Тенденции в инфраструктурата за зареждане

Докато по-голямата част от търсенето на зареждане в момента се посреща от домашно зареждане, обществено достъпните зарядни устройства са все по-необходими, за да осигурят същото ниво на удобство и достъпност, както при зареждането с гориво на конвенционалните превозни средства. По-специално в гъсто населените градски райони, където достъпът до домашно зареждане е по-ограничен, обществената инфраструктура за зареждане е ключов фактор за приемането на EV. В края на 2022 г. в света имаше 2,7 милиона обществени точки за зареждане, повече от 900 000 от които бяха инсталирани през 2022 г., около 55% увеличение спрямо запасите от 2021 г. и сравнимо с темпа на растеж от 50% преди пандемията между 2015 г. 2019 г.

Бавни зарядни

В световен мащаб повече от 600 000 обществени точки за бавно зареждане1бяха инсталирани през 2022 г., 360 000 от които бяха в Китай, с което запасите от бавни зарядни устройства в страната надхвърлиха 1 милион. В края на 2022 г. Китай беше дом на повече от половината от световния запас от обществени бавни зарядни устройства.

Европа е на второ място с общо 460 000 бавни зарядни устройства през 2022 г., което е 50% увеличение спрямо предходната година. Холандия води в Европа със 117 000, следвана от около 74 000 във Франция и 64 000 в Германия. Запасите от бавни зарядни устройства в Съединените щати се увеличиха с 9% през 2022 г., което е най-ниският темп на растеж сред основните пазари. В Корея запасите от устройства за бавно зареждане са се удвоили на годишна база, достигайки 184 000 точки за зареждане.

Бързи зарядни устройства

Обществено достъпните бързи зарядни устройства, особено тези, разположени покрай магистрали, позволяват по-дълги пътувания и могат да се справят с безпокойството за пробег, пречка за приемането на EV. Подобно на бавните зарядни устройства, обществените бързи зарядни устройства също предоставят решения за зареждане на потребители, които нямат надежден достъп до частно зареждане, като по този начин насърчават приемането на EV сред по-широки групи от населението. Броят на бързите зарядни устройства се е увеличил с 330 000 в световен мащаб през 2022 г., въпреки че отново по-голямата част (почти 90%) от растежа идва от Китай. Разгръщането на бързото зареждане компенсира липсата на достъп до домашни зарядни устройства в гъсто населените градове и подкрепя целите на Китай за бързо внедряване на EV. В Китай има общо 760 000 устройства за бързо зареждане, но повече от общия публичен запас от бързо зареждане се намира само в десет провинции.

В Европа общият запас от бързи зарядни устройства наброява над 70 000 до края на 2022 г., което е увеличение от около 55% в сравнение с 2021 г. Държавите с най-големи запаси от бързи зарядни устройства са Германия (над 12 000), Франция (9 700) и Норвегия (9 000). Съществува ясна амбиция в целия Европейски съюз за по-нататъшно развитие на обществената инфраструктура за зареждане, както е посочено от временното споразумение относно предложения регламент за инфраструктурата за алтернативни горива (AFIR), който ще определи изисквания за покритие на електрическото зареждане в трансевропейската транспортна мрежа (TEN -T) между Европейската инвестиционна банка и Европейската комисия ще предостави над 1,5 милиарда евро до края на 2023 г. за инфраструктура за алтернативни горива, включително бързо зареждане с електричество.

Съединените щати инсталираха 6 300 бързи зарядни устройства през 2022 г., около три четвърти от които бяха Tesla Superchargers. Общият запас от бързи зарядни устройства достигна 28 000 в края на 2022 г. Очаква се внедряването да се ускори през следващите години след одобрението на правителството на (NEVI). Всички щати на САЩ, Вашингтон и Пуерто Рико участват в програмата и вече им бяха отпуснати 885 милиона щатски долара финансиране за 2023 г. в подкрепа на изграждането на зарядни устройства на 122 000 км магистрали. Федералната магистрална администрация на САЩ обяви нови национални стандарти за федерално финансирани зарядни устройства за електромобили, за да гарантира последователност, надеждност, достъпност и съвместимост. от новите стандарти, Tesla обяви, че ще отвори част от своя US Supercharger (където Superchargers представляват 60% от общия запас от бързи зарядни устройства в Съединените щати) и мрежата Destination Charger за електромобили, които не са на Tesla.

