فناوری جاده‌های شارژی چیست؟ پایان اضطراب برد (شارژ حین حرکت)

به گزارش خبرنگار پرشین خودرو، پیاده‌سازی فناوری جاده‌های شارژی این اطمینان را به شما می‌دهد تا با خیال راحت سفرهای بین‌شهری را آغاز کنید، بدون اینکه نگران پیدا کردن ایستگاه شارژ بعدی باشید. این زیرساخت هوشمند با فرمولاسیون پیشرفته خود، ترکیبی از سیم‌پیچ‌های القایی (بی‌سیم) یا ریل‌های رسانا را در زیر آسفالت ایجاد کرده است که مزایای بی‌شماری مانند حذف کامل توقف و امکان کوچک‌تر شدن باتری‌ها را به همراه دارد. در ادامه نگاهی دقیق‌تر به نحوه کارکرد، چالش‌ها و پروژه‌های پیشگام فناوری خیابان های شارژده در جهان انداخته‌ایم.

جاده‌های شارژی و کارکرد آنها

جاده‌های شارژی رویای شارژ خودروی برقی در حین حرکت را محقق می‌کنند. فناوری جاده‌های شارژی، آسفالت سنتی را به یک منبع تغذیه هوشمند تبدیل خواهد کرد. این سیستم‌ها، چه خیابان های شارژده شهری و چه جاده‌های شارژ بی‌سیم بین‌شهری، مفهوم «توقف» برای شارژ را حذف می‌کنند.

جاده‌های شارژی به خودروهای برقی اجازه می‌دهند تا در حین رانندگی و به صورت بی‌سیم شارژ دریافت کنند. این فناوری مستقیما ۲ چالش بزرگ خودروهای برقی یعنی «محدودیت برد» و «زمان طولانی شارژ» را هدف قرار می‌دهد.

هسته فنی این سیستم، انتقال توان بی‌سیم دینامیک (DWPT) نام دارد که انرژی را از جاده به خودرو منتقل می‌کند. با اینکه ایده انتقال برق بی‌سیم توسط نیکولا تسلا مطرح شد، اما پیاده‌سازی آن در جاده‌ها یک نوآوری کاملا مدرن است.

انقلابی علیه اضطراب شارژ خودروهای برقی

بزرگترین مانع فراگیری خودروهای برقی، اضطراب تمام شدن شارژ (Range Anxiety) است. حتی با دسترسی کامل به لیست ایستگاهای شارژ خودرو برقی در ایران و جهان، آن توقف اجباری طولانی برای شارژ، مانعی جدی برای سفرهای بی دغدغه است.

فناوری انتقال توان بی سیم دینامیک (DWPT)

راه حل این چالش، Dynamic Wireless Power Transfer (یا DWPT) است. انرژی از سیم‌پیچ‌های فرستنده زیر آسفالت، مستقیما به گیرنده زیر خودرو منتقل می‌شود. این سیستم پتانسیل تحول عظیمی در خودروهای سبک تا کامیون‌های سنگین تجاری دارد.

تاریخچه مختصر انتقال بی سیم برق

این رویا قدیمی است. نیکولا تسلا (Nikola Tesla) در اواخر قرن نوزدهم ایده انتقال انرژی بی‌سیم را مطرح کرد. مسیر تکامل این ایده در جدول زیر خلاصه شده است:

بررسی ۴ روش اصلی در زیرساخت جاده‌های برقی

جاده چطور خودرو را شارژ می‌کند؟ پاسخ واحدی وجود ندارد. ۴ روش اصلی برای زیرساخت جاده‌های برقی در رقابت هستند. 

۱. شارژ بی سیم القایی (Inductive): جادوی شارژر موبایل

این روش محبوب‌ترین و آینده‌نگرانه‌ترین گزینه است. این فناوری دقیقا مانند شارژر بی‌سیم موبایل شما، اما در مقیاسی خیلی زیاد عمل می‌کند. سیم‌پیچ‌های فرستنده زیر آسفالت یک میدان مغناطیسی می‌سازند. «پد گیرنده» زیر خودرو این میدان را به برق تبدیل کرده و باتری را در حال حرکت شارژ می‌کند.

چالش‌های جاده‌های شارژ هوشمند (القایی)

این فناوری هنوز چالش‌های مهندسی پیچیده‌ای دارد. طراحی سیم‌پیچ‌ها (Coils) یک بحث داغ فنی است:

• مدل‌های دایره‌ای (Circular) در فواصل بین سیم‌پیچ‌ها افت توان دارند.
• مدل‌هایDD  (یا Double D) این مشکل را کمتر دارند، اما به جابه‌جایی جانبی خودرو (اینکه دقیقا وسط خط باشید) حساس‌تر هستند.
• سیم‌پیچ واحد و طولانی (Single-coil) ارزان‌تر است، اما اتلاف انرژی و نشت میدان مغناطیسی زیادی دارد.
• در مقابل، سیم‌پیچ‌های قطعه‌قطعه (Segmented) بسیار بهینه‌تر عمل می‌کنند، اما هزینه‌ها را سر به فلک می‌کشند.

