Аккумуляторные электрические грузовики (BET) обладают высокой энергоэффективностью, хорошими эксплуатационными качествами, низким уровнем шума при работе и нулевыми выбросами парниковых и выхлопных газов. Однако их широкомасштабному внедрению препятствует ряд проблем: малый запас хода, недостаточно развитая инфраструктура зарядки, высокая стоимость аккумуляторов и проблемы с пропускной способностью сети для подключения и питания зарядных станций. Эти проблемы усугубляются сложностью грузовых операций, особенно дальнемагистральных автоперевозок.
Для логистических операторов эксплуатация BET также затруднена ограниченной доступностью станций быстрой зарядки, длительными сроками зарядки и федеральными правилами продолжительности рабочего дня (HOS), а также перебоями в электросетях вследствие лесных пожаров и экстремальных погодных явлений.
В статье Сяочэн Лю и Петроса Иоанну (журнал IEEE Electrification Magazine, т. 13 № 3 за 2025 год) представлен обзор основных технологий, связанных с BET, и приведен пример оптимизации маршрутов дальнего следования по коридору Лонг-Бич – Сан-Франциско. Авторы показывают, как планирование с учетом инфраструктуры может снизить эксплуатационные расходы, улучшить соответствие требованиям HOS и повысить устойчивость системы.
Проблемы и риски развития ЭЗС
Основным препятствием для внедрения BET является отсутствие мощной зарядной инфраструктуры, подходящей для использования в тяжелых условиях эксплуатации. Существующие сети зарядок общего пользования обеспечивают мощность в диапазоне 50-150 кВт и предназначены для легковых автомобилей, тогда как для дальнемагистральных грузовиков требуется мощность 250 кВт и более, причем есть тенденция повышения спроса на единичную мощность зарядных станций до 1 МВт.
Кроме того, недостаточное число быстрых ЭЗС вдоль грузовых коридоров увеличивает время простоя и снижает эффективность эксплуатации BET. В отличие от заправки дизельным топливом, которая занимает 10-15 минут, полная зарядка BET может занять от 60 до 120 минут. Например, для зарядки на 80% грузовика с мощностью электродвигателей 500 кВт требуется более часа. Такие задержки не только снижают загрузку транспортных средств, но и противоречат установленным периодам отдыха, что приводит к сбоям в расписании.
Высокие энергозатраты автопарков BET создают серьезные проблемы для местных электросетей. Одна зарядная станция мегаваттного класса может потреблять энергию, эквивалентную сотям домов, а одновременная зарядка нескольких грузовиков в транспортных узлах приводит к локальным пикам спроса. Кроме того, надежность электросетей снижается в регионах, подверженных лесным пожарам, аномальной жаре и киберугрозам, и без должного резервирования перебои в электросетях могут привести к обездвиживанию парка электромобилей.
Стратегия развертывания грузового электропарка
Авторы считают необходимым при развертывании электрического автопарка учитывать инфраструктурные ограничения, нормативные требования и управление энергопотреблением. Для этого исследователи и логистические операторы разработали систему планирования, которая минимизирует общие эксплуатационные расходы, соблюдает правила отдыха водителя и обеспечивает достаточное энергопотребление грузовика на протяжении всей поездки.
При прокладке маршрута система учитывает несколько эксплуатационных факторов: максимально возможное расстояние между зарядками, которое определяется емкостью аккумулятора грузовика и уровнем заряда (SOC), уровень мощности ЭЗС (250 кВт или 1 МВт), её местоположение и доступность. Система определяет экономически эффективный маршрут, оценивает доступную инфраструктура зарядки, ожидаемое время в пути, уровень разряда батареи и нормативные временные рамки. При наличии сверхбыстрых зарядных устройств (≥1 МВт) приоритет отдается минимизации времени простоя. Основной задачей при планировании является синхронизация зарядки с периодами отдыха водителя.
Система отслеживает состояние инфраструктуры, получая обновления в режиме реального времени от телематических систем и сетей зарядных станций. При возникновении сбоев (отключение зарядного устройства или затор на дороге) маршрут пересчитывается с учетом обновленных прогнозов SOC, альтернативных мест подзарядки в пределах досягаемости и соответствия требованиям HOS. Система поддерживает различные конфигурации транспортных средств и типы сетей, что позволяет проводить сравнительную оценку сценариев.
Коридор от Лонг-Бич до Сан-Франциско
Оценка эффективности системы проведена на одном из наиболее активных и логистически значимых грузовых коридоров в Калифорнии – трассе протяженностью около 400 миль между портами Лонг-Бич и Сан-Франциско, которые обеспечивают 40% контейнерного оборота США. Инфраструктура ЭЗС включает 250-киловаттные станции постоянного тока (позже некоторые пункты были модернизированы для сверхбыстрой зарядки мощностью 1 МВт).
Грузовику мощностью 250 кВт и дальностью действия 300 миль потребовалось сделать на маршруте три остановки для зарядки. Общие эксплуатационные расходы составили $648, самый длинный отрезок пути без остановок составил около 7 часов. Аккумуляторный грузовик дальнобойной конфигурации с дальностью действия 600 миль проехал весь маршрут без подзарядки в пути, общие эксплуатационные расходы составили $600.
Сравнение стоимости эксплуатации электротрака с пробегом 300 миль при использовании двух различных уровней мощности зарядки (250 кВт и 1 МВт) показало, что более высокая мощность зарядки приводит к постоянному снижению общих затрат во всем диапазоне цен на электроэнергию. При цене $0,2 за кВт·ч конфигурация мощностью 1 МВт стоит приблизительно $625, в то время как версия мощностью 250 кВт – на 3,6% выше, около $648.
В статье приведено сравнение общих эксплуатационных расходов электромобилей с аккумуляторами емкостью 300 и 600 миль и дизельных грузовиков при различных ценах на электроэнергию (от $0,2 до $0,38 за кВт·ч) при неизменной цене дизельного топлива $5 за галлон. Как показано на рис. 1, электротрак мощностью 600 кВт неизменно обеспечивал самые низкие эксплуатационные расходы во всех ценовых сценариях при базовой стоимости около $600 ($0,2 за кВт·ч). Затраты на эксплуатацию дизельного грузовика при тех же условиях составили около $700.
Таким образом, электромобили большой дальности действия обеспечивают превосходную экономическую стабильность и эффективность в первую очередь за счет минимизации времени простоя и снижения трудозатрат, связанных с остановками для зарядки.
Основной вывод статьи заключается в том, что скорость зарядки и доступность не менее важны для эффективности работы электромобиля, чем емкость его аккумуляторной батареи. Развертывание сверхбыстрых зарядных станций мощностью 1 МВт в ключевых точках коридора позволяет грузовикам даже меньшей дальности пробега выполнять графики поставок и нормативные требования с минимальной задержкой.
Авторы также отмечают, что повышение пропускной способности электросетевой инфраструктуры может принести больший операционный эффект, чем постепенные усовершенствования в области хранения энергии, но этот подход предполагает высокую надежность электрической сети. Повысить устойчивость систем можно за счет интеграции накопителей энергии, микросетей или распределенных источников энергии.
В статье приведен обзор технологий производства аккумуляторов для электромобилей, рассмотрены системы зарядки и подачи питания, ограничения скорости зарядки и температурные ограничения, а также вопросы безопасности.
Подробнее читайте исходную статью в журнале IEEE Electrification Magazine (т. 13, № 3 за 2025 год)
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России