Системы электроснабжения электромобилей наземным путем

Введение

Система питания электромобилей

Наземное электроснабжение, также известное как сбор поверхностного тока или, на французском языке, alimentation par le sol ("питание через землю"), – это концепция и группа технологий, позволяющих электромобилям собирать электрическую энергию с отдельных участков, расположенных на уровне земли, вместо более распространенных воздушных линий. Наземное электроснабжение было разработано из эстетических соображений, чтобы избежать наличия воздушных линий в городских центрах. Системы электроснабжения на уровне земли появились с начала развития электрических трамваев, и некоторые из первых систем использовали сбор тока через контактный рельс. С начала XXI века были внедрены такие системы, как Alstom APS, Ansaldo Tramwave, CAF ACR и Elways, которые используют современные технологии для устранения ограничений и опасностей старых систем, а также для питания автобусов, грузовиков и электромобилей. Благодаря повышению эффективности и энергоемкости систем, работающих на конденсаторах и аккумуляторах, системы наземного электроснабжения используются на небольших участках трассы для зарядки аккумуляторов, например, во время остановок автобусов и поездов.

Швеция

Электрические дороги обеспечивают питание и зарядку электромобилей во время движения. Швеция протестировала электрические дорожные системы, заряжающие аккумуляторы грузовиков и электромобилей, среди которых две системы электроснабжения нижнего уровня, испытанные с 2017 года: система Elways Evias и система Elonroad, использующие дорожные рельсы. Позднее Elonroad разработала систему дорожных рельсов для использования на автомагистралях на скоростях до 100 км/ч. Рельсы были протестированы при погружении в соленую воду и признаны безопасными для пешеходов.

Франция

Содиректор одной из рабочих групп Министерства экологии Франции по электромобильным дорожным системам заявил, что наиболее перспективными являются ERS на основе рельсов, хотя конкретная рельсовая технология еще не стандартизирована. Франция планирует инвестировать от 30 до 40 миллиардов евро к 2035 году в электрическую дорожную систему протяженностью 8800 километров. Технологии электроснабжения на уровне земли рассматриваются как наиболее вероятные кандидаты для реализации электрических дорог. В 2023 году были объявлены два проекта для оценки технологий электродорог. Открытие первой во Франции общественной дороги с электрической дорожной системой запланировано на 2024 год с использованием системы электроснабжения наземного типа, основанной на технологии Alstom APS.

Стандартизация

Alstom, Elonroad и другие компании в 2020 году начали разработку стандарта для электроснабжения дорог на уровне земли. В 2021 году Европейская комиссия опубликовала запрос на регулирование и стандартизацию систем электрических дорог. Вскоре после этого рабочая группа Министерства экологии Франции рекомендовала принять европейский стандарт для электрических дорог, разработанный совместно со Швецией, Германией, Италией, Нидерландами, Испанией, Польшей и другими странами. В конце 2022 года был опубликован первый стандарт для электрического оборудования, установленного на транспортном средстве, работающем от электрической дорожной системы (ERS). Стандарт CENELEC Technical Standard 50717 определяет следующее: напряжение ERS – 750 вольт; токосъемник, способный выдерживать воздействие гравия и аналогичного дорожного мусора на максимальной рабочей скорости; слабое звено, которое отсоединяет токоприемник в точках структурного крепления, если приложенная сила превышает максимальное значение, указанное производителем транспортного средства; автоматический мониторинг наличия инфраструктуры ERS; автоматическое включение и отключение; сигнал присутствия, который может быть аналоговым или цифровым, и опциональная стандартная двунаправленная связь; простота проверки и замены изнашивающихся частей скользящего контакта; а также стандартные испытания, маркировка, техническое обслуживание и условия эксплуатации. Стандарт 50717 не охватывает, но определяет в нормативных целях три архитектуры инфраструктуры ERS: архитектура типа A с двумя параллельными проводящими рельсами на уровне поверхности, один положительный и один отрицательный; архитектура типа B с одним рельсом на уровне поверхности или приподнятой дорожкой с короткими сегментами, где каждые два последовательных сегмента состоят из одного положительного и одного отрицательного сегмента; и архитектура типа C с тремя параллельными проводящими рельсами, один положительный и один отрицательный, расположенными ниже уровня поверхности в каналах шириной 1,5 см, и одним или несколькими рельсами, заземленными на уровне поверхности, как указано в предлагаемом техническом стандарте prTS 50740 в соответствии с директивой Европейского Союза 2023/1804.

