Knud L. Thomsen er civilingeniør (elektrofysik), lic.techn. nu pensioneret efter ansættelse på Risø, hvor han foruden reaktorfysik og kernekraft har forsket i solvarme og olie-/gasreservoirsimulering
Inden vi forlader de fossile brændstoffer og går over til elbiler, må vi overveje perspektiverne for udviklingen og forsøge at formulere en langtidsholdbar politisk målsætning. Dongs batteri-projekt og Socialdemo-kraternes forslag om at oprette 20.000 ladestationer er en udfordring til kreative hjerner.
Nogle af ulemperne ved ren batteridrift er energitabene ved op- og afladning, den begrænsede rækkevidde pr. opladning samt batteriernes vægt, pladskrav og pris. Da disse egenskaber er underkastet naturlovenes begrænsninger, må vi søge andre veje til at minimere ulemperne.
Selv om det sjældent diskuteres i medierne, ligger det lige for at foreslå etablering af direkte elforsyning langs motorvejene – i internationalt samarbejde. Når man kan lave strømaftagere til hurtigtog, må det også være muligt til biler.
Køretråd med lavspæning - og jordforbindelse
Idet der forudsættes lavspænding (f.eks. 230 V), kan vi i stedet for en klodset pantograf nøjes med et par vippearme eller teleskopstænger til at hæve og sænke strømaftageren. Forskellen fra togene er blot, at bilernes dæk er isolerende.
Foruden den spændingsførende køretråd (som går i siksak af hensyn til strømaftagerens slidfordeling) skal vi derfor have en jordforbindelse. Hertil kan man vælge en kombineret jord- og styreskinne nedlagt i plan med asfalten. Kontakten kan formidles via en arm med et hjul, der nedsænkes på skinnen samtidigt med, at strømaftageren hæves, når bilen er styret på plads.
Den manuelle styring overtages herunder af automatik baseret på en digital billedsensor (jf. digitalkameraer), som skanner den belyste vejbane og lokaliserer skinnen under bilen. Optikken og lampen må beskyttes mod vejsnavs ved passende placering, afskærmning og fornøden spuling. Sne og is kan medføre, at man i nogle tilfælde må gå over til batteridrift og manuel styring, indtil vejen er ryddet.
Elektrificeringen gør ganske vist ikke situationen værre, men kan man finde en bedre løsning med en overliggende jord- og styreskinne eller -tråd (der også fungerer for flersporede veje), er det selvfølgelig velkomment.
Kun opladning på motorveje
For enkelheds skyld kunne elektrificeringen begrænses til ukomplicerede motorvejsstrækninger, medens batterierne automatisk tager over og strømaftageren sænkes ved udfletninger, når man viser ud. Foruden indkoblings- og styringssystemer forventes der efterhånden indført automatik til afstands- og hastighedskontrol samt styring af indfletning og vognbaneskift.
I en lang overgangsperiode vil styringen af ældre biler dog stadig være overladt til føreren. På det underordnede vejnet må man basere sig på batteridrift (subsidiært anden motorkraft).
Med et sådant ”dual mode” system (jf. RUF) vil mange, specielt i områder med stor tæthed af motorveje, formentlig kunne klare sig med noget mindre batterier end ellers. Men der vil stadig være et incitament til elprisdifferentiering og opladning af batterierne hjemme i garagen til nattakst frem for under kørslen på motorvejen. Betalingen for grænseoverskridende strømforbrug på vejene må selvsagt organiseres internationalt, eventuelt i kombination med roadpricing.
Udvikling og standardisering i EU-regi
Hvis ideerne vinder gehør hos politikerne, forestår der et omfattende udviklings- og standardiseringsarbejde i EU-regi. De første forsøg kunne koncentrere sig om indersporet, som må forbeholdes personbiler og små varevogne, idet en hensigtsmæssig højde af køretråden (ca. 2,5 m) såvel som spændingsniveauet vil være for lave til tunge køretøjer.
Medens personbiler og varevogne skal kunne skifte bane, må lastbil- og buskørsel begrænses til ydersporet. Ud over almindelig skiltning opnås dette ved højthængende advarselsskilte og en iøjnefaldende markering af køretråden (næppe meget over chaufførernes øjenhøjde). På broer og lignende steder kan der være fysisk adskillelse mellem banerne.
