The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI), in collaboration with their project partners in the FAACE project, has proposed four distinct charging solutions for electric aircraft. Thus, based on the proposed charging solutions, this paper focuses on exploring (1) different actors and evaluating their roles, (2) the relationship and dependencies of these actors, (3) value creation, capture, and delivery among the value chain, (4) cost assessment of mobile Megawatt Charging System (MCS) with energy storage.To address the research questions, we adopt a systems approach to analyze actor relationships, an innovation ecosystem approach to emphasize collaboration, and a business model innovation approach to explore value creation in the electric aircraft charging market. These theoretical frameworks help identify key players, partnerships, and new business opportunities.

This paper is based on a qualitative study conducted in a Swedish context. The research involved a multi-method approach, combining expert workshops, interviews, and document analysis. Two workshops were organized with key experts from several organizations, including Einride, Heart Aerospace, Luleå University, Swedavia, and VTI researchers. In addition to the workshops, interviews were planned with various actors and potential stakeholders. Furthermore, a comprehensive document analysis was conducted, reviewing relevant literature, policies, and reports to contextualize the findings from the workshops and interviews. This triangulation of methods helped ensure a rich and in-depth exploration of the research topic.

The study is ongoing; thus, the results of the cost assessment of a mobile MCS with an energy storage system and the evaluation of different actors’ roles in each charging solution are expected to be in the forthcoming months. However, at this point, the study has identified key ecosystem actors in the context of aircraft charging, including manufacturers, airports, energy providers, grid and battery owners, government agencies, and regulators.

Denna rapport utgör en kort sammanfattande slutrapportering av projektet Flexibel och automatiserad laddning via energilager på flygplatser (FAACE). För mer utförlig information refereras till projektetshuvudsakliga leverabler i form av publicerade rapporter och vetenskapliga artiklar.

Projektet FAACE har studerat hur framtidens flygplatsinfrastruktur kan utformas för att möta kravbilden från framtida flyg- och framdrivningsteknologi. Projektet har avgränsats till att fokusera påkoncept för laddning av batteridrivna elflygplan. Då det i dagsläget råder stora osäkerheter kring den tekniska, operationella och affärsmässiga utvecklingen av elflyg så är design för flexibilitet i flygplatsinfrastrukturen önskvärt. En specifik lösning som studeras utgörs av ett stationärt energilager i kombination med ett automatiserat fordon. Konceptet innebär flexibilitet i placering av bådeenergilager och uppställningsplats för elflygplan. Även problematik kring påverkan på det lokala elnätet kan undvikas. Vidare kan energilagret komma att bli en resurs för både flygplatsen och elnätet.

Inom projektet har ett antal tekniska koncept avseende laddinfrastruktur identifierats och utvärderas ur olika perspektiv, både avseende teknik och affärsmodeller och med såväl kvantitativa som kvalitativa metoder. För att sätta analysen av specifika laddinfrastrukturlösningar i en bredare kontext harprojektet även utforskat den möjliga framtida utvecklingen av flygplatsen som energihubb. Vidare harprojektets omfattning utvidgats genom att inkludera ett examensarbete för att undersöka hinder och nödvändiga förutsättningar för ett potentiellt framväxande ekosystem kring elflyg.

En huvudsaklig slutsats från projektet är att ingen enskild teknisk laddinfrastrukturlösning passar allaflygplatser. Valet av koncept bör baseras på flygplatsens storlek och elnätskapacitet, antal elflygplan och trafikmönster, behov av flexibilitet och framtida skalbarhet. Avseende elektromagnetiskkompatibilitet, så indikerar genomförda mätningar att huvudsaklig utstrålad emission härstammar från den enhet som innefattar den switchande elektroniken, med minimal påverkan från DC-kablage. Detta talar till fördel för att begränsa antalet laddningsstationer, antingen genom att placera dem mobilt eller genom att distribuera laddningsenergi från en central enhet via kablage.

The paper presents results from the research project “Flexible and automated aircraft charging via energy storage at airports” (FAACE), studying how airport infrastructure could be designed to meet the requirements of future aviation and propulsion technologies. The project is limited to focusing on concepts for charging battery-powered electric aircraft. As there are currently major uncertainties regarding the technical, operational and business developments in electric aviation, it is desirable to design for flexibility in the airport infrastructure. 

