Skąd prąd dla "elektryków"? Czekają nas wielomiliardowe inwestycje

Skąd prąd dla "elektryków"? Czekają nas wielomiliardowe inwestycje
Według zapowiedzi ministra energii Krzysztofa Tchórzewskiego planowane jest wprowadzenie niższych o 30 proc. cen energii, którą nocą ładowałyby się samochody elektryczne Fot. NP
  • Ten tekst jest częścią STREFY PREMIUM WNP.PL
  • Autor: Piotr Myszor
  • Dodano: 14-05-2018 06:00

Elektromobilność unowocześni nie tylko motoryzację, ale także - a może bardziej - energetykę. Sprawne działanie systemów ładowania elektrycznych aut będzie wymagało nie tylko modernizacji sieci, ale także stworzenia całego systemu nowych możliwości i usług.

  • Dyrektor rozwoju biznesu w Asseco Poland, Jerzy Popowicz wskazuje, że zapowiadany przez premiera Mateusza Morawieckiego milion elektrycznych aut to dodatkowe 2 GW energii, którą trzeba wytworzyć i dostarczyć. Biorąc pod uwagę, że do 2028 roku napęd elektryczny ma mieć także 30 proc. autobusów, w sumie może to oznaczać zwiększenie zapotrzebowania na energię o 3-4 TWh rocznie.
  • To poważny i kosztowny problem do rozwiązania. Michał Kurtyka, wiceminister energii, informował, że chcąc sprostać wymaganiom elektromobilności spółki energetyczne do 2020 r. planują wydać na konieczną modernizację sieci elektroenergetycznych 40 mld zł.
  • Według zapowiedzi ministra energii Krzysztofa Tchórzewskiego planowane jest wprowadzenie niższych o 30 proc. cen energii, którą nocą ładowałyby się samochody elektryczne.

Rząd Wielkiej Brytanii planuje wprowadzić zakaz sprzedaży samochodów spalinowych od 2040 r. Największy brytyjski operator National Grid szacuje, że w tym czasie spowodowany przez samochody elektryczne wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną wyniesie nawet 5 GW.

Wolniej czy szybciej?

Produkcja tej energii to jedno. Trzeba ją jeszcze będzie dostarczyć do punktów ładowania, które będą musiały być rozrzucone po kraju jak stacje benzynowe - z tym, że w kraju będzie musiało być ich... o wiele więcej niż stacji benzynowych.

Zwykle dzielimy ładowarki na wolne i szybkie. Te ostatnie oferują jednak kilka prędkości, co powoduje, że każda lepiej nadaje się do stosowania w innym miejscu. Koncern ABB, który produkuje m.in. różne typy ładowarek, dzieli je na cztery kategorie.

Pierwsza to te, które nazywamy wolnymi. Wykorzystują standardowy prąd przemienny z miejskiej sieci i mają moc od 3 do 22 kW. Na naładowanie samochodowych akumulatorów takie urządzenie potrzebuje 4-6 godzin. Te ładowarki są przeznaczone do wykorzystania w domach, biurowcach, hotelach czy parkingach flot samochodowych - wszędzie tam, gdzie samochody przez kilka godzin parkują.

Druga kategoria to jeszcze nie szybkie, ale już szybsze ładowarki. Mają moc 20-25 kW i wykorzystują prąd stały. Tym wystarczy już od 1 do 3 godzin na naładowanie samochodu. Szybkie ładowarki na prąd stały mają już moce 50 kW. Tu ładowanie trwa 20-90 minut. Przeznaczone są do ustawienia w miejscach, gdzie samochody zatrzymują się na niezbyt długi czas, np. przy restauracjach, centrach handlowych czy urzędach. W zasadzie mogą się także sprawdzić na stacjach paliw czy w przyautostradowych miejscach obsługi podróżnych. Wykorzystujące prąd stały superszybkie ładowarki o mocy 150-350 kW są w stanie naładować samochód w 10-20 minut. Te są przeznaczone do miejsc, w których zatrzymujemy się na krótko, np. na stacje benzynowe i MOP przy trasach przelotowych czy w ruchliwych korytarzach autostradowych.

Wielka Brytania, w której w ubiegłym roku jeździło ponad 130 tys. elektrycznych aut, ma w pobliżu głównych dróg 460 szybkich ładowarek, co - według deklaracji - pozwala odbywać 55 proc. dalekodystansowych podróży samochodem elektrycznym bez konieczności odbywania długich postojów.

- Według szacunków Izby Gmin, aby nadążyć za wzrostem liczby EV do 2030 r., Wielka Brytania potrzebuje w sumie 1170 szybkich ładowarek oraz 27 tys. punktów publicznie dostępnych. Szacowane wydatki na rozwój tej infrastruktury, bez uwzględnienia kosztów przyłączeń, to 530 mln funtów, z czego 400 mln funtów ma na ten cel przeznaczyć brytyjski rząd - mówi Maciej Mazur, dyrektor zarządzający Polskiego Stowarzyszenia Paliw Alternatywnych.