Med udgangspunkt i elektriske jernbaner kan vi tentativt, uden nogen form for optimering, sætte køretrådens tværsnit til 100 mm2 kobber og masteafstanden til 50 – 60 m. Køretråden, der inddeles i elektrisk adskilte sektioner, holdes oppe af et bæretov og strammes med tunge lodder via tovhjul i enderne.
Vælges almindelig netspænding, kan man skønsmæssigt holde spændingen tilstrækkeligt stabil med en transformator og ensretter på hver fjerde mast i begyndelsen – senere eventuelt udbygget til hver anden, når belastningen stiger med antallet af elbiler. Selv om det bliver dyrt, vil elektrificeringen alligevel kun koste en brøkdel af anlægsprisen for motorvejen.
Måske kan spændingen fordobles?
Hvis det er sikkerhedsmæssigt forsvarligt at fordoble kørespændingen, kan der herved opnås en vis besparelse, idet afstanden mellem transformatorerne (men samtidigt disses størrelse) kan firdobles, uden at tabene øges. Batterierne vil stadig kunne oplades ved almindelig netspænding, hvis de deles i to grupper, der omkobles fra serie- til parallelforbindelse med en idiotsikret omskifter. Endnu en mulighed er en kørespænding på 400 V (eller det dobbelte?) og opladning mellem to faser.
Sikkerheden mod elektricitetsulykker må selvfølgelig overvejes nøje. Folk færdes jo normalt ikke til fods på motorveje, så risikoen vil være størst i forbindelse med havari og trafikulykker. Kortslutningssikring og en hovedafbryder, der automatisk kobler en sektion ud, hvis køretrådens trækspænding svigter (f.eks. i tilfælde af nedfaldende ledninger), bør kunne begrænse elektricitetsulykker til et minimum. Omvendt kunne det tænkes, at styringsautomatik kan medvirke til at reducere antallet af trafikulykker. Hvad der vejer tungest, er et åbent spørgsmål.
Lastbiler og busser kunne tilsvarende forsynes med højspændt strøm fra en højere liggende køretråd (ca. 5 m). Her vil der være mulighed for kontinuert videreførelse langs udfletninger og busruter på andre veje, idet dette jo ikke er til hinder for personbiltrafikken. Derimod kan der være et problem med usædvanligt store transporter, hvor ledningerne er i vejen. Hvorvidt det er noget, man kan planlægge sig ud af, må overvejes nærmere.
Et kompliceret regnestykke
Et væsentligt spørgsmål er, hvordan anlægsudgifterne står i forhold til fordelene sammenlignet med ren batteridrift. Her må man foruden energibesparelsen og den mindre investering i batterier og ladestationer m.v. huske at medregne sådanne faktorer som den mindre miljøbelastning (f.eks. færre møller eller atomkraftværker), effektivisering af motorvejene i forbindelse med automatisk styring samt bekvemmeligheden ved stort set ubegrænset rækkevidde, førerens frihed og bedre varmekomfort. Til gengæld må man så give køb på æstetikken.
Der er i alle fald langt igen, før det skitserede koncept kan realiseres. Forhåbentligt vil nogle aktive forskere og andre kreative folk, bl.a. bilfabrikanterne, blive inspireret til at tage tråden op og bidrage konstruktivt til at virkeliggøre visionerne.
04. mar 2010 kl 11:26
Der er stadig næsten en måned til 1. April.
230...400 V i 2,5 meters højde? Man behøver bare at række armen op.
Hvad hvis der er sket et uheld i "lastvognssporet"? Så skal køreledningerne afmonteres før lastvognstrafikken kan ledes udenom, eller?
Osv.
Det eneste der mangler er den obligatoriske gummivulst omkring bilen, ligesom på en "rigtig" radiobil.
Men underholdende er artiklen trods alt.
Bent.
Til busser i fast rutefart er dette set før og kunne meget vel bruges til den express bus linie langs Motorring 3 der tales om.
Det andet ligner en variant af RUF systemet og rummer alle de samme forhindringer med international standard og etablering af infrastruktur.
Biler med forbrændingsmotorer havde det bare nemmere da de dukkede op fordi der var en eller anden form for infrastruktur at starte på, og den er så hen ad vejen blevet forbedret.
