白皮书：以最小的经济成本实现英国长途公路货运降碳

作者：D.T. Ainalis, C. Thorne,  D. Cebon

本白皮书是可持续道路货运中心（EP/R035148/1）部分研究成果。关于该中心的更多详情请访问：http://www.csrf.ac.uk/

编者按：近些年来，我国高速公路总里程，公路运输总量和公路货运周转量均不断突破历史新高，载货量大、效率高的重型商用车是主力车型。但同时，随着重型商用车保有量的增加，其能耗与排放问题也越来越严重，给我国的能源和环境带来巨大压力。因此，研究重型商用车能效优化技术对我国汽车产业转型升级、形成绿色环保型社会有着重要的工程价值和经济意义。为了降低能耗和污染排放，新能源长途重型商用车是未来的发展趋势，主要有靠自身携带电池驱动的混动/纯电动汽车、氢能驱动汽车和电气化高速公路系统（Electricity Highway Systems, E-Highway）提供电量驱动车辆行驶三种。根据英国皇家工程院院士、剑桥大学教授David Cebon调研，电气化公路系统由于是电网直接驱动车辆，驱动效率高达77%，且所需电能较少、建设周期短、投入资金少，项目投资回收期也较短，仅为4.02年。因此，电气化高速公路系统为提高重型商用车节能减排性能提供了重大机遇。本文介绍了剑桥大学可持续道路货运中心（The Centre for Sustainable Road Freight, SRF）关于英国重型货运车辆脱碳技术的调研报告，从电气化道路系统介绍着手，详细概述了系统主要基础设施、建设与过渡过程、试点项目、商业案例等，并给出了详尽数据，为电气化道路系统未来发展提供了重要参考。

总体概述：

2019年7月，英国政府修订了《气候变化法》（2008年），要求到2050年实现零温室气体（Greenhouse gas, GHG）排放。这个宏伟的目标需要对整个英国能源系统进行全面改革，同时意味着英国需要从2020年初开始实施稳定且具有成本效益的零GHG能源系统技术，涵盖发电，供热，工业，运输和农业等方面。

公路货运对英国的繁荣经济至关重要。但同时，它也是温室气体和有害排放物的重要来源。重型货车（HGV）承载了了英国90％的货运运输（DfT，2018a），如果英国要实现零碳排放目标，那么提出一种合理的能源方案来替代传统柴油动力HGV至关重要。

由于爆发新冠肺炎危机，英国经济遭受了前所未有的衰退和打击。本白皮书为政府评估由此带来的损失并考虑可以刺激投资和就业的政策提供了参考：使主要道路电动化，以快速、经济、高效地使HGV降碳。

“电气化道路系统”（Electric road system, ERS）是提供英国长途HGV车队所需能量的主要可选途径。通过部署路侧基础设施，可以最有效地直接使用电力（零碳排放），从而降低了社会成本。同时，这种方法是可扩展的，并且可以使用现有技术快速部署现有的物流机构，例如：国家电网，英国高速公路以及英国的建筑业和基础设施供应链，并创造大量就业机会。包括斯堪尼亚（Scania）在内的卡车制造商已表示，他们能够提供改装后的车辆，并已经完成了许多车辆原型，以用于在欧洲进行示范试验。

本白皮书阐述了在2030年代在英国范围内推广ERS的理由。英国几乎所有的长途货运车辆都要电气化，需要总投资193亿英镑，相当于道路货运量的65％。估计每年可减少二氧化碳排放量13.4兆吨的CO2排放，并带来可观的空气质量收益。其余35％的货运量主要是城市运输，预计在未来10年内将转移至电池电动卡车。该投资与其他计划中的基础设施项目规模相当，目前已可以立即实施在英格兰东北部进行的一项耗资8000万英镑的试点项目。

什么是电气化道路系统？

ERS有几种形式，包括导电系统和电感系统。其中，最成熟也是最具成本效益的技术为架空接触网系统，亦是本文的重点内容。图i显示了安装在德国高速公路上的架空接触网。在德国和瑞典的公共道路上正在进行的四次此类示范性案例证明了该方法的可行性，并计划在意大利进行进一步的建设与演示。

图i：西门子在2020年在德国的悬链卡车“ eHighway”演示器上运行的Scania HGV的照片。

架空接触网系统是一种成熟且安全的技术（在铁路部门中很常见），它由在道路边界外部建造的支撑结构组成，该支撑结构可容纳两个接触网电缆系统。这些电线提供正负电路，正负电路通过HGV车顶上的受电弓集电器收集。受电弓可以根据需要快速自动连接和断开，同时，HGV可以使用独立的车载电池（尺寸大小与电动汽车的电池相似）不使用电线自由地超车或完成接触网之外的行驶任务，从而始终提供零尾气排放。任何现有或将来的推进技术都与架空接触网方法兼容。实际上，在过渡时期，预计混合动力汽车有可能将接触网动力与柴油，生物气体或氢燃料电池相结合，以确保必要的操作灵活性。

英国如何实现电动重型货运车辆（HGV）的零排放？

“英国电气化高速公路系统”（UK electric motorways system, UKEMS）项目将通过四个阶段为英国的道路网络建设必要的基础设施。首先，从一个8000万英镑的试点项目开始，利用在瑞典、德国和意大利汲取的经验教训，研究针对英国的政策、税收和实施问题。拟议中的40车道公里的南约克郡试点（pilot）需要在2025年之前完成，从而可以开始分为三个阶段的基础设施建设。加上前期部署、设计、采购等相关时间，每个建设阶段的部署都将花费2-3年的时间。图ii显示了示例性的部署阶段以及估计成本。最终的总成本估计为193亿英镑，约占英国所有道路货运量的65％。随着电网碳强度的降低，通过使用电池电力、往返网络以及用于城市运营，道路货运部门将实现较高的脱碳水平。

图ii：三阶段展开的示例（蓝色为高速公路，绿色为A道路）。

通过将其与其他道路基础设施项目相结合（例如支持互联和自动驾驶汽车以及5G网络所需的智能交通系统），可以使道路侧基础设施的部署更具成本效益，从而使得英国拥有世界一流的数字运输和通信基础设施。通过先前计划，还可以通过位于高速公路服务处的充电站将部分主干电气基础设施与汽车/货车共享。基于大功率高速公路的充电基础设施（用于汽车/货车）的大部分成本花在了获得充足的电力上，通常这可直接从国家电网（或类似的替代电力）获得。通过在汽车/重型货运车辆之间分担成本，可以降低投资风险并减少对于建筑的破坏。

如何提供该系统所需投资并为财政部创造收入？

本文表明，对于车辆运营商和基础设施提供商而言，该业务模型是可以达到盈利水平的，并且能源销售也可以为英国财政部带来可观的收入，这是由于运行电力卡车固有的高效率和低成本决定的。车辆运营商可以在18个月内收回对受电弓电动汽车的投资，并有很大的空间可通过增加电力消费税来增加收入。对电气化基础设施的投资主要是架空悬链电缆、变电站等，可以利用车辆售电的利润率在15年内收回投资。并且该系统将是完全可以使用私人融资来建立和运行。

