دراسة جديدة تكشف عن التحديات الخفية في كهرباء النقل العام

نحن البشر لا نحب البرد حقًا. بعد كل شيء، يقل تدفق دمنا، وتزداد فقدان الحرارة، ونعاني من انخفاض البراعة اليدوية.

لكن ماذا عن الآلات، خاصة مركباتنا الكهربائية (EVs)؟ حسنًا، يبدو أنها لا تحب الطقس البارد أيضًا.

وجدت دراسة جديدة¹ أن إجمالي الطاقة المستهلكة والمعاد توليدها بواسطة الحافلات الكهربائية يزداد بمتوسط 48٪ عندما تكون درجة الحرارة في نطاق -4 °م إلى 0 °م مقارنةً بمنطقة درجة الحرارة المثلى (OTZ). وفي الوقت نفسه، الزيادة المتوسطة في نطاق -12 °م إلى 10 °م هي 28.6٪.

لماذا تعيد الكهرباء تشكيل النقل والطاقة عالميًا

الحافلات الكهربائية هي جزء من اتجاه الكهرباء، الذي يشكل بسرعة مشهد الطاقة العالمي. هذا يمثل تحولًا نحو المركبات الكهربائية وحلول تخزين الطاقة، مستبدلاً استخدام الوقود الأحفوري. هذه البدائل أكثر كفاءة، تقلل الطلب على الطاقة، وتخفض الكربنة في قطاعي الطاقة والنقل.

هذا التحول لا يقلل فقط من انبعاثات الغازات الدفيئة (GHG) بل يعزز أيضًا أمن الطاقة، ويعزز النمو الاقتصادي المستدام، ويدعم تطوير أنظمة طاقة أنظف وأكثر مرونة على مستوى العالم.

كجزء من هذا الاتجاه، تكتسب المركبات الكهربائية (EVs) زخمًا كبيرًا، حيث تم بيع أكثر من 4 ملايين سيارة كهربائية في الربع الأول من عام 2025، وهو أكثر من مليون سيارة كهربائية إضافية تم بيعها في الأشهر الثلاثة الأولى من هذا العام مقارنةً بنفس الفترة من العام السابق.

المركبات الخفيفة (LDVs) مثل السيارات والفانات تشكل معظم مبيعات هذه المركبات الكهربائية. وفقًا لتقرير الوكالة الدولية للطاقة (IEA)، بينما كان لحصص المخزون من الحافلات الكهربائية وLDVs الكهربائية تقريبًا نفس النسبة في عام 2024، فإن حصة مبيعات الأولى تنمو ببطء أكبر.

من المتوقع أن تصل الحصة إلى أقل من 20٪ عالميًا بحلول نهاية هذا العقد في سيناريو السياسات المعلنة (STEPS)، الذي يقدم تقييمًا قطاعًا بقطاع للسياسات المنفذة لتحقيق الأهداف المتعلقة بالطاقة. نتيجة لذلك، من المتوقع أن تشكل الحافلات الكهربائية أكثر قليلاً من 10٪ من مخزون الحافلات العالمي بحلول عام 2030.

مع ذلك، من المتوقع أن ينمو سوق الحافلات الكهربائية العالمي من 17 مليار دولار في 2024 إلى 37.5 مليار دولار بحلول 2030، مما يمثل معدل نمو سنوي مركب (CAGR) قدره 14.2٪.

تماشيًا مع هذا الاتجاه، حصلت شركة Tompkins Consolidated Area Transit (TCAT)، وهي مشغل نقل عام في إيثاكا، نيويورك، على تمويل للحصول على سبع حافلات كهربائية بالكامل لتجربة تشغيل، لكن التجربة لم تكن جيدة كما كان متوقعًا. فقد عانت الحافلات من صعوبة في التضاريس المتدرجة للمنطقة وكانت غير موثوقة مع انخفاض المدى في الطقس البارد. لذا، تواصلت TCAT مع باحثي جامعة كورنيل للحصول على رؤى من برنامجهم التجريبي.

