Η πορεία της ανθρωπότητας προς τον ηλεκτρισμό είναι ήδη προδιαγεγραμμένη. Σε λίγα χρόνια, τα πάντα (σχεδόν) θα λειτουργούν με ηλεκτρικό ρεύμα, είτε μιλάμε για τις μεταφορές, είτε για τη θέρμανση, τον φωτισμό, τη βιομηχανική παραγωγή, ή ακόμη και το διάστημα. Για την ώρα, όμως, βρισκόμαστε στην αρχή της μετάβασης και οι προκλήσεις είναι πολλές. Ειδικότερα, για τις μεταφορές και κυρίως τα επίγεια οχήματα, η ανθρωπότητα βρίσκεται σε μια κατάσταση τύπου “το αυγό ή η κότα”. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι ακριβά και δεν υπάρχουν αρκετοί φορτιστές, αλλά για να αυξηθούν οι πωλήσεις θα πρέπει να αυξηθούν οι πωλήσεις, αλλά για να αυξηθούν οι πωλήσεις θα πρέπει να αυξηθούν οι φορτιστές, αλλά για να αυξηθούν οι φορτιστές θα πρέπει να κυκλοφορούν περισσότερα αυτοκίνητα…
Μια νέα μελέτη, όμως, αναδεικνύει τη χρησιμότητα μιας άλλης λύσης: αντί για σταθμούς φόρτισης, οι οποίοι θα πρέπει να αρχίσουν να συμπληρώνουν – και αργότερα να αντικαθιστούν – τα πρατήρια υγρών καυσίμων, ερευνητές μελέτησαν τη σκοπιμότητα εγκατάστασης ειδικών συστημάτων στους δρόμους και στα οχήματα, ώστε να γίνει εφικτή η ασύρματη φόρτισή τους. Αντί για “απλά” συστήματα παροχής ενέργειας, όμως, στα οχήματα καθώς κινούνται, οι ερευνητές διαπίστωσαν πως οι δρόμοι θα πρέπει να συμπληρώνονται και από συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, τα οποία θα δρουν σταθεροποιητικά στο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και θα ελαχιστοποιούν το κόστος της ενέργειας!
Αν όλα αυτά φαντάζουν ουτοπικά, δεν είναι. Ήδη υπάρχουν δρόμοι με τέτοια συστήματα ασύρματης φόρτισης, με τεχνολογίες ακόμη και από κολοσσούς των ηλεκτρονικών όπως η Qualcomm, η οποία είναι γνωστή για τους επεξεργαστές Snapdragon που βρίσκουμε στα περισσότερα smartphones. Επίσης υπάρχουν χώρες οι οποίες έχουν ήδη αρχίσει να επενδύουν στη δημιουργία δρόμων με λωρίδες με εγκατεστημένα συστήματα φόρτισης. Όπως για παράδειγμα η Νορβηγία, μια χώρα με τεράστια εγκατεστημένη ισχύ σε ανανεώσιμες πηγές, κυρίως υδροηλεκτρική και αιολική. Η χώρα μπορεί να αποτελεί έναν από τους μεγάλους παραγωγούς υδρογονανθράκων, όμως στο εσωτερικό της δουλεύει ασταμάτητα για να διασφαλίσει την ολοκληρωτική ενεργειακή μετάβαση της χώρας σε ανανεώσιμες πηγές. Υπάρχει έτοιμο πλάνο για την εγκατάσταση τέτοιων λωρίδων φόρτισης σε όλες τις μεγάλες οδούς, με σκοπό την τροφοδοσία φορτηγών μεταφορών και ταξί, τουλάχιστον για αρχή! Ας μην ξεχνάμε πως η Νορβηγία είναι η πρώτη χώρα που έθεσε σαφή τέλος στην πώληση οχημάτων με κινητήρες εσωτερικής καύσης, ακόμη και υβριδικά, και μάλιστα με εξαιρετικά μικρό χρονικό ορίζοντα: το 2025 για επιβατικά και το 2035 για οχήματα δημοσίας χρήσης!