This paper outlines the scope of the problem in terms of airport and aircraft assumptions, and proposes four different technical concept topologies for the charging infrastructure system, where some are presented with several possible variants. Some of the concept topologies explored include mobile or fixed power electronics components, as well as including possible battery storage systems, that can also be stationary or mobile. The mobile technical solutions utilize an automated vehicle that can take charging equipment and / or a battery storage unit close to the aircraft. Furthermore, we propose several evaluation criteria which are used to make a concept comparison, assuming some general characteristics of the aircraft, the airport, and their operation. These include estimates of energy efficiency, load to the electrical grid, flexibility and scalability aspects, land usage, electromagnetic interference aspects and very approximative costs. 

The advantages and disadvantages of the different concepts are discussed, and we describe situations when some of these concepts would be found to be most suitable, which depends on the exact criteria prioritization from the airport perspective. The comparison is visualized by providing calculation examples. 

Results show that no single concept fits all airport types; fixed infrastructure offers high efficiency but low flexibility, while mobile and hybrid solutions provide adaptability at the cost of complexity and lower efficiency. The suitability of each concept depends strongly on airport size, traffic patterns, and infrastructure priorities. 

Elektrifieringen av tunga transporter möter flera stora utmaningar. Möjliga laddningstekniker har olika styrkor och svagheter och bör utvärderas för att hitta de lösningarna som är bäst anpassade till förhållandena för tung trafik. För en snabb elektrifiering behövs elektrifieringslösningar som åkerier och logistikföretag har råd att investera i och som ger ett fordonsutnyttjande i nivå med dagens. Internationella erfarenheter tyder på att batteribytestekniken kan vara en konkurrenskraftig laddningslösning som har en har en hög potential för en snabb uppskalning. Batteribyteslösningar har redan idag en hög mognadsgrad tekniskt, och går dessutom att bygga ut på ett sätt där anskaffning av fordon och utbyggnad av laddstationer kan ske samtidigt och stegvis. 

Projektet är en genomförandestudie av hur batteribytestekniken skulle kunna tillämpas för tunga fordon för godstransporter i just Sverige. Det genomförs av VTI och Linköpings Universitet under 2023 och är finansierat av Energimyndigheten. 

Vi kartlägger både tekniska och affärsmässiga förutsättningar för batteribytessystem för tunga fordon i ett svenskt sammanhang. Projektet inkorporerar bland annat intervjuer med aktörer i Sverige, omvärldsbevakning för tekniken internationellt, analys av teknisk integration för både fordon och stationer, vilket inkluderar nödvändiga certifieringar med mera, samt modellering och simulering av några fallstudier. 

En omställning kommer att medföra stora effekter för transportföretagen och även för samhället, då man knyter tätare ihop transport- och energisystemen. Vi utvärderar potentialen för batteribytestekniken på kort och långt sikt, samt diskuterar kring antaganden, för- och nackdelar, samt hur påverkan ändras vid övergång från en mindre till en större skala. 

En del kunskap vänder sig till transportbranschens aktörer och belyser frågor såsom vilka logistiksystem lämpar sig bäst, hur ser kalkylen ut i jämförelse med andra alternativ. Här ingår även frågeställningar hur man kan optimera och designa batteristorlekar och total kapacitet.  

Batteribyteslösningar har flera fördelar såsom att fordonets- och batteriets livscykler kan delas så att cirkulära flöden och affärsmodeller kan optimeras separat; det tar fem minuter att byta ett tomt batteri till ett fulladdat, vilket ger ett högt fordonsutnyttjande. Laddstationerna möjliggör en skonsam inkoppling till elnätet och skulle dessutom kunna användas som energilager som stödjer elnätet vid behov. 

Rapporten fokuserar på den kommersiella genomförbarheten av ett batteribytessystem för tunga lastbilar i Sverige. Genom att studera affärsmodeller, kompatibilitet med svenska regelverk och integration i transportverksamheten har vi utforskat hur disruptiva teknologier, ekosystemeffekter och cirkularitet skulle kunna möjliggöra en snabb introduktion och uppskalning av ett batteribytessystem. Ett särskilt fokus har legat på Kina för att analysera statusen för batteribyten och de processer som har lett till den snabba utvecklingen och uppskalningen där. I Kina krävde batteribyte en ny affärsmodell där aktörer såsom energiproducenter, batteritillverkare och maskinindustri går i spetsen för utvecklingen och spridningen av batteribyten. Batteribyte är nu den dominerande tekniken för eldrivna lastbilar i Kina.

