المنظور الخارجي: دراسة اتجاهات صناعة الشاحنات الأمريكية من خلال مبادرة الشاحنات الفائقة

وقد مولت وزارة الطاقة الأمريكية بشكل مستمر ثلاث مراحل من برنامج "الشاحنة الفائقة"، والتعاون بين الصين والولايات المتحدة في تحسين كفاءة استخدام الطاقة في الشاحنات له تاريخ طويل. ومع تعميق التعاون بين الصين والولايات المتحدة بشأن تغير المناخ، ما هي النقاط الرئيسية للتعاون بين الصين والولايات المتحدة في تحسين كفاءة استخدام الطاقة في الشاحنات في ظل خلفية الحياد الكربوني؟
 

نظرة عامة على برنامج "Super Truck" في الولايات المتحدة

من أجل تقليل استهلاك الوقود وانبعاثات الكربون للشاحنات الأمريكية، وخفض تكاليف استخدام المستخدم النهائي-، وتعزيز ميزة البلاد في ابتكار تكنولوجيا الشاحنات، أطلقت وزارة الطاقة الأمريكية برنامجًا مهمًا للابتكار التكنولوجي، وهو SuperTruck، في عام 2010. ويضم البرنامج 15 شريكًا في الصناعة، بما في ذلك ستة مصنعين للشاحنات يمثلون مجتمعين 99% من سوق شاحنات الجرارات.
وبلغت تكلفة المرحلة الأولى من مشروع "SuperTruck I"، من عام 2010 إلى عام 2016، 284 مليون دولار أمريكي بالتعاون، مع نسبة تمويل 1:1 بين الصناعة والحكومة الفيدرالية.
ومن المقرر أن تستمر المرحلة الثانية من "SuperTruck II" من عام 2017 إلى عام 2021، بميزانية قدرها 160 مليون دولار أمريكي، وسيتم تقاسم أموال الدعم بالتساوي بين الشركات والحكومة.
ستكون SuperTruck III متاحة في الفترة من 2021 إلى 2025، بتمويل إجمالي يزيد عن 100 مليون دولار أمريكي، مع التركيز على شاحنات الخدمة الثقيلة- الخالية من الانبعاثات، والكهرباء، والبنية التحتية للشحن/إعادة التزود بالوقود.

المؤشرات والأهداف الأساسية لمشروع الشاحنة الفائقة

SuperTruck I: تم تطويرها وأظهرت تحسنًا بنسبة 50% في كفاءة الشحن مقارنة بالجرار من المستوى 8 لعام 2009، حيث حققت ما يقرب من 10 أميال لكل جالون وزيادة الكفاءة الحرارية للفرملة للشاحنة التجريبية إلى 50%.
SuperTruck II: عرض نموذج أولي لشاحنة محملة بمحرك بكفاءة حرارية تصل إلى 55%، مما يزيد من كفاءة شحن الأسطول بنسبة 100%.
SuperTruck III: تعرض شاحنات كهربائية نقية بطول 400 ميل، ومرافق شحن بمستوى ميجاوات، والمزيد.

انجازات مشروع الشاحنة الفائقة

السيارة التي طورها برنامج SuperTruck I عبارة عن شاحنة مركبة ذات 8 مستويات (المعروفة باسم شاحنة ذات 18 عجلة)، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة الوقود والمحرك ونظام النقل لمقطورة الجرار من خلال اعتماد التكنولوجيا المتقدمة. باعتبارها العمود الفقري لنقل البضائع المحلية، تمثل 18 شاحنة ذات عجلات 70% من إجمالي حمولة الشحن وتستهلك ما يقرب من 28 مليار جالون من الديزل سنويًا، وهو ما يمثل 22% من إجمالي استهلاك طاقة النقل.

 

 

لقد تجاوزت النماذج الأولية التي طورتها شركات فولفو ودايملر وكومينز/بيتربيلت ونافيستار هدف SuperTruck I. بالمقارنة مع جرار فولفو VNL لعام 2009، فقد خفض الجرار المصمم حديثًا الوزن بمقدار 3200 رطل، وقلل المقاومة بنسبة 40%، وحسن كفاءة الشحن بنسبة 88%. سيستخدم مشروع SuperTruck II أساليب تقنية مختلفة للشاحنات والمقطورات لتحقيق أهداف الأداء، مثل تحسين كفاءة المحرك، وكفاءة نظام نقل الحركة، ومقاومة الهواء، ومقاومة دوران الإطارات، ووزن السيارة.