总结

架空接触网和兼容的HGV是使英国公路货运网络完全脱碳的最节能、最具成本效益的解决方案。如果英国要在2050年之前实现其降碳计划，直至实现零温室气体排放，那么部署这项工作至关重要。该技术已经通过验证，从目前以柴油为中心的方式过渡到以电力为动力的电动汽车，可以用混合动力汽车来处理。基础设施投资也可以与其他投资部分共享，例如：汽车的高速公路服务站收费、5G网络以及支持未来联网和自动驾驶汽车所需的智能运输系统基础设施。

受电弓电动汽车的成本投资将在18个月内（通过降低能源成本）偿还给车辆运营商，电气化基础设施可以在15年内（通过电力消费）偿还给其投资者，这给私人对基础设施投资成融资提供了独特机会。货运系统提高的能源效率还将通过电力消费税、道路使用收费或某种其他形式的税收在经济上为政府的创造足够的大量收入空间。

本文表明，在某些合理的定价方案下，该项目收入足以完全替代目前对HGV征收的燃油税。此外，减少对能源进口的依赖同样能够加强英国经济和国家能源安全。

本文提出了一个分三个阶段的实施计划，预计总成本为193亿英镑，计划于2030年代末完成。提议的初步阶段包括一个英国特定的8000万英镑的试点项目，以证明该方法的有效性并规避所有不确定性。

英国可持续道路货运中心

英国可持续道路货运中心（SRF）成立于2012年，旨在帮助行业和政府将道路货运部门的碳排放量降至最低。SRF汇集了英国三个领先的学术团体：剑桥大学工程系、赫瑞瓦特大学物流研究中心和威斯敏斯特大学货运与物流研究小组，以及一系列的行业/政府合作伙伴，目的是使公路货运在环境，经济和社会上可持续发展。

SRF的总体目标是：

  • 就改善公路货运环境可持续性的机会进行全面研究；

  • 为公路货运挑战制定创新的技术和运营解决方案；

  • 评估解决方案，以实现政府对公路货运部门的减排目标；

  • 将来自整个公路货运行业的组织召集到一个合作小组中：开发创新的解决方案以减少燃油消耗并在实践中进行测试。

SRF从英国政府和欧洲各种来源获得资金，特别是UKRI（EPSRC），ETI和Innovate UK以及行业成员。

关于本白皮书

本白皮书是SRF对HGV脱碳技术和物流货运进行的广泛研究结果，也是与公路货运行业的行业和政府利益相关者进行磋商的结果（请参见http://www.csrf.ac.uk/research）。

英文缩略列表

CAV – Connected and autonomous vehicles（网联自动驾驶车辆）

CCC – Committee on Climate Change（气候变化委员会）

eHGV – Electric heavy goods vehicle（电气化重型货运车辆）

ERS – Electric road system（电气化道路系统）

GHG – Greenhouse gas（温室气体）

GVW – Gross vehicle weight（车辆总质量）

HGV – Heavy goods vehicle（重型货车）

PP – Payback period（投资回收期）

SRN – Strategic road network（战略道路网）

TRL – Technology readiness level (See Appendix A for definition)（技术准备水平（定义见附录A））

UKEMS – UK electric motorways system（英国电气化高速公路系统）

WTW – Well-to-wheel（油井至车轮）

目录：

总体概述

什么是电气化道路系统？

英国如何实现电动重型货运车辆（HGV）的零排放？

该系统将如何提供所需投资并为财政部创造收入？

总结

英国可持续道路货运中心

关于本白皮书

英文缩略语列表

目录

1. 引言

2. 能源系统比较

3. 英国的电气化高速公路系统

3.1 电气化道路系统基础设施

3.2 车辆

3.2.1 受电弓系统

3.2.2 增程器

3.2.3 模块化混合动力汽车及其过渡过程

3.2.4 英国电气化高速公路系统eHGV

3.3 已完成的架空接触网卡车项目

4. 电气化高速公路系统建设与过渡过程

4.1 试点项目

4.2 电气化高速公路系统在基础设施和车辆系统中的推广

5. 商业案例

5.1 基础设施供应商的商业案例

5.2 车主商业案例

5.3 商业案例结论

6. 结论及建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

附录

附录A：技术准备水平

附录B：施工和过渡过程的相关数据

附录C：车队运营商商业案例的相关数据

1 引言
英国正在努力减少全球变暖并避免由此带来气候变化。2008年，英国出台了开拓性立法，以减少其温室气体（GHG）的排放。《气候变化法》（2008年）规定：直至2050年，英国的温室气体排放量必须比1990年减少80％。该法案还包含一系列管理立法制定和2050年最后期限之间的过渡规定。2019年7月，英国政府加大了《气候变化法案》的严格性，要求到2050年实现“零排放”。这项巨大挑战需要对英国能源系统的各个方面进行重大变革。同时，这一挑战对英国来说也是一个机遇，它可以为实现所需的过渡提供道德和技术上的领导。

为实现以上目标，需要对地面运输进行以上全方位变革。近年来，随着地面运输成为英国能源系统中温室气体排放量最高的部分，其重要性变得日益突出（图1）。这是由于运输需求的增加抵消了任何系统效率的提高，以及其他部门（尤其是发电部门）的脱碳。2018年，地面运输占英国排放量的25％（BEIS 2020）。

图11990-2017年英国各部门的年度温室气体排放量，来自BEIS（2020）的数据。

近年来，汽车和货车行业的脱碳方式已越来越清晰。目前，从汽油/柴油动力过渡而来的插电式混合电动车趋势明显。高效电池技术与脱碳电网配合，可实现零温室气体排放，并且与未来的净零排放兼容。高效的电池技术由于在大多数行程中行驶距离都很短，因此非常适合轻型乘用车。这种基于电池的方法也适用于较少执行本地货运任务的重型货物车辆（HGV）。城市物流的电气化目前正在进行中，其部署因对当地空气质量有利而备受支持。

但是，将电池技术扩展到更长距离的HGV时则面临重重挑战，主要归因于长距离HGV商业运行所需的大量能源和功率。因此，寻找一种适用于所有长途HGV的可部署解决方案对于实现净零排放至关重要，因为其目前约占英国温室气体总排放量的5％（BEIS 2020）。

使得HGV脱碳有几种可能的途径，在短期内的有效措施包括：减轻重量、改善空气动力学性能、使用低滚动阻力轮胎、改善驾驶员性能、增加车辆载重量等，通过这一系列可增加车辆续驶里程。

可持续道路货运中心的研究表明，如果不对长途车辆进行电动化，就不可能将道路货运部门的碳排放减少60％以上（Keyes et al.2018）。相同的研究表明，如果所有长途车辆都电动化，到2050年可以将排放减少80-90％。