Cornell researchers undertook this task and carefully assessed the underperformance of buses in cold weather, as well as its implications for manufacturers, operators, policymakers, schools, cities, and other groups considering the electrification of their fleets.

لماذا تواجه الحافلات الكهربائية صعوبات في الطقس البارد: التحديات الرئيسية

بينما أظهرت الحافلات الكهربائية (BEBs) إمكانات كبيرة في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة ومن المتوقع أن تلعب دورًا رئيسيًا في تحويل النقل العام نحو بدائل الطاقة النظيفة، فإنها تواجه تحديات تقيد تنفيذها على نطاق واسع.

من بين هذه التحديات التقنية، يُعد النطاق التشغيلي المحدود للحافلات الكهربائية، خاصةً في ظروف الطقس البارد، مشكلة رئيسية.

الأمر هو، مثل أي مركبة كهربائية أخرى مزودة بحزم بطاريات عالية الجهد، تعاني الحافلات الكهربائية أيضًا من انخفاض كبير في كفاءة الطاقة عند التشغيل تحت درجة الحرارة المثلى. وهذا ينطبق بشكل خاص على الظروف تحت الصفر، مما يؤدي إلى زيادة التكلفة التشغيلية الإجمالية والقلق بشأن النطاق.

مع متوسط مسافة حافلات النقل الحضري تبلغ 42,940 ميلًا سنويًا، وهو أربعة أضعاف ما تقطعه سيارة عادية، وتعمل على مسارات وجداول ثابتة، فإن تباين أداء الحافلات الكهربائية في الطقس البارد يخلق تحديات جدية في تلبية طلبات النقل.

بالإضافة إلى تعقيدات جدولة الشحن وتوزيع المركبات، شملت التحديات صعوبة اختيار حجم البطارية وتخطيط بنية تحتية للشحن. كل هذه العوامل يمكن أن تؤثر سلبًا على الجدوى الاقتصادية للحافلات الكهربائية مقارنةً بالحافلات الديزل.

عندما يتعلق الأمر بانخفاض النطاق التشغيلي للحافلات الكهربائية في الطقس البارد، فإن ذلك يعود إلى عدد من العناصر المترابطة.

الأهم من ذلك، الخصائص الكيميائية لخلايا البطارية، التي تكون حساسة للحرارة، تؤدي إلى انخفاض السعة ومعدلات التفريغ. من أجل الحفاظ على خلايا البطارية في درجة حرارة مثالية، تم تطوير أنظمة إدارة الحرارة للبطارية (BTMS)، ولكن حتى هي قد تكون مستهلكة للطاقة اعتمادًا على ظروف التشغيل.

ثم هناك زيادة التحميل الطاقي من نظام التهوية والتدفئة وتكييف الهواء (HVAC)، الذي يساهم بشكل كبير في تقليل النطاق التشغيلي.

تتأثر فعالية أنظمة الكبح المتجدد، التي تلتقط الطاقة أثناء الكبح، في الظروف الباردة بسبب عوامل تقنية وبيئية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، سلوك السائقين والمشغلين، المتأثر بالظروف الجوية السلبية وخصائص المسار، يؤثر بشكل كبير على كفاءة الطاقة للحافلات الكهربائية.

لذا، فإن فهم جميع هذه العوامل البشرية والميكانيكية بالتفصيل ضروري لتطوير استراتيجيات فعالة للتخفيف من الآثار السلبية للطقس البارد على الحافلات الكهربائية. وهذا بدوره يقلل من تكاليف التشغيل لمشغلي الأساطيل ويمكن المصنعين من تحسين تصميم مركباتهم لأداء أفضل في الطقس البارد.

قامت عدة دراسات بمحاولة قياس تأثير الطقس البارد على أداء الحافلات الكهربائية من خلال محاكاة استهلاكها للطاقة والتحقق من تأثير درجة حرارة الهواء المحيط في العالم الحقيقي.

ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات كبيرة في فهم كيف يتأثر هذا التأثير تحت سيناريوهات أكثر تعقيدًا، مثل الوقوف والسياقة على الطرق الريفية والحضرية، وهو أمر حاسم لاستراتيجيات تشغيل إقليمية مستهدفة.

ليس فقط أن مساهمات تسخين البطارية، الكبح المتجدد، ومكونات أخرى في أداء الطاقة لم تُناقش بشكل كافٍ في جدولة المسارات المعقدة، بل هناك أيضًا نقص في الدراسات الواقعية التي تغطي مسافات طويلة في درجات تجمد. علاوة على ذلك، المعلومات محدودة بخصوص جدوى الحافلات الكهربائية في الطقس البارد، والإرشادات غير كافية لاستراتيجيات تشغيل في الطقس البارد.

لذا، تولى باحثو جامعة كورنيل مهمة تحليل تأثير الطقس البارد على استهلاك الطاقة وإعادة توليدها، من خلال تفصيل الحافلات الكهربائية باستخدام بيانات حقيقية تمتد لسنتين من الحافلات السبع التي تشغلها TCAT. أكثر من 40٪ من رحلات هذه الحافلات حدثت تحت 12 درجة مئوية.

لتحديد الأثر، طوّر الفريق نماذج منطقة درجة الحرارة المثلى (OTZ) لتوقع استهلاك الطاقة أثناء الوقوف، القيادة، وإعادة التوليد لكل رحلة، بافتراض درجات حرارة مثالية.

بعد تحديد العوامل التشغيلية المسؤولة عن الزيادة في الاستهلاك، قدم الباحثون أيضًا توصيات لتحسين أداء الحافلات.

قياس تأثير الطقس البارد على كفاءة الحافلات الكهربائية

كما وصفنا سابقًا، وجدت دراسة جامعة كورنيل أن بطاريات الحافلات الكهربائية استهلكت ما يصل إلى 48٪ طاقة أكثر في الطقس البارد، مع درجات حرارة تتراوح بين 25°F إلى 32°F. كما استهلكت هذه البطاريات ما يقرب من 27٪ طاقة أكثر في نطاق أوسع من درجات الحرارة، من 10 إلى 50°F.

قال المؤلف الرئيسي ماكس زانغ، أستاذ الهندسة في كلية الهندسة بجامعة كورنيل، إن هذه الزيادة الكبيرة في استهلاك الطاقة كانت غير متوقعة، لكنه أضاف أن “أي درس هو درس جيد. هذا يساعدنا على التعلم كمجتمع والقيام بأفضل.”

تم بناء قياس الزيادة في استهلاك الطاقة لأسطول التجربة على أساس عامين من البيانات التي جمعتها TCAT، مما يجعلها الأولى التي تقيم وتُحلل أداء الحافلات الكهربائية في شمال شرق الولايات المتحدة.

بهذه الطريقة، تشارك TCAT وباحثو كورنيل رؤاهم مع بعضهم البعض ويتعلمون من بعضهم عبر البيانات والتعاون. التقى فريق زانغ مع مسؤولي TCAT مرارًا وتكرارًا مع تقدم البحث.

من الجدير بالذكر أن مجموعة البيانات من TCAT غطت مسافة كبيرة، بإجمالي 225,837 كيلومترًا في مقاطعة تومبكينز، نيويورك، تحت ظروف متنوعة، مما يوفر مجموعة بيانات أكثر شمولًا من الدراسات السابقة للحافلات الكهربائية.

سُجل 4.7٪ من إجمالي هذه المسافة تحت متوسط درجات حرارة محيطية، أي تحت الصفر، بينما تم تسجيل حوالي 50,000 ميل أو أكثر من 80,000 كيلومتر في درجات حرارة باردة، أي نطاق 0 °م إلى 12 °م.

