Volta Via analizuje zelektryfikację placów budowy dróg

Projekt badawczy Volta Via badał, w jaki sposób duże placów budowy przy budowie dróg można zelektryfikować oraz jaką infrastrukturę energetyczną jest to wymagające. Modele zelektryfikowane są już dostępne dla aż 86 procent rozważanych klas maszyn.

Dla intensywnych faz budowy obliczono zapotrzebowanie na ładowanie wynoszące 378 kW.

Zdjęcie: Volta Via

Projekt został przeprowadzony przez Zeppelin Rental we współpracy z Katedrą Inżynierii Produkcji Komponentów E-Mobilności (PEM) na RWTH Aachen. Wśród uczestników byli m.in. Autobahn GmbH, Federalne Instytut Badawcze Dróg (BASt), austriacka ASFINAG oraz szwajcarski Federalny Urząd Dróg (ASTRA).

Badanie obejmowało między innymi główne prace renowacyjne oraz naprawy powierzchni dróg asfaltowych i betonowych. Dla lat 2027, 2040 i 2050 partnerzy projektu opracowali scenariusze referencyjne dotyczące wymagań co do maszyn, zaopatrzenia w energię oraz infrastruktury ładowania. Zgodnie z ostatecznym raportem muszą one być dostosowywane do metod budowlanych, konfiguracji maszyn, czasu realizacji prac oraz warunków lokalnych.

Wyniki pokazują, że modele elektryczne są już dostępne na rynku dla aż 86 procent wymaganych klas maszyn. Nie oznacza to jednak pełnej równoważności technicznej z maszynami diesla. Nadal istnieją ograniczenia, szczególnie jeśli chodzi o ciągłą moc wyjściową, czas pracy, wymagania dotyczące ładowania oraz elastyczność zastosowania. Autorzy wskazują na braki w dostawach przede wszystkim w przypadku maszyn do układania nawierzchni.

Dostawa energii staje się kluczowym czynnikiem

Kalkulacja modelowa dotycząca elektryfikacji remontów autostrad ilustruje potencjalny dodatkowy popyt na energię elektryczną. Przy założeniu tempa remontów wynoszącego cztery procent, Niemcy potrzebowałyby około 34,7 GWh dodatkowej energii rocznie, co odpowiada około 0,0066 procenta całkowitego zużycia energii w tym kraju. Dla całego regionu D-A-CH Volta Via szacuje roczną potrzebę na poziomie około 44 GWh.

Jednak według raportu lokalna dostępność potrzebnej mocy jest ważniejsza niż całkowita ilość energii. W najbardziej wymagającej pod względem mocy fazie budowy w scenariuszu referencyjnym powstaje zapotrzebowanie na moc ładowania wynoszące 378 kW. Należy wziąć pod uwagę takie czynniki jak połączenia z siecią, okna ładowania, systemy magazynowania energii, zarządzanie obciążeniem oraz możliwe jednoczesne procesy ładowania.

Nie wszystkie pojazdy muszą być ładowane bezpośrednio na placu budowy. Zgodnie z badaniem, lawety dopuszczone do ruchu drogowego, ciężarówki szynowe, mieszalniki betonu oraz inne pojazdy do transportu materiałów mogą również korzystać z placów operacyjnych, obiektów produkcyjnych i logistycznych lub publicznych punktów ładowania ciężarówek.

Dla maszyn używanych na placach budowy konieczne są inne rozwiązania dostawowe. W przypadku wieloletnich, dużych projektów opcją może być połączenie napięciem średnim dostosowane do konkretnego projektu. Dla krótszych lub mobilnych placów budowy raport proponuje tymczasowe i przenośne systemy dostaw. Maszyny z przewodami mogą być również praktyczne do zastosowań stacjonarnych. To mogłoby częściowo wyeliminować potrzebę dużych systemów magazynowania energii w postaci baterii w maszynach, o ile dostępne jest wystarczająco mocne połączenie z siecią elektryczną.

Koszty eksploatacji mogą się zmniejszyć

Volta Via przeanalizowała również koszty eksploatacji w różnych scenariuszach. Przy założeniu stałego wykorzystywania dostępnych urządzeń elektrycznych, do 2027 roku koszty te mogłyby zostać obniżone o nieco ponad połowę w porównaniu z tradycyjnym podejściem. Do 2050 roku model przewiduje spadek do zaledwie jednej ósmej obecnych poziomów.

Jednakże obliczenia te nie uwzględniają kosztów zakupu urządzeń. Zakładają one również stałą cenę prądu przemysłowego na poziomie z 2025 roku. Zgodnie z raportem, efektywność kosztowa elektrycznych maszyn budowlanych zależy od takich czynników jak stopień wykorzystania, godziny pracy, ceny energii, koszty infrastruktury, wartości resztkowe oraz potencjalny wpływ na produktywność i czas budowy.

Wartości emisji są również modelemowymi potencjałami. Przy założonych optymalnych warunkach Volta Via oblicza mniej więcej o 80 procent mniejsze emisje gazów cieplarnianych w 2027 roku w porównaniu z konwencjonalnym przypadkiem referencyjnym. Do 2050 roku potencjał redukcji wzrasta do około 97 procent. Rzeczywiste wartości zależą między innymi od źródła energii elektrycznej, dostępności maszyn oraz specyfiki placu budowy.

Projekt skupił się również na sposobie przyznawania publicznych kontraktów budowlanych. W tym celu zastosowano indeks elektryfikacji, który uwzględnia technologię napędową, liczbę maszyn oraz ich znaczenie dla procesu budowlanego. Ma to na celu zapobieganie sytuacji, w której duża liczba małych urządzeń elektrycznych nadmiernie poprawia wyniki, podczas gdy kluczowe etapy procesu są nadal wykonywane w tradycyjny sposób.

Wskaźnik jest uwzględniany jako kryterium dodatkowe, a nie kryterium wykluczające. Oferenci bez floty maszyn w pełni zelektryfikowanych nie powinni być całkowicie wykluczani, ale maszyny o niższych emisjach oraz koncepcje dostaw powinny uzyskać przewagę w ocenie. W miarę wzrostu dostępności na rynku wskaźnik może otrzymać większą wagę lub zostać poparty wartościami minimalnymi.

Volta Via zostało sfinansowane w ramach współpracy D-A-CH ds. badań nad infrastrukturą drogową w 2024 roku. Sponsorami są Niemieckie Federalne Ministerstwo Transportu, Austriackie Federalne Ministerstwo Innowacji, Mobilności i Infrastruktury oraz Szwajcarski Federalny Urząd Dróg.