公路货运的电气化主要取决于国家能源供应的脱碳。随着可再生电力的产生增加，电网的“碳因子”（gCO2/kWh）逐渐降低，任何电动化汽车（或以电力为燃料的汽车）都会产生较低的油井至车轮（ Well-to-wheel, WTW）1碳排放量。但是，这种依赖关系是双向的。公路货运部门从电网汲取的能量越多，国家就必须产生越多的可持续电力，并且使电网脱碳变得越困难和昂贵。因此，除减少碳排放量外，迫切需要使公路货运部门使用的能源最少。减少能耗的额外好处是降低了经济成本并因此提高经济效率，还可以减少能源进口，因此改善贸易与能源安全之间的平衡。

1 Well-to-Wheel用于分析评估与生产，加工，运输/传输和最终在车辆中使用的燃料相关的生命周期排放。

同样的论点也适用于天然气的应用。即使天然气使用“零碳”路线（例如，使用带有碳固存的蒸汽重整工艺制造“蓝色氢”），也必须将能耗降至最低以减少天然气进口并提高能源安全性（英国2019年有超过50％的天然气是进口的，大部分来自俄罗斯和卡塔尔）。

另一个必须考虑的因素是脱碳技术的部署速度。图2显示，为防止全球温度升高超过1.5°C，必须减少CO2的排放速率，从2020年开始到2040年，二氧化碳排放量必须基本为零。同时，它还表明，维持1.5°C的唯一途径是从大气中吸取大量的CO2。

图2 Andrew（2020）提出的维持全球温度升至1.5°C以下所需的脱碳路线图

这凸显了迫切需要使用可以快速实施的脱碳技术（即“shovel ready”）。世界根本无法再等待10年或更长时间才能开发和推广技术，必须采取快速行动。因此，本白皮书讨论了尽可能快速、经济地对道路货运进行脱碳的方法，同时还将能耗降至最低。

2 能源系统比较

使用中型电池（通常小于100kWh）中存储的电力，电动化的城市运输车辆正在迅速增加，从厢式货车和家庭送货车辆开始，但也包括各种大型车辆，例如公共汽车，最大货运量26吨的大型送货卡车和垃圾收集车。电池电源比较适用于这些车辆，因为：

  • 这些车辆所需行驶里程范围相对较短，通常往返里程短于100km，这使电池尺寸、质量和成本保持在可接受水平；

  • 无废气排放，因此对城市具有环境吸引力；

  • 车辆频繁起停–再生制动可用于能量回收，可显着提高能源效率；

  • 电动汽车的WTW二氧化碳排放量要远远低于柴油车。随着时间的推移和可再生能源发电量的增加，电网将进一步脱碳，可大大改善环境压力；

  • 电力成本远低于柴油，因此电动汽车运营商可以在合理的财务回报。

可以预见，在未来十年中，尤其是由于城市空气质量法规的压力，电池电动城市运输车辆将在英国广泛使用。

城市和区域货运量约占英格兰道路货运吨公里的三分之一，另外三分之二发生在战略道路网（Strategic road network, SRN）上（类似的统计数据适用于苏格兰，威尔士和北爱尔兰以及欧洲的大多数地方）。因此，长途货运进行低碳化是重点。

长途货运车辆技术选择的关键问题是：

  1. 车辆和基础设施的资本和运营成本；

  2. 运行成本，主要取决于系统效率和能耗；

  3. WTW的温室气体排放量；

  4. 基础架构要求；

  5. 车载能源系统的质量和体积；

  6. 对环境的影响，包括空气质量、自然资源消耗、对材料（铂金，钴等）的需求以及土地用途的变化；

  7. 能源进口的需求及其对能源安全和贸易平衡的影响；

  8. 技术储备水平（TRL）–用于快速扩展技术以使其广泛使用；

  9. 最早部署日期。

表1总结了长途公路货运的四种主要技术选择。有关这些技术的文献很多，本文不再赘述。

表1 用于长途公路货运的各种车辆推进技术的功能摘要。

技术 优势 劣势

大型电池电动车
WTW二氧化碳排放量低；
零排放；
可能在未来10年内成为城市运输和垃圾收集的主要车辆类型；
高技术储备水平TRL；
最早的城市运营广泛部署：2025年至2030年
大型电池会增加成本和重量，并减少有效负载容量；
对材料的需求严格；
需要昂贵的充电基础设施；
充电时间长；
实际电池尺寸的容量不足-不适合长途旅行

电气道路系统
能耗和WTW CO2排放量最低；
能源成本极低；
仅在ERS和仓库之间移动，所需电池容量小；
零排放；
高TRL：扩展性强；
最早的“广泛部署”时间：2035-2040†；
技术中立，可以推迟零排放的最终决定；
基础设施是5G和互联自动驾驶汽车传感与通信的补充
用于充电基础设施的大量资本投资；
不如其他解决方案灵活；
基础架构不雅观（主观）
氢燃料电池汽车
加氢时间短；
零排放；
如果与“绿色*”或“蓝色**”氢一起使用，则二氧化碳排放量低
由于效率低而导致的能源消耗很高：燃料成本很高；
用于燃料制造和加氢基础设施的大量投资；
绿色氢生产效率低下，价格昂贵且规模有限；
蓝色氢生产需要大量增加天然气进口和二氧化碳封存基础设施；
技术准备水平低（TRL）；
最早的广泛部署：2040-2050

生物燃料
现在可以实施并减少温室气体排放；
可立即使用；
成本与柴油相当
燃料不足，无法被广泛采用：不会显着改善国家或全球的二氧化碳排放量；
存在废气排放；
由于生物燃料的供应有限，不可能广泛部署

合成燃料
柴油的直接替代品；
可以使用现有的加油基础设施；
如果使用可持续电力生产，则二氧化碳排放量低

燃料生产的能源成本非常高（高于氢气），且燃料成本非常高；

需要大量投资来制造燃料；

存在废气排放；

技术储备水平TRL较低；

最早的广泛部署：2040-2050

*绿色氢气是通过使用可再生电力电解水而制得的。

**蓝氢是由天然气通过蒸汽重整制得的，将产生的二氧化碳隔离在地下。

†“广泛部署”是指基本上在所有英国注册的HGV上实施。

从表中得出的关于长途货运车辆的主要结论是：

  1. 由于需要非常大的电池（通常是电动汽车使用的最大电池的5-10倍和普通汽车电池的10-20倍），因此将电池电动汽车用于长途运输不切实际。另外，车辆重量的增加大大降低了有效载荷的能力，且高昂的电池成本使开发无法进行；

  2. 生物燃料（液体和气体）可以大大减少CO2排放，但是生物燃料供应不足，无法广泛采用。尽管这些技术可用于使单个车辆脱碳，但它们无法在国家或全球范围内大幅减少二氧化碳的排放，因此不能用作大规模的地面运输解决方案（CCC2019）；