Обществените точки за зареждане са все по-необходими, за да се даде възможност за по-широко разпространение на EV

Разгръщането на обществена инфраструктура за зареждане в очакване на растеж на продажбите на EV е от решаващо значение за широкото приемане на EV. В Норвегия, например, през 2011 г. имаше около 1,3 електрически LDV с батерии на обществена точка за зареждане, което подкрепи по-нататъшното им приемане. В края на 2022 г., като над 17% от LDV са BEV, имаше 25 BEV на обществена точка за зареждане в Норвегия. Като цяло, тъй като делът на складовите наличности на акумулаторните електрически LDV се увеличава, съотношението точка на зареждане към BEV намалява. Ръстът на продажбите на електромобили може да се поддържа само ако търсенето на зареждане е посрещнато от достъпна и достъпна инфраструктура, или чрез частно зареждане в домовете или на работното място, или обществено достъпни станции за зареждане.

Съотношение на електрическите LDV на обществено зарядно устройство

Съотношение обществена точка за зареждане на батерия-електрическа LDV в избрани държави спрямо дела на запасите от LDV електрическа батерия

Въпреки че PHEV са по-малко зависими от обществената инфраструктура за зареждане, отколкото BEV, изготвянето на политики, свързани с достатъчната наличност на точки за зареждане, трябва да включва (и насърчава) обществено зареждане на PHEV. Ако се вземе предвид общият брой електрически LDV на точка за зареждане, глобалната средна стойност през 2022 г. е била около десет EV на зарядно устройство. Страни като Китай, Корея и Холандия са поддържали по-малко от десет електромобила на зарядно през последните години. В държави, които разчитат в голяма степен на обществено зареждане, броят на обществено достъпните зарядни устройства се разширява със скорост, която до голяма степен съответства на внедряването на EV.

Въпреки това, на някои пазари, характеризиращи се с широко разпространена наличност на домашно зареждане (поради високия дял на еднофамилни къщи с възможност за инсталиране на зарядно устройство), броят на електромобилите на обществена точка за зареждане може да бъде дори по-висок. Например в Съединените щати съотношението на електромобили на зарядно устройство е 24, а в Норвегия е повече от 30. Тъй като пазарното навлизане на електромобили се увеличава, публичното зареждане става все по-важно, дори в тези страни, за подпомагане на приемането на електромобили сред шофьорите които нямат достъп до опции за зареждане в частен дом или на работното място. Оптималното съотношение на електромобили на зарядно устройство обаче ще се различава в зависимост от местните условия и нуждите на водача.

Може би по-важен от броя на наличните обществени зарядни устройства е общият капацитет за обществено зареждане на EV, като се има предвид, че бързите зарядни устройства могат да обслужват повече EV, отколкото бавните зарядни устройства. По време на ранните етапи на приемане на EV има смисъл наличната мощност за зареждане на EV да бъде висока, като се приеме, че използването на зарядните устройства ще бъде относително ниско, докато пазарът узрее и използването на инфраструктурата стане по-ефективно. В съответствие с това AFIR на Европейския съюз включва изисквания за общия мощностен капацитет, който трябва да бъде предоставен въз основа на размера на регистрирания флот.

В световен мащаб средният обществен капацитет за зареждане на електрически LDV е около 2,4 kW на EV. В Европейския съюз съотношението е по-ниско, със средно около 1,2 kW на EV. Корея има най-високото съотношение при 7 kW на EV, дори и повечето обществени зарядни устройства (90%) да са бавни.

