Una carretera eléctrica , eroad , e-roadway o sistema de carreteras eléctricas (ERS) es una carretera que suministra energía eléctrica a los vehículos que circulan por ella. Las implementaciones comunes son líneas eléctricas aéreas sobre la carretera, suministro de energía a nivel del suelo a través de rieles conductores y transferencia de energía inalámbrica dinámica (DWPT) a través de bobinas inductivas resonantes o rieles inductivos integrados en la carretera. Las líneas eléctricas aéreas están limitadas a los vehículos comerciales, mientras que los rieles a nivel del suelo y la transferencia de energía inductiva pueden ser utilizados por cualquier vehículo, lo que permite la carga pública a través de sistemas de medición y facturación de energía. De los tres métodos, se estima que los rieles conductores a nivel del suelo son los más rentables. [1] : 10–11
Se han realizado estudios y ensayos gubernamentales en varios países. Corea fue el primero en implementar una carretera eléctrica pública basada en inducción con una línea de autobuses comerciales en 2013 después de probar un servicio de transporte experimental en 2009, [2] : 11–18 pero se cerró debido al envejecimiento de la infraestructura en medio de la controversia sobre la continua financiación pública de la tecnología. [3] Los proyectos municipales del Reino Unido en 2015 [4] y 2021 encontraron que las carreteras eléctricas inalámbricas eran financieramente inviables. [5] Alemania descubrió en 2023 que el sistema de carreteras eléctricas inalámbricas (wERS) de Electreon recolecta el 64,3% de la energía transmitida, plantea muchas dificultades durante la instalación y bloquea el acceso a otra infraestructura en la carretera. [6] Suecia ha estado realizando evaluaciones de varias tecnologías de carreteras eléctricas desde 2013 bajo el programa de carreteras eléctricas de la Administración de Transporte de Suecia . [7] : 5 A partir de 2023, Suecia está aplicando medidas de reducción de costos para carreteras eléctricas inalámbricas o ferroviarias. [8] Alemania probó líneas aéreas en tres proyectos e informó que son demasiado caras, difíciles de mantener y plantean un riesgo de seguridad. [9] [10] [11] Francia encontró esos mismos inconvenientes para las líneas aéreas y comenzó a probar sistemas viales eléctricos inductivos y ferroviarios en 2023. [12] [13]
Términos como "autopista eléctrica" también pueden usarse para describir carreteras regulares equipadas con estaciones de carga a intervalos regulares. [14]
El TRL (anteriormente Transport Research Laboratory) enumera tres tipos de suministro de energía para la carga dinámica, o carga mientras el vehículo está en movimiento: líneas eléctricas aéreas , energía a nivel del suelo a través de rieles e inducción a través de rieles o bobinas resonantes. El TRL enumera la energía aérea como la solución tecnológicamente más madura que proporciona los niveles más altos de energía, pero la tecnología no es adecuada para vehículos no comerciales. La energía a nivel del suelo es adecuada para todos los vehículos, siendo el riel una solución madura con alta transferencia de energía y elementos de fácil acceso e inspección. La carga inductiva proporciona la menor energía, requiere más equipo eléctrico en la carretera que las alternativas, [2] : Apéndice D y aumenta el riesgo de daño a la superficie de la carretera. [15]
Los gobiernos y los institutos de investigación recomendaron estandarizar las tecnologías ERS antes de elegir una tecnología específica. Un informe de los Institutos de Investigación de Suecia (RISE) recomienda una infraestructura interurbana capaz de 300 kW o más para una mejor relación costo-beneficio. [16] El Instituto Nacional de Investigación de Carreteras y Transportes (VTI) de Suecia recomienda de manera similar un sistema capaz de entregar 300 kW por camión. [17] El grupo de trabajo del Ministerio de Ecología francés recomienda 400 kW para camiones de 44 toneladas que circulen a 90 kilómetros por hora a lo largo de una pendiente del 2% , o un mínimo de 250 kW para que el camión pueda cargarse en carreteras planas o con pendientes suaves. [18] : 25 La Comisión Europea publicó en 2021 una solicitud de regulación y estandarización de los sistemas de carreteras eléctricas. [19]