According to Zhang, who is a provost’s fellow for public engagement:

“نستفيد من كون TCAT رائدة في هذه المنطقة، ومن دواعي الامتياز الحقيقي أن نحصل على هذه البيانات، حتى نتمكن من رؤية الأداء في الوقت الفعلي. أحد الدروس التي تعلمناها هو أن هذه الحافلات يجب أن تُصمم للبلاد بأكملها، بما في ذلك الولايات ذات المناخ البارد. كما وجدنا أنها تختلف عن حافلات الديزل التقليدية، بسلوكيات مختلفة، مما يتطلب استراتيجيات مختلفة للاستفادة منها.”

قام الباحثون أولاً بنمذجة كيفية أداء المركبات عند درجات حرارة مثالية لتضمين عوامل لا تتعلق بالحرارة فقط، مثل تباين ظروف المرور.

لهذا، طوروا نموذجًا أساسيًا مبتكرًا لمنطقة درجة الحرارة المثلى (OTZ) يحاكي أداء الحافلات الكهربائية تحت درجات حرارة مثالية، مع الحفاظ على الظروف غير المتأثرة بالحرارة كما كانت في وقت تشغيل الطقس البارد الفعلي.

ثم قارنوا ذلك بأدائهم الفعلي عبر أكثر من 40 مسارًا وجدولًا معقدًا.

وجد الباحثون أن تسخين البطارية الذاتي يمثل نصف الزيادة في استهلاك الطاقة في الطقس البارد. تعمل بطاريات المركبات الكهربائية بأفضل أداء حول 75°F، لذا كلما كانت أبرد عند بدء التشغيل، كلما احتاجت إلى طاقة أكبر لتسخينها.

تسخين مقصورة الحافلة هو السبب الرئيسي الآخر. التوقفات المتكررة، التي تحدث خصوصًا في المسارات الحضرية، تتضمن فتح وإغلاق الأبواب كل بضع دقائق، وهذا يعني أن البطاريات يجب أن تعمل بجهد أكبر لتسخين المقصورات.

“مع مركبة كهربائية بالكامل، البطارية هي المصدر الوحيد للطاقة على متنها. كل شيء يجب أن يأتي منها.”

– زانغ، وهو أيضًا زميل أستاذي كبير في مركز كورنيل أتكينسون للاستدامة

وجد الباحثون أيضًا أن الكبح المتجدد يكون أقل كفاءة في درجات الحرارة المنخفضة. هذه آلية استعادة الطاقة تبطئ المركبة المتحركة عن طريق تحويل طاقتها الحركية إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها فورًا أو تخزينها للاستخدام المستقبلي.

توجد هذه الآلية في معظم المركبات الهجينة والكاملة الكهربائية. على عكس نظام الكبح التقليدي، حيث تتباطأ المركبة بسبب الاحتكاك بين وسادات الفرامل والدوارات، مما يؤدي إلى فقدان تقريبًا كل الطاقة الحركية التي تدفع المركبة إلى الأمام، يلتقط الكبح المتجدد أكثر من 70٪ من الطاقة.

الآن، يصبح هذا النظام أقل كفاءة في الطقس البارد، ربما بسبب صعوبة البطارية في الحفاظ على درجة حرارة متساوية عبر خلاياها. بطارية الحافلات الكهربائية، في النهاية، هي بحجم أكبر بحوالي ثمانية أضعاف من بطارية المركبة الكهربائية العادية، لتستوعب مسارات أطول وسعات ركاب أكبر.

الآن، السؤال هو، ما الذي يمكن فعله لتحسين أداء الحافلات الكهربائية في الطقس البارد؟ لهذا، يوصي الباحثون بتخزين الحافلات في الداخل عندما لا تكون قيد الاستخدام لتحسين أداء البطاريات. بالإضافة إلى الحفاظ على درجة حرارة المحيط أعلى خلال فترات الوقوف الطويلة، تشمل الاستراتيجيات القصيرة الأجل الموصى بها للمشغلين شحن البطارية عندما تكون لا تزال دافئة، تركيب أغطية جانبية لتقليل تدفق الهواء إلى المقصورة، وتحديد مدة فتح الأبواب عند التوقف.