Брой електрически LDV на обществена точка за зареждане и kW на електрически LDV, 2022 г

Отворете

Брой електрически LDVs на точка за зареждане kW обществено зареждане на електрически LDVs Нова Зеландия Исландия Австралия Норвегия БразилияГерманияШвецияСъединени щати ДанияПортугалияОбединено кралствоИспанияКанадаИндонезияФинландия ШвейцарияЯпонияТайландЕвропейски СъюзФранцияПолшаМексикоБелгияСвятИталияКитайИндияЮжна АфрикаЧилиГърцияХоландияКорея08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (долна ос)
• kW / EV (горна ос)

В регионите, където електрическите камиони стават достъпни в търговската мрежа, акумулаторните електрически камиони могат да се конкурират на база TCO с конвенционалните дизелови камиони за нарастваща гама от операции, не само в градски и регионални, но и в регионалните сегменти на влекачи и ремаркета и на дълги разстояния . Три параметъра, които определят времето, в което се достига са пътни такси; разходи за гориво и експлоатация (напр. разликата между цените на дизела и електроенергията, пред които са изправени операторите на камиони, и намалените разходи за поддръжка); и CAPEX субсидии за намаляване на разликата в първоначалната покупна цена на автомобила. Тъй като електрическите камиони могат да осигурят същите операции с по-ниски разходи през целия живот (включително ако се прилага намалена ставка), това, при което собствениците на превозни средства очакват да възстановят първоначалните разходи, е ключов фактор при определянето дали да закупят електрически или конвенционален камион.

Икономиката на електрическите камиони в приложения на дълги разстояния може да бъде значително подобрена, ако разходите за зареждане могат да бъдат намалени чрез максимизиране на бавното зареждане „извън смяна“ (напр. през нощта или други по-дълги периоди на престой), осигуряване на договори за закупуване на едро с мрежови оператори за „средна смяна“ (напр. по време на почивки), бързо (до 350 kW) или свръхбързо (>350 kW) зареждане и интелигентно изследване възможности за зареждане и превозно средство към мрежата за допълнителен доход.

Електрическите камиони и автобуси ще разчитат на зареждане извън смяна за по-голямата част от тяхната енергия. Това до голяма степен ще бъде постигнато в частни или полу-частни депа за зареждане или в обществени станции по магистралите и често през нощта. Ще трябва да се разработят депа за обслужване на нарастващото търсене на електрификация при тежки условия и в много случаи може да се наложи модернизация на разпределителната и преносната мрежа. В зависимост от изискванията за гама превозни средства, таксуването в депото ще бъде достатъчно, за да покрие повечето операции в градските автобуси, както и в градските и регионалните операции на камиони.

Регламентите, които налагат периоди на почивка, могат също така да осигурят времеви прозорец за зареждане в средата на смяната, ако са налични опции за бързо или свръхбързо зареждане по пътя: Европейският съюз изисква 45 минути почивка след всеки 4,5 часа шофиране; Съединените щати изискват 30 минути след 8 часа.

Повечето предлагани в търговската мрежа станции за бързо зареждане с постоянен ток (DC) в момента позволяват нива на мощност, вариращи от 250-350 kW. постигнатото от Европейския съвет и парламента включва постепенен процес на разгръщане на инфраструктура за електрически тежкотоварни превозни средства, започващ през 2025 г. Скорошни проучвания на изискванията за мощност за регионални и дълги разстояния на камиони в САЩ и Европа установяват, че мощността на зареждане е по-висока от 350 kW , и до 1 MW, може да са необходими за пълно зареждане на електрически камиони по време на 30- до 45-минутна почивка.

Признавайки необходимостта от разширяване на мащаба на бързото или свръхбързото зареждане като предпоставка за извършване на технически и икономически жизнеспособни както регионални, така и по-специално операции на дълги разстояния, през 2022 г. Traton, Volvo и Daimler създадоха независимо съвместно предприятие с 500 евро милиона в колективни инвестиции от трите тежкотоварни производствени групи, инициативата има за цел да внедри повече от 1 700 бързо (300 до 350 kW) и свръхбързи (1 MW) точки за зареждане в цяла Европа.

В момента се използват множество стандарти за зареждане, а техническите спецификации за ултра-бързо зареждане са в процес на разработка. Осигуряването на максимално възможно сближаване на стандартите за таксуване и оперативната съвместимост за тежкотоварни електромобили ще бъде необходимо, за да се избегнат разходите, неефективността и предизвикателствата за вносителите на превозни средства и международните оператори, които биха били създадени от производителите, следващи различни пътища.