 

ومن خلال اعتماد نهج نظام متكامل لضمان عمل المكونات المختلفة للمركبة معًا، من المتوقع أن تحقق مشاريع SuperTruck II الخمسة أكثر من ضعف الأميال لكل جالون لشاحنات الفئة 8. حقق فريق Cummins SuperTruck II كفاءة حرارية للكبح بنسبة 55% من خلال محركات مجهزة بأجهزة استعادة الحرارة المهدرة. بالمقارنة مع الشاحنة القياسية في عام 2009، حققت أول شاحنة فائقة الجودة من شركة Freightliner تحسنًا إجماليًا في كفاءة الشحن بنسبة تزيد عن 115% وتحسينًا في الكفاءة الحرارية لفرامل المحرك بنسبة تزيد عن 50%.

النموذج الأولي لطائرة الشحن

 

محركات الشاحنات الثقيلة-ذات الكفاءة الحرارية العالية والمُحسَّنة باستخدام مكابس مطلية مُحسّنة بشكل موجي، وتقنية مركب توربيني، وشوط طويل، وشحن توربيني-مرحلتين، ونظام حقن الوقود بالسكك الحديدية المشتركة، واسترداد الحرارة المهدرة بدورة رانكين، وتقنيات أخرى.

نموذج أولي لمحرك-عالي الكفاءة الحرارية

 

يعود السبب وراء تحقيق هدف خفض الوزن وتجاوزه من حيث الوزن الخفيف (الهدف الأولي هو تقليل الوزن بنسبة 40%، ولكن تم تخفيض وزن الشاحنة الفائقة بنسبة 45%) جزئيًا إلى استخدام إطار من الألومنيوم أخف بمقدار 900 رطل من منتج الجيل السابق. وعلى الرغم من إضافة تكنولوجيا جديدة إلى الشاحنة، إلا أن الوزن لا يزال منخفضًا.

المستقبل SuperTruck III

ستقوم Super Truck 3 بتمويل مشاريع الكهرباء لشاحنات الشحن المتوسطة والثقيلة-. سيؤدي الاستثمار الإضافي إلى تحسين كفاءة المركبات وتوسيع البنية التحتية للسيارات الكهربائية.
في عام 2021، أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) عن فرصتين للتمويل يبلغ إجماليهما أكثر من 100 مليون دولار (يقول البعض أكثر من 162 مليون دولار) لتحسين كفاءة السيارات والشاحنات ومركبات الطرق الوعرة- وتقليل انبعاثات الكربون. سيتم استخدام هذه الأموال لدعم المرحلة التالية من برنامج "SuperTruck"، الذي يهدف إلى كهربة شاحنات الشحن وتوسيع البنية التحتية للسيارات الكهربائية (EV) والجهود المبذولة لتقليل الانبعاثات الصادرة عن المركبات على الطرق الوعرة والمركبات على الطرق الوعرة.
صرحت وزيرة الطاقة الأمريكية جينيفر م. جرانهولم أن تحقيق صافي انبعاثات كربونية صفرية بحلول عام 2050 يعني التخفيض الفعال لأكبر مصدر للانبعاثات، وهو قطاع النقل. يمثل النقل حوالي 30% من إجمالي الطلب على الطاقة في الولايات المتحدة، وهو أيضًا أكبر مصدر لانبعاثات الغازات الدفيئة. أدى أول برنامجين للشاحنات الفائقة التابعتين لوزارة الطاقة إلى قيام أكبر شركة مصنعة للشاحنات في سوق المقطورات-في الولايات المتحدة بتحقيق قفزة هائلة في كفاءة استهلاك الوقود. وسيستمر هذا التمويل الجديد في البناء على هذا الأساس، وتعزيز كهربة الشاحنات بجميع أحجامها، مع السعي لتوسيع خدمات شحن السيارات الكهربائية وتطوير محركات المركبات منخفضة الانبعاثات.
ولتحقيق هذه الغاية، تعاون مكتب تكنولوجيا المركبات (VTO) ومكتب تكنولوجيا الهيدروجين وخلايا الوقود (HFTO) التابع لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة (EERE) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية لإصدار إعلان فرصة تمويل SuperTruck 3 (FOA)، مما يوفر تمويلًا يصل إلى 100 مليون دولار أمريكي على مدار أربع سنوات لاستكشاف مفاهيم الشاحنات وأنظمة الشحن الكهربائية المتوسطة والثقيلة{2}} لتحقيق كفاءة أعلى وانبعاثات أقل. يركز التمويل على سلسلة من طرق الكهربة، مثل الأنظمة الهجينة الكهربائية بالكامل-التي تستخدم الوقود الحيوي المتجدد وتقنيات الهيدروجين وخلايا الوقود، بما في ذلك الاستراتيجيات الهجينة مثل موسعات نطاق خلايا الوقود.

