مع التطور المتسارع في صناعة السيارات الكهربائية (EVs)، يظل "مدى القيادة" (Driving Range) وزمن الشحن من أكبر العوائق التي تواجه التحول الكامل نحو الطاقة النظيفة. ومن هنا برزت فكرة مستحدثة تُغير قواعد اللعبة: لماذا ننتظر حتى تتوقف السيارة لشحنها، بينما يمكن شحنها لاسلكياً أثناء حركتها على الطرق والكباري؟
تُعرف هذه التكنولوجيا اسمياً بـ نظام نقل الطاقة اللاسلكي الديناميكي (Dynamic Wireless Power Transfer - DWPT). ولكن كيف تنتقل هذه الفكرة من مجرد شحن هاتف ذكي على طاولة إلى تزويد سيارة تزن طنين بالطاقة وهي تسير بسرعة 90 كم/ساعة؟
أولاً: المبسط العلمي.. من الهاتف الذكي إلى السيارة الكهربائية
تعتمد التكنولوجيا في أصلها الفيزيائي على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، والذي يعود اكتشافه لقرابة القرنين.
1. آلية شحن الهواتف الذكية (Static Charging)
في الهاتف الذكي، توجد ملفات نحاسية مصغرة (Coils) داخل شاحن الحائط وفي ظهر الهاتف:
يمر تيار متناوب (AC) في ملف الشاحن، فيولد مجالاً مغناطيسياً متذبذباً.عندما يوضع الهاتف على مسافة ملمترات معدودة، يخترق هذا المجال الملف المستقبِل في الهاتف، فيتحول المجال المغناطيسي مجدداً إلى تيار كهربائي يتم تقويمه (DC) لشحن البطارية.2. التوسع نحو السيارات الكهربائية (Dynamic Charging)
في حالة السيارات، يتم تضخيم هذه المنظومة هندسياً:
- الملفات المراسلة (Transmitter Coils): تُزرع على شكل بلاطات مدفونة تحت طبقة الأسفلت السطحية للطريق.
- الملفات المستقبلة (Receiver Coils): تُثبت في أسفل هيكل السيارة الكهربائية (Underbody Pad).
- النقل أثناء الحركة: عند مرور السيارة فوق البلاطات الأرضية، تكتشف الحساسات وجود السيارة وتُفعل البلاطة في كسور من الثانية لنقل الطاقة لاسلكياً، ثم تتوقف فور خروج السيارة لتوفير الكهرباء وضمان السلامة.
ثانياً: مكونات البنية التحتية لمشروع الشحن اللاسلكي الديناميكي
لتنفيذ هذا النظام على محور مروري أو كوبري حيوي، تتطلب العملية منظومة متكاملة من البنية التحتية:
[ شبكة التوزيع الكهربائية ]
│
[ محطات التقوية الجانبية (Substations) ]
│
[ وحدات تحكم وتقويم التيار (Inverters/Controllers) ]
│
[ البلاطات الكهرومغناطيسية المدفونة تحت الأسفلت ]
│ (مجال مغناطيسي عبر الهواء)
[ لوحة الاستقبال أسفل السيارة الكهربائية ]
│
[ نظام إدارة البطارية (BMS) ]
محطات تقوية جانبية (Inverter Cabinets): تُثبت على جانبي الطريق لتحويل تيار الشبكة إلى ترددات عالية (غالباً في حدود 85 كيلوهرتز وفق معايير SAE J2954).
وحدات التجزئة (Segmented Track): لا يتم تفعيل الطريق بالكامل طوال الوقت، بل تقسم السلسلة إلى قطاعات قصيرة (1 إلى 2 متر) تضيء مغناطيسياً فقط عندما تكون السيارة فوقها مباشرة.
نظمة الاتصال اللاسلكي (V2I): تقنية اتصال سريعة جداً بين الطريق والسيارة للتأكد من هوية المركبة وتحديد كمية الطاقة المستهلكة لحساب الفاتورة تلقائياً.
