Dynamisch laden van elektrische voertuigen biedt kansen

Rijkswaterstaat zou de komende jaren in toenemende mate de mogelijkheden van dynamisch laden van elektrische voertuigen moeten onderzoeken. De focus moet dan vooral liggen op zwaardere voertuigen zoals bussen en vrachtwagens, in plaats van op personenauto’s. Meer investeringen in onderzoek en het opdoen van praktische ervaring in samenwerking met het bedrijfsleven zijn belangrijke voorwaarden voor het creëren van een goede strategie en inzicht te krijgen in de mogelijke toegevoegde waarde voor de economie en de maatschappij.

Elektrisch rijden is nog altijd enorm in opkomst. Volgens de laatste gegevens is in ons land de verkoop van volledige elektrische auto’s en plug-in hybride auto’s de laatste jaren fors gegroeid. Het aantal personenauto’s in ons land dat (deels) elektrisch wordt aangedreven is meer dan verdubbeld, van ongeveer 43.000 eind 2014 naar ongeveer 90.000 eind vorig jaar en eind 2016 naar inmiddels meer dan 100.000.*

Om al deze voertuigen van elektriciteit te voorzien beschikte Nederland vorig jaar over zo’n 25.000 publieke (24/7 openbaar toegankelijke) standaard laadpunten, semipublieke (beperkt openbaar toegankelijke) standaard laadpunten en snellaadpunten. Ter vergelijking: eind 2015 en eind 2014 waren dit er nog respectievelijk 18.000 en 12.000. Naast de (semi)publieke laadpalen beschikt ons land verder over tal van private laadpalen, de RVO schat dat Nederlanders in 2014 samen goed waren voor zo’n 28.000 private laadpalen en eind vorig jaar voor circa 55.000.

Opties voor het opladen van voertuigen

Hoewel de pijlen meestal gericht zijn op elektrische laadpalen, zijn er andere mogelijke oplossingen waaraan gedacht kan worden voor het opladen van voertuigen. Een van deze opties is dynamisch laden, oftewel opladen terwijl mensen aan het rijden zijn, c.q. een voertuig gebruiken. Om zich op dit toekomstscenario voor te bereiden, heeft Rijkswaterstaat (RWS) twee onderzoeksbureaus ingeschakeld om onderzoek naar dynamisch laden te verrichten. Consultants van de twee bureaus, EVConsult en Movares, werden gevraagd een analyse op te stellen die inzicht geeft in de ontwikkelingen ten aanzien van inductieladen met inductielussen in de weg of door middel van een kabel boven de weg voor het gebruik van een pantograaf. Ook is hen verzocht om de impact van dynamisch rijden op het huidige netwerk van Rijkswaterstaat onder de loep te nemen.

Het onderzoek start met het evalueren van de technische methoden waarmee dynamisch laden gerealiseerd kan worden. Drie technieken worden naar voren geschoven als serieuze opties: inductielussen in de weg, een stroomkabel boven de weg (zoals trollybussen) of een sleepcontact in de weg.

Inductie
Bij de aanpak via inductie wordt de energie draadloos overgedragen aan het voertuig. Spoelen zetten hierbij elektriciteit om in een magneetveld en dit magneetveld wordt in het voertuig met behulp van spoelen weer omgezet in elektriciteit. Dit principe wordt ook toegepast in elektrische tandenborstels of bij elektrisch koken. Een voordeel van inductief laden is de toepasbaarheid voor zowel vrachtwagens en bussen, als voor personenvoertuigen. Een nadeel is dat de spoelen onder het wegdek aangebracht moeten worden en er onder meer aandacht geschonken moet worden aan veiligheids- en gezondheidsaspecten gerelateerd aan de invloed van de geproduceerde elektromagnetische velden (EMC), ook tijdens calamiteiten of uitzonderlijke situaties.

Via een bovenleiding
Dynamisch opladen via een pantograaf op een bovenleiding is in de basis gelijk aan het principe van tractievoeding toegepast op treinen. Uit (energie)technisch perspectief is dit één van de meest optimale oplossingen, aangezien de verliezen bij energie-overdracht laag zijn (overdrachtsrendement >97%) en het basisprincipe al decennia wordt toegepast in het railtransport. De nadelen betreffen in eerste instantie de ruimtelijke inpassing. Met name de bovenleiding in combinatie met bovenweegse kruisingen vereisen extra aandacht. Daarnaast moet de draagconstructie aanvullend beschermd worden tegen aanrijdingen.

Sleepcontact
Het sleepcontact is vergelijkbaar met de pantograaftractievoeding, maar het contact bevindt zich nu in het wegdek. Ook bij het sleepcontact zijn de overdrachtsverliezen zeer beperkt (overdrachtsrendement >97%). Het principe wordt in enkele steden in Europa toegepast voor trams. Een nadeel van het sleepcontact is de verhoogde gevoeligheid voor weersomstandigheden en vervuiling of aantasting van het contactoppervlak door bijvoorbeeld pekel. Daarnaast geldt ook voor het sleepcontact dat de tractievoorzieningen in het wegdek aangebracht moeten worden. Het sleepcontact kan toegepast worden voor zowel vrachtwagens en bussen, als voor personenvoertuigen.

