motsvarande laddplatta undertill, som ska placeras precis över den på marken. När så skett, överförs elenergin induktivt, dvs utan metallisk kontakt. (Jfr hur en elektrisk tandborste laddas.) Denna teknik är ännu inte (2021) allmänt tillgänglig.
Det pågår också en diskussion samt försök med att ladda under körning, dvs att fordonet får sin energi, antingen via upptagare som ansluter till elspår i gatan (jfr modellbilbanor), eller via luftledningar (jfr tåg). Det pågår ett par tester med denna teknik, bl.a. har Scania avslutat ett sådant i Sandviken, men några nya är på väg att startas upp i Lund och Visby (2021). För dessa tekniker saknas ännu överenskomna standarder inom EU, därtill bör en eventuell uppbyggnad i Sverige ske med hänsyn till övriga EU-länder. Du kan läsa mer om detta i Trafikverkets rapporter:
Laddning av fordon i DenCity-projektet
För urbana transporter med dagliga rutter < 150-200 km, liknande de som opererats i DenCity projektet, är bedömningen att den absoluta merparten (cirka 90% av energin) av laddning sker i depå/terminal. l huvudsak sker detta vid nattladdning med låg effekt (22/43kW AC, se faktaruta nedan). Bäst ekonomi med dessa bilar fås dock om de utnyttjas många timmar på dygnet, och då kan en snabbladdare (vanligtvis 80-350 kW DC, se faktaruta nedan) på depån/terminalen också bli aktuell.
Fordonen i DenCity har primärt nyttjat de laddare som är installerade vid depån och de har också haft tillgång till en publikt tillgänglig snabbladdare som nyttjats ett färre antal gånger.
Det är viktigt att staden i stort analyserar behovet av vissa publika och strategiskt placerade laddpunkter och även analyserar affärsmodellen för dessa investeringar. De kommer att bli viktiga som ett säkerhetssystem, d.v.s. som backup vid oförutsedda händelser eller när en åkare behöver tilläggsladda under dagen för ett andra skift eller utökat transportuppdrag. Utnyttjandegraden av dessa publika, strategiska laddare kommer troligen vara relativt låg under en övergångsfas, och därmed svåra att driva med lönsamhet utan subventioner/stöd.
För att lyckas med elektrifieringen av transporterna bör följande grundprincip följas: ”Ladda när fordonet ändå står still, men stanna inte för att ladda”.
Växelspänning & Likspänning
Elektricitet delas upp i två funktionssätt: Växelspänning (AC = Alternating Current) och likspänning (DC = Direct Current).
Växelspänning (AC)
All el som genereras av klassiska roterande maskiner som i vattenkraftverk, kraftvärmeverk eller kärnkraftverk är AC. Det beror på att man får en generator att rotera med hjälp av vattenfallets kraft, eller vattenånga. Då alstras en växelspänning, som byter riktning 100 gånger per sekund (dvs 50 Hz). Växelspänning kan transformeras i klassiska transformatorer (upp till 400.000 volt (V)), vilket gör att dagens elsystem, som började byggas för över 130 år sedan, använder växelspänning.
Likspänning (DC)
El som alstras på kemisk väg, t.ex. i batterier, men också i solceller, är DC. Här finns en pluspol och en minuspol. DC kan inte transformers mellan olika spänningsnivåer i klassiska transformatorer, men i och med att man blir allt duktigare på att bygga elektroniska transformatorer, kommer det att bli vanligare med DC som transformeras mellan olika spänningar. DC används i många mindre, batteridrivna elapparater men även i TV-apparater, datorer, stereoanläggningar, etc. För att de ska gå att koppla in på det vanliga elnätet, har de en inbyggd transformator och en s.k. likriktare, som omvandlar elen från 230 V AC till t.ex. 12 V DC. I och med att solceller och elbilsladdning blir allt vanligare, ser man hur behovet av elnät för DC kommer att öka.
Elfordonsladdning
Elfordon kan laddas med både AC och DC.
AC-laddning: Då ansluts elfordonet direkt till elnätet; det går AC i sladden mellan laddaren och fordonet. Fordonet måste då ha en omvandlare ombord, för att göra om t.ex. 230 V AC till t.ex. 48 V DC, som fordonets batterier kan hantera. För att inte fordonen ska bli för tunga och för dyra, har omvandlaren ombord begränsad effekt, vilket gör att det inte går att AC-ladda ett elfordon med de högsta effekterna.
DC-laddning: När ett fordon laddas med DC, sitter omvandlaren som gör om AC från elnätet till DC i laddaren och det går DC i sladden från laddaren till fordonet. I fordonet går då DC “rätt in i fordonets batterier”, vilket gör att det går att ladda med högre effekt. Laddaren, som är stationär och kan betjäna flera fordon, har inte samma vikt- och kostnadskrav på sig, som en ombordladdare har. Det gör att denna kan utformas och byggas för att hantera högre effekter.
Ny tillämpning av DC-nät (solceller – batterier – elfordon)
I och med att det blir allt vanligare med elfordon, och solceller på hustak, uppstår behovet av lokala DC-elsystem i fastigheten / terminalen / depån. Genom att alstra ström med solceller (DC), ha ett stationärt batteri och / eller elfordon anslutna, kan allt detta hanteras med DC, och på så sätt undviks utrustning med tillhörande förluster för att omvandla DC till AC och tillbaka till DC igen. Det gör att behovet av lokala DC-nät i fastigheter sannolikt kommer att öka.