  3. 氢动力车辆产生的尾气排放为零，但是制造氢燃料需要大量的可再生电力用于“绿色氢”路线，或者需要大量增加天然气的进口和建立碳封存基础设施，以用于“蓝色氢”的路线。这两条路线都非常昂贵，增加了运输成本并降低了英国的竞争力（Hacker2020）；目前，这两种路线的横向扩展级别均处于较低的TRL范围，因此至少在2040年前不会被广泛采用该项技术；

  4. 低碳合成燃料通常使用氢气作为原料，并从空气中的CO2中捕获碳。它们的准备情况取决于蓝色或绿色氢的大规模生产，因此是非常长期的解决方案；

  5. 在英国和欧洲，长途公路货运最实用的解决方案是电力公路系统（ERS）。这是公路车辆的最低碳排放和最低能耗路线。近年来，这种系统已在欧洲的4个不同的装置中进行了演示，并准备进行横向扩展。尽管需要大量的基础设施，但成本适中，预算在正常的公路基础设施项目的范围内。ERS解决方案是零碳电力的最有效利用，因此是最低的社会成本。这是可用电池电源中最有效的使用方式，并且是能够利用现有技术的最有效方式。

本白皮书的其余部分涉及在英国大规模部署经济有效的ERS，这是在2030年代将重型货车几乎完全脱碳的一种途径。并且提供相关信息，包括ERS方法，经济利益，以及如何将其部署在英国的战略道路网络中将使货运经营者、物流公司、低碳能源供应商以及整个英国受益。

3 英国的电气化高速公路系统

本节概述了拟议的“英国电气化高速公路系统”（UKEMS），以实现道路货运的快速广泛电气化，包括所需的基础设施和车辆技术。

3.1 电气化道路系统基础设施

现有或正在开发的几种ERS解决方案，可以将其安装在道路上，为行驶中的车辆充电，提供动力。这三种技术可以分为：

  1. 使用架空线进行导电传输；

  2. 在路面使用铁轨或导体进行导电传输；

  3. 使用安装在路面上的电磁垫进行感应（无线）传输；

每种技术都采用不同的方法在运动过程中为车辆供电，表2总结了这些技术的优缺点。

表2 各种电气道路系统（ERS）技术的总结

技术 优势 劣势
架空导电传输

铁路采用成熟的技术；

存在国际技术标准；

技术储备充足；

路面不受施工影响；

高效的电力传输可以同时对行驶货车提供动力并且充电；

车辆机动性好；

基本上可以从硬路肩安装而无需封路

不适用于乘用车和轻型商用车；

对高速公路存在视觉冲击；

系统之间的摩擦可能会生成颗粒和导致磨损；

需定期维护基础架构
道路内导电传输

适用于所有车辆；

高效的电力传输可以同时对行驶货车提供动力并且充电；

视觉冲击小

需要对路面进行施工；

技术准备不足；

铁路给道路使用者带来安全隐患，并可能缩短道路使用寿命；

系统之间的摩擦可能会导致颗粒的产生和磨损；

由于泥、雪、冰等的侵入而导致的故障；

车辆机动性受限
感应式（无线）传输

适用于所有车辆；

视觉冲击小；

组件之间无摩擦；

高水平的车辆机动性

需要重大技术发展才可实施；

技术准备不足；

能源效率和功率低（电感损耗）；

为卡车提供足够的动力需要间隔为1-2m的感应垫（Nicolaides等，2017）；

需要对路面进行施工；

由于嵌入了垫块，增加了路面故障和维护成本；

电磁辐射可能对乘员构成健康风险；

最昂贵的解决方案

唯一具有较高技术储备水平且最能满足第2节中概述的标准ERS技术是架空导电传输。这是一种由西门子制造，名称为“eHighway”的系统，eHighway的能源供应系统采用电气化铁路的安全成熟做法；两极接触网系统可确保在高速行驶时为车辆提供可靠，稳定的能源供应；使用具有中压开关设备的变电站，电力变压器，整流器和受控逆变器，可以向高架接触线供电，并且还可以接收车辆再生制动系统产生的电能。

西门子eHighway是最可行的ERS基础设施解决方案，其原因有很多：

  1. 电气化铁路存在许多架空接触网方面的标准，并且可以很容易地用于此类ERS；

  2. 该系统具有高达8级的TRL，在美国，德国和瑞典进行了试点试验；

  3. 该技术适用于刚性和铰接式HGV，也可用于公共汽车和区域间客车；

  4. 该系统比其他解决方案产生更高的能源效率。在大多数运输中，电力直接从架空线通过逆变器传递到车辆上的电动机。避免了电池充放电过程中的能量损耗，因此是为电动车辆供电的最有效方式；

  5. 路面不受嵌入式硬件的损害，与在路面中嵌入导轨或充电板的系统相比，这被认为更安全并且维护成本更低2；

  6. 该系统具有良好的安全记录，未发现高风险（Bateman et al.2018），该概念已得到公认，并在电车和铁路应用中得到了证明；

  7. 高架悬链线比其他解决方案更容易进行道路建设和维护（包括路面管理）；

  8. 已开发了适用于桥梁、立交桥、隧道和低间隙区域等路况的eHighway系统，以在高速公路上提供连续充电（Grünjes 2013）；

  9. 乘用车和轻型车辆通常具有可接受的电池功率范围，并且可以在家庭/仓库/高速公路服务中充足电。这可能比使汽车适应动态充电更方便和更具成本效益（Bateman et al.2018）。

2 暂时没有关于内置感应线圈或轨道的路面状况的重要数据（Bateman等人，2018年）。一些初步试验已经观察到安装的路面出现裂缝。这突出了对道路使用者安全的关注，嵌入式硬件对车道变化的影响，以及对故障的影响（例如HGV轮胎爆胎）。

3.2 车辆

UKEMS所需的车辆技术在成本必须具有强竞争力，最大限度地提高能源效率，减少车辆生产的材料和能源需求，具有抵御网络中断的能力，显着减少碳排放并能够在系统构建阶段在ERS道路上行驶或不在ERS道路上行驶。最符合标准的车辆具有模块化混合动力架构，如图3（混合动力车辆架构的示意性概述，摘自Siemens 2020）所示：该架构具有通过架空链的动态充电功能。这些车辆的动力总成带有电动机/发电机，小型车载电池，用于动态充电的受电弓系统以及“增程器”（小型内燃机+发电机），可在车辆驶离ERS的需要时为电池组充电。这些车辆还可以在制动过程中回收能量（即所谓的“再生制动”），并将其反馈到车载电池中，或者在特殊情况下，通过接触网反馈到电网中。英国电动卡车工业正在显著增长，并拥有许多非常成功的创业公司，卡车的电气化为国内汽车工业的复兴提供了前景。

图3 西门子（2020）开发的具有架空接触网的动态充电功能的混合动力汽车架构示意图

3.2.1 受电弓系统

安装在驱动器驾驶室顶部的受电弓系统使车辆在UKEMS网络上能够从使用车载电池无缝过渡到架空接触网系统。在当前的试点试验中，通过按下驾驶舱内按钮手动缩放受电弓。可使用车载传感器检测高架线的存在并自动连接至高架线，也可以利用现有的车道保持功能来确保受电弓保持连接状态。受电弓系统可以以最高100km/h的时速升起和落下。

