Tendenser i opladningsinfrastruktur

Mens det meste af efterspørgslen efter opladning i øjeblikket dækkes af hjemmeopladning, er der i stigende grad behov for offentligt tilgængelige opladere for at give det samme niveau af bekvemmelighed og tilgængelighed som ved tankning af konventionelle køretøjer. Især i tætte byområder, hvor adgangen til hjemmeopladning er mere begrænset, er offentlig opladningsinfrastruktur en nøglemulighed for anvendelse af elbiler. Ved udgangen af ​​2022 var der 2,7 millioner offentlige ladepunkter på verdensplan, hvoraf mere end 900 000 blev installeret i 2022, en stigning på omkring 55 % i forhold til 2021-lageret, og sammenlignelig med den præ-pandemiske vækstrate på 50 % mellem 2015 og 2019.

Langsomme opladere

Globalt mere end 600.000 offentlige langsomme opladningspunkter1blev installeret i 2022, hvoraf 360.000 var i Kina, hvilket bringer beholdningen af ​​langsomme opladere i landet til mere end 1 mio. Ved udgangen af ​​2022 var Kina hjemsted for mere end halvdelen af ​​det globale lager af offentlige langsomme opladere.

Europa ligger på andenpladsen med i alt 460.000 langsomme opladere i 2022, en stigning på 50 % i forhold til året før. Holland fører i Europa med 117.000, efterfulgt af omkring 74.000 i Frankrig og 64.000 i Tyskland. Beholdningen af ​​langsomme opladere i USA steg med 9 % i 2022, den laveste vækstrate blandt større markeder. I Korea er lagrene med langsom opladning fordoblet år-til-år og nåede 184.000 ladepunkter.

Hurtige opladere

Offentligt tilgængelige hurtigopladere, især dem, der er placeret langs motorveje, muliggør længere ture og kan håndtere rækkeviddeangst, en barriere for EV-adoption. Ligesom langsomme opladere giver offentlige hurtigopladere også opladningsløsninger til forbrugere, der ikke har pålidelig adgang til privat opladning, og opmuntrer derved til brug af elbiler på tværs af bredere dele af befolkningen. Antallet af hurtigopladere steg med 330.000 globalt i 2022, selvom størstedelen (næsten 90%) af væksten kom fra Kina. Udrulningen af ​​hurtig opladning kompenserer for manglen på adgang til hjemmeopladere i tætbefolkede byer og understøtter Kinas mål for hurtig udrulning af elbiler. Kina tegner sig for i alt 760.000 hurtigopladere, men mere end af den samlede offentlige hurtigopladningsbunke er beliggende i kun ti provinser.

I Europa talte det samlede lager af hurtigladere over 70.000 ved udgangen af ​​2022, en stigning på omkring 55 % i forhold til 2021. Landene med det største lager af hurtigopladere er Tyskland (over 12.000), Frankrig (9.700) og Norge (9.000). Der er en klar ambition i hele Den Europæiske Union om at videreudvikle den offentlige opladningsinfrastruktur, som angivet i den foreløbige aftale om den foreslåede forordning om alternative brændstoffers infrastruktur (AFIR), som vil fastsætte krav til dækning af elektrisk opladning på tværs af det transeuropæiske transportnetværk (TEN). -T) mellem Den Europæiske Investeringsbank og Europa-Kommissionen vil stille over 1,5 mia. EUR til rådighed inden udgangen af ​​2023 til infrastruktur for alternative brændstoffer, herunder elektrisk hurtigopladning.

USA installerede 6.300 hurtigopladere i 2022, hvoraf omkring tre fjerdedele var Tesla Superchargers. Det samlede lager af hurtigopladere nåede op på 28.000 ved udgangen af ​​2022. Implementeringen forventes at accelerere i de kommende år efter regeringens godkendelse af (NEVI). Alle amerikanske stater, Washington DC og Puerto Rico deltager i programmet og har allerede fået tildelt 885 millioner USD i finansiering for 2023 til at støtte udbygningen af ​​opladere på tværs af 122.000 km motorvej. US Federal Highway Administration har annonceret nye nationale standarder for føderalt finansierede EV-opladere for at sikre konsistens, pålidelighed, tilgængelighed og kompatibilitet. af de nye standarder har Tesla annonceret, at de vil åbne en del af sin amerikanske Supercharger (hvor Superchargers repræsenterer 60% af det samlede lager af hurtigopladere i USA) og Destination Charger-netværket for ikke-Tesla EV'er.

