Powiedzmy to sobie szczerze – ciężarówka z zamontowanym pantografem może wzbudzać śmiech lub niedowierzanie. W końcu taki widok wydaje się przeczyć elastyczności transportu drogowego, wskazywanej jako jedna z głównych zalet samochodów ciężarowych. A jednak, ostatnio miałem okazję uczestniczyć w prywatno-publicznej prezentacji, która przedstawiała zupełnie inny obraz. Wygląda bowiem na to, że właśnie pantografy mogą uratować ciężarówki przed zbędnymi przestojami, zbyt wysoką masą własną i jeszcze większym paraliżem na parkingach. By natomiast wyjaśnić Wam to w jak najbardziej przystępny sposób ujmę wszystko w formie pytań i odpowiedzi.
Poniższe informacje zebrałem w czasie prezentacji przygotowanej przez trzy firmy. Mam tutaj na myśli Siemensa, odpowiedzialnego za technologię przesyłu prądu, Scanię, będącą prekursorem w produkcji ciężarówek z pantografami, a także Autobahn des Bundes, czyli niemiecką spółkę państwową, zarządzającą autostradami. Te trzy przedsiębiorstwa współpracują w ramach testów na trasie A5, między Frankfurtem nad Menem a Darmstadt, gdzie znajduje się jeden z trzech niemieckich odcinków pokrytych autostradową siecią trakcyjną. Tyle wstępu, a teraz przechodzimy do konkretów.
Ilustracyjny film, a pod nim pytania i odpowiedzi:
1. Do czego ma służyć w ciężarówce pantograf?
Inaczej niż na przykład w transporcie szynowym, pantografy spełniają tutaj podwójną rolę. Nie tylko wypełniają one bieżące zapotrzebowanie silników elektrycznych, ale też odpowiadają za ładowanie baterii. Wszystko zostało wyliczone w taki sposób, że by w czasie 1 kilometra przejechanego pod siecią trakcyjną ciężarówka pobierała prąd potrzebny na około 2 kilometry. Połowa tej dawki zostanie więc zużyta na bieżąco, a druga połowa trafi do baterii. Wszystko po to, by po wyjechaniu spod sieci trakcyjnej pojazd mógł dalej poruszać się na prądzie, właśnie zmagazynowanym w akumulatorach.
2. Jaki jest cel takiego rozwiązania?
Pantograf ma być sposobem na to, by ciężarówki mogły jeździć na prądzie, ale jednocześnie nie były uwiązane do wielogodzinnego ładowania na postoju. Na parkingach nie trzeba by więc rozprowadzać całych sieci ładowarek (co w obecnej sytuacji parkingowej i tak wydaje się niewykonalne), a same ciężarówki mogłyby otrzymać mniejsze, lżejsze i tańsze baterie. Te baterie byłyby bowiem potrzebne tylko po zjechaniu z autostrady, na przykład przy dojeździe na za- lub rozładunek lub w czasie omijania korka.
Są na to konkretne wyliczenia, co można pokazać na przykładzie badania z Anglii. By elektryczne ciężarówki obsłużyły w tym kraju cały obecny transport, na autostradowych parkingach trzeba by zamontować bardzo szybkie ładowarki (o mocy 600 kW), a jednocześnie same pojazdy musiałyby posiadać baterie o użytecznej pojemności rzędu 800 kWh (a więc ważące około 4-5 ton). Gdyby natomiast pokryć siecią trakcyjną połowę tamtejszych autostrad, ładowarek na parkingach w ogóle nie trzeba by budować, a ciężarówkom wystarczyłyby baterie o pojemności 290 kWh.
3. Jakie ciężarówki uczestniczą obecnie w testach?
Po wyprodukowaniu 22 różnych egzemplarzy, Scania jest już na trzeciej generacji prototypów. Na dołączonych zdjęciach, wykonanych przeze mnie w czasie prezentacji, możecie zobaczyć generację pierwszą oraz trzecią. Ta pierwsza wyposażona jest w 13-litrowy, 450-konny silnik diesla, ze zbiornikiem na 300 litrów oleju napędowego, a także w 177-konny silnik elektryczny, z niewielką baterią na 10 kilometrów bezemisyjnej jazdy (18 kWh pojemności). Generacja trzecia posiada natomiast tylko silnik elektryczny, bez żadnego diesla, z bateriami o zasięgu około 250 kilometrów.