Polska ustawa o elektromobilności zakłada powstanie do 2020 roku 6 tys. punktów ładowania energią o normalnej mocy i 400 punktów szybkiego ładowania, czyli wykorzystujących energię o wyższej mocy.

Zdaniem Jerzego Popowicza olbrzymią większość wykorzystywanych punktów ładowania będą stanowiły wolne ładowarki, według przewidywań, nawet do 85 proc. całości. Te będą wykorzystywane w miejscach długiego postoju samochodów, głównie w miejscach zamieszkania ich właścicieli. Na trasach sytuacja będzie inna.

- Ludzie są coraz bardziej niecierpliwi. Chcą jechać coraz dalej, ale ładować auta coraz krócej. W związku z tym moce ładowarek będą wzrastały, a wraz z tym będzie rosło zagrożenie dla stabilności systemu, zwłaszcza na poziomie systemu dystrybucyjnego, przede wszystkim tam, gdzie mamy do czynienia ze zdekapitalizowanymi sieciami - twierdzi Andrzej Ziółkowski, prezes Urzędu Dozoru Technicznego.

Więcej mocy!

To poważny i kosztowny problem do rozwiązania. Michał Kurtyka, wiceminister energii, informował, że chcąc sprostać wymaganiom elektromobilności spółki energetyczne do 2020 r. planują wydać na konieczną modernizację sieci elektroenergetycznych 40 mld zł.

W obszarach miejskich oraz przy autostradach i trasach szybkiego ruchu z natury rzeczy wzrośnie zapotrzebowanie na stacje szybkiego ładowania i w konsekwencji na moc elektryczną. Nie wszędzie sieci energetyczne są przygotowane na takie zmiany. Do ładowania akumulatorów w krótkim czasie, np. podczas postoju autobusu na pętli, konieczna jest duża moc, którą sieć może nie dysponować w tej lokalizacji (tj. przy pętli autobusowej).

- Nakłady na rozbudowę sieci energetycznych do wyższej przepustowości niż obecnie mogą okazać się zbyt wysokie - przypuszcza Mariusz Kondraciuk, dyrektor branży Energy Management w Siemens Polska.

Z jednej strony będzie to konieczność modernizacji sieci, aby wytrzymały skokowe zmiany zapotrzebowania na energię, generowane przez szybkie ładowarki, z drugiej - potrzeba włączenia w system elementów pozwalających zmniejszać amplitudę tych skoków. Jednym z takich elementów będą magazyny energii.

- Szybkie ładowanie baterii, w które wyposażone są pojazdy elektryczne, wymaga bowiem dostarczania dość dużej ilości energii w bardzo krótkim czasie. Energetyczna infrastruktura sieciowa musi więc być przygotowana do przesyłu dużych mocy. Kierowca pojazdu w trasie, czy autobusu elektrycznego na pętli, nie może czekać zbyt długo na naładowanie akumulatorów. To właśnie duża ilość energii dostarczana w krótkim okresie rodzi istotne konsekwencje dla przepustowości sieci elektroenergetycznej - mówi Kondraciuk.

Potrzeba budowy takich układów, w których szybkie ładowarki są połączone z magazynami energii, została zauważona także dzięki rozwojowi elektrycznego transportu miejskiego - punkty doładowania autobusów w trasie wymagają szczególnie dużej mocy dostarczonej w czasie krótkiego postoju pojazdu na przystanku czy pętli. Okazało się, że połączenie ładowarki z magazynem energii (który można wolno doładowywać między podjazdami poszczególnych autobusów po to, by potem szybko przekazać energię akumulatorom autobusu bez powodowania wielkiego skoku w okolicznej sieci energetycznej) jest bardzo skutecznym rozwiązaniem. Nie jedynym jednak - zamiast magazynów energii można bowiem wykorzystywać także niewielkie źródła prądu.

- Rozwój elektromobilności może być katalizatorem rozwoju

energetyki rozproszonej. Bardzo wiele stacji ładowania, jeśli nie każda, może wymagać zbudowania stacji buforowej, która będzie lokalnym źródłem energii, a więc zwiększy stabilność lokalnego systemu - tłumaczy Andrzej Ziółkowski.

W tym wypadku obok np. niewielkich źródeł odnawialnych, takich jak ogniwa fotowoltaiczne czy turbiny wiatrowe mniejszej mocy, mogą pojawić się rozwiązania rodem z... elektromobilności. Niedawno w Stanach Zjednoczonych Daimler, wraz z firmami Hewlett Packard Enterprise (HPE), Power Innovations (PI) oraz National Renewable Energy Laboratory (NREL), zaczął pracę nad wykorzystaniem ogniw paliwowych jako źródła energii wspierającego centra danych. W tym roku mają ruszyć prototypowe instalacje.