بالنسبة للمصنعين، أوصى الباحثون بتصاميم محسّنة لتسخين البطارية وأنظمة التكييف (HVAC). يمكن للدراسة أيضًا مساعدة صانعي السياسات في إنشاء إرشادات حوافز، تقييم الجدوى، وتحديد أولويات المسارات للنقل العام الكهربائي.

على نطاق أوسع، صرح طالب الدكتوراه جينتاو غو، المؤلف الأول للدراسة، أن هذا البحث يبرز الحاجة إلى تقييم وتعديلات أكبر في البنية التحتية لدعم الحافلات الكهربائية.

“يجب أن تحاول تحسين جدول جميع الحافلات والنظر في قدرة البنية التحتية لديك – عدد محطات الشحن المتوفرة، وما إذا كان لديك مرآب خاص. يجب تدريب السائقين، المرسلين، وعمال الصيانة. أعتقد من منظور تشغيلي وبنية تحتية، هناك الكثير من الرسائل هنا لتخطيط أنظمة النقل المستقبلية.”

– غو

سمحت الطرق الريفية والحضرية في إيثاكا، إلى جانب تضاريسها المتدرجة، للباحثين بالحصول على رؤى أعمق حول أداء الحافلات.

ساعدهم ذلك في اكتشاف أن الحافلات الكهربائية أظهرت زيادة أصغر في استهلاك الطاقة على الطرق الريفية مقارنةً بالطرق الحضرية في الطقس البارد. وفقًا له، يمكن أن تساعد هذه المعلومات مخططي الأساطيل على اتخاذ قرارات استراتيجية مستنيرة عند تخصيص المسارات للحافلات الكهربائية.

الاستثمار في اتجاه الكهرباء

من المرجح أن تستفيد مجموعة REV Group أكثر من أي شركة أخرى من الاتجاه المتنامي لتحويل المركبات التقليدية التي تعمل بالوقود إلى مركبات كهربائية. إنها مصممة ومصنّعة للمركبات المتخصصة والترفيهية وتخدم أساسًا السوق الأمريكية الشمالية بالمنتجات التالية:

• معدات سيارات الإطفاء تحت علامات KME، E-ONE، Ferrara، وSpartan ER
• سيارات إسعاف تحت علامات Leader، Horton، Road Rescue، AEV، وWheeled Coach
• شاحنات محطات terminal تحت علامتي Laymor وCapacity
• مركبات ترفيهية عبر American Coach، Lance Camper، Holiday Rambler، Renegade RV، Fleetwood RV، وMidwest Automotive Designs

REV Group  

في عام 2021، قدمت مجموعة REV Fire شاحنة إطفاء كهربائية بالكامل تسمى Vector، مزودة ببطاريات من فئة السيارات بسعة 316 كWh. بالإضافة إلى ذلك، أعلنت مجموعة REV Ambulance عن أول سيارة إسعاف كهربائية بالكامل في الولايات المتحدة، بقدرة بطارية تصل إلى 105 كWh. في الوقت نفسه، أنتجت شركة Capacity Trucks التابعة لمجموعة REB شاحنة محلية تعمل بخلية وقود هيدروجينية وشاحنة محلية كهربائية باستخدام بطاريات ليثيوم-أيون (NMC).

كانت الشركة أيضًا مشاركة في مجال تصنيع الحافلات لكنها قررت الخروج من السوق العام الماضي ببيع علامة Collins لحافلات المدارس إلى Forest River في الربع الأول من 2024 مقابل 303 مليون دولار، وقسمها El Dorado National (ENC) لحافلات النقل إلى Rivaz في الربع الرابع من 2025 مقابل 52 مليون دولار كجزء من مبادرة تبسيط العمليات وتعزيز الربحية.

