An increased use of electricity in vehicles is considered an alternative to decrease the usage of fossil fuels. For private cars, plug-in electric vehicles using batteries are continuously being improved. However, the battery technology of today is not sufficient for trucks if they are to use only electricity. The battery technology is not sufficient to be able to supply the truck with enough propulsion energy to perform an entire drive. However, the hybrid drive technology enables a power recovery and charges the battery when the vehicle applies its brakes. The fuel usage can thereby be decreased through the energy recovery. This master thesis examines the potential of electric road systems, ERSs, which enables a continuous electricity supply to the vehicle when in motion. Similar technologies as an ERS has been used for a long time for trams, trolleybuses and trains, and historically there have also existed cases of electric truck systems. In this thesis the potential for ERSs is examined from the haulage contractor companies’ perspective, which would be users of this system. The potential is in regard to the energy usage per km, the CO2 emissions per km and the cost per km for an ERS vehicle (a hybrid vehicle using an ERS) compared to a hybrid vehicle and to a conventional vehicle. The cost per km includes energy cost, cost for using the ERS infrastructure and the additional vehicle cost. The method used in this study was first to create a broad picture of the concept of ERSs through reading articles, reports, web pages and through conducting interviews with stakeholders within the ERS market. The second part of the method was to create a technology model and an economic model. The models investigate the potential for ERSs through three different cases: a Distribution Case, a Long-Haulage Case and a Mining Case. For all three cases, the energy usage, the cost and the CO2 emissions per km for using a conventional vehicle, a hybrid vehicle and ERS vehicle were generated. Four alternative future scenarios were also tested, in which factors such as energy costs and infrastructure costs were varied. The results show the energy usage, the CO2 emissions and the profitability from the haulage contractor companies’ perspective. The results show that ERSs are not profitable for the Distribution Case in any of the tested scenarios. For the Long-Haulage Case, however, it is profitable in four out of the five tested scenarios. The Mining Case shows mixed profitability results, many times being just above or just below profitable. The energy usage decreased for all the cases and scenarios. Because of this, in combination with the relatively clean electricity production in Sweden, the decrease in CO2 emissions is very large. The 3 conclusions from this thesis are therefore that long-haulage routes show great potential for using ERSs, mining cases have some potential for using ERSs and if distribution routes are to use ERSs this would be only for lowered fossil fuel usage and environmental purposes. / För att minska användandet av fossila bränslen anses ökad användning av elektricitet i fordon vara ett potentiellt alternativ. För laddelbilar inom personbilssektorn förbättras batteritekniken ständigt. Dock ser inte batteriteknikens utveckling ut att vara tillräcklig för lastbilar om de ska kunna köra på enbart el. Även om batteritekniken inte är tillräcklig för att lastbilen ska kunna köra på enbart el så kan batterier användas i lastbilshybrider. Hybridsystemet möjliggör en energiåtervinning där batteriet kan laddas när fordonet bromsar. Bränsleanvändningen kan därmed minskas genom energiåtervinningen. Detta examensarbete utreder potentialen för elektriska vägsystem. Elektriska vägsystem möjliggör kontinuerlig överföring av elektricitet till lastbilar medan de kör. Liknande tekniker har länge använts för spårvagnar, trådbussar, tåg och även i viss utsträckning för trådlastbilar. I detta examensarbete utreds potentialen för elektriska vägsystem utifrån åkeriers perspektiv, eftersom dessa i så fall kommer att vara de som använder systemet. Potentialen bedöms genom att jämföra energianvändning per kilometer, CO2-utsläpp per kilometer och kilometerkostnad för en elvägslastbil jämfört med en konventionell lastbil och jämfört med en hybridlastbil. Kilometerkostnaden innefattar energikostnad, kostnad för att använda elvägsinfrastrukturen och den ytterligare fordonskostnaden. Metoden som användes i denna studie var först att skapa en bred bild av konceptet elektriska vägsystem genom att läsa artiklar, rapporter, hemsidor och att utföra intervjuer med aktörer inom elektriska vägsystem. Den andra delen av metoden var att skapa en ekonomisk och teknisk modell. Tre olika fall modellerades: ett distributionsfall, ett fjärrtrafikfall och ett gruvtransportfall. För dessa tre fall så genererades energianvändningen, CO2-utsläppen och kostnaden per km vid användning av en konventionell lastbil, en hybridlastbil och en hybrid som använder elektriska vägsystem. Fyra alternativa framtidsscenarion testades också, för vilka parametrar såsom energikostnader och infrastrukturkostnader varierades. Alla resultat visar energianvändningen, CO2-utsläppen och lönsamheten utifrån ett åkeriperspektiv. Resultaten visar att elektriska vägsystem inte är lönsamma för distributionsfallet i något av de testade scenarierna. För fjärrtrafik är det lönsamt i fyra av de fem testade scenarierna. Gruvtrafikfallet visar på blandade resultat, där det ofta är precis lönsamt eller nästan lönsamt med elektriska vägsystem. Energianvändningen minskar för alla fall och scenarier. Detta tillsammans med Sveriges relativt rena elektricitetsproduktion innebär att CO2-utsläppen minskar kraftigt. Slutsatserna från detta examensarbete är därför att fjärrtrafik påvisar stor potential för elektriska vägsystem, gruvtrafik har viss potential och distributionstrafik bör endast använda elektriska vägsystem av miljömässiga och fossilbränslereducerande skäl.

