البنية التحتية للمركبات الكهربائية: دليل عالمي لشبكات الشحن

إن التحول العالمي نحو المركبات الكهربائية (EVs) يتسارع، مدفوعًا بالمخاوف البيئية والحوافز الحكومية والتقدم في تكنولوجيا البطاريات. تعتبر البنية التحتية للشحن القوية والتي يمكن الوصول إليها أمرًا بالغ الأهمية لدعم هذا التحول. يقدم هذا الدليل نظرة عامة شاملة على شبكات شحن المركبات الكهربائية في جميع أنحاء العالم، ويغطي مستويات الشحن المختلفة وأنواع الشبكات والمعايير العالمية والتحديات والاتجاهات المستقبلية.

فهم مستويات شحن المركبات الكهربائية

عادةً ما يتم تصنيف شحن المركبات الكهربائية إلى ثلاثة مستويات، يقدم كل منها سرعات وتطبيقات شحن مختلفة:

المستوى الأول من الشحن

يستخدم المستوى الأول من الشحن منفذًا منزليًا قياسيًا (عادةً 120 فولت في أمريكا الشمالية أو 230 فولت في أوروبا ومناطق أخرى). إنها أبطأ طريقة شحن، حيث تضيف بضعة أميال فقط من النطاق في الساعة. يعتبر المستوى الأول من الشحن مناسبًا للمركبات الكهربائية الهجينة (PHEVs) أو لشحن بطارية السيارة الكهربائية بين عشية وضحاها. مثال على ذلك استخدام المنفذ القياسي في المرآب الخاص بك للشحن طوال الليل، واكتساب ما يقرب من 4-5 أميال من النطاق في الساعة.

المستوى الثاني من الشحن

يتطلب المستوى الثاني من الشحن منفذًا مخصصًا بجهد 240 فولت (أمريكا الشمالية) أو منفذًا بجهد 230 فولت مع أمبير أعلى (أوروبا والعديد من المناطق الأخرى). توجد أجهزة الشحن من المستوى الثاني بشكل شائع في المنازل وأماكن العمل ومحطات الشحن العامة. إنها توفر سرعات شحن أسرع بكثير من المستوى الأول، وتضيف 10-60 ميلاً من النطاق في الساعة، اعتمادًا على قوة التيار الكهربائي للشاحن وقدرات شحن السيارة. يقوم العديد من أصحاب المنازل بتثبيت أجهزة الشحن من المستوى الثاني لشحن سياراتهم الكهربائية بسرعة أكبر. غالبًا ما توفر أجهزة الشحن العامة ومحطات العمل من المستوى الثاني خيارًا مناسبًا لعمليات الشحن اليومية.

الشحن السريع بالتيار المستمر (المستوى 3)

يُعرف الشحن السريع بالتيار المستمر (DCFC)، والمعروف أيضًا باسم المستوى 3 من الشحن، بأنه أسرع طريقة شحن متاحة. يستخدم طاقة التيار المباشر (DC) عالية الجهد لشحن بطارية السيارة الكهربائية مباشرةً، متجاوزًا الشاحن الموجود على متن السيارة. يمكن لمحطات DCFC إضافة 60-200+ ميل من النطاق في 30 دقيقة فقط، اعتمادًا على خرج طاقة الشاحن وقدرات شحن السيارة. توجد هذه الشواحن عادةً على طول الطرق السريعة وفي مواقع استراتيجية لتسهيل السفر لمسافات طويلة. تشمل الأمثلة Tesla Superchargers ومحطات Electrify America وشبكات شحن Ionity. يمكن للجيل الأحدث من أجهزة الشحن السريع بالتيار المستمر إخراج ما يصل إلى 350 كيلو واط أو أكثر.