Offentlige ladepunkter er i stigende grad nødvendige for at muliggøre en bredere optagelse af elbiler

Implementering af offentlig opladningsinfrastruktur i forventning om vækst i salget af elbiler er afgørende for udbredt brug af elbiler. I Norge var der f.eks. omkring 1,3 elektriske batteridrevne LDV'er pr. offentligt ladepunkt i 2011, hvilket understøttede yderligere anvendelse. Ved udgangen af ​​2022, hvor over 17 % af LDV'erne var BEV'er, var der 25 BEV'er pr. offentligt ladepunkt i Norge. Generelt, når lagerandelen af ​​batterielektriske LDV'er stiger, falder ladepunktet pr. BEV-forhold. Vækst i salget af elbiler kan kun opretholdes, hvis efterspørgslen efter opladning imødekommes af tilgængelig og overkommelig infrastruktur, enten gennem privat opladning i hjemmet eller på arbejdspladsen eller offentligt tilgængelige ladestationer.

Forholdet mellem elektriske LDV'er pr. offentlig oplader

Offentligt ladepunkt pr. batteri-elektrisk LDV-forhold i udvalgte lande mod batterielektrisk LDV-aktieandel

Mens PHEV'er er mindre afhængige af offentlig opladningsinfrastruktur end BEV'er, bør politikudformningen vedrørende tilstrækkelig tilgængelighed af ladepunkter inkorporere (og tilskynde til) offentlig PHEV-opladning. Hvis det samlede antal elektriske LDV'er pr. ladepunkt tages i betragtning, var det globale gennemsnit i 2022 omkring ti EV'er pr. oplader. Lande som Kina, Korea og Holland har opretholdt færre end ti elbiler pr. oplader gennem de seneste år. I lande, der er stærkt afhængige af offentlig opladning, er antallet af offentligt tilgængelige opladere blevet udvidet med en hastighed, der stort set matcher EV-udrulning.

Men på nogle markeder, der er karakteriseret ved udbredt tilgængelighed af hjemmeopladning (på grund af en høj andel af enfamiliehuse med mulighed for at installere en oplader), kan antallet af elbiler pr. offentligt ladepunkt være endnu højere. For eksempel i USA er forholdet mellem elbiler pr. oplader 24, og i Norge er det mere end 30. Efterhånden som markedspenetrationen af ​​elbiler øges, bliver offentlig opladning stadig vigtigere, selv i disse lande, for at understøtte bilisternes brug af elbiler som ikke har adgang til privat hjem eller arbejdsplads lademuligheder. Det optimale forhold mellem elbiler pr. oplader vil dog variere baseret på lokale forhold og førerens behov.

Måske vigtigere end antallet af tilgængelige offentlige opladere er den samlede offentlige opladningskapacitet pr. EV, givet at hurtigopladere kan betjene flere elbiler end langsomme opladere. I de tidlige stadier af EV-vedtagelse giver det mening, at tilgængelig opladningseffekt pr. EV er høj, idet det antages, at opladerudnyttelsen vil være relativt lav, indtil markedet modnes, og udnyttelsen af ​​infrastrukturen bliver mere effektiv. I overensstemmelse hermed indeholder EU's om AFIR krav til den samlede elkapacitet, der skal leveres baseret på størrelsen af ​​den registrerede flåde.

Globalt er den gennemsnitlige offentlige ladekapacitet pr. elektrisk LDV omkring 2,4 kW pr. EV. I Den Europæiske Union er forholdet lavere med et gennemsnit på omkring 1,2 kW pr. EV. Korea har det højeste forhold på 7 kW pr. EV, selv med de fleste offentlige opladere (90%) som langsomme opladere.