3.2.2 增程器

可选的电气化车辆增程器用于在需要时为车载电池充电（例如，车辆长时间不在UKEMS网络中，这对于过渡阶段中某些网络没有覆盖的情况至关重要），它还将提供弹性选项：如果部分供电网络中断，车辆仍将能够自由行驶。

UKEMS车辆与任何类型的增程器技术兼容，例如：使用汽油，柴油或生物燃料的内燃机ICE，附加电池组（用于有限量货运应用）或氢燃料电池技术。增程器也可以有不同类型（例如大型，中型，小型ICE），以满足汽车运营商的不同车辆要求。重要的是，UKEMS不确定增程器技术，推迟了二氧化碳排放减少指标的最终确定时间。

3.2.3 模块化混合动力汽车及其过渡过程

混合动力体系结构非常适合在UKEMS及其以后的全国范围内管理过渡。模块化的特性使得可以使用不同的增程器技术来增强电力传动系统。在推出的早期阶段，第一代电动HGV（eHGV）大部分将具有更大的增程器（可能是天然气或柴油动力ICE）。这些将在尚未通过UKEMS网络提供服务的该国部分地区提供流动性，并将随着电池能量密度的提高和随着UKEMS在全国范围内的覆盖范围的扩大而逐渐变化。当UKEMS于2040年完全推出时，大多数运营商只需要配备小型车载电池和受电弓系统的eHGV。在某些极端情况下，只有极少数的eHGV需要增程器，例如，如果它们必须行驶到供电网络以外的偏远地区，或者保证车辆在UKEMS供电网络之外时能够“跛脚回家”（limp home）。

3.2.4 英国电气化高速公路系统eHGV

混合架构是UKEMS的核心部分。eHGV将使用具有中等大小的电池（即乘用电动汽车电池的大小）的电动动力总成，受电弓连接到架空接触网以在行驶期间充电，以及ICE增程器。表3概述了适用于UKEMS部署各个阶段的合适eHGV规格。随着网络的部署，可减小增程器尺寸，到2040年它将成为可选配置，仅在之前讨论过的极少数情况下才需要配备。

表3 UKEMS推出的所有阶段的拟议eHGV规范。

增程器
阶段 电池容量 电机功率 受电弓系统 动力源 功率 油箱容积
1 100 315 有 柴油机 150 100
2 100 315 有 柴油机 150 100
3 80 315 有 柴油机 100 50

3.3 已完成的架空接触网卡车项目

德国和瑞典政府都支持空中接触网技术。他们都实施了试验计划，以“降低”实施风险，并证明该系统在公共道路上的可行性，并且在2017年，德国和瑞典政府同意就该技术及其潜在应用展开合作。此后，法国于2019年6月加入，建立了三方合作伙伴关系（Trafikverket 2019）。同时，意大利目前也正在研究悬链货车项目。瑞典政府在公共道路上实施了全球首例架空线ERS技术试验，他们于2016年在山特维肯（Sandviken）外的E16上完成了演示程序，从2015年6月的投资决定到2016年5月的首次测试，这2公里的路段花了11个月的时间来建设。该试点项目耗资约1000万英镑（或1.25亿瑞典克朗）（Gävleborg 2018）。项目取得了总体上的成功，自完成以来接待了成千上万的游客。

迄今为止，德国政府已在三个主要示范点的接触网计划上花费了超过6,200万英镑（7,000万欧元）（BMU 2018）。其中包括法兰克福附近的A5，吕贝克附近的BAB1和巴登-符腾堡附近的B462。在每个项目中，计划阶段为一年，建设期为9个月。电气化区域的长度在6公里到10公里之间，每车道公里的平均建筑成本约为129万英镑（146万欧元）。

事实证明该系统可适应各种道路布局情况，并且不会影响道路上行驶的其他车辆。此外德国的项目表明，该系统的大部分可以建在路肩的坚硬路段和道路边界之外，而无需关闭电气化车道。仅架空电缆安装需要封闭车道，并且这项工作是在低影响期（即夜间）完成的。瑞典和德国的试点已证明，该接触网系统可在各种现实世界的道路基础设施场景中使用，并且在大规模部署方面没有任何技术障碍。此外，这些试点试验表明，不存在重大的健康、安全、施工或操作风险。

4 电气化高速公路系统建设与过渡过程

建立英国接触网可提供零排放、低成本货运和重要的英国经济活动。本部分讨论了英国如何处理这种网络的建设，以及如何从柴油燃料过渡到接触网驱动的车辆。

4.1 试点项目

在部署全国范围的接触网之前，关键的第一步是试点项目，旨在探索英国范围内的综合物流系统（包括长途和城市车辆）如何运作。如前所述，德国和瑞典的公共道路已经证明该核心接触网技术已经成熟。但是，英国存在一些特定的问题和机遇，这使得英国试点项目至关重要。拟议的试点项目将探讨英国一些特定的知识储备差距，包括业务案例细节、政策问题、税收方法、规划考虑因素、公众态度、执行策略、基础设施安装方法、土地使用问题、能源网络影响、供应链机会、车辆技术选择和问题（例如，双层拖车）、国际货运系统的兼容性以及排放影响（空气质量和二氧化碳）。建议将一套完整的运营、技术、市场和排放数据捕获和分析作为整个试点项目的基础。核心产出将是详细的成本估算的国家推广计划。

气候变化委员会（CCC）已表明开展一个试点项目有利于其未来发展。在英国宣布实现零净计划后不久，CCC公布了其技术工作细节，以证实实现这一宏伟目标的可行性。委员会在“零排放：技术报告”（2019年）中重申了将HGV脱碳的必要性。此外，他们建议英国进行“零排放HGV及其相关基础设施的试验”。

因此，也提出一个示例性试点项目，以扩展此阶段所需的投资。它基于南约克郡A156和M18之间的M180区域，该区域承载来自南约克郡Immingham主要港口的大量HGV运输车辆。该地点靠近为Doncaster及其他地区服务的数个国家配送物流设施，使长途运输和城市物流系统的集成也得以详细研究。拟议的试点项目估计将花费8000万英镑，并将用于40车道-公里3的电动高速公路，它可以在不到一年的时间内建成，整个项目大约需要四年。费用和期限包括弥补前文强调的英国特定知识空白的所有工作，降低成本、最大程度地降低风险并提高后续全国性项目的实施速度。

3 车道-公里被定义为车道一侧的一个车道的一公里，例如，一段20公里的高速公路需要40车道公里，才能在两个交通方向上完全为慢车道通电。

4.2 为基础设施和车辆系统推出的电气化高速公路系统

一旦试点项目完成并建立了必要的供应链，便可以在英国快速部署。首先建议从HGV最频繁使用的道路开始分阶段实施，本文提供了一个示例来说明本文的规模和背景。图4提出了三个不同的阶段，2025年开始首次部署，预计在2030年末完成。

