به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، برقی‌سازی خودروها برای پایداری زیست‌محیطی و دستیابی به سطوح قابل قبول کیفیت هوا در محیط‌های شهری، موضوعی حیاتی در عصر حاضر است. ایجاد «مناطق کم‌انتشار» در مرکز شهرها به همراه محدوده‌های ممنوعیت تردد خودروهای شخصی در حال گسترش است. پتانسیل خودروهای الکتریکی در رویارویی با چالش‌های جابه‌جایی سبز ثابت شده است، اما این موضوع از ظهور مسائل جدید جلوگیری نمی‌کند. علاوه بر مسائل مربوط به قیمت، برد خودرو و آمادگی گاراژها و تعمیرگاه‌ها برای پاسخگویی به نیازهای مدل‌های جدید خودرو، سوالی که مطرح می‌شود این است که آیا شبکه‌های برق موجود برای تولید برق کافی آماده هستند؟
این مسئله به‌دلیل تغییرات اخیر مقررات و فشار گسترده برای استفاده از خودروهای الکتریکی، بیش از پیش به موضوع روز تبدیل شده است. ممنوعیت موتورهای دیزلی در اروپا همراه با افزایش فشار بر شهرها، علاقه بیشتری به سمت جابه‌جایی بدون آلایندگی یا کم‌آلایندگی ایجاد کرده و منجر به افزایش خودروهای الکتریکی و هیبریدی شده است.
نوع انرژی مورد استفاده برای حرکت وسایل نقلیه تأثیر قابل‌توجهی بر کارایی و میزان مصرف منابع دارد. مفهوم راندمان «چاه تا چرخ» که کارایی کلی از مرحله استخراج منبع انرژی اولیه (همچون نفت یا تولید برق) تا تبدیل آن به حرکت خودرو را اندازه‌گیری می‌کند، به‌وضوح نشان می‌دهد که بخش عمده‌ای از انرژی در فرایند حمل‌ونقل هدر می‌رود. برای مثال، موتورهای احتراق داخلی که در خودروهای سنتی استفاده می‌شوند، راندمانی بین ۱۱ تا ۲۲ درصد دارند که نشان می‌دهد بیش از سه‌چهارم انرژی اولیه به شکل گرما و سایر تلفات از بین می‌رود. در مقابل، خودروهای الکتریکی با راندمانی بین ۲۲ تا ۳۵ درصد عملکرد بهتری دارند، اما همچنان درصد قابل‌توجهی از انرژی اولیه را تلف می‌کنند.
این اتلاف گسترده انرژی نشان‌دهنده ناکارآمدی سیستم حمل‌ونقل مبتنی بر خودرو است. در مقایسه، روش‌های تردد فعال همچون پیاده‌روی و دوچرخه‌سواری نه‌تنها هزینه انرژی ندارند، بلکه تأثیرات زیست‌محیطی بسیار کمتری به جای می‌گذارند. با وجود مزایای زیست‌محیطی خودروهای الکتریکی، جایگزینی هر خودروی احتراقی با یک خودروی الکتریکی نیازمند افزایش تولید برق است که چالش‌های زیست‌محیطی و زیرساختی جدیدی ایجاد می‌کند.
چالش‌های شبکه‌های برق برای الکتریکی‌سازی صنعت حمل‌ونقل
تعهد به الکتریکی‌سازی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و ترویج جابه‌جایی پایدار کمک می‌کند، اما برای دستیابی به این هدف، ضروری است که برق از منابع تجدیدپذیر تأمین شود و زیرساخت‌ها مجهز به سیستم مدیریت اوج مصرف مرتبط با این انتقال به جابه‌جایی سبز باشند.
سازمان‌هایی همچون آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) پیش‌تر به ادارات دولتی و شرکت‌های مسئول شبکه برق توصیه کرده‌اند که برای گذار به جابه‌جایی الکتریکی آماده شوند. این سازمان تأکید می‌کند که جابه‌جایی الکتریکی یک همکاری بین‌بخشی است و نیازمند مشارکت سازمان‌ها با طیف وسیعی از ذی‌نفعان از بخش‌های جابه‌جایی، برق، ساخت‌وساز و املاک است.