أنواع شبكات شحن المركبات الكهربائية

شبكات شحن المركبات الكهربائية هي شركات تقوم بتشغيل وصيانة محطات الشحن العامة. إنها توفر الوصول إلى خدمات الشحن لسائقي المركبات الكهربائية، عادةً من خلال خطط العضوية أو تطبيقات الهاتف المحمول أو خيارات الدفع لكل استخدام. هناك عدة أنواع من شبكات شحن المركبات الكهربائية، بما في ذلك:

الشبكات الاحتكارية

الشبكات الاحتكارية مملوكة ومدارة من قبل شركة واحدة وعادة ما تكون حصرية للمركبات من تلك الشركة المصنعة. المثال الأبرز هو شبكة Tesla Supercharger، التي كانت في البداية متاحة فقط لسيارات Tesla. ومع ذلك، بدأت Tesla في فتح شبكتها لسيارات EVs الأخرى في بعض المناطق، مثل أوروبا وأستراليا، باستخدام محول. يتيح ذلك لمالكي المركبات غير التابعة لـ Tesla الوصول إلى شبكة Supercharger، على الرغم من أن الأسعار والتوافر قد تختلف. قد يتبع المصنعون الآخرون مسارًا مشابهًا ولكن الشبكات الاحتكارية حاليًا نادرة إلى حد ما خارج Tesla.

الشبكات المستقلة

الشبكات المستقلة مفتوحة لجميع سائقي المركبات الكهربائية، بغض النظر عن الشركة المصنعة للمركبة. إنها تدير مجموعة واسعة من محطات الشحن، بما في ذلك المستوى 2 وخيارات الشحن السريع بالتيار المستمر. تشمل الأمثلة:

• Electrify America: شبكة تعمل في الولايات المتحدة وكندا، وتركز على بناء شبكة شحن سريع بالتيار المستمر عالية السرعة.
• ChargePoint: واحدة من أكبر الشبكات المستقلة على مستوى العالم، حيث تقدم محطات شحن من المستوى 2 والشحن السريع بالتيار المستمر.
• EVgo: شبكة في الولايات المتحدة تركز على الشحن السريع بالتيار المستمر وتوفر حلول شحن لمشغلي الأساطيل.
• Ionity: مشروع مشترك بين العديد من شركات صناعة السيارات الأوروبية، يقوم ببناء شبكة شحن عالية الطاقة في جميع أنحاء أوروبا.
• Allego: شبكة شحن أوروبية تركز على حلول الشحن الحضرية.
• BP Pulse (BP Chargemaster/Polar سابقًا): شبكة مقرها المملكة المتحدة تقوم بتوسيع وجودها في أوروبا والولايات المتحدة.
• Shell Recharge: شبكة الشحن العالمية لشركة Shell، المتوفرة في محطات خدمة Shell ومواقع أخرى مختارة.
• Engie EV Solutions: مزود عالمي لحلول شحن المركبات الكهربائية، بما في ذلك تشغيل الشبكة وصيانتها.

تقدم هذه الشبكات نماذج تسعير مختلفة، بما في ذلك خطط الاشتراك وخيارات الدفع لكل استخدام والشحن المجاني في بعض المواقع. غالبًا ما يكون لديهم تطبيقات للهاتف المحمول تسمح للسائقين بتحديد مواقع محطات الشحن والتحقق من التوافر وبدء جلسات الشحن.

الشبكات التي تديرها المرافق

تقوم بعض شركات المرافق بتشغيل شبكات شحن المركبات الكهربائية الخاصة بها، غالبًا بالشراكة مع شركات أخرى أو وكالات حكومية. تركز هذه الشبكات عادةً على خدمة العملاء داخل منطقة خدمة الأداة. تشمل الأمثلة Southern California Edison (SCE) في الولايات المتحدة ومبادرات مختلفة بقيادة المرافق في أوروبا وآسيا. يمكن أن تلعب هذه الشبكات دورًا حاسمًا في تعزيز اعتماد المركبات الكهربائية من خلال توفير خيارات شحن مريحة وبأسعار معقولة.

معايير الشحن العالمية

تحدد معايير الشحن الموصلات المادية وبروتوكولات الاتصال المستخدمة لشحن المركبات الكهربائية. في حين تبذل جهود لمواءمة المعايير عالميًا، إلا أن العديد من المعايير المختلفة قيد الاستخدام حاليًا في جميع أنحاء العالم. يمكن أن يخلق هذا الاختلاف تحديات لسائقي المركبات الكهربائية الذين يسافرون دوليًا.