The following paper is a master thesis written at KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, Sweden. This master thesis is done in a collaboration with a Swedish Consulting Company SWECO. The main focus of this master thesis is to investigate if an implementation of Electric Road System (ERS) on Södertörn Crosslink is profitable, and if so, approximate the payback period for the investment. Additionally, the costs associated with the electrification of the bus fleet, currently operating on road 259, will be determined. There are three different ERS technologies, inductive (wireless), conductive overhead, and conductive rail have been compared, looking at advantages and disadvantages, with regard to the implementation of ERS on Södertörn Crosslink. To accompany this, case study methods have been used, where the results are based on interviews, theory and calculations. The result shows that the payback period for both inductive and conductive rail, based on this study’s forecast, is 7 years and 9,3 years respectively with regard to a discount factor of 9,0 percent. However, the conductive overhead solution does not seem to be profitable as this technology is limited to heavy trucks and buses capable of connecting to the overhead wires. The inductive ERS solution seems to be the best suitable option for Södertörn Crosslink, viewed from an economical and technological perspective. while also considering other factors such as aesthetics. / Denna rapport är ett examensarbete skrivet på KTH, Kungliga Tekniska Högskolan, i Stockholm, Sverige. Denna masteruppsats gjordes i samarbete med ett svenskt konsultföretag, SWECO. Det huvudsakliga syftet av denna masteruppsats är att ta reda på vilka möjligheter det finns för en elektrifiering av framtida motorvägen Tvärförbindelse Södertörn i södra Stockholm, Sverige. Syftet med masteruppsatsen är att undersöka om det finns lönsamhet i implementeringen av ett elvägssystem på Tvärförbindelse Södertörn och därefter approximera hur lång den eventuella återbetalningstiden skulle vara. Kostnader för en elektrifiering av bussflottan, som kör för närvarande på väg 259, ska också bestämmas. Tre olika tekniker för elvägssystem, induktiv (trådlös), konduktiv via luftledningar, och konduktiv via spår, jämförs med avseende på deras för och nackdelar, för att därefter kunna bestämma den mest lämpliga lösningen för Tvärförbindelse Södertörn. För att jämföra dessa tekniker har en fallstudie genomfört. Resultatet visade att återbetalningstiden för de induktiva och konduktiva (via spår) lösningarna, utifrån egen prognos, är 7 år respektive 9,3 år, med hänsyn till diskonteringsränta på 9,0 procent. Den konduktiva lösningen (via luftledningar) visade sig dock inte lönsam i och med att denna teknik är begränsad då endast högre fordon, lastbilar eller bussar, kan ansluta sig till luftledningen. Utifrån olika perspektiv, bland annat ekonomisk och tekniska mognad, visade det sig att den induktiv trådlösa elvägstekniska lösningarna kan vara bäst lämpade, utifrån ett lönsamhetsperspektiv, att implementeras på den framtida vägen, Tvärförbindelse Södertörn.

Electric Road System is an emerging infrastructure with potential of accelerating the transition towards electric vehicles. At the same time, Swedish municipalities are showing difficulties in electrifying their vehicle fleets. This study examines if an Electric Road System can be of value for a municipality, and if there are any challenges for an actor to establish a business model for such a system in the municipal context. Currently, there is a lack of previous studies in this area. This thesis addresses the topic of business models for Electric Road Systems in a municipal context through a single case study in a Swedish municipality. Six conclusions are drawn regarding opportunities for creating and capturing value from an Electric Road System with a municipal customer: 1) A combination of dynamic and stationary charging is probabl yneeded. 2) Extended possibilities for vehicle electrification can be provided. 3) Vehicle availability and reliability can be achieved. 4) Additional services should be evaluated thoroughly. 5) The pricing strategy should include a fixed price. 6) Major uncertainties exist regarding potential size of value capture. Additionally, three conclusions are drawn regarding challenges in the creation of a business model for a municipal Electric Road System: 1) The possibility of electrifying state roads is uncertain. 2) The national choice of ERS-technology will have an impact. 3) The uncertainty regarding prices of ERS-compatible vehicles presents a risk. With these conclusions, this study contributes with an increased knowledge on business models for Electric Road Systems in the municipal context. / Elvägssystem är en framväxande infrastrukturlösning med möjlighet att accelerera övergången till eldrivna fordon. Samtidigt visar svenska kommuner på svårigheter i elektrifieringen av sina fordonsflottor. Den här studien undersöker om ett elvägssystem kan vara av värde för en kommun och om det finns några utmaningar i att etablera en affärsmodell för ett sådant system i en kommun. För närvarande finns en avsaknad av studier som berör detta område. Detta examensarbete behandlar ämnet affärsmodeller för elvägssystem i kontexten av en kommun genom en fallstudie i en svensk kommun. Sex slutsatser dras gällande möjligheterna för skapande och fångst av värde från ett elvägssystem med en kommun som kund: 1) En kombination av dynamisk och stationär laddning behövs förmodligen. 2) Utökade möjligheter för fordonselektrifiering kan uppnås. 3) Tillgängliga och pålitliga fordon kan erhållas. 4) Tilläggstjänster bör utvärderas noggrant. 5) Prissättningsstrategin bör inkludera ett fast pris. 6) Stora osäkerheter finns gällande hur stort värde som kan fångas. Dessutom dras tre slutsatser gällande utmaningar i skapandet av en affärsmodell för ett elvägssystem i en kommun: 1) Möjligheten att elektrifiera statliga vägar är osäker. 2) Det statliga valet av elvägsteknik kommer att påverka. 3) Osäkerheten gällande priset på elvägsfordon utgör en risk. Med dessa slutsatser bidrar denna studie till en ökad kunskap om affärsmodeller för elvägar i kontexten av en kommun.