Antal elektriske LDV'er pr. offentligt ladepunkt og kW pr. elektrisk LDV, 2022

Åben

Antal elektriske LDV'er pr. ladepunktkW offentlig opladning pr. elektriske LDV'er, New Zealand, Island, Australien, Norge, Brasilien, Tyskland, Sverige, USA, Danmark, Portugal, Storbritannien, Spanien, Canada, Indonesien, Finland, Schweiz, Japan, Thailand, Den Europæiske Union, Frankrig, Polen, Mexico, AfrikaChileGrækenland Holland Korea08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (nederste akse)
• kW/EV (øverste akse)

I de regioner, hvor elektriske lastbiler bliver kommercielt tilgængelige, kan batterielektriske lastbiler konkurrere på TCO-basis med konventionelle diesellastbiler for et voksende udvalg af operationer, ikke kun by- og regionalt, men også i traktor-trailer regionale og langdistancesegmenter . Tre parametre, der bestemmer det tidspunkt, hvor det nås, er vejafgifter; brændstof- og driftsomkostninger (f.eks. forskellen mellem diesel- og elpriser, lastbiloperatører står over for, og reducerede vedligeholdelsesomkostninger); og CAPEX-tilskud for at reducere kløften i forhåndskøbsprisen for køretøjer. Da elektriske lastbiler kan levere de samme operationer med lavere levetidsomkostninger (inklusive hvis der anvendes en rabatsats), er det, hvor køretøjsejere forventer at inddrive de forhåndsomkostninger, en nøglefaktor for at afgøre, om de skal købe en elektrisk eller konventionel lastbil.

Økonomien for elektriske lastbiler i langdistanceapplikationer kan forbedres væsentligt, hvis opladningsomkostningerne kan reduceres ved at maksimere "off-shift" (f.eks. nattetid eller andre længere perioder med nedetid) langsom opladning, sikre bulkkøbskontrakter med netoperatører for "midtskift" (f.eks. i pauser), hurtig (op til 350 kW) eller ultrahurtig (>350 kW) opladning og udforskning smart opladning og køretøj-til-net muligheder for ekstra indtægt.

Elektriske lastbiler og busser vil være afhængige af opladning uden for skift for størstedelen af ​​deres energi. Dette vil i høj grad blive opnået ved private eller semi-private ladedepoter eller på offentlige stationer på motorveje og ofte natten over. Depoter til at betjene den stigende efterspørgsel efter kraftig elektrificering vil skulle udvikles, og det kan i mange tilfælde kræve opgraderinger af distributions- og transmissionsnet. Afhængigt af kravene til køretøjets rækkevidde vil depotopladning være tilstrækkelig til at dække de fleste operationer i bybus- såvel som by- og regional lastbildrift.

Forordninger, der påbyder hvileperioder, kan også give et tidsvindue for opladning mellem skift, hvis hurtige eller ultrahurtige opladningsmuligheder er tilgængelige undervejs: Den Europæiske Union kræver 45 minutters pause efter hver 4,5 times kørsel; USA giver mandater 30 minutter efter 8 timer.

De fleste kommercielt tilgængelige jævnstrøms (DC) hurtigladestationer muliggør i øjeblikket effektniveauer fra 250-350 kW. opnået af Det Europæiske Råd og Parlamentet omfatter en gradvis proces med udrulning af infrastruktur for elektriske tunge køretøjer, der starter i 2025. Nylige undersøgelser af strømkravene til regionale og langdistancelastbiler i USA og Europa viser, at en ladeeffekt på mere end 350 kW , og så højt som 1 MW, kan det være nødvendigt at genoplade elektriske lastbiler fuldt ud i en pause på 30 til 45 minutter.

I erkendelse af behovet for at opskalere hurtig eller ultrahurtig opladning som en forudsætning for at gøre både regionale og især langdistanceoperationer teknisk og økonomisk levedygtige, etablerede Traton, Volvo og Daimler i 2022 et uafhængigt joint venture med 500 EUR millioner i kollektive investeringer fra de tre tunge produktionskoncerner, sigter initiativet mod at implementere mere end 1 700 hurtige (300 til 350 kW) og ultrahurtige (1 MW) ladepunkter i hele Europa.