حل چالش‌های جاده‌های شارژ بی‌سیم، برای رسیدن به یک استاندارد جهانی اهمیت بالایی دارد.

۲. شارژ رسانا (Conductive): مدل ماشین اسباب بازی

این روش خاطره ماشین‌های مسابقه‌ای اسباب‌بازی را زنده می‌کند. اینجا خبری از بی‌سیم نیست. ۲ ریل رسانا مستقیما در سطح جاده کار گذاشته می‌شوند. یک بازوی متحرک از زیر خودرو با ریل‌ها تماس فیزیکی مستقیم برقرار کرده و برق قوی و بدون اتلاف دریافت می‌کند. نکته جالب اینکه برای سبقت، بازو موقتا جدا و پس از بازگشت به خط، دوباره وصل می‌شود.

۳. سیستم کاتنری (Catenary): مدل اتوبوس برقی

این قدیمی‌ترین و آشناترین روش است. یک بازو به نام «پانتوگراف» از سقف خودرو به خطوط برق هوایی (مانند اتوبوس برقی) متصل می‌شود. محدودیت اصلی آن این است که فقط برای وسایل نقلیه سنگین و بلند (کامیون و اتوبوس) کاربرد دارد و خودرو کاملا به یک خط حرکتی محدود است.

۴. فناوری جدید (خازنی)

روش‌های دیگری مثل «شارژ خازنی» (Capacitive) هم در حال آزمایش هستند. این مدل به جای میدان مغناطیسی، از «میدان الکتریکی» و صفحات فلزی استفاده می‌کند. مزیت آن اتلاف انرژی کمتر است، اما محدودیت در انتقال توان بالا محدودیت فعلی آن به شمار می‌رود.

مزایای جاده‌های شارژدهنده

جاده‌های شارژ بی‌سیم پتانسیل زیر و رو کردن کامل صنعت حمل و نقل را دارند. این جاده‌ها مشکل «کمبود شارژ» را حل نمی‌کنند، بلکه صورت مسئله را برای همیشه پاک می‌کنند.

۱. خداحافظی با اضطراب برد (Range Anxiety)

شیرین‌ترین مزیت، یک خداحافظی همیشگی با «اضطراب تمام شدن شارژ» است. دیگر نیازی به برنامه‌ریزی سفر بر اساس مکان ایستگاه شارژ نیست. این یعنی رسیدن به آزادی کامل در رانندگی، درست شبیه خودروهای بنزینی، اما بدون آلایندگی.

۲. باتری های کوچک تر، خودروهای ارزان تر

این بخش شگفت‌انگیز ماجراست. وقتی خودرو در مسیر شارژ می‌شود، دیگر به باتری‌های غول‌پیکر، سنگین و گران امروزی نیازی ندارد. شرکت‌هایی مانند «الکتریون» ادعا می‌کنند این فناوری اندازه باتری را تا ۷۰% کاهش می‌دهد. باتری کوچک‌تر یعنی وزن کمتر، مصرف بهینه‌تر و مهم‌تر از همه، کاهش چشمگیر قیمت نهایی خودروی برقی.

۳. انقلابی در حمل و نقل تجاری و عمومی

اینجا اقتصاد به فناوری گره می‌خورد. کامیون‌ها و اتوبوس‌های بین‌شهری می‌توانند ۲۴ ساعته و بدون توقف در پایانه‌ها حرکت کنند. پروژه‌هایی مانند پروژه سوئد، دقیقا ناوگان سنگین را هدف گرفته‌اند تا به شرکت‌ها انعطاف‌پذیری و بهینه‌سازی بی‌نظیری بدهند.

۴. ایمنی کامل و تعهد زیست محیطی

آیا این جاده‌ها خطرناک هستند؟ مهندسان به این فکر کرده‌اند که سیم‌پیچ‌ها هوشمند هستند و فقط زمانی که خودروی مجهز از روی آن‌ها عبور می‌کند فعال می‌شوند. در باقی اوقات کاملا خاموش و بی‌خطرند. از طرفی دیگر جریان برق در عمق ۵ تا ۶ سانتی‌متری سطح جاده قرار دارد. در آزمایش‌ها، حتی با ریختن آب نمک روی ریل، جریان سطح فقط به ۱ ولت رسید. هدف نهایی نجات سیاره است. دولت سوئد هدف‌گذاری کرده تا با کمک همین جاده‌ها، تا سال ۲۰۳۰ بتواند ۷۰% از تردد ناوگان با سوخت فسیلی را حذف کند.