Exempel på fördelar med batteribyte som förespråkas är att det bara tar några minuter att byta batteri, minskad investering för lastbilsägare, låg påverkan på det lokala elnätet och att fordons- och batterilivscykler separeras. En simuleringsstudie om batteribyte för tunga lastbilar i hamnverksamhet visar i denna rapport på tydliga fördelar jämfört med kabelladdning. Det finns dock ett par utmaningar med att införa batteribyte i Sverige. För det första finns det inga tydliga förespråkare för batteribyte inom industrin. Till exempel är de svenska och europeiska fordonstillverkarna tveksamma eftersom det utmanar deras nuvarande affärsmodell och att de kan ta rollen som grindvakter. För det andra omfattar inte de nuvarande standarderna och regelverken för fordon och energisystem i Sverige och i EU batteribyte. Rapporten tar också upp behovet av kunskap och utbildning av personer vid batteribytesstationer, samt vikten av social hållbarhet vid elektrifiering av tunga transporter.

The report focuses on the commercial feasibility of a battery-swapping system for heavy trucks in Sweden. By studying business models, the compatibility with Swedish regulations, and integration into transport operations, we explore how disruptive technologies, ecosystem effects, and circularity could enable a rapid introduction and diffusion of a battery-swapping system. A special focus is on China, covering the status of battery-swapping there and analysing the processes that have led to its rapid development and deployment. In China, battery-swapping creates a new business model where actors from energy production, battery manufacturing, and the mechanical industry spearhead the development and diffusion of the technology. Battery-swapping is now the dominant technology for electric trucks in China.

Advantages of battery-swapping include: only a few minutes battery swap time, reduced investment for truck owners, low impact on the local power grid, and separation of vehicle and battery life cycles. A simulation study in this report shows that battery-swapping for heavy trucks in harbour operations could offer clear advantages compared to cable charging. However, there are several challenges to introducing battery-swapping in Sweden. First, it has no clear promoters in the industry. Swedish and European vehicle manufacturers are hesitant because it challenges their current business model, and that they may instead take the role of gatekeeper. Second, current standards and regulatory frameworks for vehicles and energy systems in Sweden and in the European Union do not include battery-swapping. The report also addresses the need for knowledge and training of people at battery-swapping stations, and the importance of social sustainability in the electrification of heavy vehicle transport operations.

Rapporten presenterar en delstudie, utförd på VTI, som ingår i Naturvårdsverkets regeringsuppdrag kring ladd- och tankinfrastruktur för arbetsmaskiner. Den beskriver övergripande det nuvarande läget inom ett antal olika branscher inom arbetsmaskinssektorn och har ett brett omfång vad gäller de tekniska lösningarna, det vill säga den inkluderar alla typer av elektrifiering, samt tar även upp vätgaslösningar. Delstudien baserar sig på litteraturstudier, information från nyhetskällor, och samtal med representanter för ett urval av relevanta aktörer. 

Ett axplock av exempel på relevanta aktuella piloter i Sverige och utomlands presenteras, både numera avslutade och pågående sådana, där de elektrifierade maskinerna och deras laddningsinfrastruktur beskrivs. Vidare resoneras kring nyckelfaktorer, utmaningar, identifierade trender framåt samt kopplingar till andra relaterade sektorer och deras utveckling.

This study carried out at VTI is a part of a government commission given to the Swedish Environmental Protection Agency regarding charging and refueling infrastructure for electrified working machines. The study describes the current status within a number of different industries within the working machine sector and has a wide scope in terms of the technical solutions involved, i.e. it includes all types of electrification, and also covers hydrogen solutions. The study is based on literature review, information from news sources, and conversations with representatives of a selection of relevant actors. 

A list of examples of interesting electrification pilots in Sweden and abroad are briefly presented, both completed and ongoing ones, where the electrified machines and their charging infrastructure are described. Furthermore, factors of importance and main challenges are discussed and related to identified future trends and connections to other related sectors and their electrification development.

År 2021 lämnade Trafikverket in Förslag till nationell plan för transportinfrastrukturen 2022–2033 samt Regeringsuppdraget Analysera förutsättningar och planera för utbyggnad av elvägar. I uppdraget analyserades förutsättningar och planer för utbyggnad av elvägar. Dessutom gjordes en analys gällande en potentiell nyttjandegrad av elvägar i Sverige, baserat bland annat på utvecklingen av tunga elektrifierade transporter på väg. 