图4 英国UKEMS三阶段计划的示例说明（高速公路为蓝色，A道路为绿色）。

表4提供了每个阶段的施工距离、估计成本和二氧化碳减排量。附录B中提供了更多详细数据。与其他国家基础设施投资或零排放投资相比，这些成本较为合理。不同阶段允许分阶段进行投资，每部分资本支出可提供重要的英国覆盖范围和二氧化碳收益。这种方法可以管理风险，并在以后的阶段中受益于先前阶段的经验教训。此外，这种方法的可扩展性支持英国实现其各种碳预算以及到2050年实现净零排放。到项目结束时，英国将有65％的HGV-km是电力供电的。当与将被广泛用于城市运输的电动汽车结合使用时，英国公路货运的电气化率将非常高。

表4 三个部署阶段中每个阶段的UKEMS建设成本汇总。有关详细的成本核算信息，请参阅附录B。

阶段1 阶段2 阶段3 全英国
建设工期[年]† 2.7 2.6 2.7 8
施工队数（建筑工人数）†† 30(1,050) 45（1,575） 60（2,275） -

覆盖距离[车道-公里]

 3261 4759 7062 15121
每车道公里的投资成本[£k]††† 1500 1050* 975** 1113（英国平均）

总投资成本[£Bn]

 4.9 5.0 6.9 16.8
估计的非资金成本[£Bn]+ 0.7 0.8 1.0 2.5
总成本 5.6 5.7 7.9 19.4
%英国HGV的脱碳百分比[%]++ 31.2 18.7 14.6 64.8

接触网时的HGV节能[MtCO2eq#]

 6.46 3.87 3.01 13.4

通过在大部分施工阶段仅关闭道路路肩，可以将施工对交通网的影响降到最低。此外，有可能使悬链线基础设施的建设与其他道路投资，例如：重铺路面，安装新障碍物以及安装其他系统，例如支持互联和自动驾驶汽车所需的5G移动网络和车辆基础设施系统同步。

†由于规划，设计，采购等需要时间，因此将大大延长总体项目工期。

††仅包括构建UKEMS基础结构所需的人数。

†††包括每英里10万英镑的小额补贴，用于购买用于现场变压器的土地。

*假设50％的电网连接费用由汽车充电分担。

**假设50％的电网连接费用与汽车充电费用分摊，并且由于第三阶段道路上的交通流量较低，因此降低了变压器成本。

+基于5％的前端加载活动（CII 2020）和10％的详细工程和项目执行。

++仅考虑到接触网的行程-根据接触网外部使用的能源，可能会进一步脱碳。基于HGV计数统计数据（DfT 2018b）。

#由BEIS（2020）发布的《英国最终温室气体排放国家统计：1990年至2018年》中引用的脱碳百分比和HGV CO2eq总排放量得出。

5 商业案例

为获得支持，UKEMS项目必须对汽车运营商，基础设施提供商和英国政府具有财政收入吸引力。本节介绍了为评估该方案可行性而开发的简单经济模型：（i）UKEMS基础设施供应商，（ii）汽车运营商，（iii）英国财务部。以下分析是根据经济投资回收期（Payback period, PP）进行的：即收回车辆和基础设施投资成本的时间。它还考虑了政府可以从UKEMS中获得的电力税务收入，相对于当前从柴油税中获得的收入。

关于电价和利润率尚有争议，预测可能会有很大差异。因此在本研究中假设：

  1. UKEMS基础设施运营商以商业“批发”价购买电力。在此分析中检查了5p/kWh和10p/kWh的批发价格；

  2. UKEMS基础设施运营商以“零售价”出售电力，以便根据电力销售收入，为基础设施投资实现15或20年的期望收益；

  3. 除了基础设施提供商的价格外，政府还收取能源税，以便汽车运营商将于1.5年内收回其对于电动汽车的投资，确保了所有汽车运营商都有足够的激励生产电动长途车辆。

  4. 提高“零售”电价进一步为UKEMS基础设施运营商和政府提供了灵活性，以产生更多收入，但可能会对汽车运营商产生负面影响。

此处提出的财务可行性研究的一些局限性是：

  1. 所有成本和价格均以2020年英镑（£）为单位。

  2. 由于涉及的时间较长（15或20年），因此对基础设施提供商提供折扣。但是为车队运营商提供的结果不包括通货膨胀（未折现）或投资结构。

  3. 假定使用UKEMS的车辆是在英国注册的长途铰接式车辆，车辆总质量（Gross vehicle weight, GVW）大于31吨。加上较小的HGV、公共汽车和长途汽车，潜在UKEMS车辆的数量可能会更多。

  4. 假定所有在英国注册的适宜汽车都使用该系统，因为较短的收益周期将更能吸引汽车运营商从柴油车转换为电动车。

  5. 不考虑非英国汽车运营商的售电收入。

可以考虑其他因素进行更复杂的分析来得出更精确的数字，但是汽车和基础设施资本成本的基本原理以及因售电而产生的运营成本和收入相同。可以预期，该分析能够得出广义结论，并进一步得到可靠的细节。

5.1 基础设施供应商的商业案例

UKEMS基础设施提供商需要在合理的时间内获得投资回报，但是成本规模和时限要比车队运营商要大，因此在本分析中随时间推移货币价值可能会打折。基础设施提供商使用15年预期收益和20年预期收益这两种不同方式来作为基准，目的是估计可以实现预期收益的最低电价（利润率）。表5总结了UKEMS基础设施提供商业务案例中假设的eHGV的成本和数量。

表5 UKEMS基础设施提供商 商业案例的输入参数

UKEMS基础设施提供商的参数† 值 来源
UKEMS基础设施的总成本

193亿英镑

 表4

UKEMS基础设施的资本成本

168亿英镑

 表4
年度基础设施维护成本**

投资成本的2％

Oeko Institute(2020)

UKEMS eHGV的数量（>31 tGVW）
第一阶段*

85,871
第二阶段*

136,388
第三阶段*

176,388
最长收回（成本）周期

15&20年

†费用不包括试点项目。

*基于HGV计数统计数据（DfT 2018b）和许可的HGV总数（DfT 2020）的HGV摄取数量。

**根据德国演示项目的经验，该值包括人员，外部服务，租金，材料，IT /通信和维护工具的成本。

5.2 车主商业案例

HGV运营商由于利润率低，因此不愿采用新的或替代的动力总成技术。因此，任何可替代车辆都必须为汽车运营商提供短期内较为可观的预期收益。该分析假设预期将在1.5年内产生收益（相对于基准柴油HGV），这将推动eHGV的快速和广泛采用。最初在3.2.4节中介绍的eHGV解决方案在UKEMS推出各个阶段的规范略有不同。表6总结了整个阶段的基准（柴油）HGV和eHGV解决方案财务模型的关键参数（附录C中提供了完整的详细信息和组件成本）。