A finales de 2022 se publicó una norma para equipos eléctricos a bordo de vehículos propulsados por un sistema de suministro de energía a nivel del suelo (ERS), la norma técnica CENELEC 50717. [20] Está previsto que se publique una norma para un sistema completo de suministro de energía a nivel del suelo a finales de 2024, [21] [22] como se especifica en la norma técnica propuesta prTS 50740 de conformidad con la directiva 2023/1804 de la Unión Europea. [23] [24]
Desde 2020 existen normas para la carga inductiva de vehículos, aunque no son adecuadas de inmediato para las carreteras eléctricas. Por ejemplo, el director ejecutivo de IPT, una empresa de transferencia de energía inductiva para vehículos, considera que las normas existentes son "extremadamente caras" para su uso en carreteras eléctricas. IPT está explorando implementaciones rentables, como los rieles inductivos. [25] WiPowerOne (una rama del proyecto KAIST OLEV ) y Electreon, dos empresas de carreteras eléctricas inalámbricas, llevan trabajando en nuevas normas de carga inductiva dinámica desde 2021. [26]
La Administración de Transporte de Suecia prevé que una red nacional de carreteras eléctricas requeriría interfaces entre varios actores: el proveedor de electricidad, la empresa de la red eléctrica , el fabricante del vehículo , el propietario de la carretera, el operador de la tecnología de carreteras eléctricas, el proveedor de medición y facturación y el usuario de la carretera eléctrica. El modelo de propiedad puede variar: la empresa de la red eléctrica puede ser propietaria de las subestaciones eléctricas secundarias en la carretera que alimentan la infraestructura de carreteras eléctricas o pueden ser propiedad de otros actores, y el sistema de lectura y pago de energía puede ser propiedad de un actor separado del operador de la infraestructura. [7] : 10–11
Las líneas eléctricas aéreas se han utilizado para el transporte por carretera desde al menos 1882 en Berlín con los trolebuses de Werner von Siemens . Más de 300 sistemas de trolebuses estaban en funcionamiento en 2018. La energía para los trolebuses se suministra normalmente mediante un par de postes de trolebuses colocados en la parte superior del vehículo que se extienden hasta las líneas eléctricas aéreas . Se han desarrollado implementaciones para vehículos de carretera a finales de la década de 2000 y en la década de 2010 [27] : 15 pero no son adecuadas para vehículos no comerciales como los turismos. [2] : Apéndice D
El suministro de energía a nivel del suelo en forma de rieles electrificados es similar a las líneas eléctricas aéreas en su implementación. En lugar de un brazo o poste que se extiende hasta las líneas eléctricas aéreas, un brazo mecánico se extiende desde la parte inferior del vehículo y se alinea con un riel incrustado en la carretera. Luego, se alimenta el riel y la energía se transfiere a través del brazo al vehículo. [27] : 16 El suministro de energía a nivel del suelo se considera estéticamente preferible a los cables aéreos [27] : 20 y es adecuado para todo tipo de vehículos. [2] : 24
El concepto de una fuente de alimentación inalámbrica a nivel del suelo para vehículos se patentó por primera vez en 1894. En 1996 se demostró un sistema de carga estática para autobuses lanzadera en Nueva Zelanda. [27] : 13 Conductix-Wampfler y Bombardier PRIMOVE han implementado sistemas similares, que luego se desarrollaron desde la carga estática en las estaciones de autobuses hasta la carga dinámica durante la conducción. [2] : Apéndice B
El desarrollo de sistemas viales electrónicos ha crecido significativamente desde finales de la década de 1990 hasta la década de 2010. [2] : 12–22 Varias empresas han desarrollado e implementado sistemas viales eléctricos en la década de 2010. [2] : Apéndice B
El Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea lanzó en 2009 un servicio de transporte con carga dinámica inalámbrica a través de bobinas inductivas incrustadas en la carretera. En 2013, OLEV lanzó una línea de autobuses en la ciudad de Gumi . [2] : 16 Otra línea de autobuses se lanzó en Sejong en 2015, y se agregaron dos líneas de autobuses más en Gumi en 2016. [28] : 4 Las cuatro líneas de autobuses de carga inalámbrica se cerraron debido al envejecimiento de la infraestructura. Se inauguró una nueva línea de autobuses en 2019 en el distrito de Yuseong . [29] La comercialización de la tecnología no ha tenido éxito, lo que generó controversia sobre la continua financiación pública de la tecnología en 2019. [3]