Ten pierwszy pojazd, czyli spalinowo-elektryczna hybryda, ma formę ciągnika siodłowego z naczepą. Od dwóch lat pracuje on dla niemieckiej firmy transportowej Kirchner und Partner, obsługując krótkie trasy w okolicach Frankfurtu i nawet cztery razy dziennie przejeżdżając pod siecią trakcyjną. W tym czasie pojazd pokonał około 155 tys. kilometrów, bez żadnych większych problemów technicznych. Jego ładunki zwykle ważą około 20 ton, będąc towarami niebezpiecznymi najwyższych klas (tak, można to robić hybrydą z pantografem). Średnie spalanie na takich lokalnych trasach, dzięki zastosowaniu pantografu i dostępu do łącznie 17 kilometrów sieci trakcyjnej, wynosi obecnie 23 l/100 km. Wcześniej, gdy tę samą pracę wykonywał pojazd wyłącznie spalinowy, było to 30 l/100 km. Takie wartości podał mi sam kierowca, wykonujący tę pracę.
Druga ciężarówka, w formie całkowicie elektrycznej, trzyosiowej solówki, to samochód praktycznie nowy, rocznik 2023. Jego testy tak naprawdę dopiero się więc zaczynają. Mają one wykazać, czy w przypadku pojazdu w pełni elektrycznego technologia też się sprawdzi.
4. Czy pantograf ma wpływ na nadwozie ciężarówki?
Zapewne zauważyliście, że oba prezentowane pojazdy mają nietypowy układ nadwozia. Zamiast pełnowymiarowych sypialni zastosowano w nich jedynie połowiczne przedłużenie, które od środka skutkuje składaną konstrukcją łóżka. Coś takiego okazuje się konieczne, gdyż moduł zasilania z trakcji, opracowany przez firmę Siemens, składa się nie tylko z samego pantografu. Konieczna jest także tak zwana „elektronika mocy”, odpowiedzialna za zarządzanie całym system. Została ona zamknięta w pionowej wieży, tuż pod pantografem i musiała zostać umieszczona między kabiną a naczepą.
Trzeba podkreślić, że to układ prototypowy. Docelowo można spodziewać się po prostu wyjątku w przepisach, który pozwoli wydłużyć ciężarówki, umieszczając pantografy za pełnowymiarowymi sypialniami. Mogłoby to też pójść w parze z wydłużonymi spojlerami, by przestrzeń między kabiną a naczepą nie generowała dodatkowych zawirowań. Dodam też, że sama konstrukcja tej wieży jest stosunkowo prosta. Nie ma tam na przykład dodatkowego systemu chłodzącego, który wymagałby serwisowania.
5. Jaką dodatkową pracę ma przy tym kierowca?
Cały system można obsługiwać ręcznie lub automatycznie. W wersji ręcznej kierowca ma do dyspozycji przełączniki na desce rozdzielczej, którymi rozkłada lub składa pantograf, a także wyświetlacz, na którym widzi aktualne ustawienie pantografu. W wersji hybrydowej dodatkowo są też przełączniki do wyboru między spalinowym a elektrycznym silnikiem.
W układzie automatycznym ciężarówka sama decyduje co zrobić pantografem i jaki silnik w danym momencie wybrać. Odbywa się to w oparciu o geofencing, a więc wyznaczanie stref na wirtualnej mapie systemu satelitarnego. Poza tym pantograf podpięty jest pod zestaw czujników, dzięki czemu sam złoży się na przykład przy bardzo gwałtownym hamowaniu lub po prostu po opuszczeniu pasa ruchu i wyjechaniu spod sieci trakcyjnej. Co też ważne, pantograf został zbudowany w taki sposób, by ciężarówka miała około 30 centymetrów luzu na boki. Innymi słowy, nie trzeba jechać idealnie na środku pasa, by utrzymać połączenie z prądem.