Οι μελέτες έχουν δείξει πως μέχρι το 2030 τα ηλεκτρικά οχήματα θα αποτελούν το 48% των συνολικών πωλήσεων ελαφρών οχημάτων στην Κίνα, το 42% στην Ευρώπη, και το 27% στις ΗΠΑ. Αυτό σημαίνει πως μέχρι τότε θα πρέπει να υπάρχει μια μεγάλη εγκατεστημένη βάση σταθμών φόρτισης, ενώ ο φόρτος στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας θα είναι της τάξης του 7% τουλάχιστον. Το κύριο πρόβλημα των ηλεκτρικών οχημάτων είναι η τροφοδοσία. Η τεχνολογία μπαταριών τους δίνει αυτονομία από 150 έως 500 χιλιόμετρα, ενώ οι πιο διαδεδομένοι φορτιστές μπορούν να φορτίσουν ένα όχημα με ρυθμό περίπου 30 έως 50 χιλιόμετρα αυτονομίας ανά ώρα φόρτισης. Είναι προφανές το ότι η φόρτιση είναι απείρως πιο αργή διαδικασία από το γέμισμα ενός αυτοκινήτου με βενζίνη. Ακριβώς πάνω σε αυτό, οι δρόμοι με λωρίδες ασύρματης φόρτισης μπορούν να επεκτείνουν την αυτονομία των οχημάτων κατά πολύ, ενώ υπάρχουν και παράπλευρα οφέλη. Για παράδειγμα, με ευρέως διαθέσιμες διαδρομές με συστήματα φόρτισης, μελέτες έχουν δείξει πως οι μπαταρίες των οχημάτων μπορούν να είναι μικρότερης χωρητικότητας κατά 27–44%, κάτι που οδηγεί σε μείωση του βάρους του οχήματος κατά 12 έως 16% και αυτό με τη σειρά του σε μείωση της κατανάλωσης ενέργειας κατά 5–7%. Αλλά υπάρχει και επιπλέον όφελος, καθώς τα δίκτυα ασύρματης φόρτισης μπορούν να βελτιώσουν την εικόνα των ηλεκτρικών οχημάτων στο ευρύ κοινό και κυρίως σε όσους είναι αντίθετοι στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα καθώς πιστεύουν πως η αυτονομία τους δεν επαρκεί και φοβούνται πως κάποια στιγμή θα ξεμείνουν από μπαταρία σε περιοχή που δεν θα υπάρχει φορτιστής.
Η νέα μελέτη έχει βάλει στην εξίσωση και τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, κάτι που αποτελεί ένα αναγκαίο βήμα για την σταθεροποίηση του δικτύου μεταφοράς ενέργειας. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, οι οποίες βασίζονται στον ήλιο, στον άνεμο, ή στο νερό, έχουν το μειονέκτημα της παραγωγής η οποία δεν είναι δυνατόν να ελεγχθεί. Οι συμβατικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες βασίζονται σε συμβατικά ορυκτά καύσιμα (κάρβουνο, πετρέλαιο, φυσικό αέριο), μπορούν να ελεγχθούν απολύτως: όταν το φορτίο του δικτύου αυξάνεται, μπορούν να αυξήσουν την ισχύ ή να ανάψουν επιπλέον μονάδες για να καλύψουν τη ζήτηση. Αντιθέτως, οι ανεμογεννήτριες και οι ηλιακοί συλλέκτες λειτουργούν όταν υπάρχει άνεμος και ήλιος· αν χρειαστεί επιπλέον ενέργεια, θα πρέπει να βρεθεί από αλλού, ενώ μπορεί κάποιο αιολικό ή ηλιακό πάρκο να παράγει περισσότερη ενέργεια ενώ το δίκτυο δεν τη χρειάζεται! Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπορούν να κάνουν ακριβώς αυτό που χρειάζεται: να αποθηκεύσουν το πλεόνασμα της ενέργειας και να το επιστρέψουν στο δίκτυο όταν χρειάζεται. Ειδικότερα για τα συστήματα αποθήκευσης για τους δρόμους, μπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια όταν υπάρχει πλεόνασμα – και επομένως η τιμή της ενέργειας είναι πολύ χαμηλή – και να τη χρησιμοποιούν όταν υπάρχει ζήτηση στους δρόμους με ασύρματα συστήματα φόρτισης, αλλά και να την επιστρέφουν στο δίκτυο, όποτε αυτό είναι αναγκαίο!
