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电气化高速路随时给卡车充电,这是科幻吗?德国已经开始测试了

纽约时报于8月3日介绍了德国目前正在试行的电气化高速公路。通过这项计划,卡车能够像火车那样,利用车顶上的受电弓一边行驶一边充电。这项计划能够有效节省能源并减低排放,但是阻力仍然存在于基础设施的建设和多国之间的协调。

最近,在法兰克福南部的一条高速公路上,托马斯·施米德(Thomas Schmieder)将他的斯堪尼亚牌(Scania)半挂式卡车及上面装载的房屋涂料转到最右边的车道上。然后,他按下了一个在大多数卡车仪表盘上不存在的开关。

在驾驶室外,一个装置开始从车顶展开,看起来像一个晾衣架,上面焊着一个倒置的雪橇。当施米德继续驾驶时,一个视频显示器显示金属滑板上升,并轻轻地顶着上头的电线。

Photo by: High Contrast via Wikimedia Commons

随着柴油发动机被切断,电动马达接管了动力,驾驶室变得非常安静。这辆卡车仍然是卡车,但现在它的动力就像许多火车或街车。

对于如何使卡车运输业不产生排放,以及电池或氢燃料电池是否是在大型车辆中启动电动马达的最佳方式,存在着争议。施米德参与了第三种替代方案的测试:一种在卡车行驶过程中向其供电的系统,使用悬挂在道路上方的电线和安装在驾驶室上的受电弓。

从某种程度上说,这个想法非常合理。系统是节能的,因为直接从电网向发动机输送电力。这项技术节省了重量和金钱,因为电池往往很重而且很贵,而使用架空线的卡车只需要一个足够大的电池就能从匝道口到达最终目的地。

而且这样的系统相对简单。为这条测试路线提供硬件的德国电子巨头西门子,改造了几十年来一直用于驱动火车和城市街道汽车的设备。

在另一个层面上,这个想法也是疯狂的。谁会付钱在世界主要公路上悬挂数千英里的高压电缆?

弄清楚如何使卡车不排放废气是对抗气候变化和肮脏空气的一个重要部分。长途柴油卡车产生的温室气体和其他污染物的比例过高,因为它们在路上花费的时间太长。

但电动车行业存在分歧。世界上最大的两家卡车制造商戴姆勒和沃尔沃,把赌注押在装载氢燃料电池的卡车上。他们认为,提供可接受范围所需的重型电池对卡车来说是不切实际的,因为它们从有效载荷中减去了太多的容量。

拥有卡车制造商斯堪尼亚(Scania)、曼(MAN)和纳威斯达(Navistar)的特拉顿(Traton)公司认为,由于生产氢气所需的能源,氢气过于昂贵且效率低下。由大众汽车公司控股的特拉顿公司则寄期望于不断改进的电池上,以及电气化的高速公路上。

特拉顿是法兰克福南部所谓的电气化公路的支持者之一,这个集团还包括西门子和负责监督德国高速公路的政府机构联邦高速公路公司(Autobahn GmbH)。在石勒苏益格-荷尔斯泰因州和巴登-符腾堡州也有短距离的电气化公路。这项技术已尝试在瑞典使用,以及2017年也在洛杉矶港附近的一英里路段试用。

到目前为止,在德国配备架空电缆的高速公路路段很短,仅在法兰克福附近的双向约3英里长。其目的是测试这套系统在日常使用中由真正的卡车公司运输真正的货物的表现。到今年年底,德国将有超过20辆卡车使用这套系统。

施米德在德国军队中学会了驾驶卡车,他的雇主是一家名为Schanz Spedition的卡车公司,位于上拉姆施塔特小镇,距离法兰克福约35英里的丘陵地区,森林茂密。

如果电子公路要大规模地推广,它必须能够帮助Schanz这样的公司,这是一家由克莉丝汀·汉莫(Christine Hemmel)和克斯婷·塞伯特(Kerstin Seibert)管理的家族企业,她们姐妹是创始人的曾孙女。她们的父亲汉斯·亚当·桑茨(Hans Adam Schanz)虽然严格说来已经退休,但最近当施米德爬进驾驶室准备将油漆运到法兰克福的一个配送中心时,他仍然驾驶着叉车将运输托盘搬到卡车的后面。