Alstom, Elonroad, and other companies have, in 2020, begun drafting a standard for ground level power supply electric roads. The European Commission published in 2021 a request for regulation and standardization of electric road systems. Shortly afterward, a working group of the French Ministry of Ecology recommended adopting a European electric road standard formulated with Sweden, Germany, Italy, the Netherlands, Spain, Poland, and others. The first standard for electrical equipment on board a vehicle powered by a rail electric road system (ERS) has been published in late 2022. The standard, CENELEC Technical Standard 50717, specifies the following: an ERS voltage of 750 volts; a contact shoe capable of withstanding impact of gravel and similar road debris at the maximum operating speed; a weak link that breaks off the current collector at the structural fixing points if the force is larger than the maximum specified by the vehicle manufacturer; automatic monitoring of the presence of ERS infrastructure; automatic engagement and disengagement; a presence signal that may be analog or digital, and optional standard bidirectional communication; ease of inspection and replacement for the wearing parts of the sliding contact; and standard tests, markings, maintenance, and operational environment conditions. The 50717 standard does not encompass, but specifies for normative purposes, three architectures for ERS infrastructure: Type A architecture with two parallel surface level conductive rails, one positive and one negative; Type B architecture with a single surface level or raised track with short segments where each two segments in series consist of one positive and one negative segment; and Type C architecture with three parallel conductive rails, one positive and one negative below surface level in 1.5 cm wide channels, and one or more rails earthed at surface level. as specified in the proposed technical standard prTS 50740 in accordance with European Union directive 2023/1804.

Поток Ансальдо

Первая современная система электроснабжения на уровне земли, которая была разработана, – это система Ansaldo Stream. STREAM – это акроним, расшифровывающийся как "Sistema di TRasporto Elettrico ad Attrazione Magnetica", что означает "Система электрического транспорта посредством магнитного притяжения". Система использует канал в дорожном покрытии, изготовленный из изоляционного композитного стекловолокнистого материала, содержащий гибкую медную полосу. Транспортное средство, проезжая по каналу со специальным магнитным контактным башмаком, поднимает проводник на поверхность, обеспечивая подачу электроэнергии. Энергоснабжение участков полосы осуществляется только при проезде транспортного средства. Система была разработана в 1994 году и прошла испытания на линии общественного трамвая в 1998 году.

Alstom APS

Alstom APS использует третий рельс, расположенный между ходовыми рельсами, электрически разделенный на 11-метровые секции. Эти секции автоматически включаются или выключаются по радиоуправлению в зависимости от того, проезжает ли по ним трамвай, тем самым полностью исключая риск для других участников дорожного движения. Трамвай оснащен двумя токосъемниками, и в любой момент времени активны два участка рельса, чтобы избежать прерывания подачи питания при переходе между секциями. APS была разработана компанией Innorail, дочерней компанией Spie Enertrans, но была продана Alstom после приобретения Spie компанией Amec. Изначально система была создана для трамвая в Бордо, строительство которого велось с 2000 года и открытого в 2003 году, став первой современной коммерческой системой электроснабжения на уровне земли. С 2011 года технология используется в ряде других городов по всему миру. Французское правительство сообщает об отсутствии случаев поражения электрическим током или аварий, связанных с электрификацией, на любом трамвае во Франции с 2003 года по 31 декабря 2020 года. Alstom дополнительно разработала систему APS для использования с автобусами и другими транспортными средствами. Система была протестирована на совместимость со снегоочистительными машинами, а также на безопасность при воздействии снега, льда, соли и насыщенного рассола. Alstom проведет испытания своей электрической дорожной системы на общественной дороге в регионе Рона-Альпы в период с 2024 по 2027 год.

CAF ACR

Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF) провела испытания своей системы электроснабжения наземного уровня Acumulador de Carga Rápida (ACR) в 2007 году в Севилье. Участки трамвайной линии Севильского метрополитена вокруг Севильского собора были переоборудованы для работы от системы электроснабжения ACR наземного типа. Первая коммерческая установка ACR была осуществлена на трамваях Urbos, поставленных компании MetroCentro в 2011 году, что позволило полностью демонтировать контактную сеть в районе собора. Линия 1 трамвая Tranvía de Zaragoza также использует ACR с момента завершения второго этапа строительства в 2013 году. Применение ACR позволило избежать установки контактной сети в историческом центре города. Система ACR также была внедрена в систему легкорельсового транспорта Ньюкасла в Австралии и новую трамвайную систему Люксембурга.

Ансалдо трамвайный вокзал

Полученная из Ansaldo Stream и разработанная итальянской компанией Ansaldo STS (позднее ставшей Hitachi Rail STS), система электроснабжения наземного уровня Ansaldo TramWave успешно начала коммерческую эксплуатацию в 2017 году с открытием первого этапа трамвайной линии №1 в городе Чжухай (Китай). Этот трамвай – первая полностью низкопольная трамвайная система, использующая технологию питания от наземного источника. Позднее, в 2017 году, линия Western Suburb Line в Пекине была запущена с применением той же технологии Ansaldo. Лицензия на технологию была передана компании CRRC Dalian, и все технологии были переданы в Китай.