04. mar 2010 kl 13:52
Hvorfor lægge ud med små biler med lavt forbrug, når yderbanen allerede er fyldt med store lastbiler med meget stort forbrug?
Det nævnes at motorvejen stort set ikke bliver dyrere, men det ses jævnligt at lastbiler kører på eller hænger fast under broerne, dertil skal lægges god afstand til fangarme, så første udgift bliver at hæve samtlige motorvejsbroer, og installationer som gasledninger m.m. til et godt stykke over de fem meter, 8 meter er nok mere realistisk, så skal der elektricificeres og alle fremtidige arbejder skal tage hensyn til jordskinnen, den skulle gerne være i plan med vejen og under alle forhold have samme friktion som den øvrige asfalt, uden at problemet løses ved at gøre asfalten superglat i vådt føre.
Ideen er som jeg ser det ikke som påstået, lige til højrebenet, det skal i det mindste ikke være noget med hævede broer, eller jordskinne på steder hvor der er mere end en vognbane.
Hvis man skal forsøge noget så kan man på strækninger hvor motorvejen kun løber langs marker lave ladespor, dvs. en vognbane hvor der i en rende i midten er lagt et par jernbaneskinner med passende spænding over, så skal lastbilen bare smide en sæt slæbesko ned og lynlade, start med at regne på 5 minutter med 80kmt, efter 40-60km skal der være endnu et ladespor osv. som backup vil det kræve et antal ladepladser hvor lastbilerne kan holde over en rende eller lade traditionelt med et kabel.
Uanset løsningen, så skal der bruges langt større resurser end noget man kan kalde en brøkdel, og skal der være en ide med det skal det indføres i mange lande samtidig.
Ubegrænset rækkevidde lyder besnærende, jeg tror bare ikke det kan lade sig gøre.
04. mar 2010 kl 14:55
Der er forslag om at Letbanen i Århus bliver i form af skinneløse trollerbusser. Det bliver en bedre letbane til meget lavere pris. Det kan blive løsningen for fremtidens vejtrafik - også for andre køretøjer - måske endda personbiler. Trolleysystemet kører perfekt i Salzburg, Zürich, Luzern, Esslingen ,Solingen osv. Se www.trolleymotion.com
Vh
Niels Falkenberg
04. mar 2010 kl 15:50
Systemet som beskrevet er alt for klodset.
Hvis der alligevel skal en skinne i jorden, så lad den dog være dobbelt (eller tredobbelt med tre faser). Brug induktiv kobling eller lad bilen kommunikere med skinnen, så det aktuelle skinnesegment kun er strømførende når der er en bil i fart over den.
Så kan lastbilerne også være med på systemet. Det vil nok være et stort boost for miljøet.
04. mar 2010 kl 16:36
Man burde kunne klare sig med lavere spænding end 230V, til personbildrift. På den anden side er der det med Motoren OG Strømmen som skal tilføres. Men igen det med den 1. april er nok mest korrekt.
04. mar 2010 kl 17:22
Man burde kunne klare sig med lavere spænding end 230V, til personbildrift.Luftmodstanden stiger eksponentielt med farten, en personbil skal bruge 20kW bare til øjebliksforbruget ved 110kmt, det er 87A, skal du så lade lidt til næste strækning uden køreledninger vil du se at 2000V passer bedre.
04. mar 2010 kl 17:23
Var det ikke mere hensigts mæssigt at lade køretøjer med Range-Extender fritages for afgift. Sammenlign med hvad det koster at lave 640km danske jernbane om til el-drift(det eneste tal jeg har kunne finde er ca 94 MILIARDER), divider med 640 og gang tallet med længden af motorveje= ca1.100km!!!!! hvem skal betale dette ASTRONOMISKE beløb?
Bilisterne? Skatteyderne? Brugerbetalt?
Hvad med samfunds økonomien i dette projekt?
04. mar 2010 kl 18:07
Der er klart nogle fordele som nævnt
MEN forsyningen af el en hverdags morgen vil blive vanvittig, alene af denne grund er det en dårlig ide.
04. mar 2010 kl 18:07
Der er klart nogle fordele som nævnt
MEN forsyningen af el en hverdags morgen vil blive vanvittig, alene af denne grund er det en dårlig ide.
04. mar 2010 kl 18:09
Tror ikk' på det.