ثالثاً: دراسة حالة.. هل يمكن تطبيق الفكرة على كوبري حيوياً مثل "كوبري 6 أكتوبر"؟
تطبيق فكرة الشحن اللاسلكي أثناء الحركة على شريان رئيسي ومكتظ مثل كوبري 6 أكتوبر في القاهرة هو تصور طموح جداً، لكنه يصطدم بمجموعة من العقبات الهندسية واللوجستية التي يجب دراستها بدقة:
1. التحديات الهندسية والإنشائية
- الأحمال الإنشائية للكوبري: كوبري 6 أكتوبر هو منشأة خرسانية وحديدية لها حمولة ميكانيكية محددة. إضافة محولات كهربائية، وبلاطات نحاسية، وطبقات عزل إضافية على طول الكوبري يضيف أوزاناً ميتة (Dead Loads) تتطلب مراجعة إنشائية دقيقة لسلامة الأعمدة والدعامات.
- المسافة الهوائية (Air Gap): المسافة بين أسفل السيارة والأسفلت تتراوح بين 15 إلى 25 سم (مقارنة بـ 2-5 ملم في الهاتف). هذه الفجوة تتسبب في فقدان جزء من الطاقة، مما يتطلب ملفات ذات قدرة عالية جداً لضمان وصول قدرة شحن لا تقل عن 20 إلى 50 كيلوواط للسيارة أثناء حركتها.
2. التحديات الكهربائية والتشغيلية
- الضغط على شبكة الكهرباء: مرور آلاف السيارات الكربائية وشحنها في نفس الوقت سيتطلب طاقة تقدر بعشرات "الميجاواط"، وهو ما يحتاج لمحطات توليد فرعية تخصص خصيصاً لتغذية الكوبري دون التأثير على المناطق السكنية والتجارية المحيطة به.
- العوامل الجوية والزيوت: الكباريكثيراً ما تتعرض لتراكم الأتربة، ومياه الأمطار، وتسريبات الزيوت من سيارات الاحتراق الداخلي التي تشارك نفس الطريق، مما يقلل من كفاءة نقل المجال المغناطيسي ويتطلب صيانة دورية مكلفة.
رابعاً: الفوائد الاستراتيجية في حال نجاح التكنولوجيا
بالرغم من التحديات، فإن تطبيق الشحن اللاسلكي الديناميكي يحقق قفزات نوعية في مستقبل النقل:
- تقليل حجم البطاريات: لن تحتاج السيارات الكهربائية إلى بطاريات ضخمة (وثرية بالليثيوم والبالغة التكلفة) لقطع مسافات طويلة؛ إذ يمكن تقليل حجم البطارية بنسبة تصل إلى 50% مع الاعتماد على الشحن أثناء السير.
- تخفيف الوزن وزيادة الكفاءة: تقليل حجم البطارية يؤدي إلى تخفيف وزن السيارة الإجمالي، مما يقلل من استهلاك الطاقة في الكيلومتر الواحد.
- القضاء على "قلق المدى" (Range Anxiety): يلغي حاجة السائق للتوقف التام في محطات الشحن التقليدية أثناء الرحلات الطويلة أو أوقات الذروة.
أسئلة شائعة (FAQ)
هل المجالات المغناطيسية الصادرة من الطريق آمنة على الركاب؟
نعم، يتم تصميم الملفات وفق معايير سلامة عالمية صارمة (مثل معايير ICNIRP). حيث يتم توجيه المجال المغناطيسي رأساً إلى الأعلى نحو أسفل السيارة، وتعمل هيكلية السيارات الحديثة كدرع يمنع تسرب الإشعاع المغناطيسي إلى داخل كابينة الركاب.
هل تعمل هذه التقنية إذا كانت الأرضية مبتلة بالأمطار؟
نعم، المجال المغناطيسي يخترق الماء والأسفلت والثلج دون أن يتأثر تيار النقل بشكل مباشر، ولكن التحدي يكمن في حماية المكونات الإلكترونية الأرضية من التآكل والرطوبة على المدى الطويل.
الخلاصة
يعد الشحن اللاسلكي الديناميكي (DWPT) هو الاتجاه الأكثر تطوراً في عالم البنية التحتية الذكية. وبينما تستمر التجارب الناجحة في ممرات تجريبية مخصصة في دول عدة، فإن تطبيق التكنولوجيا على كبارٍ قائمة ومكتظة ككوبري 6 أكتوبر يظل رهيناً بتطوير حلول كفاءة النقل عبر الفجوات الهوائية، وتخفيض تكاليف الإنشاء، وتحديث الشبكات الكهربائية القومية لتتحمل هذا الحمل الفائق.
شكرا جزيلا لك