معايير شحن التيار المتردد

• النوع 1 (SAE J1772): يستخدم بشكل شائع في أمريكا الشمالية واليابان لشحن المستوى 1 والمستوى 2. يتميز بموصل ذي خمسة دبابيس ويدعم طاقة التيار المتردد أحادي الطور.
• النوع 2 (Mennekes): موصل شحن التيار المتردد القياسي في أوروبا، ويستخدم أيضًا في أستراليا ومناطق أخرى. يتميز بموصل ذي سبعة دبابيس ويدعم كلاً من طاقة التيار المتردد أحادي الطور وثلاثي الطور. غالبًا ما يعتبر النوع 2 خيارًا أكثر أمانًا وتنوعًا من النوع 1.
• GB/T: المعيار الوطني الصيني لشحن المركبات الكهربائية، المستخدم لشحن التيار المتردد والتيار المستمر.

معايير الشحن السريع بالتيار المستمر

• CHAdeMO: معيار الشحن السريع بالتيار المستمر الذي تم تطويره في الأصل في اليابان، ويستخدم بشكل أساسي من قبل نيسان وميتسوبيشي. يتميز بموصل دائري مميز. انخفضت شعبيته في السنوات الأخيرة مع ظهور CCS.
• CCS (نظام الشحن المشترك): معيار الشحن السريع بالتيار المستمر الذي يجمع بين موصل شحن التيار المتردد من النوع 1 أو النوع 2 مع دبوسين إضافيين للتيار المستمر. أصبح CCS هو معيار الشحن السريع بالتيار المستمر السائد في أمريكا الشمالية وأوروبا. وهو يدعم كلاً من شحن التيار المتردد والتيار المستمر، مما يوفر حلاً موحدًا للشحن. هناك نوعان مختلفان: CCS1 (يعتمد على النوع 1) و CCS2 (يعتمد على النوع 2).
• GB/T: كما ذكرنا سابقًا، يغطي معيار GB/T الصيني أيضًا الشحن السريع بالتيار المستمر.
• موصل Tesla Supercharger: تستخدم Tesla موصلًا خاصًا في أمريكا الشمالية، ولكن أجهزة Supercharger الخاصة بها في أوروبا تستخدم موصل CCS2. تقوم Tesla أيضًا بتكييف أجهزة الشحن الخاصة بها في أمريكا الشمالية لتشمل محول CCS.

أدى انتشار معايير الشحن المختلفة إلى إنشاء مشهد شحن مجزأ. ومع ذلك، هناك اتجاه متزايد نحو التنسيق، حيث يظهر CCS كمعيار سائد في العديد من المناطق. كما يجري بذل جهود لتطوير معايير شحن عالمية يمكن استخدامها في جميع أنحاء العالم.

التحديات في البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية

على الرغم من التقدم الكبير الذي تم إحرازه في السنوات الأخيرة، لا تزال هناك عدة تحديات في تطوير ونشر البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية:

التوفر وإمكانية الوصول

يعد توفر محطات الشحن، لا سيما في المناطق الريفية والمجمعات السكنية، حاجزًا رئيسيًا أمام اعتماد المركبات الكهربائية. يساور العديد من مشتري المركبات الكهربائية المحتملين القلق بشأن "قلق النطاق"، والخوف من نفاد طاقة البطارية قبل الوصول إلى محطة الشحن. يعد زيادة كثافة وتغطية محطات الشحن الجغرافية أمرًا بالغ الأهمية للتخفيف من قلق النطاق وتعزيز اعتماد المركبات الكهربائية. يعد توفير إمكانية الوصول إلى الشحن للأشخاص الذين يعيشون في الشقق والشقق السكنية أمرًا ضروريًا أيضًا، حيث يفتقر العديد من السكان إلى الوصول إلى مرافق الشحن الخاصة.