- Så hellere bruge pengene til elektrificering af hele jernbanenettet.
Desuden er hybridbiler en bedre og billigere løsning, indtil batterierne kan opfylde kravene til længere rækkevidde, og hurtig opladning.
04. mar 2010 kl 19:39
Der er stadig næsten en måned til 1. April.
230...400 V i 2,5 meters højde? Man behøver bare at række armen op.
Hvad hvis der er sket et uheld i "lastvognssporet"? Så skal køreledningerne afmonteres før lastvognstrafikken kan ledes udenom, eller?
Osv.
Det eneste der mangler er den obligatoriske gummivulst omkring bilen, ligesom på en "rigtig" radiobil.
Men underholdende er artiklen trods alt.
Bent.
04. mar 2010 kl 20:33
Bilerne kører med ca. 1 bils afstand - 3 meter. Typisk, vil være en bil, for mindst hver 10.ende meter. På en strækning, på 500 meter, vil være over 50 biler. De bruger hver 10kW. Det er 500kW. Dette vil du trække ud af en 220V skinne - den skal bære 2.000 ampere. Dertil vil jeg påstå, at 220V, eller 400V langtfra er ufarlig. Skal det være ufarlig, skal du ned i 40V-50V. Det giver 4 gange større strøm. Og så er vi oppe i en små 10kA.
Det var så de første 500 meter.
Måske kunne vi være mere innovative? Kunne vi forestille os en isolerende belægning på skinnen, der leder strøm, hvis vi udsætter den for nogle ekstremer? Det kunne være et stærkt magnetfelt, et kraftigt tryk, eller noget andet, som man ikke umiddelbart kan udsætte skinnen for. Noget isolerende, vil også forhindre energien tappes på grund af snavs, vand osv. Spørgsmålet er så, om der findes noget nano-dit, eller nano-dat, der kan løse det. Eller, om det er muligt at forske sig til.
Hvis vi skal have strømudtag på motorvejen, så er også nødvendigt at bilerne styrer selv - ellers er det for risikabelt.
På motorvej, behøver vi måske ikke at tænke så meget på, om der er 10kV eller mere på ledningerne, og om de er i en højde, så de kan nås. Det er ikke tilladt at gå ud på motorvejen, og det er meget sandsynligt, at bilerne er farligere end spændingen. Ledningerne, kan måske anbringes med noget plastik omkring, så der skal stikkes en stang ind, for at komme til. Det vil være relativt nemt, at udstyre bilerne med en stikkepind - men svært at få en tommel igennem sprækken. Naturligvis vil det være muligt at "bryde", hvis man finder noget at stikke ind, der kan få adgang til strømmen - men vi begynder så også, at nærme os et niveau, der svarer til at stille sig ud foran bilerne på motorvejen.
Man kan muligvis bag et sådant plastiksjold, have nogle beskyttelsesledere som strikkepinden ikke giver forbindelse til, og hvis der detekteres forbindelse til disse, så koble spændingen ud på ledningen. Det er stor sandsynlighed for, at et forsøg på at stikke noget metal ind, vil medføre forbindelse til den forkerte leder eller metal, og dermed udkoble. Det kan måske også beskyttes med laser og lys. Tilmed, vil detektion af et metalelement sandsynligvis ske før, at der opnås kontakt med hovedforsyningsskinen. Energien, kan hives aktivt ud, af en modstand, tilpasset impedansen, således at energien fjernes fra hovedforsyningen.
Bilen kan aktivt sende information af sted om hvor meget strøm der trækkes - så en eventuel lækstrøm vil også detekteres. Afleveres mere strøm, end der forbruges, må der være læk på systemet. Stiger et læk drastisk, så det ikke er sandsynligt at det skyldes fugt, sne og vand, vil det også kunne medføre systemet kobler ud. Specielt, hvis lederen er beskyttet af en metal kappe, med en sprække i, således at strikkepinden skal igennem sprækken, så kan være svært at stikke noget ind, uden at berøre metalkappen - og så vil den ekstra energi der ledes mod jord hurtigt opdages, og få systemet til at slå fra.
I stedet for at bruge en strikkepind, der skal få forbindelse til spændingen under en kappe, kan bruges en pind der slår et 90 grader knæk, således den skal stikkes ind, og drejes, som en nøgle, for at få adgang til en strømskinne.