Testowi kierowcy przechodzą specjalne, całodniowe szkolenia, które mają przygotować ich do prowadzenia prototypów. Wśród nich jest około czterech godzin teorii, obejmującej przede wszystkim pracę z prądem średniego napięcia (670 Volt). Pozostaje pytanie, czy w powszechnym użytku takie szkolenia zostałyby utrzymane.
6. Co z wyprzedzaniem, włączaniem się do ruchu i wiaduktami?
Jako że pantograf można w każdej chwili złożyć (lub też złoży się on sam), kontynuując jazdę na baterii lub dieslu, zmiana pasa, wyprzedzanie lub zjazd na parking nie wiąże się z żadnymi ograniczeniami.
Rozłożony pantograf może pracować w zakresie od 4,7 metra do 5,8 metra nad ziemią, automatycznie dopasowując się do poziomu przewodów. W praktyce oznacza to możliwość przejechania pod większością autostradowych wiaduktów. Z myślą o szczególnie niskich wiaduktach przewody mogą też zostać zastąpione podsufitowymi szynami. Gdyby natomiast dany wiadukt był absolutnie zbyt niski, wspomniany system geofencingu powinien z wyprzedzeniem dać sygnał do złożenia pantografu.
7. Co z wypadkami i przewozami gabarytów?
Jak przyznali przedstawiciele Autobahn des Bundes, cały system nie do końca pasuje do autostrad mających tylko dwa pasy ruchu w jedną stronę. Samym ciężarówkom z pantografami co prawda nie robi to różnicy, ale mogą pojawić się takie problemy, jak brak miejsca do lądowania helikopterem ratunkowym w razie wypadku, czy trudności z przejechaniem wysokim i szerokim transportem ponadnormatywnym. Dlatego jak na razie projekt skupia się na autostradach trzypasmowych lub szerszych.
Innym potencjalnie problematycznym scenariuszem jest wybuch pożaru na autostradzie lub też konieczność operowania żurawiem. Dlatego sterowanie siecią trakcyjną podlega bezpośrednio pod operatorów zarządzających ruchem na autostradach. Mogą oni wydać polecenie natychmiastowego wyłączenia sieci na danym odcinku, chociażby na czas akcji gaśniczej.
8. Ile kosztuje budowa sieci?
Tutaj dochodzimy do tematu, który w pierwszej chwili może przerażać. Jak bowiem pokazuje dotychczasowa praktyka, za zelektryfikowanie 10 kilometrów autostrady trzeba zapłacić około 13 milionów euro. Co więcej, wiele wskazuje na to, że ewentualna popularyzacja takiego systemu tylko minimalnie obniży koszt elektryfikacji jednego kilometra. Im więcej pojawi się bowiem ciężarówek z pantografami, tym bardziej zaawansowana będzie musiała być infrastruktura elektryczna.
Jest jednak pewne zastrzeżenie. Otóż znakomitą większością tego wydatku nie są słupy i przewody, lecz podstacje energetyczne z transformatorami, które trzeba rozstawić w pobliżu sieci. To natomiast dokładnie taki sam sprzęt, jaki trzeba by rozstawić przy stacjonarnych punktach ładowania dla samochodów elektrycznych. Zakładając więc, że Unia Europejska zrealizuje swój plan zelektryfikowania transportu, podstacje z transformatorami i tak trzeba będzie kupić i masowo rozstawić przy drogach. Pytanie tylko brzmi, czy zostaną one podpięte do stacjonarnych ładowarek na parkingach, czy też przekażą prąd do sieci trakcyjnej.
Twórcy podkreślają też, że cały omawiany sprzęt ma uniwersalny charakter. Nawet gdyby projekt zakończył się klapą i ciężarówki z pantografami zostały porzucone, wyposażenie podstacji będzie można łatwo sprzedać, chociażby firmom budującym ładowarki stacjonarne. Same przewody oraz słupy też zapewne znajdą klientów, jako że jest to taka sama instalacja, jak w miejskich sieciach tramwajowych.