- Dojrzałość systemów ogniw paliwowych w samochodach jest dziś niekwestionowana. Są one gotowe do codziennego użytku i stanowią realną opcję dla sektora transportu. Jednak możliwości dla wodoru wykraczające poza sektor mobilności - do sektora energetycznego, przemysłowego czy mieszkaniowego - są wszechstronne i wymagają opracowania nowych strategii. Ekonomia skali, a zatem modularyzacja to ważne wyzwania - mówi prof. dr Christian Mohrdieck, dyrektor ds. ogniw paliwowych w Daimler AG i dyrektor generalny spółki Daimler NuCellSys.

Ogniwa paliwowe to chemiczne "elektrownie", w których z wodoru i tlenu powstaje woda, będąca jednak skutkiem ubocznym, "spalinami" tego systemu. Przede wszystkim synteza wody powoduje powstanie energii elektrycznej.

Ogniwa są przy tym tak niewielkie, że mieszczą się w komorach silnikowych dzisiejszych samochodów. Obecnie najpopularniejszym samochodem z takim napędem jest Toyota Mirai, a w tym roku na rynek wchodzą nowe modele - Hyundai Nexo i Honda Clarity.

Smart na pomoc

Według Mariusza Kondraciuka drugim istotnym trendem, który wynika z rozwoju elektromobilności, będzie rozwój automatyzacji systemów zarządzających infrastrukturą.

- Należy oczekiwać, że rozwiązania te pojawiać się będą zarówno po stronie operatora sieci, pozwalając optymalizować przepływy energii, jak i w samych urządzeniach służących do uzupełniania energii. Dzięki wyposażeniu w dodatkowe elementy automatyki można będzie efektywniej zarządzać mocą udostępnianą przez sieć do ładowania pojazdów - przekonuje Mariusz Kondraciuk.

Potrzeba zarządzania infrastrukturą spowoduje także pojawienie się całej grupy nowych podmiotów, które będą świadczyły usługi związane z obsługą infrastruktury ładowania. Jerzy Popowicz wskazuje, że będą musiały powstać firmy zajmujące się serwisowaniem tych punktów, zbieraniem danych dotyczących ładowania, przygotowaniem płatności. Skomplikowany system zbierający, analizujący i przekazujący olbrzymie ilości danych dotyczących ładowania i płatności będzie także wymagał wyrafinowanej obsługi cyfrowej.

Popowicz wyjaśnia, że użytkownicy elektrycznych aut będą potrzebowali informacji o położeniu okolicznych ładowarek i ich dostępności. Kiedy po długim pozbawionym stacji benzynowych odcinku autostrady pierwsza stacja się pojawia, tworzą się na niej kolejki samochodów. Tankowanie zajmuje jednak każdemu z nich parę minut. W przypadku kolejki samochodów elektrycznych czas oczekiwania na wolne stanowisko byłby bardzo długi. W tym wypadku ważne jest wybranie takiego punktu, gdzie ładowanie jest dostępne od razu. Mobilne aplikacje będą nie tylko pomagały znaleźć miejsca ładowania, ale także umożliwią dokonywanie płatności.

Nie można także zapominać o tym, że prawdopodobnie ceny energii dla samochodów będą inne niż do wykorzystania domowego, choćby ze względu na zawarte w nich podatki i parapodatki. System rozliczania poboru energii w budynkach, w których będą założone punkty ładowania, może zatem wymagać dokładnego monitorowania, jakie odbiorniki pobierają energię i w jakich godzinach.

Teoretycznie ładowanie samochodów elektrycznych ma odbywać się nocą, kiedy zapotrzebowanie na prąd jest mniejsze niż jego produkcja. Ma to rozwiązać problem tzw. doliny nocnej. Doświadczenia wielu krajów wskazują jednak, że użytkownicy niekoniecznie pilnują tych godzin - włączają samochody do ładowania tuż po powrocie do domu, wychodząc z garażu, co powoduje zwiększenie zapotrzebowania na prąd w szczycie energetycznym. Według zapowiedzi Krzysztofa Tchórzewskiego, szefa resortu, planowane jest wprowadzenie niższych o 30 proc. cen energii, którą nocą ładowałyby się samochody elektryczne. Inteligentne liczniki prądu musiałyby więc bardzo szczegółowo monitorować pobór z różnych domowych źródeł.

Mniejsze zasięgi i dłuższy czas potrzebny na "zatankowanie" elektrycznych aut, niż w przypadku samochodów spalinowych, spowodują także zmiany w systemach zarządzania flotami samochodowymi - menedżerowie flot będą potrzebowali znacznie bardziej szczegółowych informacji o stanie samochodów i poziomie ich naładowania, by sprawnie obsługiwać zlecone przejazdy.

Elektromobilność zwiększy zapotrzebowanie na energię i stanie się wyzwaniem dla sieci energetycznych, ale także wymusi stworzenie wyrafinowanego technicznie systemu dystrybucji, monitorowania i rozliczania energii wykorzystywanej przez samochody elektryczne.

 

×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Skąd prąd dla "elektryków"? Czekają nas wielomiliardowe inwestycje

PISZESZ DO NAS Z ADRESU IP: 44.201.96.43
Dodając komentarz, oświadczasz, że akceptujesz regulamin forum

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!