En simpel strømskinne, med metalkappe, er således nok til at beskytte mod adgang. Kun, hvis en pind føres lige ind, og drejes, vil der kunne opnås forbindelse. Skal det være ekstra sikkert, kan det måske detekteres med lys, hvornår at en pind drejes, og dermed skal bilen have tilladelse til dette på forhånd - ellers vil strømmen koble ud.
Der findes mange muligheder. Jeg tror, at det bedste er at bruge høj spænding, og indskærme systemet på en måde. I princippet, kan man måske bruge en normalt isoleret højspændingsledning, der skæres lidt op på den ene side, tilstrækkeligt til at et tynd metalblad kan komme ind, men ikke nok til at en finger kan komme ind.
04. mar 2010 kl 20:48
Måske er det bedste, at opstille kameraer ved motorvejen, så der sikres at ingen kommer ind på området. Opdages mennesker, så skal systemet automatisk slå strømmen fra.
Et sådant kamera system, vil sandsynligvis også kunne tjekke road-priceing osv. ved at f.eks. holde øje med nummerplade.
Dette muliggør, at strømdistribuerings systemet kan designes alene ud fra at være så billigt som muligt. Samtidigt, giver det stor sikkerhed, fordi at motorvejene overvåges. Sker et uheld, går der personer ud på motorvejen osv. opdages det hurtigt, og strømmen kan slås fra.
men hvor snerper den henad?
Tillykke med et i bund og grund godt forslag, Knud.
Du har tænkt og tænkt temmelig godt i såvidt at dit forslag rammer hvor det behoeves foerst: langturs biler, men især lastvogne og busser.
Det er sjov at se, at Ingenioren endelig har ladet noget i denne retning igennem. Din ide er i en tilstand, hvorfra Elfoss-standarden startede for et par år siden.
Og lige for at slå det helt fast: der er ikke problemer med opsætning, uheld eller vedligeholdelse.
Hvis du bliver ved med at tænke vil du nok ende op med at kopiere Elfoss-standarden ord for ord!
05. mar 2010 kl 10:11
I fortsættelse af Jens Madsen´s indlæg:
Desuagtet at systemet umiddelbart virker urealistisk, kan man godt lege videre med tanken - måske kommer der noget brugbart ud til sidst.
Hvis køreledningen omsluttes af en stiv isolerende kappe, som er stor nok (ikke nødvendigvis snæver), til at man ikke kan få fingrene op at røre ved ledningen (har svært ved at se problemet med berøringsfare midt på en motorvej) kunne denne kappe have et kileformet indløb, således at køreledningen automatisk fanges, hvis føreren af bilen har slået strømaftageren op.
Begge ledere kunne være for oven, hvilket igen minimerer berøringsfare. Strømaftageren skulle således glide mellem de to ledere.
Man behøver ikke plastre hele motorvejen til med køreledninger - man kunne fx have 1 km strækninger med lademulighed for hver 10 km.
Formodentlig skal der være opladningsmulighed på tilkørselsramper og den første kilometer herefter (hvor der er mest brug for energien).
På frakørsler og hvor der typisk er kø på indfaldsveje, ville det også være naturligt med opladningsmulighed.
Kort men kraftig opladning kunne fremmes med kondensatorer, som en del af bilens ladesystem, hvilket måske kunne medføre, at man kunne klare sig med endnu kortere ladestrækninger.
Systemet kunne selvføgelig også bruges på parkeringspladser, rastepladser etc.
Jeg har tilladt mig at kopiere mit indlæg fra det andet sted hvor idéen er beskrevet..
05. mar 2010 kl 12:51
Dit indlæg bliver ikke bedre af at blive gentaget.
Det er overordentlig tænkeligt, at opladning undervejs aldrig bliver gennemført for almindelige personbiler; men det skader ingen at diskutere hvilke løsningsmodeller, der måske kunne bruges.
06. mar 2010 kl 11:17
Jeg erkender, at mit forslag er så upopulært, at det er dødsdømt. Jeg hæfter mig især ved den følelsesmæssige uvilje mod elledninger over vejbanen, som ikke går væk, selv om man skaber aldrig så megen sikkerhed. Meget høje folk løber nu engang rundt ude på kørebanen og fægter med deres lange arme!
