Elektrifikasi Pengangkutan

Ringkasan Utama

• Elektrifikasi pengangkutan menggantikan enjin petrol, diesel, minyak dan gas asli dengan motor elektrik yang dikuasakan oleh elektrik, mengurangkan pelepasan karbon dan pencemaran udara tempatan.
• Pengangkutan jalan raya menghasilkan kira-kira 17% pelepasan CO₂ global pada tahun 2023; kereta elektrik, bas, lori, dan van penghantaran adalah penyelesaian utama bagi perubahan iklim.
• Manfaat bergantung kepada elektrik bersih: grid yang menambah tenaga solar, angin, hidro, nuklear, dan tenaga boleh diperbaharui lain memberikan pengurangan terbesar.
• Elektrifikasi armada memerlukan infrastruktur pengecasan, pengurusan tenaga pintar, utiliti, dan pengendali armada bekerjasama.
• Penyelidikan berterusan dalam IEEE Transactions on Transportation Electrification, IEEE Transactions, IEEE Xplore, dan persidangan IEEE sedang meningkatkan bateri, pengecasan, dan integrasi grid.

Apakah Elektrifikasi Pengangkutan?

Elektrifikasi pengangkutan ialah peralihan daripada enjin pembakaran bahan api fosil kepada sistem pacuan elektrik merentasi kenderaan jalan raya, kereta api, beberapa kapal, pesawat udara, dan pengangkutan awam. Ia merangkumi kenderaan elektrik bateri, hibrid plug-in, dan sel bahan api hidrogen apabila hidrogen dihasilkan dengan elektrik bersih.

Secara praktikalnya, elektrifikasi pengangkutan melibatkan peralihan kereta persendirian, armada komersial, dan pengangkutan awam daripada kenderaan bertenaga bahan api fosil kepada kenderaan yang dikuasakan oleh elektrik, sekaligus membentuk semula sistem pengangkutan dan tenaga secara asas. Ia juga merangkumi rangkaian pengecas, stesen pengecas ultra-pantas, pertukaran bateri, integrasi grid pintar, kenderaan-ke-grid, dan teknologi antara muka grid.

Matlamatnya mudah: mengurangkan pelepasan gas rumah kaca dan pencemar daripada sektor pengangkutan, yang telah menjadi sektor pelepasan CO₂ terbesar di Amerika Syarikat sejak kira-kira tahun 2016.

Elektrifikasi Pengangkutan dan Perubahan Iklim

Elektrifikasi pengangkutan adalah strategi teras untuk mengehadkan pemanasan kepada 1.5–2°C, bersama-sama dengan kecekapan tenaga dan pendekarbonan sektor kuasa. Pada tahun 2022–2023, pengangkutan menghasilkan kira-kira satu perempat daripada CO₂ berkaitan tenaga di seluruh dunia, dengan kenderaan jalan raya bertanggungjawab ke atas kebanyakan pelepasan.

Sektor pengangkutan merupakan penyumbang kedua terbesar pelepasan CO2 di peringkat global, dengan kenderaan ringan bertanggungjawab ke atas majoriti pelepasan pengangkutan di Amerika Syarikat, menyumbang 29% gas rumah hijau. Kenderaan elektrik boleh mengurangkannya dengan cepat: kenderaan elektrik mengeluarkan pencemaran gas rumah hijau dua hingga lima kali kurang berbanding kenderaan berkuasa petrol, bergantung kepada sumber elektrik yang digunakan untuk mengecasnya.

Analisis yang disemak rakan sebaya dan pemodelan gaya IPCC menunjukkan bahawa pelepasan sepanjang hayat kenderaan elektrik boleh 50–80% lebih rendah pada grid karbon rendah. Kenderaan elektrik menghasilkan pelepasan sepanjang hayat yang lebih rendah berbanding kereta petrol, walaupun dicas pada grid yang menggunakan sebahagian bahan api fosil. Pengurangan pelepasan keseluruhan daripada elektrifikasi bergantung secara signifikan kepada sumber elektrik; apabila grid berdekarbonisasi, kenderaan elektrik akan menghasilkan pelepasan CO2 yang lebih rendah secara keseluruhan berbanding kenderaan enjin pembakaran dalaman.

Banyak kerajaan kini mensasarkan jualan kenderaan sifar emisi hampir sepenuhnya menjelang 2035–2040.

Potensi mengurangkan pelepasan daripada pengangkutan

Kereta, lori, bas, kereta api, kapal dan pesawat udara mempunyai potensi elektrifikasi yang berbeza. Kenderaan jalan raya menawarkan keuntungan paling cepat kerana jutaan kereta elektrik sudah dijual setiap tahun dan armada bas bandar sedang berkembang di China, Santiago, Delhi, Mexico, India, Jepun, Eropah dan Amerika Syarikat.

Peralihan kepada kenderaan elektrik boleh mengurangkan jumlah pelepasan karbon dalam pengangkutan darat sebanyak lebih 75% hingga 93% menjelang tahun 2050 dengan grid tenaga bersih. Mengelektrifikasi armada bas perbandaran dan mengembangkan rangkaian kereta api elektrik adalah strategi utama dalam elektrifikasi pengangkutan.