اگرچه الکتریکی‌سازی سیستم حمل‌ونقل، گامی ضروری در کاهش انتشار کربن است، اما مستلزم افزایش ظرفیت شبکه برق و مدیریت هوشمندانه تقاضای انرژی است. این چالش زمانی پیچیده‌تر می‌شود که الکتریکی‌سازی به‌عنوان اهرمی کلیدی در انتقال سبز، علاوه بر خودروهای شخصی، تمام بخش‌های مصرفی از جمله حمل‌ونقل عمومی و صنایع باری را دربر بگیرد.
سازمان بین‌المللی انرژی هشدار داده است که نبود سرمایه‌گذاری کافی در زیرساخت‌های برق، همگام با سرعت الکتریکی‌سازی جهانی، می‌تواند مانعی جدی برای تحقق اهداف اقلیمی باشد. به‌عنوان مثال، شبکه‌های برق اروپا به‌دلیل پیشینه توسعه پایدارتر و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های مدیریت بار، نسبت به شبکه‌های آمریکایی که در دوره‌های اوج مصرف دچار قطعی‌های مکرر می‌شوند، آمادگی بیشتری دارند.
مطالعات خوش‌بینانه نشان می‌دهند که با الکتریکی‌شدن ۸۰ درصد خودروهای شخصی، مصرف برق ۱۰ تا ۱۵ درصد افزایش پیدا می‌کند، با این حال این ارقام مواردی همچون حمل‌ونقل باری، اتوبوس‌های شهری و الکتریکی‌سازی همزمان سایر بخش‌های اقتصاد (همچون گرمایش ساختمان‌ها و صنایع) را در نظر نمی‌گیرند. افزایش همزمان تقاضای برق در بخش‌های مختلف می‌تواند اثر تجمعی قابل‌توجهی ایجاد کند که مدیریت آن مستلزم ارتقای ظرفیت نیروگاه‌ها، ذخیره‌سازهای انرژی و شبکه‌های توزیع هوشمند است.
اشتراک‌گذاری خودرو برای کاهش وابستگی انرژی
در بحث الکتریکی‌سازی، سوالاتی درباره منشأ انرژی خودروهای الکتریکی مطرح است. بسته به ترکیب انرژی، به‌ویژه با توجه به هزینه‌های بالای تولید و تأثیر مواد اولیه، ممکن است این خودروها حتی آلایندگی بیشتری نسبت به خودروهای احتراقی داشته باشند.
در مواردی که استفاده از حمل‌ونقل عمومی و روش‌های جابه‌جایی فعال همچون پیاده‌روی و دوچرخه‌سواری امکان‌پذیر نباشد و فرد ناچار به استفاده از خودروی شخصی برای رسیدن به مقصد خاصی شود، اشتراک‌گذاری خودرو میان افرادی که در مجاورت یکدیگر زندگی می‌کنند، راهکاری مؤثر است. این رویکرد حتی در فاصله‌های کوتاه چندکیلومتری بین منازل افراد نیز می‌تواند به صرفه‌جویی چشمگیری در مصرف انرژی سالانه منجر شود، چراکه کاهش کیلومترهای طی‌شده، مصرف سوخت یا برق را به‌طور مستقیم کاهش می‌دهد.
نکته قابل‌توجه اینکه حتی اگر خودروهای اشتراکی با سرعت بالا شارژ شوند، باز هم به‌دلیل بهینه‌سازی الگوی مصرف، فشار بر منحنی تقاضای انرژی کمتر خواهد بود. از سوی دیگر، آژانس بین‌المللی انرژی تأکید می‌کند که دورکاری باید به‌عنوان یک گزینه مکمل در صورت وجود شرایط اجرایی، مورد توجه قرار بگیرد.
شارژ خودروهای الکتریکی
در شرایطی که چاره‌ای جز مالکیت خودرو توسط هر فرد نباشد، یک پریز شارژ معمولی برای ترددهای روزانه به محل کار کافی است. این پریزها بین ۱۰ تا ۱۶ آمپر در ۲۳۰ ولت، معادل ۲۳ تا ۳۸ کیلووات‌ساعت شارژ طی ۱۰ ساعت شب ارائه می‌دهند. علاوه بر این، تقاضا در شب کمتر است و احتمال اضافه بار شبکه کاهش پیدا می‌کند.