Til de mere saglige indvendinger hører, at jeg åbenbart helt har fejlvurderet anlægsomkostningerne. Jeg skal ikke bortforklare, at jeg er teoretiker uden erfaringer inden for entreprenørbranchen. Jeg er lamslået over den nævnte pris på omkring 150 mio. kr. pr. km for jernbanernes elektrificering. Det burde jeg have undersøgt nærmere. Men sket er sket. Så kan man bare undre sig over alle de penge, man er parat til at poste i jernbanerne.
Så er der indvendingen mod morgenbelastningen af nettet. En nærmere analyse er påkrævet, da trafikspidsen er lidt forskudt, og da der bliver en generel stigning i belastningen hele dagen. Så måske bliver belastningsfordelingen ikke meget værre, relativt set.
Med hensyn til problemerne med broer over lastbilbanen er der et problem. Det vil muligvis være for problematisk at afbryde køretråden ved hver bro, så lastbilerne pr. automatik skal skifte til batterier eller anden motorkraft. Men nu bliver det jo altså heller ikke til noget.
Jeg takker for alle bidragene, både de seriøse og de mindre seriøse. Det har været lærerigt. Medmindre der kommer væsentligt nyt, ser jeg ingen grund til at fortsætte diskussionen, da modstanden er så entydig.
06. mar 2010 kl 14:19
Prisen er nu ikke det mest afskrækkende ved forslaget.
150 millioner/1.5millioner biler er altså kun 100 kr/bil eller 110000kr/bil hvis hele motorvejsnettet skal elektrificeres.
Kan man nøjes med 10% af motorvejsnettet (som i mit tidligere forslag), er det altså kun 11000 kr/bil.
Sammenholdt med en batteripris på fx omkring 150000 kr, og forestiller man sig at man kan nøjes med halvt så store batterier, er besparelsen altså 75000-11000 = 64000kr/bil
Dertil skal lægges, at man kan bruge batteriet omkring halvt opladet det meste af tiden, hvilket forøger levetiden af batteriet betragteligt.
Man behøver formodentlig ikke skifte batteriet i bilens levetid imod udskiftning af batteriet 2-3 gange i bilens levetid - vi får altså nemt en besparelse /bil på en kvart million kroner.
Den mindre vægt betyder også en energimæssig besparelse, hvorfor økonomien egentlig ser rigtig god ud i projektet.
Der er så mange andre ting, der taler imod fx kunne man sikkert sagtens lave en rangeextender (lille brændstofsmotor) som kunne have den samme gavnlige effekt, som elektrificeringen til den samme pris.
Man slipper så ikke af med co2-udledningen, ligesom man heller ikke ville kunne nedlægge benzinstationer, halvdelen af autoværkstedeerne etc..
P.S. Tal er løseligt anslåede, og kun til brug for debattens skyld.
Ret mig endeligt, hvis jeg tager fejl.
mvh
Preben
14. mar 2010 kl 14:38
Det viser sig nu, at jeg var for hurtig til at bukke under for den voldsomme kritik her og under artiklen "Køreledninger ..." på ing.dk/transport. Et klik på et link under denne artikel førte til artiklen "Vejstriber skal oplade fremtidens elbiler". Herfra citeres:
"Til sammenligning oplyser Banedanmark, at en elektrificering af for eksempel jernbanestrækningen mellem Lunderskov og Esbjerg i runde tal vil koste 5,5 til seks millioner kroner per kilometer."
Så det var nok alligevel ikke meget galt, som jeg skrev, at elektrificeringen kun koster en brøkdel af anlægsprisen for motorveje (som ligger i størrelsesordenen 20 mio. kr pr. km).
Hvad angår broproblematikken, kan køretråden over lastbilbanen som nævnt afbrydes ved broer. Med "fail-safe" teknik kan man forebygge uheld med strømaftagerens hæve-sænke system (dvs. strømaftageren skal falde ned af sig selv i tilfælde af svigt af det aktive system, der holder den oppe).
Det er dog alt sammen en ringe trøst. Det lykkedes mine modstandere at afspore debatten. Skaden er uoprettelig, for nu er mit debatindlæg formentlig allerede druknet i den hastige nyhedsstrøm, som kværner lystigt videre.
10