مراقبة اتجاهات التطوير والتطبيق للشاحنات الأمريكية من تطور مشروع المرحلة الثالثة للشاحنة الفائقة

تركز محركات الاحتراق الداخلي التقليدية بشكل أكبر على الكهرباء والذكاء وتكنولوجيا الانبعاثات الصفرية. تركز المؤشرات الأساسية للمرحلتين الأوليين من خطة الشاحنات الفائقة على الكفاءة الحرارية الفعالة لمحركات الاحتراق الداخلي للوقود (محركات الديزل)، مدعومة بالابتكارات التكنولوجية في الوزن الخفيف، والديناميكا الهوائية، وتكامل الأنظمة، وما إلى ذلك. وتركز المرحلة الثالثة من خطة الشاحنات الفائقة بشكل أكبر على البحث وتطبيق أنظمة طاقة الطاقة المتقدمة، والانبعاثات القريبة من الصفر، واستخدام طاقة الهيدروجين، وتكنولوجيا الكهربة، والبنية التحتية للشحن/ التزود بالوقود، ومساعدة القيادة الذكية وغيرها من التقنيات.
إن أساس التعاون بين الصين والولايات المتحدة في مجال الشاحنات قوي. منذ عام 2009، تم إنشاء "مركز أبحاث الطاقة النظيفة المشترك بين الصين والولايات المتحدة" بمبادرة من قادة الصين والولايات المتحدة. مشروعها الفرعي هو مشروع "البحث الصيني الأمريكي المشترك حول التقنيات الرئيسية لتحسين كفاءة استخدام الطاقة للشاحنات المتوسطة والثقيلة"، وهو برنامج وطني رئيسي للبحث والتطوير للتحالف الصيني الأمريكي لكفاءة استخدام الطاقة للشاحنات ومشروع رئيسي للتعاون الدولي الحكومي الدولي في مجال الابتكار العلمي والتكنولوجي. ويبلغ إجمالي تمويل المشروع ما يقرب من 100 مليون يوان. بقيادة -جامعات محلية معروفة ورواد الصناعة مثل Weichai Power، وGuangxi Yuchai، وChina National Heavy Duty Truck Group، التي تغطي سلسلة أبحاث جامعات الصناعة بأكملها والقوة الصناعية، فإننا نجري أبحاثًا تعاونية بين الصين والولايات المتحدة بهدف تطوير نماذج أولية هندسية ومركبات توضيحية، والتي تلعب دورًا رائدًا في تعزيز التطور التكنولوجي لصناعة الشاحنات في الصين والمشاركة في المنافسة الدولية للتكنولوجيا المتطورة-.
في السنوات الأخيرة، حافظت الولايات المتحدة على ريادة دولية مستدامة في مجال{0}تقنيات توفير الطاقة وخفض الانبعاثات لمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية في الشاحنات. وفي الوقت نفسه، واصلت الاستثمار في صناديق البحث والتطوير في مجال الكهرباء، والوقود منخفض الكربون/منعدم الكربون، والشاحنات الخالية من الانبعاثات، والبنية التحتية للشحن/الهدرجة. وفي المستقبل، ستواصل الصين والولايات المتحدة أيضًا بذل الجهود في مجال أبحاث الشاحنات والتعاون التنموي في مجالات الكهرباء والطاقة الهيدروجينية والبنية التحتية.