9. Co z serwisowaniem takiej sieci?
Każdy fragment sieci ma wymagać corocznej kontroli, zwykle trwającej około 2 dni. Cały system ma być jednak skonstruowany w taki sposób, by z użytku dało się wyłączać mniejsze fragmenty sieci, o długości do 7 kilometrów. Nawet w czasie prowadzenia tych dorocznych kontroli ciężarówki z pantografami mogłyby więc jeździć dalej, nie mając dostępu do prądu na tylko krótkich odcinkach.
Sama wytrzymałość przewodów nie ma być większym problemem. W oparciu o doświadczenia z sieci tramwajowych, szacuje się ją na około 80 lat intensywnego użytku. Większym problemem mogą być uszkodzenia mechaniczne. W czasie prototypowych testów doszło już do uszkodzenia sieci przez maszynę budowlaną, a także przez plandekę zerwaną naczepy-wywrotki. W takich sytuacjach Niemcy kontynuowaliby więc tradycję tworzenia „ształów”.
10. Jak to rozliczać? I co z transportem międzynarodowym?
W chwili obecnej przewoźnicy uczestniczący w testach nie płacą za pobór prądu. Docelowo da się to jednak rozwiązać, chociażby na tej samej zasadzie, jak dzisiejsze opłaty drogowe. Innymi słowy, opłata może być pobierana za każdy kilometr korzystania z sieci trakcyjnej. Niewykluczone, że zostałoby to też sprywatyzowane, choć jak na razie nie pojawiają się tutaj szczegóły.
Potencjalnym problemem przy popularyzacji takiego rozwiązania może być kwestia granic. Wystarczy tutaj spojrzeć na transport kolejowy, gdzie operatorzy sieci z różnych krajów od dziesiątek lat nie potrafią się dogadać w kwestii dopasowania infrastruktury. Dlatego inżynierowie chcą od razu przeciwdziałać w tej sytuacji. Jeszcze przed końcem bieżącego roku chce się zaprezentować europejski standard budowy sieci trakcyjnych dla samochodów ciężarowych, pod który będą mogły podłączyć się wszystkie kolejne kraje. Dzięki temu ruch międzynarodowy powinien odbywać się bez przeszkód.
11. Jak wiele trzeba by zbudować takiej sieci?
Według ogólnoeuropejskich szacunków, w Europie wystarczyłoby zelektryfikować około 20 procent sieci drogowej, o najbardziej kluczowym charakterze, by obsłużyć w ten sposób 80 procent ciężkiego ruchu.
W przypadku Niemiec mówi się o planie zelektryfikowania 4 tys. kilometrów autostrad (z około 13 tys. kilometrów całej sieci). Taka ilość dróg obsługuje bowiem w Niemczech aż 2/3 całego ciężkiego transportu.
12. Czy poza Niemcami ktoś inny też o tym myśli?
Pierwszym europejskim krajem testującym to rozwiązanie była Szwecja, już w 2016 roku. Tamtejsze władze mają być już na tyle przekonane, że w Narodowy Plan Transportu do 2034 roku wpisały elektryfikację aż 2400 kilometrów autostrad. Według lokalnych szacunków, pozwoli to obsługiwać krajowy transport ciężarówkami o bateriach rzędu 150-250 kWh. Dla porównania, bez tej elektryfikacji dróg konieczne byłby baterie o pojemności 450-1000 kWh.
Co też ciekawe, omawiana technologia wzbudza duże zainteresowanie w Chinach oraz w Indiach. Ledwie kilka miesięcy temu Chińczycy przedstawili dwa ciężarowe prototypy z pantografami i zbudowali dla nich odcinki testowe. Za to Indie prowadzą od maja tego roku rozmowy z Siemensem, by rozciągnąć sieć trakcyjną dla ciężarówek na autostradzie o długości 1300 kilometrów! Mowa tutaj o trasie łączącej miasta Dehli oraz Mumbai, obejmującej najcięższy ruch w kraju.
