![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
تأثیرات کامیونهای سنگین برقی و بدون راننده بر سیستم حمل و نقل باری بدون کربن در آینده: تجزیه و تحلیل عدم قطعیت فنی-اقتصادی با استفاده از مدلسازی و تحلیل اکتشافی
پیشبینی تأثیرات گذار به یک سیستم حمل و نقل باری بدون کربن به دلیل عدم قطعیت ذاتی پیرامون توسعه و استقرار فناوریهای کامیونهای برقی و خودکار، چالش برانگیز است. این مقاله یک تحلیل اکتشافی از عدم قطعیتهای فنی-اقتصادی برای استقرار کامیونهای برقی و فناوری رانندگی خودکار و تأثیرات آنها بر سیستم حمل و نقل باری سوئد تا سال 2045 ارائه میدهد. یک نسخه اصلاحشده از مدل حمل و نقل ملی سوئد، Samgods، که برای نمایش کامیونهای برقی دستی (METs) و کامیونهای برقی بدون راننده خودکار (AETs) توسعه داده شده است، برای تجزیه و تحلیل بیش از 300 سناریو استفاده میشود. در این سناریوها، فرضیات مربوط به توسعه و عملکرد METs و AETs نسبت به پیشبینی مرجع سوئدی برای حمل و نقل باری متفاوت است. تأثیرات سطح سیستم شامل تقسیم حالت، هزینههای لجستیک و تقاضای انرژی مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرند. سطوح بالاتر بلوغ فناوری کامیونهای برقی با کاهش هزینههای حمل و نقل، افزایش تقاضای حمل و نقل جادهای و کاهش وابستگی به سوختهای زیستی همبستگی دارد. AETs این تأثیرات را بیشتر تقویت میکند، اگرچه با تغییرات قابل توجه در مدل عملیاتی و بلوغ فناوری. حتی بدون اتوماسیون کامل SAE سطح ۵، AETهایی که منحصراً در بزرگراهها فعالیت میکنند، در برخی سناریوها، میتوانند بیش از ۷۵ درصد از حمل و نقل جادهای داخلی بر حسب تن-کیلومتر را انجام دهند، مشروط بر اینکه اقتصاد واحد آنها مطلوب باشد. این مقاله علاوه بر کمک به بررسی یک فضای نتیجه محتمل از برقیسازی و فناوری رانندگی خودکار، یک رویکرد قابل کنترل برای بررسی تأثیرات سطح سیستمی استقرار MET و AET بر لجستیک، تغییر حالت و مصرف انرژی با مدلهای حمل و نقل بار در سطح ملی تحت عدم قطعیت را نشان میدهد.
مقدمه
قانون آب و هوای اتحادیه اروپا، این اتحادیه را متعهد میکند که تا سال ۲۰۵۰ به بیطرفی اقلیمی دست یابد. یکی از تلاشهای اصلی برای دستیابی به این هدف، کربنزدایی از بخش حمل و نقل خواهد بود. کربنزدایی از حمل و نقل جادهای به این معنی است که معرفی سریع کامیونهای بدون انتشار آلایندگی مورد نیاز است و انتظار میرود کامیونهای برقی باتریدار (ETs) نقش کلیدی ایفا کنند (Rogstadius و همکاران، ۲۰۲۴، Börjesson و Eliasson، ۲۰۲۴). با این حال، چگونگی انجام این گذار نامشخص و پیشبینی آن دشوار است. در حالی که انتظار میرود فناوری ET و زیرساختهای شارژ به مرور زمان بهبود یافته و بالغ شوند (Link و همکاران، ۲۰۲۴، Rogstadius، ۲۰۲۲)، توسعه و استقرار گسترده ETها منوط به عدم قطعیت فنی-اقتصادی قابل توجهی است. این عدم قطعیت ابعاد مختلفی را شامل میشود، از جمله تکامل عملکرد و هزینههای باتری، استقرار زیرساختهای شارژ و کل هزینه مالکیت ETها (Lajevardi و همکاران، ۲۰۲۲، Aryanpur و Rogan، ۲۰۲۴). در حالی که عدم قطعیت فنی-اقتصادی برای حمل و نقل الکتریکی از منظر هزینه کل مالکیت (ITF، 2022) و رقابت بین ICETها و ETها برای سناریوهای مختلف تأمین زیرساخت شارژ (Rogstadius و همکاران، 2023) مورد مطالعه قرار گرفته است، ارزیابیهای کمی در مورد چگونگی تأثیر چنین عدم قطعیتهایی بر سیستم حمل و نقل بار در سطح وسیعتر و سیستمی، به ویژه در رابطه با سایر روشهای حمل و نقل وجود دارد (Ghisolfi و همکاران، 2024). بسته به نحوه عملکرد این عدم قطعیتها، انتخابهای فناوری، الگوهای پذیرش و پویایی تقاضا ممکن است، متفاوت باشد. این امر چالشی را برای برنامهریزی حمل و نقل بلندمدت متعارف ایجاد میکند، زیرا به پیشبینی توسعه مورد انتظار آینده بخش حمل و نقل و رسمیسازی توسعه مورد انتظار در مدلهای پیشبینی حمل و نقل متکی است.