چالش ها و هزینه سرسام آور فناوری جاده‌های شارژی

چرا این جاده‌ها همه‌جا نیستند؟ اول، پول. این پروژه‌ها به شکلی نجومی گران هستند. برآورد پروژه eRoadArlanda سوئد تکان‌دهنده است که عددی معادل ۹۵ میلیارد دلار برای برق‌رسانی به ۲۰ هزار را بیان می‌کند. حتی اگر هر کیلومتر ۱ میلیون یورو (۵۰ برابر ارزان‌تر از تراموا) هزینه داشته باشد، ضرب کردن این عدد در مقیاس یک کشور، هزینه‌ای هنگفت ایجاد می‌کند. تازه هزینه‌های نگهداری هم بماند.

کابوس لجستیکی و انسداد شریان های مهم

چالش بعدی، عملیات اجرایی است. نصب این سیستم‌ها شریان‌های اصلی کشور را می‌شکافد. یک برآورد فنی نشان می‌دهد نصب سیستم القایی (بی‌سیم) در هر ۱۰۰ متر جاده، ۳ هفته کامل زمان می‌برد. این یعنی اختلال ترافیکی طولانی‌مدت برای ماه‌ها یا سال‌ها به وجود می‌آید.

کدام سیستم استاندارد جهانی می شود؟

این چالش از پول هم پیچیده‌تر است. القایی؟ رسانا؟ یا کاتنری؟ امروز هیچ استاندارد جهانی واحدی وجود ندارد. یک کامیون که از آلمان به ایتالیا می‌رود، نمی‌تواند به ۳ گیرنده مختلف مجهز باشد. رسیدن به یک توافق جهانی بین دولت‌ها و شرکت‌ها، فرآیندی بسیار کند و فرسایشی است.

رقابت با زمان و ریسک منسوخ شدن جاده‌های خورشیدی

آیا این فناوری ۱۰ سال دیگر منسوخ می‌شود؟ پیشرفت باتری‌ها وحشتناک سریع است. چه اتفاقی می‌افتد اگر باتری‌های حالت جامد (با برد ۱۵۰۰ کیلومتر و شارژ ۵ دقیقه‌ای) یا سوخت هیدروژنی برنده شوند؟ این جاده‌ها شبیه سرمایه‌گذاری روی تلفن ثابت در دوران بلوغ گوشی‌های هوشمند خواهند بود.

پروژه‌های جاده‌های شارژی در جهان

این‌ها فقط تئوری نیستند. در سراسر دنیا، آسفالت‌ها در حال هوشمند شدن هستند و یک رقابت جدی برای ساختن این آینده جریان دارد.

۱. سوئد: پیشگام شارژ رسانا و دائمی

سوئد پیشگام واقعی است. پروژه eRoadArlanda ۲۰۱۸ یک مسیر آزمایشی ۲ کیلومتری (رسانا) بود. اما این فقط دست‌گرمی بود. آن‌ها حالا در حال ساخت اولین بزرگراه برقی دائمی جهان (E۲۰) هستند. این پروژه ۲۰ کیلومتری در ۲۰۲۵ افتتاح می‌شود و هدف نهایی، ۳۰۰۰ کیلومتر شبکه تا ۲۰۳۵ است.

۲. ایالات متحده: تمرکز بر شارژ بی سیم در دیترویت

آمریکا (میشیگان) روی شارژ بی‌سیم (القایی) تمرکز دارد. اولین جاده عمومی در دیترویت، با همکاری «الکتریون» (Electreon) راه‌اندازی شد. این مسیر ۴۰۰ متری در آزمایش‌ها توانست به یک ون فورد E-Transit تا ۱۹ کیلووات شارژ در حال حرکت بدهد.

۳. آلمان: آزمایش مدل القایی برای اتوبوس های عمومی

آلمان نگاهی عملیاتی دارد و روی حمل و نقل عمومی تمرکز کرده است. هم اکنون در شهر بالینگن، با همکاری الکتریون، یک مسیر ۱ کیلومتری می‌سازد. هدف، شارژ یک اتوبوس برقی عمومی در مسیر روزانه‌اش است.

۴. رقابت در سایر نقاط اروپا

رقابت جهانی ادامه دارد:

• انگلستان در حال بررسی و آزمایش طرح است.
• نروژ در حال ساخت جاده القایی با قابلیت شارژ تا سرعت ۷۰ کیلومتر بر ساعت است.
• هلند در حال بررسی «خطوط ویژه» شارژ در بزرگراه‌ها است.