La Administración de Transporte de Suecia, Trafikverket, estableció un programa de carreteras eléctricas que estudiaba la viabilidad de una infraestructura nacional de carreteras eléctricas para Suecia . El programa de investigación comenzó en 2012 [30] y las evaluaciones de varias tecnologías de carreteras eléctricas en Suecia comenzaron en 2013. [31] : 12 Trafikverket esperaba el informe final de la comisión de electrificación sueca para fines de 2022, [32] pero se retrasó hasta diciembre de 2024. [33]
El informe final de CollERS, la colaboración de investigación sueco-alemana sobre sistemas de carreteras eléctricas, recomendó a Trafikverket seleccionar una única tecnología ERS, adecuada para camiones pesados, con varios proveedores que utilicen un estándar existente, coordinado con las decisiones ERS alemanas y francesas , no necesariamente lideradas por la Unión Europea pero con su coordinación, utilizando un sistema de pago neutral en cuanto a la tecnología ERS. [34]
Se esperaba que Trafikverket anunciara su tecnología elegida para carreteras eléctricas a fines de 2023, [35] pero debido a que las ofertas de adquisición para la primera carretera eléctrica permanente en la autopista E20 excedían el presupuesto del proyecto, en 2023 Trafikverket comenzó a investigar medidas de reducción de costos para realizar el proyecto dentro de su presupuesto. [8] El proyecto E20 se financió con 500-600 millones de coronas suecas , o alrededor de 24-29 millones de coronas suecas por dos kilómetros de carril. [36]
Francia planea invertir entre 30.000 y 40.000 millones de euros hasta 2035 en un sistema de carreteras eléctricas que abarque 8.800 kilómetros y recargue coches, autobuses y camiones eléctricos mientras conducen. En 2023 se anunciaron dos proyectos para la evaluación de tecnologías de carreteras eléctricas. Originalmente se consideraron tres tecnologías: suministro de energía a nivel del suelo , carga inductiva y líneas aéreas . Las tecnologías de suministro de energía a nivel del suelo, proporcionadas por Alstom , Elonroad y otros, se consideran las candidatas más probables para las carreteras eléctricas. La carga inductiva no se considera una tecnología madura, ya que proporciona la menor potencia, pierde entre el 20% y el 25% de la potencia suministrada cuando se instala en camiones y sus efectos sobre la salud aún no se han documentado. Las líneas aéreas son la tecnología más madura, pero las catenarias y los cables aéreos plantean problemas de seguridad y mantenimiento, [13] y las empresas de autopistas consideran que las líneas aéreas son demasiado caras. [12]
Francia construyó una pista de pruebas para la carga inalámbrica dinámica de vehículos de Qualcomm y concluyó las pruebas en 2018. [37] : 9
Alstom ha desarrollado un sistema de suministro de energía a nivel del suelo (alimentation par le sol - APS) para su uso con autobuses y otros vehículos. [38] El sistema ha sido probado para su compatibilidad con quitanieves y para su seguridad bajo exposición a la nieve, el hielo, la sal y la salmuera saturada . [39] Alstom probará su sistema de carreteras eléctricas (ERS) en la carretera pública RN205 [40] en la región de Rhône-Alpes entre 2024 y 2027. [41] Se espera que el sistema suministre 500 kW de energía para camiones pesados eléctricos, así como energía para vehículos utilitarios de carretera y automóviles eléctricos . [42]
Vinci probará dos sistemas de carreteras eléctricas (ERS) entre 2023 y 2027. Ambas tecnologías se probarán inicialmente en condiciones de laboratorio y, una vez que cumplan los requisitos de prueba, se instalarán a lo largo de 2 kilómetros cada una en la autopista A10 al sur de París. El ERS inalámbrico de Electreon se probará para comprobar su durabilidad en el tráfico de la carretera e intentará alcanzar los 200 kW de suministro de energía por camión utilizando varios receptores. El ERS ferroviario de Elonroad, que suministra 350 kW de potencia por receptor, se probará para comprobar los efectos de derrape en las motocicletas . Ambos sistemas serán interoperables con automóviles, autobuses y camiones. [43]