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν ειδικό αλγόριθμο για την σταθεροποίηση του δικτύου και τη φόρτιση, έτσι ώστε να βελτιστοποιήσουν τη διαχείριση της ροής της ενέργειας μεταξύ των “ασύρματων δρόμων” και των συστημάτων αποθήκευσης. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά στις εξομοιώσεις: το κόστος της ενέργειας μειώθηκε κατά 2,61% σε μία περίπτωση και 15,34% σε μια δεύτερη. Οι εξομοιώσεις έδειξαν πως είναι δυνατόν να βρεθεί η βέλτιστη ροή ενέργειας ανάμεσα στις πηγές, τα συστήματα αποθήκευσης, και τους “ασύρματους δρόμους”, και μάλιστα πως μπορεί να γίνει εξοικονομώντας ενέργεια αλλά και χρήμα, βοηθώντας παράλληλα τη σταθεροποίηση του δικτύου μεταφοράς ενέργειας.
Η σταθεροποίηση του δικτύου είναι κάτι που απασχολεί τους ερευνητές αλλά και τις εταιρείες παραγωγής ενέργειας. Η μετάβαση σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σημαίνει πως πρέπει να βρεθούν τρόποι για να αποθηκεύεται ενέργεια, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιείται σε περιόδους υψηλής ζήτησης. Εδώ υπάρχει μια τεράστια ευκαιρία: τα ηλεκτρικά οχήματα διαθέτουν μπαταρίες, δηλαδή συστήματα αποθήκευσης ενέργειας. Η ιδέα που κυκλοφορεί εδώ και καιρό θέλει όλα τα οχήματα που είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο να λειτουργούν ως συστήματα αμφίδρομης ροής, δηλαδή να μπορούν όχι μόνο να πάρουν ενέργεια για να φορτίσουν τις μπαταρίες τους, αλλά και να επιστρέψουν την ενέργεια αυτή, όποτε χρειάζεται. Με δεδομένο το ότι τα αυτοκίνητα περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους σταθμευμένα και ακίνητα, η χρήση τους ως “ρεζέρβα” για το δίκτυο είναι επιβεβλημένη. Αντί να επενδύονται τεράστια ποσά για την εγκατάσταση εξειδικευμένων διατάξεων για την αποθήκευση ενέργειας, τα εκατομμύρια ηλεκτρικά οχήματα, τα οποία αναμένεται να κατακλύσουν τους δρόμους όλου του πλανήτη τα επόμενα χρόνια, μπορούν να γίνουν μια τεράστια αποκεντρωμένη “δεξαμενή” ενέργειας!
Ο συνδυασμός των ηλεκτρικών αυτοκινήτων με τους δρόμους ασύρματης φόρτισης μπορεί να είναι αυτό που θα κόψει τον γόρδιο δεσμό των ηλεκτρικών οχημάτων και να επιτρέψει την εξάπλωσή τους, αλλά και τη μείωση του κόστους τους. Τουλάχιστον μέχρι να εμφανιστεί κάποια τεχνολογία φόρτισης η οποία θα είναι αντίστοιχη σε χρόνο με το να πάρεις το αυτοκίνητό σου και να γεμίσεις το ρεζερβουάρ βενζίνη.