Nyttjandegraden är en central faktor för att kunna förstå de konsekvenser, exempelvis i form av miljönytta och samhällsekonomisk lönsamhet, som en etablering av elvägar kan medföra. Nyttjandegraden i Trafikverkets rapport uppskattades till 25 % vid en full utbyggnad av elvägsnätet till år 2040. På grund av utvecklingen i omvärlden och den snabba teknikutvecklingen på marknaden för elvägar, har andra europeiska länder gjort liknande utredningar vilka resulterat i andra uppskattningar av nyttjandegrader. Därför fanns det anledning att redan nu förnya analysen av hur nyttjandegraden av elvägar kan komma att bli i framtidens vägtransportsystem i Sverige. 

För att kunna avgöra om de nyttjandegrader som tagits fram i den svenska utredningen fortfarande stod sig, gjordes en jämförelse mellan dessa uträkningar och fyra andra europeiska länders rapporteringar: Tyskland, Frankrike, Storbritannien och Nederländerna. Syftet var att analysera olika faktorers betydelse och påverkan på nyttjandegraden av elväg. Målet var att presentera en metod för att kunna göra avvägningar gällande ingående faktorer samt beräkningar av nyttjandegraden utifrån valda faktorer. 

Den här rapporten föreslår olika angreppssätt för uppskattning av nyttjandegrad, genom att exemplifiera med olika skattningar baserat på olika ingående faktorer och beräkningsunderlag. Rapporten inkluderar också en känslighetsanalys för att påvisa hur olika antaganden kan ge olika resultat av nyttjandegrad. 

Utredningen visar att det krävs detaljerad information från flera källor för att kunna göra tillförlitliga uppskattningar om nyttjandegrad av elväg. Utifrån den känslighetsanalys som gjorts blir det tydligt att svensk fjärrtransport står för det enskilt största nyttjandet av elvägen. Det kommer därför bli viktigt att undersöka vilka beteenden i fordonsflottan som krävs för att byta till elvägsdrift, då dessa faktorer är avgörande för nyttjandegraden.

In 2020, the Swedish Transport Administration received a governmental assignment to analyze the conditions and plan for the expansion of electric roads. In the assignment, an analysis was made regarding a potential degree of utilization of electric roads in Sweden, based, among other things, on the development of heavy electrified road transport. 

The degree of utilization is a central factor in being able to understand the consequences, for example in terms of environmental benefits and socio-economic profitability, that the establishment of electric roads can entail. The utilization rate in the Swedish Transport Administration’s report was estimated at 25% in the event of a full expansion of the electric road network by the year 2040. Due to external developments and the rapid technological development in the electric road market, other European countries have made similar investigations which resulted in other utilization rates. Therefore, there was reason to renew the analysis of the potential degree of utilization of electric road system in Sweden. 

To be able to determine whether the utilization rates produced in the Swedish investigation still stood, a comparison was made between these calculations and the reports of four other European countries, Germany, France, Great Britain and the Netherlands. The aim was to analyze the importance and influence of various factors on the degree of utilization of electric roads. The goal was to present a method to be able to make comparisons regarding included factors as well as calculations of the degree of utilization based on selected factors. 

This report proposes different approaches for estimating utilization rate, by exemplifying different estimates based on different input factors and calculation basis. The report also includes a sensitivity analysis to demonstrate how different assumptions can produce different utilization rate results. 

The investigation shows that detailed information from several sources is required to be able to make reliable estimates about the utilization rate of electric roads. Based on the sensitivity analysis carried out, it becomes clear that Swedish long-distance transport accounts for the single greatest use of the electric road. It will therefore be important to examine which behaviors in the vehicle fleet that are required to switch to electric road operation, as these factors are decisive for the utilization rate.

Regeringen har uppdragit åt Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) att ”bidra till kunskapsuppbyggnaden kring en snabb, smart och samhällsekonomiskt effektiv elektrifiering av transportsektorn”. Den här rapporten redovisar den del av uppdraget som handlar om att genomföra pilotprojekt och ta fram modeller för hur data i praktiken på bästa sätt kan tillgängliggöras, delas och nyttiggöras för att optimera planering, utveckling, drift samt affärsmodeller för laddinfrastruktur. 

I rapporten ges en beskrivning av förekommande tekniker för laddning av elfordon, viktiga användarperspektiv, och hur affärsmodeller och system för laddinfrastruktur kan modelleras. 

Rapporten fokuserar på datadelning och beskriver hur aktörer idag delar data samt vilka svårigheter de ser med datadelning. Detta omfattar bland annat datatillgänglighet, delning och nyttiggörande, samt hur aktörerna vill att det ska fungera framåt. En stor utmaning handlar om datatillgänglighet, där aktörer dels ser problem med att få tillgång till data och dels är avvaktande till att vilja dela med sig av egna data. Ofta handlar det om integritetsfrågor och reglering enligt GDPR. 