مقایسه فنی پروژه های آکادمیک خیابان های شارژده

بزرگان فناوری و دانشگاه‌ها نیز در حال جابه‌جا کردن مرزهای این فناوری هستند.

وضعیت کنونی در ایران با تمرکز کامل بر ایستگاه های ثابت

در ایران، واقعیت امروز حمل و نقل برقی، «توقف» برای شارژ است، نه حرکت. تمام تمرکز فعلی بر توسعه ایستگاه‌های شارژ ثابت (Plug-in) قرار دارد. این ایستگاه‌ها ۳ سطح اصلی دارند:

• سطح ۱ (Level ۱) به عنوان شارژر خانگی (۱۲۰ ولت) با سرعت پایین، مناسب شارژ شبانه
• سطح ۲ (Level ۲) یک مدل قوی‌تر (۲۴۰ ولت) برای پارکینگ‌های عمومی و تجاری
• سطح ۳ (Fast Charging) شارژرهای سریع DC حدود ۵۰ تا ۳۵۰ کیلووات برای جاده‌ها (با قابلیت پر کردن ۸۰٪ باتری در نهایت ۳۰ دقیقه)

آمار و برنامه های توسعه در کشور ایران برای جاده‌های شارژی

ما در ابتدای این مسیر طولانی هستیم. در حال حاضر تعداد ایستگاه‌های فعال شارژ خودرو برقی ثابت (حدود ۱۱ ایستگاه) بسیار محدود و بیشتر در تهران متمرکز است. اما خبر خوب، آغاز یک حرکت جدی برای تغییر است. برنامه‌های اعلامی عزم جدی را نشان می‌دهند:

• برنامه تهران افزایش ایستگاه‌ها از ۲۰ به ۳۵۰۰ ایستگاه
• برنامه ملی ساخت ۳ هزار ایستگاه شارژ جدید
• تمرکز بر ناوگان و افزایش همزمان ایستگاه‌ها برای تاکسی‌های برقی
• آمادگی شهرهایی برای آماده‌سازی زیرساخت

سخن پایانی

آیا این جاده‌های هوشمند یک رویای علمی تخیلی باقی می‌مانند؟ خیر. به همان سرعتی که خودروی برقی به واقعیت تبدیل شد، رانندگی روی جاده‌ای که خودرو را شارژ می‌کند نیز عادی خواهد شد. آینده این فناوری به ۳ عامل مهم وابسته است:

• سیاست‌گذاری درست
• رسیدن به استاندارد واحد جهانی
• کاهش هزینه‌ها

این فناوری جایگزین ایستگاه‌های ثابت نخواهد بود، بلکه به عنوان یک مکمل قدرتمند شروع می‌شود. تمرکز اولیه به جای هزاران کیلومتر بزرگراه، روی نقاط مهم خواهد بود:

• مسیرهای مشخص اتوبوسرانی در شهرها (مانند پروژه آلمان)
• مسیرهای ثابت کامیون‌های خودران بین دو مرکز لجستیک
• ایستگاه‌های اتوبوس و تاکسی (شارژ بی‌سیم در حالت توقف)

هدف نهایی، یک هدف بزرگ یعنی کاهش فوری آلاینده‌ها و حرکت به سمت انرژی پاک است. جاده‌های شارژی یکی از مهم‌ترین پاسخ‌ها برای حل معمای حمل و نقل پایدار و بدون سوخت فسیلی هستند.

سوالات متداول

آیا جاده های خورشیدی همان خیابان های شارژده هستند؟

خیر، جاده های خورشیدی (Solar Roads) مانند پروژه Wattway با پنل های فتوولتائیک برق تولید می کنند (مثلا برای روشنایی جاده)، اما جاده های شارژی (Charging Roads) برق را از شبکه مصرف می کنند و آن را به خودروی در حال حرکت منتقل خواهند کرد. 

آیا در ایران هم جاده شارژی وجود دارد؟

خیر، در حال حاضر هیچ جاده شارژی فعالی در ایران وجود ندارد. تمام تمرکز فعلی زیرساخت ها بر توسعه ایستگاه های شارژ ثابت (Plug-in) است.

مزیت اصلی شارژ حین حرکت نسبت به شارژ سریع ثابت چیست؟

مزیت اصلی، حذف کامل توقف است. شارژ حین حرکت اضطراب برد را به صفر می رساند و برخلاف شارژ سریع که ۲۰ تا ۳۰ دقیقه توقف نیاز دارد، به شما اجازه می دهد بدون وقفه به سفر ادامه دهید. مزیت جانبی و بسیار مهم آن، امکان استفاده از باتری های بسیار کوچک تر و ارزان تر است.