La India ha anunciado planes para una red de autopistas eléctricas de 6.000 km. [44] La parte de la red entre Sohna y Jaipur está destinada en primer lugar a autobuses eléctricos . [45]
Japón probó un sistema de carreteras eléctricas en una vía pública con Honda en 2018. [37] : 10
El Ministerio de Economía alemán, BMWK , evaluó los sistemas de catenarias para camiones. El proyecto se denominó "e-Highway" y culminó en tres pruebas en carreteras públicas: FESH, ELISA y eWayBW. [2] [46] Una de esas pruebas se lanzó en mayo de 2019 en un tramo de 10 km (6,2 mi) de la Bundesautobahn 5 al sur de Frankfurt , operada por el consorcio ELISA que incluye a Siemens y Scania. [47] Los resultados fueron mixtos. Al final del período de prueba, el sistema estaba funcionando satisfactoriamente y los operadores que usaban la tecnología disfrutaban de menores costos de flete. A pesar de esto, el Ministerio se encontró con altos costos, mantenimiento difícil [10] y riesgos de seguridad para los servicios de emergencia por las catenarias y para los automovilistas por los postes de la carretera. [11] Posteriormente, el Ministerio puso fin a su apoyo financiero a las pruebas. [9]
Bombardier realizó una prueba de transferencia de energía inalámbrica dinámica en Mannheim , Alemania, en 2013. [37] : 9
En 2023, el Ministerio de Economía alemán, BMWK , llevó a cabo pruebas del sistema de carreteras eléctricas inalámbricas (wERS) con infraestructura de Electreon. Se equipó un autobús con bobinas inductivas que reciben energía de una franja de transmisores de 200 metros debajo de la superficie de la carretera. Los receptores pudieron recolectar el 64,3% de la energía emitida por los transmisores. La instalación resultó compleja y costosa, y encontrar ubicaciones adecuadas para los gabinetes de energía de las bobinas en la carretera resultó difícil. La infraestructura wERS bloqueó el acceso a toda la infraestructura civil debajo de ella. Las interrupciones del acceso a Internet hicieron que la infraestructura wERS dejara de funcionar por completo. [6]
Highways England inició un proyecto de transferencia de energía inalámbrica dinámica en 2015 [48], pero el proyecto se canceló a principios de 2016 por razones presupuestarias. [4] Otro estudio de viabilidad de transferencia de energía inalámbrica dinámica, denominado DynaCoV, comenzó en 2021 y emitió su informe final en 2022. El estudio encontró que la carga inalámbrica dinámica es de 3 a 10 veces más cara que la carga conductiva y no es económicamente viable. [5] Los costes propuestos para 200 metros (220 yardas) fueron de aproximadamente 716.000 libras esterlinas para las bobinas inductivas y sus unidades de gestión, 258.000 libras esterlinas para los costes civiles, incluidas las obras viales y las conexiones a la red eléctrica, 64.000 libras esterlinas para la planificación y la puesta en servicio, 18.000 libras esterlinas para el mantenimiento y la gestión de datos durante 12 meses, 129.500 libras esterlinas para equipar un autobús y una furgoneta con receptores inalámbricos, y 300.000 libras esterlinas para el informe adjunto sobre el proyecto. [49] La empresa que participó en el estudio, Electreon, tiene previsto pavimentar su carretera de demostración de carga inalámbrica en 2024. [50]
En mayo de 2023, ENRX (anteriormente IPT) ganó un contrato para construir un sistema de carga inalámbrica de una milla capaz de cargar hasta 200 kW en la carretera estatal 516 cerca de Orlando , Florida . El proyecto está financiado con 13 millones de dólares. [51] Detroit , Michigan inauguró en noviembre de 2023 un tramo de carretera de carga inalámbrica de un cuarto de milla cerca de Michigan Central . El proyecto fue financiado con 5,9 millones de dólares. [52] La infraestructura, proporcionada por Electreon, impulsó una camioneta que circulaba a 9 mph con 16 kW de potencia. [53]
Indiana comenzó a construir una franja de autopista electrificada en 2024 que utiliza una carga por bobina inductiva de 200 kW, adecuada para camiones pesados. El proyecto cuesta 11 millones de dólares por cuarto de milla de carretera. La investigación sobre el proyecto, realizada por Steve Pekarek de la Universidad de Purdue , tiene como objetivo demostrar que la tecnología podría hacer que la transición a camiones eléctricos pesados sea más beneficiosa económicamente para las empresas. [54]