В Китай съразработчиците China Electricity Council и „ultra ChaoJi” на CHAdeMO разработват стандарт за зареждане за тежкотоварни електрически превозни средства до няколко мегавата. В Европа и Съединените щати спецификациите за CharIN Megawatt Charging System (MCS) с потенциална максимална мощност от. се разработват от Международната организация по стандартизация (ISO) и други организации. Окончателните спецификации на MCS, които ще са необходими за търговско пускане, се очакват през 2024 г. След първия сайт за зареждане с мегават, предложен от Daimler Trucks и Portland General Electric (PGE) през 2021 г., както и инвестиции и проекти в Австрия, Швеция , Испания и Обединеното кралство.

Комерсиализирането на зарядни устройства с номинална мощност от 1 MW ще изисква значителни инвестиции, тъй като станциите с такива нужди от висока мощност ще понесат значителни разходи както при инсталирането, така и при надграждането на мрежата. Преразглеждането на бизнес моделите на публичните електроснабдителни предприятия и регулациите в енергийния сектор, координирането на планирането между заинтересованите страни и интелигентното таксуване могат да помогнат. Директната подкрепа чрез пилотни проекти и финансови стимули също могат да ускорят демонстрацията и приемането в ранните етапи. Неотдавнашно проучване очертава някои ключови съображения за дизайна за разработване на зарядни станции с рейтинг MCS:

• Планирането на зарядни станции на магистрални депа в близост до преносни линии и подстанции може да бъде оптимално решение за минимизиране на разходите и увеличаване на използването на зарядното устройство.
• Връзки с „правилен размер“ с директни връзки към преносни линии на ранен етап, като по този начин се предвиждат енергийните нужди на система, в която големи дялове от товарната дейност са електрифицирани, вместо да се надграждат разпределителните мрежи в ad hoc и краткосрочен план база, ще бъде от решаващо значение за намаляване на разходите. Това ще изисква структурирано и координирано планиране между мрежовите оператори и разработчиците на инфраструктура за зареждане в различните сектори.
• Тъй като свързването на преносната система и надграждането на мрежата може да отнеме 4-8 години, разполагането и изграждането на зарядни станции с висок приоритет ще трябва да започне възможно най-скоро.

Решенията включват инсталиране на стационарно съхранение и интегриране на местен възобновяем капацитет, съчетан с интелигентно зареждане, което може да помогне за намаляване както на инфраструктурните разходи, свързани с мрежовата връзка, така и на разходите за доставка на електроенергия (напр. като позволи на операторите на камиони да минимизират разходите чрез арбитриране на променливостта на цените през целия ден, възползвайки се от предимствата на възможностите превозно средство към мрежата и т.н.).

Други опции за захранване на електрически тежкотоварни превозни средства (HDV) са смяна на батерии и електрически пътни системи. Електрическите пътни системи могат да прехвърлят енергия към камион или чрез индуктивни намотки в пътя, или чрез проводими връзки между превозното средство и пътя, или чрез контактна мрежа (въздушни) линии. Верижната мрежа и други опции за динамично таксуване може да са обещаващи за намаляване на разходите на университетско ниво на системата при прехода към камиони за регионални и дълги разстояния с нулеви емисии, завършвайки благоприятно по отношение на общите капиталови и оперативни разходи. Те също могат да помогнат за намаляване на нуждите от капацитет на батерията. Потребността от батерии може да бъде допълнително намалена, а използването допълнително подобрено, ако електрическите пътни системи са проектирани да бъдат съвместими не само с камиони, но и с електрически автомобили. Такива подходи обаче биха изисквали индуктивни или оперативни проекти, които идват с по-големи препятствия по отношение на технологичното развитие и дизайн и са по-капиталоемки. В същото време електрическите пътни системи поставят значителни предизвикателства, наподобяващи тези в железопътния сектор, включително по-голяма необходимост от стандартизация на пътища и превозни средства (както е илюстрирано с трамваи и тролейбуси), трансгранична съвместимост за пътувания на дълги разстояния и подходяща инфраструктура модели на собственост. Те осигуряват по-малка гъвкавост за собствениците на камиони по отношение на маршрути и типове превозни средства и имат високи разходи за разработка като цяло, като всичко това се отразява на тяхната конкурентоспособност спрямо обикновените станции за зареждане. Като се имат предвид тези предизвикателства, такива системи биха били най-ефективно разгърнати първо върху интензивно използвани товарни коридори, което би довело до тясна координация между различни публични и частни заинтересовани страни. Досегашните демонстрации по обществени пътища в Германия и Швеция разчитаха на активисти от частни и публични организации. Призиви за пилотни проекти за електрически пътни системи се обмислят и в Китай, Индия, Обединеното кралство и Съединените щати.

