تكشف البيانات التشغيلية عن تحديات وفرص كهربة الشاحنة

 مقدمة ：

لا يزال كهربة الشاحنة يمثل تحديًا حاسماً لتحقيق نقل انبعاثات الصفر. استنادًا إلى البيانات التشغيلية السنوية من 61،598 شاحنة كهربائية في الصين ، تكشف هذه الدراسة أن معدلات اعتماد الشاحنات الكهربائية أقل بكثير من مركبات الديزل. فقط 23 ٪ من شاحنات التسليم و 30 ٪ من نصف المقطرين يمكنهم استبدال نظيرات الديزل بشكل كامل. في المتوسط ، هناك حاجة إلى 3.8 شاحنات توصيل كهربائية أو 3.6 شاحنات كهربائية لاستبدال مركبة ديزل واحدة. بالنسبة لمركبات الديزل القابلة للاستبدال ، يمكن للشاحنات الكهربائية أن تقلل من التكاليف بنسبة 15 ٪ -54 ٪ وانبعاثات كربون دورة الحياة بنسبة 1 ٪ -49 ٪. من خلال تحسين أنماط الاستخدام ، وتعزيز كثافة طاقة البطارية ، وتحسين البنية التحتية للشحن ، يمكن تحسين جدوى الكهربة بشكل كبير. بحلول عام 2030 ، من المتوقع أن تحقق الشاحنات الكهربائية في الصين انبعاثات كربونية أقل من مركبات الديزل.

يعد الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في النقل أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق حياد الكربون ، حيث تمثل المركبات الشاقة حوالي 30 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية من النقل البري. تم التعرف على كهربة الأسطول كحل رئيسي ، حيث وضعت مناطق مثل الولايات المتحدة وأوروبا أهدافًا لتسريع كهربة الشاحنات الشاقة. ومع ذلك ، في الصين ، كان نمو مبيعات الشاحنات الكهربائية (ET) بطيئًا ، وهو ما يمثل فقط 1.5 ٪ من الشاحنات المسجلة حديثًا في عام 2021 - أقل بكثير من السيارات الكهربائية والحافلات. يظل اعتماد السوق لـ ETS حذرًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى قيود النطاق ، وقدرة البطارية غير الكافية ، وعدم كفاية البنية التحتية للشحن. تظل إمكانات الحد من الكربون في دورة الحياة من ETS غير مؤكدة. تستخدم هذه الدراسة البيانات التشغيلية السنوية من أكثر من 60،000 من ETS في الصين ، وتقترح "نسب المجموعة ذات الأولوية" و "معدلات الاستبدال" كمؤشرات على جدوى كهربة لتقييم فوائد التكلفة الفعلية للتكاليف وخفض الانبعاثات. يوضح البحث أن تحسين أنماط الاستخدام ، وتحسين تكنولوجيا البطارية ، وتعزيز مرافق الشحن يمكن أن يعزز بشكل كبير من فعالية التكلفة وحدها من الانبعاثات من ETS ، مما يوفر رؤى قيمة لمبادرات كهربة الشاحنات المستقبلية.

الفرق في أنماط استخدام شاحنات الكهرباء والديزل ：

تكشف هذه الدراسة ، المستندة إلى تحليل البيانات التشغيلية على نطاق واسع من 61،598 شاحنة كهربائية (ETS) و 55،411 شاحنة ديزل في الصين في عام 2021 ، أن الشاحنات الكهربائية تُظهر شدة الاستخدام أقل بكثير مقارنة بأحرفائهم الديزل. تحقق معظم المركبات الكهربائية 42 ٪-75 ٪ فقط من الأميال اليومية المسجلة بواسطة شاحنات الديزل (الشكل 1) ، مع فشل العديد من الاستفادة الكاملة من سعة البطارية الخاصة بهم. تشمل القيود الرئيسية سعة بطارية محدودة ، وقلق النطاق ، والاختلافات في تخصيص المهام. في حين أن بعض الشاحنات الكهربائية الشاقة تخفف من مشكلات النطاق من خلال الشحن المتكرر ، فإن رحلاتها النشطة الإجمالية تظل أقل من تلك الخاصة بمركبات الديزل. يشير البحث إلى أنه يمكن استبدال ما يقرب من 16 ٪ -48 ٪ من شاحنات الديزل ببدائل كهربائية ، وخاصة شاحنات توصيل الخفيفة بنسبة 23 ٪ وشبهات الشقوق بنسبة 30 ٪.