表6 第1和第3阶段车主商业案例参数。有关汽车运营商商业案例的完整详细信息，请参见附录C。

参数
 第一阶段
 第二阶段
 第三阶段
年平均车距 100,000km 100,000km 100,000km
柴油HGV平均燃油经济性 35.8L/100km 34.0L/100km 31.8L/100km
柴油燃料成本* 1.12£/L

1.12 £/L

1.12 £/L
电力燃料成本 待定 待定 待定
基准柴油HGV
购买价格

£92,200

£87,200

£82,200
发动机尺寸 315kW 315kW 315kW
eHGV
购买价格** £105,692 £96,942 £83,937
电机尺寸 315kW 315kW 315kW
车载电池容量 100kWh 100kWh 80kWh
eHGV增程器
燃料和尺寸 Diesel 150kW Diesel 150kW Diesel 150kW
燃料箱尺寸 100L 100L 50L
使用距离范围扩展的百分比 20% 10% 5%
最长收回（成本）周期 1.5 years 1.5 years 1.5 years

*柴油的成本从2020年6月开始计算（《全球汽油价格2020》）。

**eHGV的购买价格包括用于仓库的慢速智能充电器以及UKEMS操作的所有组件的成本。

5.3 商业案例结论

本部分介绍了针对基础设施提供商和汽车运营商的经济分析结果。表7列出了基础设施提供商向车辆销售电力以达到规定预期收益所需的利润率。结果表明，可用私人融资获得UKEMS基础设施投资，其电力销售利润率在15年内为7.07p/kWh，在20年内为6.65p/kWh。

表7 UKEMS基础设施的商业案例结果，表明通过基础设施销售电力所需的利润率（以每千瓦时便士为单位），以实现15或20年的投资回收期。

UKEMS回收周期 电力利润率
15年 7.07p/kWh
20年 6.65p/kWh

使用基础设施提供商所需的最低电力利润率，可以对汽车运营商商业案例进行评估。虽然eHGV车辆的购买价格高于基准柴油HGV，但由于车辆效率提高和电能成本低于柴油，因此运营成本大大降低。实施阶段的主要区别在于，随着供应链建立和电动汽车产量增加，汽车购买价格预计将略有下降。

若没有政府的任何干预，汽车运营商将在一年或更短的时间内获得预期收益周期。这意味着政府有足够空间来设定向汽车运营商出售电力的消费税。设定的消费税水平应使车辆运营商在电动HGV上的投资达到1.5年的预期收益周期。表8显示了政府可以在每个实施阶段针对不同的购电价格引入的最高消费税，汽车运营商仍然能够实现1.5年的预期收益周期。

表8 政府可以向汽车运营者征收的最高电力消费税（单位：每千瓦时便士），同时针对不同的购电价格，在三个阶段中实现eHGV的投资回收期为1.5年。

基础设施提供商的投资回收期 20年 20年 15年 15年
批发价（对基础设施提供商） 10p/kWh 5p/kWh 10p/kWh 5p/kWh
零售价（不包括消费税） 17.07p/kWh 12.07p/kWh 16.65p/kWh 11.65p/kWh
第一阶段总零售价（含消费税）

18.15p/kWh

 19.08p/kWh 18.23p/kWh 19.16p/kWh
第二阶段总零售价（含消费税） 20.71p/kWh 21.17p/kWh 20.75p/kWh 21.21p/kWh
第三阶段总零售价（含消费税） 24.55p/kWh 24.79p/kWh 24.57p/kWh 24.81p/kWh

随着eHGV在UKEMS三个阶段中变得越来越普遍，柴油HGV的数量将减少，因此，财政部的柴油消费税收入将随之减少。使用表8的结果，可以通过征收电费税来弥补柴油收入损失的可能性。结果显示在图5中，两个左子图的批发价为10p/kWh，而两个右子图的批发价为5p/kWh。2020年基准是全部HGV是柴油，均为58p/L的燃油税，表现为每个子图左侧的100％条形图。在以后的阶段中，柴油收入减少但电力收入持续增加。

图5：在不影响汽车运营商1.5年投资回收率的情况下，针对不同的购电价格，UKEMS基础设施不同阶段的柴油和电力的相对政府收入比较。

显然，因为电税产生的收入少于柴油所损失的收入，早期的总税收收入将会减少。但是，随着阶段的逐步实施，随着电动汽车成本的下降以及更多车辆使用UKEMS基础设施，后续将有机会提升电税水平。如果电力批发价格为5p/kWh（在两个右子图中），则第三阶段之后的税收收入将达到当前柴油税的100％。因此，政府长期收入不会减少。如果批发价格为10p/kWh，政府会受到大约40％的长期收入损失。实际上，预计电力批发价格会随着一天中的时间和季节而变化——因此，总体财务状况可能介于两列之间。

这项基本分析清楚地表明了UKEMS的财务可行性，而且重要的是，英国政府可以利用合理的可用余量，通过使用电力消费税，道路使用费或其他一些税收机制来增加未来的收入。即使征收了这些税费，该系统对基础设施项目、汽车运营商和长期投资者在财务上都具有吸引力，并具有可接受的投资回收期。

6 结论及建议

6.1 结论

2019年7月《气候变化法》修正案要求英国到2050年实现温室气体零排放。这一宏伟目标将要求变革整个英国能源系统，包括发电，工业，热力，农业和运输等行业。为了实现该目标，需要在2020年代和2030年代实施一系列具有成本效益和功能强大的解决方案。陆上货运是最难脱碳的行业之一，因为HGV正常运行需要大功率和高能量。英国绝大多数商品由HGV运输，其在英国排放污染物中占据了很大比例，因此必须用零碳替代标准柴油HGV动力总成。在众多考虑因素中，至关重要的是在脱碳的同时最大程度地减少能源消耗，以保持英国的竞争力。还有必要采用可以快速推出的“shovel ready”解决方案。

UKEMS是一种基于悬链线的架空基础设施解决方案，可提供对低碳或零碳电力的最有效、最具成本效益的使用，并使HGV货运行业脱碳，该技术已经成熟，在瑞典和德国已成功进行了数个试点试验。在大规模基础设施项目推出之前，拟在南约克郡（唐卡斯特和格里姆斯比之间）进行一个40公里，耗资8000万英镑的试点项目，以探讨英国目前的知识储备差距，包括商业案例、税收方法、规划考虑因素、供应链机会、排放数据和分析等。

拟议的UKEMS网络部署计划将通过三个2-3年的建设阶段进行（每个阶段都需要额外的时间进行计划、设计和采购），最终将实现超过15,000车道公里（7,500公里）的电气化公路网。大部分施工都可以从硬路肩上完成，而不会影响交通。一旦第一阶段完成，混合动力HGV将能够立即使用该公路网，英国所有HGV-km的近50％将被电气化。这些HGV的动力总成与增程器相连，以处理当前网络外部的运输操作。到施工的第三阶段结束时，UKEMS基础设施将具有足够的影响力，在可能需要使用增程器（例如分发到偏远地区）的罕见情况下，增程器可以成为售后市场的选择。该解决方案还扩展了电网基础设施，在支持在高速公路服务以及英国其他地区为小型电动汽车安装充电点方面发挥了至关重要的作用，并与为互联和自动驾驶汽车提供5G和信息的基础设施相集成。