Нужди за зареждане на тежкотоварни автомобили

Анализът на Международния съвет за чист транспорт (ICCT) предполага, че смяната на батерии за електрически двуколесни превозни средства в таксиметрови услуги (напр. велосипедни таксита) предлага най-конкурентните TCO в сравнение с BEV или ICE двуколесни превозни средства с точково зареждане. В случай на доставка до последната миля чрез двуколесно превозно средство, точковото зареждане в момента има предимство по отношение на TCO пред смяната на батерията, но с правилните политически стимули и мащаб, смяната може да стане жизнеспособна опция при определени условия. Като цяло, тъй като средното изминато разстояние на ден се увеличава, електрическият двуколесен акумулатор със смяна на батерии става по-икономичен от превозните средства с точково зареждане или бензинови превозни средства. През 2021 г. Консорциумът за сменяеми батерии за мотоциклети беше основан с цел да улесни смяната на батерии на леки превозни средства, включително дву-/триколесни, чрез съвместна работа по общи спецификации на батериите.

Смяната на батерии на електрически дву-/триколесни превозни средства набира особено скорост в Индия. В момента има над десет различни компании на индийския пазар, включително Gogoro, базиран в Китайски Тайпе електрически скутери и лидер в технологията за смяна на батерии. Gogoro твърди, че неговите батерии захранват 90% от електрическите скутери в Китайски Тайпе, а мрежата на Gogoro има повече от 12 000 станции за смяна на батерии, за да поддържа над 500 000 електрически двуколесни в девет страни, предимно в Азиатско-тихоокеанския регион. Gogoro вече е създадена партньорство с базираната в Индия Zypp Electric, която управлява платформа EV-as-a-service за доставки до последната миля; заедно, те разполагат 6 станции за смяна на батерии и 100 електрически двуколесни като част от пилотен проект за операции за доставка на последната миля от бизнес до бизнес в град Делхи. В началото на 2023 г. те събраха , които ще използват, за да разширят автопарка си до 200 000 електрически двуколесни превозни средства в 30 индийски града до 2025 г. Sun Mobility има по-дълга история на смяна на батерии в Индия, с над станции за смяна в цялата страна за електрически дву- и триколесни превозни средства, включително електронни рикши, с партньори като Amazon India. Тайланд също вижда услуги за смяна на батерии за шофьори на мотоциклети и таксита.

Въпреки че е най-разпространена в Азия, смяната на батерии за електрически двуколесни се разпространява и в Африка. Например стартирането на електрически мотоциклети в Руанда управлява станции за смяна на батерии, с акцент върху обслужването на таксиметрови операции с мотоциклети, които изискват дълги ежедневни разстояния. Ampersand е построил десет станции за смяна на батерии в Кигали и три в Найроби, Кения. Тези станции извършват близо 37 000 смени на батерии на месец.

Смяната на батерията за дву/триколесни превозни средства предлага предимства в разходите

По-специално за камиони смяната на батерията може да има големи предимства пред ултрабързото зареждане. Първо, смяната може да отнеме толкова малко, което би било трудно и скъпо за постигане чрез кабелно зареждане, което изисква ултра-бързо зарядно устройство, свързано към мрежи със средно до високо напрежение и скъпи системи за управление на батерията и химикали на батерията. Избягването на ултрабързото зареждане също може да удължи капацитета на батерията, производителността и живота на батерията.