الشكل 1. أسهم السيارة وأنماط استخدام أساطيل الشاحنات الكهربائية

مقارنات الانبعاثات والتكلفة بين شاحنات الكهرباء والديزل الفردية ：   

تعد التكلفة وانبعاثات الكربون مقاييس رئيسية لتقييم فعالية كهربة الشاحنة. تُظهر الشاحنات الكهربائية انخفاضًا كبيرًا في ثاني أكسيد الكربون من عجلة إلى عجلة ، مع تخفيضات انبعاثات دورة الحياة تتراوح بين 8 ٪ و 37 ٪ بسبب انبعاثات إنتاج البطارية عالية ونطاق قيادة محدود (الشكل 2). نظرًا لأن مصدر الطاقة في الصين يصبح أكثر نظافة بعد عام 2030 ، من المتوقع أن تحقق معظم الشاحنات الكهربائية (ETS) تخفيضات في الانبعاثات من 70 ٪ إلى 91 ٪. من حيث التكلفة ، فإن التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) لخمس فئات من الشاحنات الكهربائية قد تجاوزت بالفعل تكلفة سيارات الديزل ، مع وفورات تتراوح بين 12 ٪ إلى 37 ٪. تبرز الشاحنات الكهربائية للمجموعة ذات الأولوية بشكل خاص ، حيث تحقق انخفاضًا بنسبة 15 ٪ إلى 54 ٪ في TCO و 1 ٪ إلى 49 ٪ في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال شدة الاستخدام المرتفعة وانخفاض تكاليف الوقود.

الشكل 2. انبعاثات CO2 دورة الحياة والتكلفة الإجمالية لملكية الشاحنات الكهربائية وشاحنات الديزل لكل مركبة

تعزيز تأثير كهربة الأسطول عن طريق تحسين الاستخدام ：

تشير الأبحاث إلى أن استبدال "فرد إلى واحد" لشاحنات الديزل مع السيارات الكهربائية (ETS) قابلة للحياة فقط لعدد محدود من المركبات. في ظل أنماط الاستخدام الحالية ، يتطلب عادةً استبدال شاحنة ديزل واحدة بـ 3.8 شاحنات توصيل كهربائية أو 3.6 شاحنات كهربائية ، مما يؤدي إلى فقدان معظم أساطيل ET التكلفة أو مزايا CO2 دورة الحياة (الشكل 3). تحسين الاستخدام يمكن أن يعزز فعالية الكهربة. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي زيادة استخدام البطارية إلى 85 ٪ إلى زيادة معدل الاستبدال الفردي إلى ما يتجاوز 49 ٪ لمعظم الأساطيل ، مما يقلل بشكل كبير من نسب الاستبدال. على سبيل المثال ، ينخفض معدل الاستبدال لشاحنات التسليم الخفيفة ، من 3.8 إلى 2.0 مع تحقيق التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) وتوازن ثاني أكسيد الكربون. زيادة الرحلات النشطة تعمل على تحسين جدوى الشاحنات الكهربائية. تظل إمكانات التحسين للمدربين الكهربائيين الشاقين محدودة ، مما يتطلب تطورات تكنولوجية مثل بطاريات كثافة الطاقة الأعلى لتقديم أفضل فعالية من حيث التكلفة وتقليل الانبعاثات.