سرعة الشحن

في حين أن الشحن السريع بالتيار المستمر يمكن أن يقلل بشكل كبير من أوقات الشحن، إلا أنه لا يزال يستغرق وقتًا أطول من التزود بالوقود لمركبة تعمل بالبنزين. يعد تحسين سرعات الشحن أمرًا ضروريًا لجعل المركبات الكهربائية أكثر ملاءمة للسفر لمسافات طويلة. تعمل التطورات في تكنولوجيا البطاريات والبنية التحتية للشحن باستمرار على دفع حدود سرعات الشحن. علاوة على ذلك، يمكن أن يتأثر معدل الشحن الحالي للمركبة الكهربائية بدرجة الحرارة المحيطة، لذلك هذا مجال آخر للتركيز عليه.

التوحيد القياسي

يمكن أن يؤدي الافتقار إلى موصلات وبروتوكولات الشحن الموحدة إلى إرباك وإزعاج سائقي المركبات الكهربائية. يتطلب وجود معايير شحن متعددة من السائقين حمل محولات أو استخدام شبكات شحن مختلفة اعتمادًا على سيارتهم وموقعهم. إن تنسيق معايير الشحن عالميًا سيبسط تجربة الشحن ويعزز اعتماد المركبات الكهربائية على نطاق أوسع.

سعة الشبكة

يمكن أن يؤدي الطلب المتزايد على الكهرباء من المركبات الكهربائية إلى إجهاد شبكة الطاقة الحالية، لا سيما خلال ساعات الذروة. تعد ترقية البنية التحتية للشبكة ضرورية لاستيعاب العدد المتزايد من المركبات الكهربائية على الطريق. يمكن أن تساعد تقنيات الشحن الذكية، التي تعمل على تحسين جداول الشحن لتقليل تأثير الشبكة، في التخفيف من هذا التحدي. على سبيل المثال، يمكن للمرافق تقديم حوافز لمالكي المركبات الكهربائية لشحن سياراتهم خلال ساعات الذروة.

كلفة

يمكن أن تكون تكلفة تركيب وتشغيل محطات شحن المركبات الكهربائية كبيرة، خاصة بالنسبة لمحطات الشحن السريع بالتيار المستمر. هناك حاجة إلى حوافز حكومية واستثمارات خاصة لتسريع نشر البنية التحتية للشحن. يمكن أن تكون تكلفة الكهرباء أيضًا عاملاً، حيث يمكن أن تختلف أسعار الشحن اعتمادًا على الموقع والوقت من اليوم وشبكة الشحن. يعد التسعير الشفاف والتنافسي ضروريين لضمان بقاء شحن المركبات الكهربائية ميسور التكلفة.

الصيانة والموثوقية

تتطلب محطات شحن المركبات الكهربائية صيانة دورية لضمان عملها بشكل صحيح. يمكن أن تكون محطات الشحن المعطلة محبطة لسائقي المركبات الكهربائية ويمكن أن تقوض الثقة في البنية التحتية للشحن. يعد تنفيذ برامج صيانة قوية وتوفير إصلاحات في الوقت المناسب أمرًا ضروريًا لضمان موثوقية محطات الشحن.

الاتجاهات المستقبلية في البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية

يتطور مشهد شحن المركبات الكهربائية باستمرار، مع ظهور تقنيات ونماذج أعمال جديدة. فيما يلي بعض الاتجاهات الرئيسية التي تشكل مستقبل شحن المركبات الكهربائية:

الشحن اللاسلكي

تتيح تقنية الشحن اللاسلكي شحن المركبات الكهربائية بدون موصلات مادية، وذلك باستخدام الاقتران الاستقرائي أو الرنين. يمكن أن يكون الشحن اللاسلكي أكثر ملاءمة من الشحن بالتوصيل، لأنه يلغي الحاجة إلى التعامل مع الكابلات. يمكن أيضًا دمجه في الطرق، مما يسمح بشحن المركبات الكهربائية أثناء القيادة. ومع ذلك، فإن الشحن اللاسلكي حاليًا أقل كفاءة وأكثر تكلفة من الشحن بالتوصيل. مع تحسن التكنولوجيا، من المتوقع أن يصبح أكثر انتشارًا.