یکی از مشکلات اصلی استفاده از خودروهای الکتریکی، نداشتن محل شارژ است که بیشترین انتقادها را به خود جلب کرده است. بسیاری از افراد گاراژ اختصاصی ندارند یا در محل کار جای پارک برای شارژ ندارند. چند سال پیش شورای شهر لندن راه‌حل هوشمندانه‌ای ارائه داد و نقاط شارژ خودروهای الکتریکی را در تیرهای چراغ برق خیابان نصب کرد. این ایده در برلین نیز تکرار شد و در حال حاضر شهرهای بیشتری قصد اجرای آن را دارند. تیرهای چراغ از قبل به شبکه برق متصل هستند و یک خودرو را در سرعت پایین به‌راحتی شارژ می‌کنند. این امر موجب افزایش طول عمر باتری خودرو می‌شود.
این راه‌حل از یک سو مشکل نداشتن ایستگاه شارژ را حل می‌کند و از سوی دیگر از معرفی پورت‌های شارژ سریع که برای باتری و منحنی تقاضای انرژی مضر هستند، جلوگیری می‌کند. بدیهی است که هدف، الکتریکی کردن تمام ناوگان خودروها در کنار کاهش چشمگیر تعداد آنهاست.
نقش دکل‌های برق در الکتریکی‌سازی صنعت حمل‌ونقل
دکل‌های برق نقش حیاتی در الکتریکی‌سازی صنعت حمل‌ونقل بدون کربن ایفا می‌کنند. این نقش از طریق حمایت از توسعه و نوسازی شبکه برق محقق می‌شود. اگرچه در بحث‌های قبلی به‌طور مستقیم به دکل‌ها اشاره نشد، اهمیت آنها را می‌توان در چهارچوب کلی نیازهای زیرساختی شبکه و الکتریکی‌سازی درک کرد.
با رشد تقاضای برق ناشی از گسترش خودروهای الکتریکی و سایر اشکال حمل‌ونقل پاک، دکل‌های برق برای انتقال حجم بالای انرژی از مراکز تولید از جمله نیروگاه‌های خورشیدی یا بادی به مصرف‌کنندگان نهایی همچون ایستگاه‌های شارژ خودرو ضروری هستند. بدون این زیرساخت، تأمین برق پایدار برای صنعت حمل‌ونقل الکتریکی غیرممکن است.
دکل‌ها امکان اتصال مزارع بادی و خورشیدی در مناطق دورافتاده به مراکز شهری را فراهم می‌کنند. این موضوع برای دستیابی به برق پاک مورد نیاز خودروهای الکترونیکی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی حیاتی است. به‌عنوان مثال، انتقال انرژی تولیدشده از یک نیروگاه بادی ساحلی به یک شهر بزرگ، به‌طور کامل وابسته به شبکه‌ای از دکل‌های انتقال است.
پشتیبانی دکل‌های برق از زیرساخت‌های شارژ خودروهای الکتریکی
ایجاد شبکه‌ای گسترده از ایستگاه‌های شارژ نیازمند شبکه برقی قدرتمندی است که بتواند انرژی را بدون وقفه به این ایستگاه‌ها منتقل کند. دکل‌های برق به‌عنوان ستون فقرات این شبکه، جریان پایدار برق را تضمین می‌کنند. نسل جدید دکل‌های هوشمند با قابلیت نظارت لحظه‌ای می‌توانند اختلالات احتمالی را پیش از وقوع شناسایی و از قطعی برق جلوگیری کنند.
استفاده از مدل‌های مدرن شارژ خودروهای الکتریکی همچون خودرو به خانه (V۲H) و خودرو به شبکه (V۲G) می‌تواند به‌عنوان راه‌حلی مؤثر و کارآمد در تأمین برق موردنیاز الکتریکی‌سازی ناوگان حمل‌ونقل عمل کند. این فناوری‌ها علاوه بر تضمین عملکرد بهینه خودروها در زمینه‌های کلیدی همچون بازدهی انرژی، خودمختاری عملیاتی و سرعت شارژ، به حل چالش‌های زیرساختی مرتبط نیز کمک می‌کنند.