الشكل 3. معدل استبدال الأسطول باستخدام التطبيع

تحسين فوائد كهربة أسطول الشاحنة في المستقبل ：

يوضح التحسين إمكانات الشاحنات الكهربائية الحالية (ETS) مع تسليط الضوء على الأهمية الحاسمة للتقدم التكنولوجي ، وخاصة في أنظمة البطارية والشحن. عن طريق زيادة كثافة طاقة البطارية إلى 220 WH/KG ، يمكن أن تتجاوز نسبة المجموعة ذات الأولوية 70 ٪ في جميع الأساطيل. بالنسبة إلى نصف المدى الشاقين ، تم تعزيز هذه النسبة من 36 ٪ إلى 87 ٪ ، مما يقلل بشكل كبير من تردد الاستبدال مع خفض تكاليف الملكية الإجمالية وانبعاثات دورة الحياة إلى دورة الحياة

(الشكل 4). بالنسبة للأساطيل منخفضة الطلب مثل شاحنات القمامة ، فإن تحسينات البطارية تعطي فوائد محدودة. في ظل التكنولوجيا الحالية ، يعزز زيادة سعة البطارية النطاق ولكنه يتطلب مقايضات في الحد من الحمولة. يحقق نصف المقطورات الشاقين بنسبة 11 ٪ من ثاني أكسيد الكربون و 25 ٪ من توفير التكلفة عن طريق زيادة سعة البطارية بنسبة 50 ٪ مع تقليل الحمولة الصافية بنسبة 7 ٪. مزيد من قطع استهلاك الطاقة بنسبة 25 ٪ من خلال تبديل البطارية يمكن أن يمكّن من نصف المقطرين في المستقبل من تحقيق تكاليف التكلفة مع مركبات الديزل. يعد اعتماد الكهرباء المستدامة مفتاحًا لتقليل انبعاثات CO2 دورة الحياة للسيارات الكهربائية ، حيث حقق معظم الأساطيل تخفيضات كبيرة. يجب أن تتبنى الاستراتيجيات المستقبلية مناهج تحسن متباينة مصممة لخصائص الأسطول لزيادة القطع المشتركة في التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) وتقليل الكربون.

الشكل 4. آثار الكهربة المستقبلية للشاحنات الكهربائية تحت سيناريوهات مختلفة

قاممم ：

من خلال نمذجة دورة الحياة وتحليل الحساسية ، تكشف هذه الدراسة أن تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 10 ٪ يمكن أن يقلل من التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) للشاحنات الكهربائية (ETS) بنسبة 1.2 ٪ -3.1 ٪ وتقليل انبعاثات CO₂ بنسبة 4.9 ٪ -7.6 ٪. في حين أن تدهور البطارية يزيد بشكل كبير من TCO والانبعاثات ، إلا أن تأثيره يظل أقل تأثيرًا من تحسين الطاقة. لا تزال الكفاءة التشغيلية المنخفضة هي العائق الأساسي أمام كهربة ، مما يجعل معدلات الاستخدام المحسنة حاسمة. يوضح تحليل المجموعة ذات الأولوية أن ETS عالية الهوية يمكن أن تحقق فوائد مزدوجة في كل من تخفيض التكاليف وتخفيض الانبعاثات. تلعب حوافز السياسة دورًا حيويًا في تعزيز اعتماد ET ، كما هو موضح في برنامج HVIP في كاليفورنيا والذي يغطي 80 ٪ من اختلافات أسعار الشراء مع دعم الجدوى الاقتصادية لـ Tesla Semi في النقل الطويل. تحتاج الصين إلى مزيد من الاستثمار في البنية التحتية لمواجهة تحديات القلق وتخصيص المهام. يؤكد البحث على أهمية البيانات الضخمة في اتخاذ قرارات كهربة ، مع تحسين التحليل المكرر للسياسة. سوف تعزز التطورات التكنولوجية المستقبلية وتكامل الطاقة النظيفة معدلات التبني ET بشكل كبير ، مما يمهد مسارًا قابلاً للتطبيق للانتقال منخفض الكربون.