Flere opladningsstandarder er i øjeblikket i brug, og tekniske specifikationer for ultrahurtig opladning er under udvikling. Det vil være nødvendigt at sikre størst mulig konvergens mellem opladningsstandarder og interoperabilitet for tunge elbiler for at undgå de omkostninger, ineffektivitet og udfordringer for køretøjsimportører og internationale operatører, som ville blive skabt af fabrikanter, der følger forskellige veje.

I Kina er medudviklerne China Electricity Council og CHAdeMO's "ultra ChaoJi" ved at udvikle en opladningsstandard for tunge elektriske køretøjer til op til adskillige megawatt. I Europa og USA er specifikationer for CharIN Megawatt Charging System (MCS), med en potentiel maksimal effekt på. er under udvikling af Den Internationale Standardiseringsorganisation (ISO) og andre organisationer. De endelige MCS-specifikationer, som vil være nødvendige for kommerciel udrulning, forventes i 2024. Efter den første megawatt-ladeplads udbudt af Daimler Trucks og Portland General Electric (PGE) i 2021, samt investeringer og projekter i Østrig, Sverige , Spanien og Storbritannien.

Kommercialisering af ladere med en mærkeeffekt på 1 MW vil kræve betydelige investeringer, da stationer med et så stort effektbehov vil pådrage sig betydelige omkostninger ved både installation og netopgraderinger. Revision af offentlige elforsynings forretningsmodeller og regler for elsektoren, koordinering af planlægning på tværs af interessenter og smart opladning kan alle hjælpe. Direkte støtte gennem pilotprojekter og økonomiske incitamenter kan også fremskynde demonstration og indførelse i de tidlige stadier. En nylig undersøgelse skitserer nogle vigtige designovervejelser for udvikling af MCS-klassificerede ladestationer:

• Planlægning af ladestationer på motorvejsdepoter i nærheden af ​​transmissionsledninger og transformerstationer kan være en optimal løsning til at minimere omkostningerne og øge laderudnyttelsen.
• Forbindelser med "rigtig dimensionering" med direkte forbindelser til transmissionsledninger på et tidligt tidspunkt, hvorved man foregriber energibehovet i et system, hvor store andele af godsaktiviteten er blevet elektrificeret, snarere end at opgradere distributionsnettene på ad hoc og kort sigt grundlag, vil være afgørende for at reducere omkostningerne. Dette vil kræve en struktureret og koordineret planlægning mellem netoperatører og udviklere af afgiftsinfrastruktur på tværs af sektorer.
• Da transmissionssystemsammenkoblinger og netopgraderinger kan tage 4-8 år, vil placering og opførelse af højprioriterede ladestationer skulle begynde hurtigst muligt.

Løsningerne omfatter installation af stationært lager og integration af lokal vedvarende kapacitet kombineret med smart opladning, som kan hjælpe med at reducere både infrastrukturomkostninger relateret til nettilslutning og omkostninger til indkøb af elektricitet (f.eks. ved at sætte lastbiloperatører i stand til at minimere omkostningerne ved at arbitrage prisvariabiliteten i løbet af dagen og drage fordel af dette. af køretøj-til-net-muligheder osv.).

Andre muligheder for at levere strøm til elektriske tunge køretøjer (HDV'er) er batteribytte og elektriske vejsystemer. Elektriske vejsystemer kan overføre strøm til en lastbil enten via induktive spoler på en vej eller gennem ledende forbindelser mellem køretøjet og vejen eller via køreledninger (luftledninger). Køreledninger og andre dynamiske opladningsmuligheder kan give et løfte om at reducere omkostningerne på universitetsniveau på systemniveau i overgangen til nul-emission regionale og langdistancelastbiler, der gennemfører positivt med hensyn til samlede kapital- og driftsomkostninger. De kan også hjælpe med at reducere behovet for batterikapacitet. Batteribehovet kan reduceres yderligere, og udnyttelsen forbedres yderligere, hvis elektriske vejsystemer er designet til at være kompatible ikke kun med lastbiler, men også med elbiler. Sådanne tilgange ville imidlertid kræve induktive eller in-road-design, der kommer med større forhindringer med hensyn til teknologisk udvikling og design, og er mere kapitalintensive. Samtidig udgør elektriske vejsystemer betydelige udfordringer, der ligner jernbanesektorens, herunder et større behov for standardisering af stier og køretøjer (som illustreret med sporvogne og trolleybusser), kompatibilitet på tværs af grænser til langdistanceture og passende infrastruktur ejerskabsmodeller. De giver lastbilejere mindre fleksibilitet med hensyn til ruter og køretøjstyper og har høje udviklingsomkostninger generelt, hvilket alle påvirker deres konkurrenceevne i forhold til almindelige ladestandere. I lyset af disse udfordringer ville sådanne systemer mest effektivt først blive indsat på meget brugte godskorridorer, hvilket ville indebære tæt koordinering på tværs af forskellige offentlige og private interessenter. Demonstrationer på offentlige veje til dato i Tyskland og Sverige har været afhængige af forkæmpere fra både private og offentlige enheder. Opfordringer til elektriske vejsystempiloter overvejes også i Kina, Indien, Storbritannien og USA.