The transportation sector is a vital part of today’s society and accounts for 20 % of our global total energy consumption. It is also one of the most greenhouse gas emission intensive sectors as almost 95 % of its energy originates from petroleum-based fuels. Due to the possible harmful nature of greenhouse gases, there is a need for a transition to more sustainable transportation alternatives. A possible alternative to the conventional petroleum-based road transportation is implementation of Electric Road Systems (ERS) in combination with electric vehicles (EVs). ERS are systems that enable dynamic power transfer to the EV's from the roads they are driving on. Consequently, by utilizing ERS in combination with EVs, both the cost and weight of the EV-batteries can be kept to a minimum and the requirement for stops for recharging can also be eliminated. This system further enables heavy vehicles to utilize battery solutions. There are currently in principal three proven ERS technologies, namely, conductive power transfer through overhead lines, conductive power transfer from rails in the road and inductive power transfer through the road. The aim of this report is to evaluate and compare the potential of a full-scale implementation of these ERS technologies on a global and local (Sweden) level from predominantly, an economic and environmental perspective. Furthermore, the thesis also aims to explore how an expansion of ERS might look like until the year 2050 in Sweden using different scenarios. To answer these questions two main models (global and Swedish perspective) with accompanying submodels were produced in Excel. The findings show that not all countries are viable for ERS from an economic standpoint, however, a large number of countries in the world do have good prospects for ERS implementation. Findings further indicated that small and/or developed countries are best suited for ERS implementation. From an economic and environmental perspective the conductive road was found to be the most attractive ERS technology followed by overhead conductive and inductive road ERS technologies. The expansion model developed demonstrates that a fast expansion and implementation of an ERS-based transportation sector is the best approach from an economical perspective where the conductive road technology results in largest cost savings until 2050. / Transportsektorn är en viktig del av dagens samhälle och står för 20% av den totala globala energiförbrukningen. Det är också en av de sektorer med mest växthusgasutsläpp, där nästan 95% av energin härstammar från petroleumbaserade bränslen. På grund av växthusgasers potentiellt skadliga karaktär finns det ett behov för en övergång till mer hållbara transportmedel. En möjlig alternativ till den konventionella petroleumbaserade vägtransporten är implementering av elektriska vägsystem (ERS) i kombination med elfordon. Elektriska vägsystem är system som möjliggör dynamisk kraftöverföring till fordon från vägarna de kör på. Sålunda kan man genom att använda ERS i kombination med elbilar, minimera både kostnaden och vikten av batterierna samt även minska eller eliminera antalet stopp för omladdningar. Dessutom möjliggör detta system att även tunga fordon kan använda sig av batterilösningar. Det finns för närvarande i princip tre beprövade ERS-tekniker, nämligen konduktiv kraftöverföring genom luftledningar, konduktiv kraftöverföring från räls i vägen och induktiv kraftöverföring genom vägen. Syftet med denna rapport är att utvärdera och jämföra potentialen för en fullskalig implementering av dessa ERS-teknik på en global och lokal (Sverige) nivå från, framförallt, ett ekonomiskt- och ekologiskt perspektiv. Rapporten syftar också till att undersöka, med hjälp av olika scenarier, hur en utbyggnad av ERS i Sverige skulle kunna se ut fram till år 2050. För att besvara dessa frågor producerades två huvudmodeller (global och lokal perspektiv) med kompletterande undermodeller i Excel. De erhållna resultaten visar att ERS inte är lönsamt ur ett ekonomisk perspektiv i precis alla de undersökta länder, dock har ett stort antal länder i världen visat sig ha goda förutsättningar för ERS. Vidare visar resultaten att små och/eller utvecklade länder är bäst lämpade för ERS. Ur ett ekonomiskt- och ekologiskt perspektiv har konduktiv kraftöverföring från räls i väg tekniken visat sig vara den mest attraktiva, följt av konduktiv kraftöverföring genom luftledningar och induktiv kraftöverföring genom väg teknikerna. Expansionsmodellen som utvecklats visar att en snabb expansion och implementation av en ERS-baserad vägtransportsektor är det bästa alternativet, där tekniken för konduktiv kraftöverföring från räls i väg ger de största kostnadsbesparingar fram till 2050.