开发了基本的财务模型，以评估车主、基础设施运营商和英国政府的UKEMS业务案例。尽管其本质有限，但表明了UKEMS对于汽车运营商和基础设施提供商而言在期望的1.5年和15/20年的投资回收期方面，在财务上具有吸引力。商业模式中有足够的剩余空间，以供英国政府引入大量的电力消费税（或其他税种），以弥补损失的全部柴油税收入，而不会损害该计划对车主或ERS基础设施提供商的吸引力。由于其良好的经济效益，预计私人融资将对基础设施投资感兴趣。

6.2 建议

根据本白皮书中的发现，提出以下建议：

1. 为HGV安装电气化道路系统是英国公路货运部门脱碳的最节能、最具成本效益、经济效益和最快的方式。该项目可以在不到10年的建设期内实施，耗资193亿英镑，与其他道路基础设施项目的成本相当，并且可以由私人融资进行项目投资；

2. 应尽快开展一个试点项目（估计费用为8000万英镑），以查明英国与公路货运部门电气化相关的挑战和机遇。试点地区应详细调查以下问题：

  1. 使用“living laboratory”方法在集成的物流环境中测试各种电气化技术选择：演示如何使英国公路货运部门完全电气化；

  2. 开发详细的财务模型，包括进行全面的敏感性分析，以调查影响货运系统对货运车队运营商和基础设施提供商的财务可行性的关键因素；

  3. 准确确定英国财政部税收创收机会的规模，并说明如何产生税收，同时保持足够的激励措施，使整个英国货运部门能够大量采用新技术；

  4. 证明ERS的脱碳案例；

  5. 证明ERS技术的基础设施、安全性、系统弹性以及整个欧洲的互操作性；

  6. 评估网络与电信（5G）和网联自动驾驶车辆（Connected and autonomous vehicles, CAV）等其他系统的兼容性；

  7. 证明与不同市场（例如瑞典，德国和意大利）ERS车辆兼容，包括漫游问题；

  8. 证明可以实现从柴油到电动公路货运的过渡；

  9. 制定全面、可实施和可投资的计划，以在英国各地推广ERS技术。

3. 该项目将创造一个的独特机会，使得可以通过私人融资使英国的物流业脱碳；保持国家在电气化道路技术方面处于领先地位；以及开发在全国和整个欧盟范围内部署ERS系统所需的供应链。这将为英国的制造、建筑、电气化和车辆技术领域创造绿色就业机会和商机。

参考文献

附录

附录A：技术准备水平

水平等级 等级说明
1 观察并明确基本原理
2 制定技术/应用概念
3 分析和实验关键功能和/或特征概念验证
4 在实验室环境中进行技术基础验证
5 相关环境中的技术基础验证
6 相关环境中的技术模型或原型演示
7 在操作环境中进行技术原型演示
8 实际技术已通过测试和演示完成并合格
9 实际技术通过成功的任务运营而合格

附录B:施工和过渡过程的相关数据

来源 0 1 2 3 总计
距离（车道-公里） 英国主要道路的GIS分析 40 3261 4759 7062 15121
施工时间（基于线杆） 施工队伍数量 1 30 45 60
每天安装悬链线杆 西门子德国专家试点项目每天最多5杆 4 4 4 4
两杆之间的距离 西门子 40 40 40 40
杆数 975 81525 118975 176550
施工时间[工作日] 177 494 648 642
年 假设每年施工250天 1 2.7 2.6 2.7 9
单位成本 接触网成本[£k/lane-km] 基于西门子/里卡多SCAQMD报告，德国BMVI报告，CCC里卡多报告，TRL PIARC报告，西门子德国试点项目 500 500 400 400
变压器和路边电缆[£k/lane-km] 500 500 300 225
电网连接[£k/lane-km] 300 300 150 150
安全路障[£k/lane-km] 100 100 100 100
土地购买[£k/lane-km] 100 100 100 100
总计[£k/lane-km] 1500 1500 1050 975 1113
直接阶段的成本 接触网成本[£M] 19.5 1631 1904 2825
变压器和路边电缆[£M] 19.5 1631 1428 1589
电网连接[£M] 11.7 978 714 1059
安全路障[£M] 3.9 326 476 706
土地购买[£M] 3.9 326.1 475.9 706.2
总计[£M] 59 4892 4997 6885 16.8Bn
间接阶段的成本 非资本成本：资本支出 阶段0根据详细计划得到。第1-3阶段基于5％的FEL活动（CII 2020）和10％的详细工程与项目执行 0.35 0.15 0.15 0.15
间接成本[£M] 20 734 750 1033 2.5Bn
总计 总成本[£M] 80 5625 5746 7918 19.4Bn

附录C:车队运营商商业案例的相关数据

每个部分投资时间节点如下：

·第1阶段– 2030年

·第2阶段– 2035年

·第3阶段– 2040年

（1）参数

参数 第一阶段 第二阶段 第三阶段
年平均里程[/km] 100000 100000 100000
柴油HGV平均燃油经济性[L/100km] 35.8 34.0 31.8
柴油花费[£/L] 1.12 1.12 1.12
电费成本 待定 待定 待定
车厂智能充电桩(22 kW)[£] 2500 2000 1500

（2）基准柴油HGV参数

组成部分 第一阶段 第二阶段 第三阶段 注释
基准车辆[£] 70000 65000 60000 假设每年降低1%的成本
ICE
发动机功率[kW] 350 350 350
发动机成本[£/kW] 56 56 56
油箱
油箱尺寸[L] 300 300 300
油箱成本[£/L] 2 2 2
变速箱
变速箱成本[£] 2000 2000 2000
汽车效率
发动机[%] 40 42 45
传动系[%] 95 95 95
总成效率[%] 38.00 40.00 42.75

（3）eHGV参数

成分 第一阶段 第二阶段 第三阶段 注释
基准车辆[£] 70000 65000 60000 假设每年降低1%的成本
电动装置
电机功率[kW] 315 315 315
电机成本[£/kW] 5.1 5.1 5.1
逆变器功率[kW] 347 347 347
逆变器成本[£/kW] 6.4 6.4 6.4
电池
电池功率[kWh] 100 100 80
电池成本[£/kWh] 50 42.5 30
受电弓
受电弓成本[£] 1500 12500 10000 作者与西门子讨论结果
范围扩展器(REX)
发动机功率[kW] 150 150 100
发动机成本[£/kWh] 56 56 56
油箱尺寸[L] 100 100 50
油箱成本[£/L] 2 2 2
发电机成本[£] 765 765 510 与电机成本因素相同
距离REX使用率[%] 20 10 5
汽车效率
电驱动效率[%] 87 87 87
REX充电效率[%] 45 45 45 假设ICE以最高效率工作
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