Schwerlast-Lkw oder Sattelschlepper mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 26,000 Pfund sind für rund 15 % des gesamten US-amerikanischen Transportenergieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Die Elektrifizierung dieser Fahrzeuge wäre ein wichtiger Schritt zur Dekarbonisierung des Verkehrs in den Vereinigten Staaten. Die Möglichkeiten für batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) im Schwerlastverkehr werden jedoch aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Fahrzeugreichweite, der Ladeanforderungen und des Batteriegewichts stark diskutiert.
Forscher des National Renewable Energie Laboratory (NREL) hat kürzlich in Zusammenarbeit mit zwei Energieversorgern eine vielversprechende Möglichkeit für eine kurzfristige Elektrifizierung dieses Segments durch Depotladung untersucht. Diese Studie, die mehrere Kurzstrecken-Lkw-Transporte untersucht, wird in einem kürzlich erschienenen Artikel von Nature Energy ausführlich beschrieben. Das Team untersuchte auch die Auswirkungen dieser Fahrzeuge auf das Netz und zeigte, dass in den meisten Fällen die vorhandenen Technologie kann das Aufladen von LKWs in Depots ermöglichen.
„Die Lkw-Branche steht schweren Elektrofahrzeugen seit Jahren skeptisch gegenüber“, sagte Brennan Borlaug von NREL, Research-Analyst und Hauptautor der Studie. „Diese Wahrnehmung verschiebt sich, und unsere Untersuchungen legen nahe, dass bestimmte Kurzstreckenbetriebe heute mit relativ stromsparender Depotladung elektrifiziert werden können, die das Netz nicht überlastet.“
Kurzstrecken-Lkw haben einen erheblichen Anteil am Lkw-Gesamtbestand
Während sich die meisten Menschen Sattelschlepper vorstellen, die schwere Lasten über lange Autobahnen transportieren, deuten die vom US Census Bureau gesammelten Daten darauf hin, dass fast 80 % der schweren Lastwagen hauptsächlich innerhalb einer Reichweite von 200 Meilen verkehren. Diese Lastkraftwagen machen etwa 50 % des gesamten Energieverbrauchs von schweren Nutzfahrzeugen aus und sind in der Regel für die Verteilung von Waren zwischen Lagerhäusern und nahe gelegenen Einzelhandelsgeschäften verantwortlich. Dadurch zeichnen sich die Fahrzeuge häufig durch kurze, vorhersehbare Strecken und schichtfreie Zeiten an zentralen Standorten wie einem Fahrzeugdepot aus und sind damit beste Kandidaten für die Elektrifizierung. Im Idealfall könnten Flotten alle Ladevorgänge in ihren Depots durchführen, wo es bequem, kostengünstig und vollständig kontrollierbar ist.
Kommerzielle Schwerlastverkehre sind motiviert, die Betriebskosten zu senken. Eine Studie zeigt, dass die Kraftstoffkosten für Lkw mehr als die Hälfte der Gesamtbetriebskosten ausmachen. Die Umstellung auf BEV-Flotten würde eine deutliche Reduzierung der Kraftstoffkosten bieten und weniger routinemäßige Wartung erfordern, ein weiterer wichtiger Vorteil für Flotten.
Simulation des Ladens von Elektrofahrzeugen für den realen Flottenbetrieb
NREL-Forscher nutzten reale Betriebsdaten aus dem Flotten-DNA-Clearinghouse von NREL, um das Laden von Elektrofahrzeugen in Flottendepots zu simulieren, und machten die Ladeergebnisse für andere Forscher öffentlich zugänglich. Das Fleet DNA-Tool bietet zusammengesetzte Datenzusammenfassungen und Visualisierungen für den realen Flottenbetrieb mittlerer und schwerer Nutzfahrzeuge, die nützlich sind, um den Betriebsbereich von Nutzfahrzeugen über verschiedene Berufe und Gewichtsklassen hinweg zu verstehen. Die NREL-Forscher simulierten mehrere Ladestrategien, darunter das „intelligente“ Laden, bei dem BEVs die im Depot geparkte Zeit voll ausnutzen, um langsamer zu laden und den Spitzenenergiebedarf zu reduzieren. Diese Studie zeigt, dass für die untersuchten Flotten der Ladebedarf bei Leistungsniveaus der aktuellen Light-Duty-Ladetechnologie (≤100 kW/Fahrzeug) gedeckt werden kann.
Integrieren von Heavy-Duty-EV-Laden in das Stromnetz
Ein letzter Schwerpunkt der Forschung war die Bewertung, ob das heutige Stromverteilnetz das Laden von Hochleistungsdepots angemessen unterstützen kann. NREL arbeitete mit zwei Versorgungsunternehmen zusammen – der Southern Company und der in Texas ansässigen Oncor Electric Delivery Company –, um eine Lastintegrationsstudie für 36 Umspannwerke durchzuführen und die Kosten und Zeitpläne zusammenzufassen, die für die erwarteten Netzaufrüstungen erforderlich sind. Das Team stellte fest, dass die meisten (~80 %) der untersuchten Umspannwerke die zeitveränderlichen Lasten von 100 mit 100 kW/Fahrzeug aufgeladenen Lastwagen ohne Upgrades versorgen könnten, und weitere 10 % der Umspannwerke könnten Upgrades vermeiden, wenn Flotten „smart“ verwendet würden. aufladen.
„Diese Studie ist insofern einzigartig, als sie ein vollständigeres Bild davon zeichnet, wie es aussehen würde, diese Flotten zu elektrifizieren“, sagte David Woody, Senior Manager im Bereich Distribution Planning bei Oncor und Mitautor der Studie. „Wenn Technologien zur Verfügung stehen, die die Elektrifizierung von Schwerlastflotten ermöglichen, können Studien wie diese dazu beitragen, die Auswirkungen dieses Übergangs vorherzusehen und sich darauf vorzubereiten. Die Zusammenarbeit der Kunden mit Versorgungsunternehmen zur Überprüfung von Lastprofilen, aktuellen und zukünftigen Geschäfts- und Betriebsanforderungen sowie Bereitstellungszeitplänen wird beim Übergang zur Elektrifizierung von entscheidender Bedeutung sein.“
In Zukunft sind die NREL-Forscher daran interessiert, zu untersuchen, wie andere kommerzielle Fahrzeug operative Segmente – wie Last-Mile-Lieferwagen oder Fernverkehr – können elektrifiziert und in das sich entwickelnde Netz integriert werden.