Opladningsbehov for tunge køretøjer

International Council on Clean Transportation (ICCT) analyse tyder på, at batteribytning til elektriske tohjulede biler i taxatjenester (f.eks. cykeltaxier) giver den mest konkurrencedygtige TCO sammenlignet med punktopladning af BEV eller ICE tohjulede biler. I tilfælde af last-mile-levering via en tohjulet motor, har punktopladning i øjeblikket en TCO-fordel i forhold til batteribytning, men med de rigtige politiske incitamenter og skala kan bytte blive en levedygtig mulighed under visse betingelser. Generelt, efterhånden som den gennemsnitlige daglige tilbagelagte distance stiger, bliver den batterielektriske tohjulede bil med batteriskift mere økonomisk end punktopladning eller benzinbiler. I 2021 blev theSwappable Batteries Motorcycle Consortium grundlagt med det formål at lette batteribytning af lette køretøjer, herunder to/trehjulede, ved at arbejde sammen om fælles batterispecifikationer.

Batteribytning af elektriske to-/trehjulede motorer tager især fart i Indien. Der er i øjeblikket over ti forskellige virksomheder på det indiske marked, herunder Gogoro, en kinesisk Taipei-baseret elektrisk scooter og leder af batteribytteteknologi. Gogoro hævder, at deres batterier driver 90 % af elektriske scootere i kinesisk Taipei, og Gogoro-netværket har mere end 12.000 batteriudskiftningsstationer til at understøtte over 500.000 elektriske tohjulede biler i ni lande, hovedsageligt i Asien og Stillehavsområdet. Gogoro er nu dannet et partnerskab med Indien-baserede Zypp Electric, som driver en EV-as-a-service platform for last-mile leverancer; sammen implementerer de 6 batteribyttestationer og 100 elektriske tohjulede biler som en del af et pilotprojekt for business-to-business last-mile leveringsoperationer i byen Delhi. I begyndelsen af ​​2023 rejste de, som de vil bruge til at udvide deres flåde til 200.000 elektriske tohjulede biler på tværs af 30 indiske byer inden 2025. Sun Mobility har en længere historie med batteribytning i Indien, med overbyttestationer over hele landet til elektriske to- og trehjulede biler, herunder e-rickshaws, med partnere som Amazon India. Thailand ser også batteribyttetjenester til motorcykeltaxa- og budchauffører.

Mens det er mest udbredt i Asien, spreder batteribytning til elektriske tohjulede motorer sig også til Afrika. For eksempel driver rwandisk elmotorcykelstart-up batteribyttestationer med fokus på at betjene motorcykeltaxidrift, der kræver lange daglige rækkevidder. Ampersand har bygget ti batteribyttestationer i Kigali og tre i Nairobi, Kenya. Disse stationer udfører tæt på 37.000 batteribytte om måneden.

Batteribytning til to-/trehjulede biler giver omkostningsfordele

Især for lastbiler kan batteribytning have store fordele frem for ultrahurtig opladning. For det første kan det tage så lidt at bytte, hvilket ville være svært og dyrt at opnå gennem kabelbaseret opladning, hvilket kræver en ultrahurtig oplader forbundet til mellem- til højspændingsnet og dyre batteristyringssystemer og batterikemi. At undgå ultrahurtig opladning kan også forlænge batterikapaciteten, ydeevnen og levetiden.