Om de verschillende mogelijkheden maar ook de risico’s te vergelijken, keken de onderzoekers naar plekken in Europa waar de technieken reeds in gebruik zijn. Ze concluderen dat er zo’n honderd projecten zijn die de elektrische technieken gebruiken voor het aandrijven van publieke of commerciële voertuigen, waarvan de meerderheid gebruikt wordt in het openbare vervoer. Ook geldt dat het merendeel gericht is op statisch laden, zoals het laden door middel van deze technieken, maar dan wanneer de auto of bus geparkeerd staat. “Op het vlak van dynamisch laden-technieken zijn er in Europa ongeveer tien projecten”, aldus de onderzoekers. Daarvan worden er zeven uitgevoerd in een besloten testomgeving. De drie die wel in een open omgeving worden doorgevoerd betreffen twee projecten op basis van dynamisch inductief laden in België en Spanje en één project op basis van pantograaf laden in Zweden.

Op basis van hun analyse en onderzoek van de case studies. concluderen de onderzoekers dat personenvoertuigen wellicht minder behoefte hebben aan dynamisch laden. “Met het gemiddelde gebruikersprofiel (veel stilstaan), de voorziene batterijcapaciteit en het reeds beschikbare netwerk van laadpunten lijkt stationair laden met een stekker de meest efficiënte en kosteneffectieve laadmethode”, schrijven de adviseurs. Gekeken echter naar het zwaardere transport, door bijvoorbeeld vrachtwagens, dan is er een grotere behoefte aan dynamisch laden waarneembaar. “Het energieverbruik van de voertuigen in combinatie met de vereiste actieradius en de noodzaak om de batterij klein te houden (gewicht, ruimte, kosten) lijkt te vragen om dynamisch te laden op strategische punten en trajecten.”

De productieprocessen spelen ook mee in het grotere potentieel dat dynamisch laden heeft voor het zwaardere segment. Dit komt met name doordat bussen en vrachtwagens modulair (op)gebouwd kunnen worden. Hierdoor kan makkelijker op nieuwe technieken worden ingespeeld zonder, zoals bij personenauto’s, de gehele productielijn aan te moeten passen. 

Hieruit concluderen de adviseurs dat dynamisch laden serieus moet worden genomen in de beleidsplannen voor de komende jaren, vooral als het gaat om de specifieke segmenten van zwaar transport. De voordelen zijn tweeledig: het bijdragen aan economische doelen (het verbeteren van efficiency) en maatschappelijke doelen (bijdragen aan de decarbonisatie van het wegvervoer en de energietransitie). “Gegeven de kansen die het biedt en de eerste praktijkproeven elders in de wereld, is het wenselijk om in te zetten op dynamisch laden als een van de mogelijke sporen om te komen tot zero-emissie transport op het wegennet”, luidt het advies.

Het is echter nog te vroeg om te kiezen voor een specifieke technologie voor zero-emissie (zwaar) transport. Daarnaast wijzen de onderzoekers op diverse uitdagingen op technisch, economisch en organisatorisch vlak. Zo vormen de belangrijkste uitdagingen onder meer de technische mogelijkheden om hoge vermogens op snelheid te laten, de betrouwbaarheid van de diverse technieken en de impact er van wegontwerp en – inrichting met het oog op de doorstroming en veiligheid. Verder zijn er economische uitdagingen. Bijvoorbeeld het realiseren van concurrerende business cases ten behoeve van alternatieve technieken en financiering van investeringen in energie-infrastructuur. Vooral de (semi-)overheid zou bij laatstgenoemde punt een rol moeten spelen. 

Verder moet in Europa meer worden samengewerkt op organisatorisch vlak en met het oog op standaardisatie. Ook moet gezorgd worden voor een goede governance structuur en marktregulering, volgens de onderzoekers een belangrijke uitdaging. Vooral de overheid dient daarbij te zorgen voor betrouwbare, betaalbare en toegankelijke dienstverlening. Dit betekent niet dat alles in overheidshanden moet zijn, maar dat enkele zaken moeten worden gereguleerd om investeringen vanuit de markt mogelijk te maken.

Aanbevelingen aan Rijkswaterstaat

Het rapport sluit af met enkele aanbevelingen aan Rijkswaterstaat. Ten eerste, in het licht van de vele vragen en onzekerheden die er nog bestaan, moet er een heldere visie ontwikkeld worden op de kansen voor dynamisch laden in Nederland om tot een strategie te kunnen komen. De aanpak van Trafikverket, de ‘Zweedse Rijkswaterstaat’, kan hierbij als voorbeeld dienen. Ten tweede, Rijkswaterstaat zou zich actief moeten verdiepen in de technische ontwikkelingen van de drie technologieën. Ten derde zal Rijkswaterstaat meer kennis moeten vergaren rondom de maatschappelijke kosten en baten van de diverse opties. Met het oog op kennis moeten ook de ontwikkelingen in andere gebieden binnen de transportmarkt nauw gevolgd worden.

Parallel hieraan moet de overheidsinstelling ook praktijkkennis opdoen, door te starten met pilots (prototype tests op beperkte schaal) om tot hun eigen bevindingen te komen. Om dat succesvol te kunnen doen moet het debat verder vormgegeven worden met een grotere groep stakeholders. Verder moet geprofiteerd worden van de kennis uit het bedrijfsleven, schrijven de onderzoekers. “Door op een dergelijke schaal de markt uit de dagen, wordt de ontwikkeling van dynamisch rijden binnen Nederland sterk versneld.” Tot slot adviseren de onderzoekers om te blijven letten op internationale standaarden. “Dynamisch laden is een internationale ontwikkeling. Het succes hiervan wordt mede bepaald door het tot stand komen van internationale standaarden.”

* Dat blijkt uit data van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) in opdracht van het ministerie van Economische Zaken.