الشحن الذكي

تعمل تقنيات الشحن الذكية على تحسين جداول الشحن لتقليل تأثير الشبكة وتقليل تكاليف الكهرباء. يمكن لأجهزة الشحن الذكية التواصل مع الشبكة وتعديل معدلات الشحن بناءً على أسعار الكهرباء في الوقت الفعلي وظروف الشبكة. يمكنهم أيضًا تحديد أولويات الشحن للمركبات الكهربائية التي تحتاج إليها بشدة. يمكن أن يساعد الشحن الذكي في موازنة الحمل على الشبكة وتقليل الحاجة إلى ترقيات الشبكة باهظة الثمن. تعتبر تقنية Vehicle-to-grid (V2G)، التي تسمح للمركبات الكهربائية بتفريغ الكهرباء مرة أخرى إلى الشبكة، مجالًا واعدًا آخر للتطوير.

تبديل البطارية

يتضمن تبديل البطارية استبدال بطارية السيارة الكهربائية المستنفدة ببطارية مشحونة بالكامل في محطة مخصصة. يمكن أن يكون تبديل البطارية أسرع من الشحن السريع بالتيار المستمر، حيث يستغرق تبديل البطارية بضع دقائق فقط. يمكنه أيضًا معالجة المخاوف بشأن تدهور البطارية وإدارة نهاية العمر الافتراضي. ومع ذلك، يتطلب تبديل البطارية حزم بطاريات موحدة واستثمارًا كبيرًا في البنية التحتية. على الرغم من أنه لم يتم اعتماده على نطاق واسع خارج أسواق معينة (مثل الصين)، إلا أنه لا يزال مجالًا للاهتمام.

الشحن المتنقل

توفر خدمات الشحن المتنقلة شحنًا عند الطلب للمركبات الكهربائية باستخدام وحدات شحن متنقلة، مثل الشاحنات أو المقطورات المجهزة بالبطاريات أو المولدات. يمكن أن يكون الشحن المتنقل مفيدًا لتوفير شحن طارئ للمركبات الكهربائية التي تقطعت بها السبل أو لخدمة الفعاليات والمهرجانات التي تكون فيها البنية التحتية للشحن الثابت محدودة. يمكن أن يكون أيضًا خيارًا مناسبًا لمالكي المركبات الكهربائية الذين ليس لديهم إمكانية الوصول إلى مرافق الشحن الخاصة.

التكامل مع الطاقة المتجددة

يمكن أن يؤدي دمج شحن المركبات الكهربائية مع مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، إلى تقليل التأثير البيئي للمركبات الكهربائية. يمكن أن يوفر الشحن بالطاقة الشمسية في الموقع كهرباء نظيفة وبأسعار معقولة لشحن المركبات الكهربائية. يمكن أيضًا استخدام تقنيات الشحن الذكية لتحديد أولويات الشحن خلال فترات توليد الطاقة المتجددة العالية. يمكن أن يؤدي الجمع بين المركبات الكهربائية والطاقة المتجددة إلى إنشاء نظام نقل مستدام حقًا.

اتفاقيات التجوال الموحدة

مع استمرار توسع شبكات شحن المركبات الكهربائية، أصبحت اتفاقيات التجوال الموحدة ذات أهمية متزايدة. تسمح اتفاقيات التجوال لسائقي المركبات الكهربائية باستخدام محطات الشحن من شبكات مختلفة دون الحاجة إلى إنشاء حسابات منفصلة أو تنزيل تطبيقات متعددة. هذا يبسط تجربة الشحن ويسهل على سائقي المركبات الكهربائية السفر عبر مناطق مختلفة. تعمل مبادرات مثل Open Charge Alliance (OCA) على تعزيز قابلية التشغيل البيني وبروتوكولات التجوال الموحدة.

استنتاج

يعد تطوير بنية تحتية قوية ويمكن الوصول إليها لشحن المركبات الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية لدعم التحول العالمي إلى التنقل الكهربائي. في حين لا تزال هناك تحديات، فقد تم إحراز تقدم كبير في السنوات الأخيرة، وهناك تقنيات جديدة ومثيرة في الأفق. من خلال معالجة التحديات واغتنام الفرص، يمكننا إنشاء بنية تحتية للشحن مريحة وبأسعار معقولة ومستدامة، وتمهيد الطريق لمستقبل نقل أنظف وأكثر استدامة للجميع.