Electrification of transportation could be one pathway into sustainability since the electricity production can originate from renewable and low carbon energy sources. Electrifying the road could also reduce the battery dependence and further increase the vehicle efficiency in sense of energy consumption and load capacity when thinking of storage of electric energy in vehicle batteries. Not only is the Electric Road System (ERS) a rather new concept, it also raises concerns about consequences on health, safety, environment and public acceptance. The aim of this master thesis, within the logistics domain, is to interdisciplinary investigate the concept of electrified roads and to define potential blockers and in various extents investigate their feasibility. The potential blockers are assessed at a system level meaning that the depth of analysis of each aspect depends on the amount of data available and the relative importance according to the experts. Given the limits of research time, points that require more investigation have been indicated. This study will have a focus on freight vehicles since that is the vehicle considered to lack alternative solution towards decarbonization. The areas chosen for a closer analysis are health, safety and environment. The information available regarding the ERS impact on those areas is very limited even though they seem to constitute crucial factors for gaining the public acceptance. By investigating energy usage and CO 2 emissions in different phases of the ERS, the feasibility of the environment is assessed. Investigating the Electromagnetic Fields (EMF) produced by the inductive on-road charging technology, part of the ERS, approaches the possible health effects of ERS. Health effects of particles and pollutants are also touched upon. Accidents involving Electric Vehicles (EVs) and the transportation of dangerous goods through ERS will also be analyzed in the safety chapter. Ongoing projects and available technologies are used and taken into consideration throughout the study. Feedback from the industry and people involved with the ERS concept contribute in defining the fields facing significant uncertainties. In the last part, two scenarios are being analyzed in the sense of testing the feasibility of the inductive on-road charging in city logistics and for the big city triangle. This study has its base in literature reviews and interviews with experts within the industry. The different ERS technologies are still under development why many specific parameters are confidential. This poses some unintentional limits to this study in the sense of difficulty drawing specific conclusions. Therefore factors such as commercialization of the vehicle, health, safety and development time remain uncertain. Others such as environmental impact seem to benefit from the ERS, while others motivates the introduction of ERS such as the battery manufacturing.

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.