Батерията като услуга (BaaS), разделяща покупката на камиона и батерията и установяването на договор за лизинг за батерията, значително намалява първоначалните разходи за покупка. Освен това, тъй като камионите са склонни да зависят от химикалите на батериите с литиево-железен фосфат (LFP), които са по-издръжливи от батериите с литиево-никел-манган-кобалт-оксид (NMC), те са много подходящи за смяна от гледна точка на безопасност и достъпност.

Въпреки това, разходите за изграждане на станция вероятно ще бъдат по-високи за смяна на батерии за камиони предвид по-големия размер на превозното средство и по-тежките батерии, които изискват повече пространство и специализирано оборудване за извършване на смяната. Друга основна пречка е изискването батериите да бъдат стандартизирани за даден размер и капацитет, което OEM производителите на камиони вероятно ще възприемат като предизвикателство за конкурентоспособността, тъй като дизайнът и капацитетът на батериите са ключов фактор за разлика сред производителите на електрически камиони.

Китай е в челните редици на смяната на батерии за камиони поради значителната политическа подкрепа и използването на технология, предназначена да допълва кабелното зареждане. През 2021 г. китайският MIIT обяви, че редица градове ще въведат пилотна технология за смяна на батерии, включително HDV смяна на батерии в три града. Почти всички големи китайски производители на тежки камиони, включително FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile и SAIC.

Китай е в челните редици на смяната на батерии за камиони

Китай също е лидер в смяната на батерии за леки автомобили. Във всички режими общият брой на станциите за смяна на батерии в Китай възлиза почти на края на 2022 г., с 50% повече, отколкото в края на 2021 г. NIO, която произвежда автомобили с възможност за смяна на батерии и поддържащите станции за смяна, работи повече от в Китай, съобщавайки, че мрежата покрива повече от две трети от континентален Китай. Половината от техните станции за смяна са инсталирани през 2022 г. и компанията си е поставила цел от 4 000 станции за смяна на батерии в световен мащаб до 2025 г. Компанията, техните станции за смяна могат да извършват над 300 смяна на ден, зареждайки до 13 батерии едновременно с мощност от 20-80 kW.

NIO също обяви планове за изграждане на станции за смяна на батерии в Европа, тъй като техните модели автомобили с възможност за смяна на батерии станаха достъпни на европейските пазари към края на 2022 г. Първата станция за смяна на батерии NIO в Швеция беше открита през и до края на 2022 г. десет NIO станции за смяна на батерии бяха открити в Норвегия, Германия, Швеция и Холандия. За разлика от NIO, чиито станции за смяна обслужват автомобили на NIO, станциите на китайския оператор на станции за смяна на батерии Aulton поддържат 30 модела от 16 различни автомобилни компании.

Смяната на батерии също може да бъде особено привлекателна опция за LDV таксиметровите паркове, чиито операции са по-чувствителни към времената за презареждане, отколкото личните автомобили. Американският стартъп Ample в момента управлява 12 станции за смяна на батерии в района на залива на Сан Франциско, обслужващи основно превозни средства с споделено пътуване на Uber.

Китай също е лидер в смяната на батерии за леки автомобили

Референции

Бавните зарядни устройства имат номинална мощност по-малка или равна на 22 kW. Бързите зарядни са тези с номинална мощност над 22 kW и до 350 kW. „Точки за зареждане“ и „зарядни устройства“ се използват взаимозаменяемо и се отнасят за отделните гнезда за зареждане, отразяващи броя на електромобилите, които могат да се зареждат едновременно. „Зарядните станции“ може да имат няколко точки за зареждане.

Преди това като директива, предложеният AFIR, след като бъде официално одобрен, ще се превърне в обвързващ законодателен акт, определящ, наред с други неща, максимално разстояние между зарядните устройства, инсталирани по TEN-T, главните и второстепенните пътища в рамките на Европейския съюз.

Индуктивните решения са по-далеч от комерсиализацията и са изправени пред предизвикателства за доставяне на достатъчна мощност при скорост на магистрала.