Trak tugas sederhana dan berat lebih mencabar kerana berat, julat, kelajuan pengecasan, dan jadual servis memainkan peranan penting. Namun begitu, penghantaran serantau, pengangkutan kontena ke dan dari pelabuhan, dan pengangkutan koridor merupakan pasaran awal yang kukuh. Bagi kapal dan pesawat, laluan alternatif dalam jangka pendek sering menggabungkan kecekapan, hidrogen, bahan api bio, dan e-bahan api.

Peranan Elektrik Bersih dalam Elektrifikasi Pengangkutan

Rangkaian elektrik menentukan sejauh mana pengecasan kenderaan elektrik benar-benar bersih. Elektrik bersih bermaksud kuasa daripada tenaga boleh diperbaharui seperti solar, angin, hidro, geotermal, nuklear, dan loji janakuasa fosil dengan penangkapan karbon.

China, Kesatuan Eropah, Amerika Syarikat dan India telah mengembangkan tenaga solar dan angin sejak pertengahan 2010-an. Manfaat elektrifikasi pengangkutan meningkat apabila grid kuasa beralih kepada sumber tenaga boleh diperbaharui seperti angin dan solar. Pada grid yang bergantung banyak kepada arang batu, kenderaan elektrik masih sering mengatasi kereta petrol sepanjang hayatnya, tetapi bezanya lebih kecil; pada grid yang banyak menggunakan tenaga boleh diperbaharui, pelepasan dari loji ke roda menurun dengan ketara.

Pengecasan pintar juga membantu. Armada elektrik boleh menyimpan lebihan tenaga solar dan angin yang dijana semasa waktu bukan puncak, manakala penetapan harga mengikut waktu penggunaan mengalihkan permintaan daripada waktu puncak dan menjadikan sistem tenaga lebih cekap.

Kelebihan yang lebih luas bagi elektrifikasi pengangkutan

Elektrifikasi menyediakan kelebihan alam sekitar, ekonomi, rangkaian, dan kesihatan awam. Elektrifikasi meningkatkan kualiti udara tempatan, yang memberi manfaat kepada kesihatan awam di kawasan berpenduduk padat. Menghapuskan pelepasan ekor paip meningkatkan kualiti udara bandar, mengurangkan pencemar tempatan seperti oksida nitrat dan zarah halus.

Penggunaan meluas kenderaan elektrik boleh mengelakkan anggaran 150,000 hingga 550,000 kematian pramatang setiap tahun akibat peningkatan kualiti udara. Motor elektrik menghasilkan paras bunyi yang lebih rendah berbanding enjin pembakaran dalaman, menyumbang kepada persekitaran bandar yang lebih senyap, terutamanya di sekitar sekolah, hentian bas, dan kawasan kejiranan yang padat.

Pengendali kenderaan elektrik mendapat manfaat daripada kos operasi yang lebih rendah disebabkan elektrik yang lebih murah dan kos penyelenggaraan yang dikurangkan berbanding enjin pembakaran dalaman. Teknologi kenderaan-ke-grid (V2G) membolehkan kenderaan elektrik dicas semasa waktu bukan puncak dan menghantar semula elektrik ke grid semasa permintaan puncak, membantu menstabilkan grid dan menguruskan penggunaan tenaga. Kenderaan elektrik boleh berfungsi sebagai bateri teragih untuk grid kuasa semasa tekanan puncak melalui V2G dan protokol pengecasan yang diuruskan.

Teknologi Baharu untuk Pengecasan Kenderaan Tugas Sederhana dan Berat

Pengelektrikan MHDV memerlukan kuasa yang lebih tinggi, kabel yang lebih selamat, dan seni bina depot baharu. Kemajuan dalam teknologi pengecasan untuk kenderaan elektrik tugas sederhana dan berat termasuk perkhidmatan utiliti voltan sederhana, pengagihan DC berpusat, kabel berpendingin cecair, dan pengecasan tanpa wayar, yang meningkatkan kelajuan pengecasan dan kebolehskalaan.

Infrastruktur pengecasan kenderaan elektrik merangkumi palam AC pegun untuk kediaman dan hab pengecasan pantas DC voltan tinggi, serta sistem pengecasan wayarles dinamik masa depan yang terbenam dalam jalan raya. Teknologi litium-ion berketumpatan tinggi adalah piawaian industri semasa bagi bateri kenderaan elektrik, manakala pembangunan keadaan pepejal mungkin dapat mengurangkan masa henti pada masa akan datang.

Perancangan dan Pengurusan Tenaga untuk Elektrifikasi Armada

Elektrifikasi armada bukan sekadar membeli kenderaan. Pengurus program harus menyemak:

• Rute, masa henti, jarak perbatuan, muatan, cuaca, dan topografi
• Lokasi depot, kapasiti grid, jenis pengecas, dan kuasa sandaran
• Pilihan pengecasan awam, depot, dan di laluan
• Kemerosotan bateri, tarif, dan kesiapsiagaan operasi

Syarikat utiliti elektrik memainkan peranan penting dalam menangani halangan kepada elektrifikasi dengan membantu membina rangkaian stesen pengecas yang kukuh dan memastikan kenderaan elektrik disepadukan dengan baik ke dalam grid elektrik. Sistem pengurusan tenaga pintar adalah penting untuk elektrifikasi armada, membolehkan pengendali mengoptimumkan jadual pengecasan dan mengimbangi penggunaan tenaga semasa pengecasan untuk melindungi grid.