سیستم خودرو به خانه با ایجاد امکان تبادل دوسویه انرژی بین خودرو و منزل، به صاحبان خودروها اجازه می‌دهد در زمان قطعی برق یا اوج مصرف، از باتری خودرو به‌عنوان منبع انرژی پشتیبان استفاده کنند. این قابلیت علاوه بر افزایش امنیت انرژی خانوارها، هزینه‌های برق مصرفی را نیز کاهش می‌دهد.
سیستم خودرو به شبکه گامی فراتر برداشته است و خودروها را به ذخیره‌سازهای متحرک انرژی تبدیل می‌کند. در این سیستم، خودروهای متصل به شبکه می‌توانند در ساعات کم‌باری با نرخ ارزان شارژ شوند و در ساعات پیک مصرف، انرژی ذخیره‌شده را با قیمت بالاتر به شبکه بازگردانند. دکل‌های برق در این زمینه به‌عنوان زیرساخت اصلی، جریان دوطرفه انرژی را امکان‌پذیر می‌سازند.
خودروهای مجهز به فناوری V۲G از نوع الکتریکی و هیبریدی هستند و به شارژرهای هوشمند و باتری‌های با دوام بالا مجهز هستند که می‌توانند هزاران چرخه شارژ-تخلیه را بدون افت عملکرد تحمل کنند. الگوریتم‌های پیشرفته این سیستم‌ها به‌صورت خودکار زمان‌های بهینه برای شارژ و تخلیه انرژی را محاسبه می‌کند تا بیشترین بازدهی اقتصادی و فنی حاصل شود. این فرایند دو مزیت عمده دارد؛ از یک سو در زمان اوج مصرف، از اضافه‌بار شبکه جلوگیری می‌کند و از سوی دیگر مالکان خودروهای الکتریکی می‌توانند از طریق مشارکت در بازار انرژی، منبع درآمد جدیدی داشته باشند.
پروژه اجراشده در جزیره بورنهلم دانمارک نمونه عملی موفقی از این فناوری است که نشان داد یک ناوگان ۵۰ عددی از خودروهای V۲G می‌توانند تا ۱۰ درصد از نیاز انرژی جزیره را در ساعات پیک تأمین کنند. این سیستم با هماهنگی شرکت‌های انرژی محلی و استفاده از هوش مصنوعی پیشرفته، الگوهای مصرف ساکنان را تحلیل و بهینه‌ترین زمان‌های تبادل انرژی را تعیین می‌کند.
حفظ قابلیت اطمینان شبکه
با پیچیده‌تر شدن سیستم برق به‌دلیل نوسانات تولید انرژی تجدیدپذیر همچون وابستگی به نور خورشید یا باد، دکل‌ها به همراه فناوری‌های هوشمند، انعطاف‌پذیری شبکه را افزایش می‌دهند. این موضوع از قطعی‌های برق در اوج مصرف همچون زمان شارژ همزمان خودروها جلوگیری می‌کند.
دکل‌های فشارقوی امکان انتقال برق از مناطق پرتولید همچون بیابان‌های مجهز به پنل‌های خورشیدی به شهرها را فراهم می‌کنند. این امر برای ایجاد یک شبکه ارتباطی قدرتمند ضروری است.
بدون تقویت شبکه برق از طریق دکل‌های مدرن و هوشمند، دستیابی به حمل‌ونقل کاملاً الکتریکی و کربن‌صفر غیرممکن خواهد بود. این دکل‌ها نه‌تنها جریان انرژی را مدیریت می‌کنند، بلکه پایه‌ای برای ادغام انرژی‌های پاک، خودروهای الکتریکی و فناوری‌های آینده هستند. برای تحقق این اهداف، سرمایه‌گذاری کلان در نوسازی دکل‌های فرسوده، ساخت خطوط جدید و ادغام فناوری‌های دیجیتال از جمله سیستم‌های مانیتورینگ هوشمند، ضروری است.