Sweden is a geographically large and sparsely populated country, with a need for road transport for individuals as well as for logistics. Domestic road transport largely contributes to air pollutions, where passenger cars account for the largest share. Looking ahead, the present rate of reduction of emissions is not enough to reach the climate targets of a fossil free transport sector.  Electric road system (ERS) has emerged to deal with drawbacks of electric vehicles. Several solutions are being evaluated at demonstration projects. Until now, ERS is mainly associated with heavy vehicles and the relation to passenger cars is not as clear, where this study explores the social advantages of ERS and passenger cars.  A case study is conducted, where an ERS implementation between Helsingborg and Malmö as part of the European route E6 in Sweden is modelled. The NPV with an economic lifespan of 20 years and an interest rate of 3.5 percent amounts to 350 MSEK, considered as high profitable. The CO2 emissions of the studied system would be reduced by 102 000 tonnes CO2, corresponding to a decrease of about 60 percent. Looking at the studied system, heavy trucks are contributing to the most impact. Nevertheless, there is great potential for passenger cars utilising ERS to decrease their emissions and fuel costs.  Several semi-structured interviews have been conducted to highlight the prevailing views of ERS and passenger cars and the impact of cost-benefit analysis (CBA) for decision-making of transport investments. Several diverse views of ERS and passenger cars exist. ERS is a large investment, where the main need is among heavy vehicles. However, the profitability would increase as the amount of vehicles utilising ERS increases. In a future road transport system, it is possible that several technologies such as ERS, fast chargers and autonomous vehicles could be utilised simultaneous, and complete each other rather than being substitutes. It is conceivable that ERS is planned out of the needs of heavy vehicles, where passenger cars might benefit of the system as well. More passenger cars would likely utilise ERS as it is implemented to a greater extent.  Further, CBA could provide a perception of the investment. However, it does not ensure that the projects are performed or chosen out of highest NPV, since several aspects besides the profitability are considered. Available information of ERS for CBA is yet limited and more data, such as effect relations is needed to facilitate well-founded decisions. In the future, it is likely that CBA of transport investments would become more complex, where several technologies would be considered. The transport sector will most likely alter, and existing assessment methods will presumably be adjusted in line with this. / Sverige är ett geografiskt stort och glesbefolkat land med ett stort behov av vägtransporter för såväl privatpersoner som för logistik. Inrikes vägtransport bidrar i stor utsträckning till luftföroreningar, där personbilar står för den största andelen av utsläppen. Den nuvarande minskningstakten av utsläpp är inte tillräcklig för att nå klimatmålen om en fossilfri transportsektor.  Elvägar (ERS) har utvecklats för att hantera utmaningar med elfordon. Flera lösningar av teknologin testas vid demonstrationsprojekt och hittills är ERS främst förknippat med tunga fordon. Dock är relationen till personbilar inte lika tydlig, där denna studie undersöker de samhälleliga fördelarna med ERS relaterat till personbilar.  En fallstudie har genomförts, där en installation av ERS mellan Helsingborg och Malmö som en del av E6 i Sverige modelleras. Nettonuvärdet med en ekonomisk livslängd på 20 år och en internränta om 3,5 procent uppgår till 350 MSEK, vilket betraktas som hög lönsam. Koldioxidutsläppen från det studerade systemet skulle minskas med 102 000 ton CO2, vilket motsvarar en minskning med drygt 60 procent. Utifrån det studerade systemet bidrar tunga lastbilar till den största inverkan. Likväl finns stor potential för personbilar att nyttja den installerade elvägen för att minska sina utsläpp och bränslekostnader.  Flera semistrukturerade intervjuer har genomförts för att lyfta fram de rådande synsätten på ERS och personbilar och effekterna av samhällsekonomiska analyser (CBA) vid beslutsfattande av transportinvesteringar. Det finns flera olika synsätt på ERS relaterat till personbilar. ERS är en stor investering, där det största behovet finns bland tunga fordon. Emellertid ökar lönsamheten med antalet fordon som använder systemet. I ett framtida vägtransportsystem är det möjligt att flera teknologier såsom ERS, snabbladdning av elbilar och autonoma fordon utnyttjas samtidigt och används som komplement istället för att ersätta varandra. Det är tänkbart att ERS planeras och installeras utifrån behoven hos tunga fordon, där även personbilar kan dra fördel av systemet. Dessutom är det sannolikt att fler personbilar skulle utnyttja ERS allteftersom det installeras i större utsträckning.  Vidare kan CBA ge en uppfattning om investeringen. Det säkerställer dock inte att projekten genomförs eller väljs utifrån högsta nettonuvärde, eftersom flera aspekter utöver lönsamheten beaktas. Tillgänglig information om ERS för CBA är ännu begränsad och mer data såsom effektsamband behövs för att säkerställa välgrundade beslut. I framtiden är det troligt att CBA av transportinvesteringar blir mer komplexa, där flera tekniker behöver beaktas. Transportsektorn kommer sannolikt att förändras, och befintliga bedömningsmetoder kommer förmodligen att anpassas i linje med detta.

<p dir="ltr">Electric roadways (ERs) represent a new paradigm for electrified transportation that is</p><p dir="ltr">enabled by the emerging dynamic (in-motion) wireless power transfer technology. Large-scale</p><p dir="ltr">integration of DWPT systems into power grids can pose a problem due to its high-power</p><p dir="ltr">requirements, significant number of power electronic converters and spatial concentration.</p><p dir="ltr">Despite their potential magnitude, the operational impacts of DWPT on the power grid have</p><p dir="ltr">not been fully studied in the literature. This dissertation contributes to our understanding</p><p dir="ltr">of how ERs could be successfully integrated with the electric power system at a diverse range</p><p dir="ltr">of spatial and temporal levels.</p><p dir="ltr">On a macroscopic level, a framework for assessing the financial viability of ERs is proposed.</p><p dir="ltr">Annual ER load estimations from traffic flow models of electric vehicles are used to</p><p dir="ltr">generate energy forecasts and carry out a financial evaluation. These models are also used to</p><p dir="ltr">plan distribution system capacity expansion. On a mesoscopic level, a data-driven design of</p><p dir="ltr">ERs and their interconnection with the distribution grid is presented. A data-based stochastic</p><p dir="ltr">traffic flow model is developed and used for designing the interconnection of the DWPT</p><p dir="ltr">system with the distribution grid ensuring adequate power transmission to high penetration</p><p dir="ltr">levels of heavy-duty trucks. The model is also used for conducting a series of quasi-steady</p><p dir="ltr">state studies on the power distribution system. On a microscopic level, a methodology for</p><p dir="ltr">modeling ER systems for time-domain simulations is proposed. Dynamic component models</p><p dir="ltr">are developed for the DWPT system. Power electronics are modeled using average-value</p><p dir="ltr">representations and integrated with models of the distribution grid. The models are used for</p><p dir="ltr">time-domain system simulations, transient analysis, fault analysis and power quality studies.</p><p dir="ltr">Theoretical analysis as well as numerical case studies and simulations of the proposed</p><p dir="ltr">methodologies are presented.</p>

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.