Betydelsen av en väl fungerande samverkan mellan energi- och transportsektorn har lyfts i tidigare rapporteringar från det här uppdraget. Vikten av en digitalisering och digital infrastruktur som kopplar samman dessa sektorer betonas speciellt i detta arbete. Digitalisering behövs för att effektivisera planering, utveckling och drift av den infrastruktur som ett elektrifierat transportsystem kräver. De modelleringar som gjorts i den här delen av uppdraget handlar om transportmodellering och energimodellering samt utveckling för att få modellerna att samspela.

The government has commissioned the Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI) to “contribute to the building of knowledge around a fast, smart and economically efficient electrification of the transport sector”. This report focusses on the part of the mission that deals with conducting pilot projects and developing models for how data, in practice, can be made available, shared and utilized in the best way to optimize planning, development, operation for charging infrastructure and business models. 

The report provides a description of existing technologies for charging electric vehicles, important user perspectives, and how business models and systems for charging infrastructure can be modelled. 

The report focuses on data sharing and describes how actors today share data and what difficulties they see with data sharing. This includes, among other things, data availability, sharing and utilization, as well as how the actors want it to work going forward. A major challenge concerns data availability, where actors partly see problems with getting access to data and partly are hesitant to want to share their own data. Often, it is about privacy issues and regulation according to the GDPR. 

The importance of a well-functioning collaboration between the energy and transport sectors has been highlighted in previous reports from this assignment. 

The importance of digitalization and digital infrastructure that connects these sectors is particularly emphasized in this work. Digitalization is needed to streamline planning, development and operation of the infrastructure that an electrified transport system requires. The modeling done in this part of the assignment deals with transport modeling and energy modeling as well as development to make the models interact.

Regeringen har uppdragit åt Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) att ”bidra till kunskapsuppbyggnaden kring en snabb, smart och samhällsekonomiskt effektiv elektrifiering av transportsektorn” (regeringsuppdrag I2021/02212). Den här rapporten redovisar den delen av uppdraget som handlar om att översiktligt analysera samspelet mellan energisystemet och transportsystemet, vilka eventuella hinder som finns och vilka lösningar som kan bidra till en ökad elektrifiering av transporter. I denna del av uppdraget ingår att identifiera goda exempel från andra länder. 

Transport och energi har alltid varit tätt sammanlänkade sektorer. Det som håller på att förändras är inte bara kopplingen mellan sektorerna, utan också deras natur; medan transportsektorn historiskt sett främst har konsumerat oljeprodukter, kommer globala klimatåtgärder att driva transportsektorn mot en starkare koppling till elkraft. Vidare handlar omställningen från oljebaserade transporter till elbaserade transporter lika mycket om sektorskoppling inom energisektorn som mellan energi- och transportsystem. Dessa förändringar kräver en omställning av både transport- och energisystemen. Rapporten beskriver implikationer av transportsektors omställning på energisystemet och olika aktörers roller i omställningen för att påskynda elektrifieringen. Dessutom lyfts goda exempel från fyra andra länder; Kina, USA, Norge och Nederländerna. Vid omställningen finns några policyaspekter som bedöms viktiga att ta hänsyn till såsom teknik- och beteendeförändring, förändringar inom sektorerna och överlappande politiska mål.

The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI) has been commissioned by the Swedish Government to “contribute to the creation of knowledge regarding a rapid, smart and socioeconomically efficient electrification of the transport sector”. This report presents the part of the commission that describes a general analysis of the interaction between the energy system and the transport system, what obstacles there are and what solutions can contribute to increased electrification of transport. This part of the assignment includes good examples from other countries. 

Transport and energy have always been closely linked sectors. What is changing now, is not only the connection between the sectors, but also their nature; while the transport sector has historically mainly consumed oil products, global climate measures will drive the transport sector towards a stronger link to electricity. Therefore, the transition from oil-based transport to electricity-based transport is as much about sector changing within the energy sector as between energy and transport sectors. To handle this transition requires a conversion of both systems. The report describes the implications of the transport sector’s change on the energy system and the roles of various actors in the change. In addition, good examples from four other countries – China, the USA, Norway and the Netherlands – are highlighted. When transitioning, there are some policy aspects that are important to take into account, such as technology and behavior change, changes in the sectors and overlapping political goals.