Lanskap Pasaran Semasa dan Pemacu Dasar

Pasaran kenderaan elektrik berkembang pesat selepas akhir 2010-an apabila bateri menjadi lebih murah, insentif bertambah baik, dan pengguna menjadi lebih selesa. Menurut IEA, jualan kereta elektrik global mencapai kira-kira 17 juta pada tahun 2024.

Pemacu dasar termasuk:

• Perintah kenderaan sifar pelepasan
• Incentif pembelian, kredit cukai, dan baucar pulangan
• Kecekapan bahan api dan piawaian pelepasan
• Koridor pengecasan pantas awam
• Program untuk komuniti berpendapatan rendah, kawasan luar bandar, dan perumahan berbilang keluarga

Organisasi dan kerajaan digalakkan untuk melabur dalam infrastruktur yang menjadikan peralihan lebih pantas dan adil. Kelewatan dalam kitaran stok modal bermakna ia mengambil masa berdekad untuk kenderaan berasaskan bahan api fosil sedia ada bersara dan digantikan dengan alternatif elektrik, sekali gus mempersulitkan peralihan kepada elektrifikasi.

Penyelidikan, Inovasi, dan Piawaian dalam Elektrifikasi Pengangkutan

Kemajuan bergantung pada penyelidikan, piawaian, dan sistem bersepadu. Makmal akademik, utiliti, pengeluar, dan badan piawaian IEEE bekerja pada motor, bateri, keselamatan siber, komunikasi, topologi sistem pacuan, sub sistem, dan interoperabiliti.

IEEE Transactions on Pengelektrikan Pengangkutan dan berkaitan IEEE Xplore Penerbitan merangkumi pengecasan dua hala, kesihatan bateri, piawaian pengecasan, dan perancangan sistem. Teknologi ini membantu armada mengurangkan pelepasan sambil meningkatkan kebolehpercayaan.

Halangan Utama dan Cara Mengatasinya

Walaupun momentum yang semakin meningkat ke arah elektrifikasi pengangkutan, beberapa halangan masih wujud yang menghalang peralihan kepada kenderaan elektrik dan infrastruktur. Ini termasuk pengecas yang terhad, jangka masa penyambungan yang panjang, kos pendahuluan yang lebih tinggi, kebimbangan jarak perjalanan, kebimbangan bateri, kekurangan tenaga kerja, dan risiko bekalan bahan untuk litium, nikel, dan kobalt.

Untuk mengurangkan geseran:

• Para pembuat dasar harus menyelaras insentif, permit, peraturan kitar semula, dan pelaburan dalam grid.
• Syarikat utiliti dan pengendali armada harus merancang lebih awal, berkongsi data, dan melaksanakan peningkatan secara berperingkat sebelum permintaan tiba.

Peralihan kepada kenderaan elektrik menyediakan manfaat ekonomi, alam sekitar, dan kesihatan awam yang besar, dengan peralihan yang lebih pantas menghasilkan manfaat yang lebih cepat untuk komuniti.

Soalan Lazim (FAQ)

Sejauh mana elektrifikasi pengangkutan mengurangkan pelepasan karbon dengan cepat?

Pengurangan bermula sebaik sahaja kenderaan elektrik menggantikan kenderaan petrol atau diesel. Manfaat terbesar diperoleh apabila armada kenderaan diganti dan grid menambah elektrik bersih.

Adakah kenderaan elektrik benar-benar lebih bersih sepanjang kitar hayatnya?

Ya. Analisis kitar hayat merangkumi pembuatan, pengeluaran bateri, pemanduan, pembekalan bahan api atau elektrik, dan kitar semula. Kebanyakan kajian mendapati kenderaan elektrik lebih bersih berbanding kenderaan petrol yang setara di kebanyakan grid.

Apa yang berlaku kepada bateri kenderaan elektrik apabila tiba di penghujung hayatnya?

Banyak bateri boleh digunakan semula untuk penyimpanan pegun sebelum dikitar semula. Kitar semula memulihkan bahan seperti litium, nikel, kobalt, tembaga dan aluminium.

Adakah rangkaian kuasa sedia ada mampu menampung elektrifikasi pengangkutan yang meluas?

Seringkali ya, dengan perancangan. Pengecasan yang diuruskan, kawalan depot, peningkatan yang disasarkan, dan V2G mengurangkan tekanan semasa waktu puncak.

Adakah hidrogen pesaing atau pelengkap kepada pengangkutan elektrik bateri?

Hidrogen boleh melengkapi teknologi elektrik bateri untuk pengangkutan jarak jauh, penghantaran, dan beberapa kegunaan luar jalan. Bagi kebanyakan kereta dan armada bandar, sistem elektrik bateri pada masa ini lebih cekap dan matang.