Battery-as-a-service (BaaS), adskillelse af køb af lastbilen og batteriet og etablering af en leasingkontrakt for batteriet, reducerer købsomkostningerne væsentligt. Da lastbiler desuden har en tendens til at være afhængige af lithiumjernfosfat (LFP) batterikemi, som er mere holdbare end lithium nikkel mangan cobalt oxid (NMC) batterier, er de velegnede til at bytte med hensyn til sikkerhed og overkommelighed.

Men omkostningerne ved at bygge en station vil sandsynligvis være højere for udskiftning af lastbilbatterier i betragtning af den større køretøjsstørrelse og tungere batterier, som kræver mere plads og specialiseret udstyr til at udføre udskiftningen. En anden stor barriere er kravet om, at batterier skal standardiseres til en given størrelse og kapacitet, som lastbil-OEM'er sandsynligvis vil opfatte som en udfordring for konkurrenceevnen, da batteridesign og -kapacitet er en vigtig differentiator blandt producenter af elektriske lastbiler.

Kina er på forkant med batteribytning til lastbiler på grund af betydelig politisk støtte og brug af teknologi designet til at komplementere kabelopladning. I 2021 annoncerede Kinas MIIT, at en række byer ville pilotere batteribytteteknologi, herunder HDV-batteribytning i tre byer. Næsten alle større kinesiske producenter af tunge lastbiler, herunder FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile og SAIC.

Kina er på forkant med batteribytning til lastbiler

Kina er også førende inden for batteribytning til personbiler. På tværs af alle transportformer var det samlede antal batteribyttestationer i Kina næsten ved udgangen af ​​2022, 50 % højere end ved udgangen af ​​2021. NIO, som producerer batteribytteaktiverede biler og de understøttende byttestationer, kører mere end i Kina og rapporterer, at netværket dækker mere end to tredjedele af det kinesiske fastland. Halvdelen af ​​deres byttestationer blev installeret i 2022, og virksomheden har sat et mål på 4.000 batteribyttestationer globalt i 2025. Virksomheden deres byttestationer kan udføre over 300 byttestationer om dagen og oplade op til 13 batterier samtidigt ved en effekt på 20-80 kW.

NIO annoncerede også planer om at bygge batteribyttestationer i Europa, efterhånden som deres batteriudskiftningsaktiverede bilmodeller blev tilgængelige på europæiske markeder mod slutningen af ​​2022. Den første NIO batteribyttestation i Sverige blev åbnet i og ved udgangen af ​​2022, ti NIO batteribyttestationer var blevet åbnet i Norge, Tyskland, Sverige og Holland. I modsætning til NIO, hvis byttestationer servicerer NIO-biler, understøtter den kinesiske batteribyttestationsoperatør Aultons stationer 30 modeller fra 16 forskellige bilfirmaer.

Batteribytning kunne også være en særlig attraktiv mulighed for LDV-taxiflåder, hvis drift er mere følsom over for opladningstider end personlige biler. Den amerikanske start-up Ample driver i øjeblikket 12 batteriudskiftningsstationer i San Francisco Bay-området, der hovedsageligt betjener Uber-samkørselskøretøjer.

Kina er også førende inden for batteribytning til personbiler

Referencer

Langsomme opladere har en effekt på mindre end eller lig med 22 kW. Hurtigopladere er dem med en nominel effekt på mere end 22 kW og op til 350 kW. "Ladepunkter" og "opladere" bruges i flæng og refererer til de enkelte ladestik, hvilket afspejler antallet af elbiler, der kan lade op på samme tid. ''Ladestationer' kan have flere ladepunkter.

Tidligere et direktiv ville den foreslåede AFIR, når den først var blevet formelt godkendt, blive en bindende retsakt, der blandt andet foreskriver en maksimal afstand mellem opladere installeret langs TEN-T, de primære og sekundære veje i Den Europæiske Union.

Induktive løsninger er længere fra kommercialisering og står over for udfordringer med at levere tilstrækkelig strøm ved motorvejshastigheder.