施米德说,生意很红火,因为疫情封锁促进了家庭装修的热潮,并刺激了Schanz总部隔壁的油漆工厂的产品需求。

施米德每天最多只运货五次。这就是电子公路的支持者们认为最理想的路线。

负责监督西门子参与这个项目的哈索·格吕涅斯(Hasso Grünjes)说,首先对交通繁忙的路线进行电气化改造是有意义的,比如荷兰鹿特丹港和德国工业中心区的杜伊斯堡之间的路线;或者连接德国汉堡港和吕贝克港的公路。

格吕涅斯认为,大量的卡车仅在这些目的地之间来回行驶。使用这些路线的卡车公司将节省燃料费用,这也是他们最大的成本,并且很容易证明对带有车顶受电弓的卡车的投资是合理的。根据西门子的数据,从长远来看,这4000公里的有线公路,会包含60%的德国卡车交通。西门子周四表示,它将与德国汽车零部件供应商大陆公司合作,大规模生产受电弓。

但是,德国政府将承担建造架空电缆的责任,估计每公里需要250万欧元。

德国环境部正在资助德国的三条电气化公路,环境部正在将研究结果与使用氢燃料电池的卡车和使用普通电池的卡车进行比较。环境部在一份声明中说,在三或四年内,政府将决定支持何种技术。

Photo by: Foxcorner via Wikimedia Commons

环境部说:“许多研究得出的结论是,尽管基础设施成本很高,但架空电缆车是最具成本效益的选择。”

但是,在回答本报的问题时,环境部指出,电池一直在变得更便宜、更好,而且充电时间也在下降。它同时表示:“在最终分析中,基础设施、车辆和能源的总成本将决定何种技术或技术组合占上风。”

政府持谨慎态度,因为纳税人将支付电气化公路的费用,而这项技术却也可能被卡车运输业回避或被其他东西淘汰。

布鲁塞尔的一个倡导组织“运输与环境”的电力和能源专家格特·德·科克(Geert De Cock)说:“从理论上讲,这是一个最好的主意。”但他说,政治上的障碍,例如让欧洲各国政府在技术标准上达成一致,却非常严峻。

德·科克认为:“这是一个协调问题,而不是一个技术问题,我们不支持它,因为我们认为它不会发生。”

卡车司机施米德是个信徒。2019年,当测试项目开始时,他申请了一份在Schanz的工作,以便能参与其中。

他说:“我一直对电动汽车和它的发展方向非常感兴趣。”他驾驶着斯堪尼亚汽车穿过从Schanz总部通往A5高速公路的一个狭窄山谷。这辆卡车是一种混合动力车,有一个柴油发动机、一个电动马达和一个小型电池,它经过了一个指向弗兰肯斯坦城堡的标志,据说这座城堡是小说中怪物的灵感来源。

施米德开上A5公路的斜坡后不久,支撑电气化公路的架空电缆的铁塔就出现在眼前。在驾驶室内,当施米德展开连接到架空电缆的受电弓时,几乎感觉不到动力过渡,这就是所谓的悬链线系统。

这些电缆还为斯堪尼亚的电池充电,电池储存的电量足以在城市交通中进行短距离无排放行驶。这也是悬链线系统的另一个优势。 电气化公路可以消除对充电站的需求,这在时间等于金钱的卡车运输业中非常重要。

为这项计划提供建议和分析德达姆施塔特技术大学的教授曼弗雷德·波茨(Manfred Boltze)通过电子邮件说:“基础设施建设需要大量的资源,另一方面,它也提供了非常高的能源效率,在高架电缆以外的旅程中只需要小型电池。”

Photo by: Tbatb via Wikimedia Commons

当自主驾驶软件将卡车直接固定在电缆下时,施米德的双手轻轻地放在方向盘上。他和其他司机接受了为期一天的培训课程,学习如何使用这个系统和处理问题,比如当事故阻挡了前方的车道。施米德说,他已经遇到过这种情况。他只需利用卡车的柴油发动机,从架空电缆下转向另一条车道。

施米德说,偶尔也会有一些技术故障。有几次,传感器出现了故障。“但是大问题呢?没有过。”

几乎所有人都认为,技术并不是全球电动道路网络的最大障碍。

格吕涅斯说:“我们已经证明它可以被建造。现在的问题是如何在更大的范围内建设。”