علاوه بر برقیسازی حمل و نقل جادهای، یکی دیگر از روندهای بالقوه مهم برای توسعه حمل و نقل جادهای در دهههای آینده، فناوری رانندگی خودکار و معرفی بالقوه کامیونهای بدون راننده است (Melander و همکاران، 2019). عدم قطعیت قابل توجهی در مورد امکانپذیری، عملکرد، پذیرش و تأثیر کلی آنها در آینده بر سیستم حمل و نقل جادهای بدون کربن در آینده وجود دارد. در حالی که جدول زمانی احتمالی برای استقرار کامیونهای بدون راننده نامشخص است و برای موارد استفاده مختلف متفاوت است، پیشنهاد شده است که عملیات تجاری اولیه ممکن است در سالهای آینده اتفاق بیفتد (Bishop Consulting، 2024) و استقرار در مقیاس بزرگ احتمالاً پس از سال 2030 امکانپذیر است (ERTRAC، 2019، Jungblut و همکاران، 2024). تحقیقات قبلی نشان میدهد که کامیونهای بدون راننده میتوانند کاهش قابل توجهی در کل هزینه مالکیت (Wadud, 2017; Engholm et al., 2020) و هزینههای عملیاتی حمل و نقل جادهای (Lee et al., 2023; Engholm et al., 2024; Ghandriz et al., 2020) ایجاد کنند. این کاهش هزینهها، در ترکیب با عوامل دیگری مانند کاهش زمان حمل و نقل برای جریانهای طولانی، میتواند تقاضا برای حمل و نقل جادهای را افزایش دهد (Engholm et 2024) که عامل مهمی برای در نظر گرفتن در پیشبینی حمل و نقل، سیاستگذاری و برنامهریزی زیرساختها خواهد بود.
با این حال، ادبیات مربوط به بررسی تأثیرات سطح سیستمی کامیونهای بدون راننده محدود است و درخواستهایی برای تحقیقات بیشتر، به ویژه با تمرکز بر ETهای خودکار و بدون راننده (AETها) مطرح شده است، زیرا اکثر مطالعات قبلی بر ICETهای بدون راننده متمرکز بودهاند (Jungblut و همکاران، 2024؛ Hasiri و Kermanshah، 2024). تأثیرات کامیونهای بدون راننده ممکن است در زمینه برقرسانی متفاوت باشد. یکی از عوامل این است که کاهش هزینه ناشی از رانندگی خودکار ممکن است هزینههای اضافی ناشی از برقرسانی را جبران کند و بنابراین ETها را قادر سازد تا از نظر هزینه رقابتیتر از حالت عادی باشند (Ghandriz و همکاران، 2020). رانندگی خودکار همچنین ممکن است بر ترجیحات شارژ ناشی از تغییرات در ساختار هزینه (هزینههای عملیاتی حاشیهای وابسته به زمان کمتر اما هزینههای مالکیت ثابت بالاتر) و عدم وجود محدودیتهای عملیاتی مرتبط با راننده تأثیر بگذارد. هزینههای مستقیم برای زمان توقف شارژ در طول زمان از کارافتادگی برنامهریزی نشده برای کامیونهای بدون راننده کمتر خواهد بود. اما از سوی دیگر، کامیونهای بدون راننده احتمالاً زمان توقف برنامهریزیشده کمتری در انبارها خواهند داشت و هیچ زمان توقفی ناشی از استراحت راننده در طول عملیات وجود نخواهد داشت که میتواند برای شارژ بدون محدود کردن بهرهوری آنها استفاده شود. علاوه بر این، درک محدودی از چگونگی تعامل کامیونهای بدون راننده با کل شبکه حمل و نقل وجود دارد، زیرا عوامل فنی، عملیاتی یا نظارتی ممکن است عملکرد آنها را به مسیرهای خاص یا بخشهای زیرساختی محدود کند (مونیوس و برگکویست، ۲۰۱۹).