عندما يتعلق الأمر بأداء سوق مجموعة REV، فإن الشركة ذات القيمة السوقية البالغة 1.9 مليار دولار تشهد اتجاهًا صاعدًا قويًا. في وقت كتابة هذا، يتم تداول أسهم REVG عند 37.49 دولارًا، بارتفاع 17.63٪ هذا العام حتى الآن. يتداول سعر السهم حول أعلى مستوى تاريخي (ATH) له وهو 38.50 دولارًا، الذي تم الوصول إليه قبل بضعة أسابيع فقط.

لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) قدرها 1.76، نسبة السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) 21.26، وعائد حقوق الملكية (ROE) (TTM) 20.13٪ مع تقديم عائد توزيعات بنسبة 0.64٪.

فيما يتعلق بالبيانات المالية للشركة، أبلغت مجموعة REV عن صافي مبيعات قدره 525.1 مليون دولار، وصافي دخل قدره 18.2 مليون دولار أو 0.35 دولار للسهم المخفف، وإيرادات EBITDA المعدلة قياسية بلغت 36.8 مليون دولار للربع الأول من عام 2025. كما انخفضت النفقات الرأسمالية بشكل كبير من 10.5 مليون دولار في الربع الأول من 2024 إلى 4.9 مليون دولار في الربع الأول من 2025.

هذا السجل يبدأ في عام 2025، قال الرئيس التنفيذي مارك سكونيتشني، وهو يُظهر “قوة تنفيذنا التشغيلي ونهجنا المنضبط. هذا الأداء يعزز ثقتنا في الزخم الذي نبنيه ويضعنا في موقع جيد للعام القادم.”

باستخدام وضعها المالي القوي، أعادت الشركة بدء عمليات إعادة شراء الأسهم، والتي قال سكونيتشني إن “نحن نراها كاستخدام جذاب لرأس المال في التقييم الحالي.”

في الربع الأول من عام 2025، أعادت مجموعة REV شراء حوالي 0.6 مليون من أسهمها العادية مقابل 19.2 مليون دولار بسعر شراء متوسط قدره 33.09 دولارًا للسهم. حتى 31 يناير 2025، أبلغت عن رأس مال تجاري قدره 290.2 مليون دولار، صافي ديون قدره 108.4 مليون دولار، ونقد متاح قدره 31.6 مليون دولار.

آخر أخبار وتطورات سهم مجموعة REV (REVG)

الخلاصة: التغلب على حواجز المناخ البارد في النقل العام الكهربائي

مع تحول العالم إلى المركبات الكهربائية، توفر الحافلات الكهربائية بطاريات مسارًا واعدًا لتحقيق نقل جماعي مستدام. ومع ذلك، فإن أدائها في المناخات الباردة يطرح تحديات حاسمة تعيق تبنيها على نطاق أوسع.

معالجة هذه التحديات أمر أساسي لتقليل الكربنة في قطاع النقل، مما يتطلب فهم تعقيد استهلاك الطاقة، ظروف التشغيل، وتأثيرات المناخ. توفر أحدث الأبحاث الشاملة من جامعة كورنيل الرؤى اللازمة لهذه العوامل، مما يساعد المشغلين، المصنعين، وصانعي السياسات على التنقل بين وعود ومخاطر الكهرباء بفهم أفضل وأكثر اطلاعًا، وبالتالي تمهيد الطريق لانتقال أكثر سلاسة ومرونة إلى نظام نقل عام أنظف.

انقر هنا للحصول على قائمة بأسهم EV للاستثمار فيها

الدراسات المشار إليها:

^{1. Gu, J., Liao, Q., & Zhang, K. M. (2025). تقييم تأثير الطقس البارد على حافلات النقل العامة ذات البطاريات الكهربائية. أبحاث النقل الجزء د: النقل والبيئة, 127, 104809. https://doi.org/10.1016/j.trd.2025.104809}