هدف این مقاله افزایش درک این موضوع است که چگونه عدم قطعیتهای فنی-اقتصادی برای توسعهی ETها و کامیونهای بدون راننده میتواند بر سیستم حمل و نقل جادهای بدون کربن آینده تأثیر بگذارد. این هدف با استفاده از یک مدل حمل و نقل ملی سوئد برای ایجاد یک نتیجهی قابل قبول برای یک سیستم حمل و نقل بار سوئدی بدون کربن در سال 2045 که با عدم قطعیت فنی-اقتصادی مربوط به برقرسانی و فناوری رانندگی خودکار برای حمل و نقل جادهای سنگین مشخص میشود، با این فرض که حمل و نقل جادهای از طریق ترکیبی از برقرسانی و سوختهای زیستی بدون کربن خواهد شد، مورد بررسی قرار میگیرد.
سوئد به عنوان یک مطالعه موردی مورد استفاده قرار میگیرد، زیرا اداره حمل و نقل سوئد (STA)، که مسئول برنامهریزی بلندمدت زیرساختهای ملی برای سیستم حمل و نقل سوئد است، قانون آب و هوای سوئد را به عنوان پیشنیاز برنامهریزی پذیرفته است. قانون آب و هوا سوئد را ملزم میکند تا سال 2045 به انتشار خالص صفر دست یابد که عملاً مستلزم کربنزدایی کامل از بخش حمل و نقل است. در حال حاضر، این بخش حدود 30 درصد از انتشار گازهای گلخانهای مستقیم منطقهای سوئد را تشکیل میدهد و کامیونهای سنگین تقریباً 20 درصد از این انتشارها را بر عهده دارند. یک عنصر کلیدی در فرآیند برنامهریزی STA، پیشبینی مرجع است که یک پیشبینی تولید شده توسط مدل است که هدف آن منعکس کردن محتملترین توسعه سیستم حمل و نقل بار با توجه به سیاستهای تعیین شده و سرمایهگذاریهای زیرساختی و همچنین توسعه خارجی مانند توسعه اقتصادی، الگوهای تجاری، قیمت سوخت و انرژی و توسعه فناوری است. سال پیشبینی مرجع فعلی، سال ۲۰۴۵ است که فرض میکند حمل و نقل جادهای بار از طریق برقیسازی گسترده ناوگان کامیونها، کربنزدایی خواهد شد و ترافیک کامیونهای غیربرقی باقیمانده که توسط کامیونهای موتور احتراق داخلی (ICET) اداره میشوند، ۱۰۰٪ با سوختهای زیستی کار میکنند. در پیشبینی مرجع، کامیونهای برقی با استفاده از یک رویکرد سادهانگارانه مدلسازی شدهاند که عوامل حیاتی عملیاتی و اقتصادی برای کامیونهای برقی، مانند محدودیتهای برد، زمان شارژ، تأثیر باتری بر ظرفیت بار و هزینههای خرید را در نظر نمیگیرد. این سادهسازی، عدم قطعیت بیشتری را در مورد نتایج پیشبینی ایجاد میکند، زیرا حذف ویژگیهای کلیدی کامیونهای برقی ممکن است مکانیسمهای مهم شکلدهنده حمل و نقل جادهای آینده را از دست بدهد.
سهم اصلی این مقاله، ارائه نتیجهای قابل قبول پیرامون پیشبینی مرجع فعلی STA برای سال 2045، با در نظر گرفتن عدم قطعیتها در توسعه کامیونهای برقی دستی (METs) و کامیونهای برقی بدون راننده خودکار (AETs) و تأثیر بالقوه آنها بر موارد زیر است: تقسیمبندی حالت و تقاضای حمل و نقل جادهای بار؛ کل هزینههای لجستیک (هزینههای سیستم)؛ تقاضای سوختهای زیستی و برق توسط بخش حمل و نقل جادهای؛ و استفاده از ICETها، METها و AETها.
مدلسازی و تحلیل اکتشافی (EMA) (بانکز، ۱۹۹۳؛ کواکل و پرویت، ۲۰۱۳) برای استخراج یک مجموعه سناریو که منعکسکننده عدم قطعیتها در توسعه کامیونهای برقی و بدون راننده است، با استفاده از پیشبینی مرجع فعلی STA برای سال ۲۰۴۵ به عنوان مبنا، استفاده میشود. در هر سناریو، ویژگیهای METها و AETها از فرضیات پارامتر خاص سناریو در مورد عدم قطعیتهای فنی-اقتصادی مربوط به برقرسانی و اتوماسیون استخراج میشوند. این تحلیل چندین مکانیسم تأثیر بالقوه برقرسانی کامیون (که بر METها و AETها تأثیر میگذارد) و اتوماسیون (که بر AETها تأثیر میگذارد) را که هم در سطح کامیون و هم در سطح شبکه رخ میدهد، در نظر میگیرد. در سطح کامیون، تأثیرات بر عواملی مانند هزینههای عملیاتی، مصرف انرژی و برد رانندگی و ظرفیت بار (انگهولم و همکاران، ۲۰۲۴) گنجانده شده است. در سطح شبکه، این مدل عوامل خاص مربوط به توسعهی فیزیکی (OD) مانند امکانسنجی انرژی (با احتساب محدودهی رانندگی و تأمین شارژ) (جهانگیر سامت و همکاران، 2021)، امکانسنجی رانندگی خودکار (دوگان و همکاران، 2020، کاپر، 2022)، تأثیرات بر زمان حمل و نقل به دلیل رانندگی و شارژ خودکار (بری و سبون، 2022) و هزینههای شارژ (کارلسون و گراورز، 2023a) را در بر میگیرد. علاوه بر این، تأثیرات بر تعداد سفرهای کامیون مورد نیاز برای خدمترسانی به یک جریان توسعهی فیزیکی مشخص ناشی از تغییرات در ظرفیت بار مفید به دلیل وزن باتری در نظر گرفته شده است (روگستادیوس و همکاران، 2023). برای AETها، تأثیرات ناشی از برقیسازی و اتوماسیون ممکن است پیچیده و در تعامل با یکدیگر باشند. به عنوان مثال، در حالی که وزن باتری ممکن است ظرفیت بار را کاهش دهد، حذف کابین راننده میتواند بسته به سناریو، بخشی یا تمام این کاهش را جبران کند. ویژگیهای کامیون مختص سناریو بر عرضه بار جادهای تأثیر میگذارد که به نوبه خود با سایر اجزای سیستم مانند تقاضای بار، در دسترس بودن زیرساختها و سایر روشهای حمل و نقل (ریلی، دریایی و هوایی) در تعامل است و بر تصمیمات در بازار حمل و نقل تأثیر میگذارد و در نهایت نتایج کلی سیستم را تعیین میکند. این رویکرد مدلسازی و تحلیل، امکان بررسی چگونگی تغییر شکل سیستم حمل و نقل بار سوئد توسط مسیرهای مختلف برقیسازی و اتوماسیون را تا سال 2045 فراهم میکند. (منبع)