Τάσεις στην υποδομή φόρτισης

Ενώ το μεγαλύτερο μέρος της ζήτησης φόρτισης καλύπτεται επί του παρόντος από την οικιακή φόρτιση, οι φορτιστές προσβάσιμοι στο κοινό χρειάζονται όλο και περισσότερο προκειμένου να παρέχεται το ίδιο επίπεδο άνεσης και προσβασιμότητας με τον ανεφοδιασμό συμβατικών οχημάτων. Σε πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές, ειδικότερα, όπου η πρόσβαση στην οικιακή φόρτιση είναι πιο περιορισμένη, η δημόσια υποδομή φόρτισης είναι βασικός παράγοντας για την υιοθέτηση των EV. Στα τέλη του 2022, υπήρχαν 2,7 εκατομμύρια δημόσια σημεία φόρτισης παγκοσμίως, περισσότερα από 900.000 από τα οποία εγκαταστάθηκαν το 2022, αύξηση περίπου 55% σε σχέση με το απόθεμα του 2021 και συγκρίσιμο με το ρυθμό ανάπτυξης πριν από την πανδημία 50% μεταξύ 2015 και 2019.

Αργοί φορτιστές

Παγκοσμίως, περισσότερα από 600.000 δημόσια σημεία αργής φόρτισης1εγκαταστάθηκαν το 2022, 360.000 εκ των οποίων ήταν στην Κίνα, ανεβάζοντας το απόθεμα αργών φορτιστών στη χώρα σε περισσότερο από 1 εκατομμύριο. Στα τέλη του 2022, η Κίνα είχε περισσότερο από το μισό παγκόσμιο απόθεμα δημόσιων αργών φορτιστών.

Η Ευρώπη κατατάσσεται δεύτερη, με 460.000 συνολικά αργούς φορτιστές το 2022, αύξηση 50% σε σχέση με το προηγούμενο έτος. Η Ολλανδία προηγείται στην Ευρώπη με 117.000, ακολουθούμενη από περίπου 74.000 στη Γαλλία και 64.000 στη Γερμανία. Το απόθεμα αργών φορτιστών στις Ηνωμένες Πολιτείες αυξήθηκε κατά 9% το 2022, τον χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης μεταξύ των μεγάλων αγορών. Στην Κορέα, το απόθεμα αργής φόρτισης έχει διπλασιαστεί από έτος σε έτος, φτάνοντας τα 184.000 σημεία φόρτισης.

Γρήγοροι φορτιστές

Οι γρήγοροι φορτιστές που είναι προσβάσιμοι στο κοινό, ειδικά αυτοί που βρίσκονται κατά μήκος των αυτοκινητοδρόμων, επιτρέπουν μακρύτερα ταξίδια και μπορούν να αντιμετωπίσουν το άγχος της αυτονομίας, ένα εμπόδιο στην υιοθέτηση των ηλεκτρικών οχημάτων. Όπως οι αργοί φορτιστές, οι δημόσιοι γρήγοροι φορτιστές παρέχουν επίσης λύσεις φόρτισης σε καταναλωτές που δεν έχουν αξιόπιστη πρόσβαση στην ιδιωτική φόρτιση, ενθαρρύνοντας έτσι την υιοθέτηση των EV σε ευρύτερα τμήματα του πληθυσμού. Ο αριθμός των ταχυφορτιστών αυξήθηκε κατά 330.000 παγκοσμίως το 2022, αν και πάλι το μεγαλύτερο μέρος (σχεδόν το 90%) της αύξησης προήλθε από την Κίνα. Η ανάπτυξη της γρήγορης φόρτισης αντισταθμίζει την έλλειψη πρόσβασης σε οικιακούς φορτιστές σε πυκνοκατοικημένες πόλεις και υποστηρίζει τους στόχους της Κίνας για ταχεία ανάπτυξη EV. Η Κίνα αντιπροσωπεύει συνολικά 760.000 φορτιστές ταχείας φόρτισης, αλλά περισσότερο από το σύνολο του δημόσιου στοίβας γρήγορης φόρτισης βρίσκεται σε μόλις δέκα επαρχίες.

Στην Ευρώπη το συνολικό απόθεμα ταχυφορτιστών ήταν πάνω από 70.000 μέχρι το τέλος του 2022, σημειώνοντας αύξηση περίπου 55% σε σύγκριση με το 2021. Οι χώρες με το μεγαλύτερο απόθεμα ταχυφορτιστών είναι η Γερμανία (πάνω από 12.000), η Γαλλία (9.700) και η Νορβηγία (9 000). Υπάρχει σαφής φιλοδοξία σε ολόκληρη την Ευρωπαϊκή Ένωση για περαιτέρω ανάπτυξη της δημόσιας υποδομής φόρτισης, όπως υποδεικνύεται από την προσωρινή συμφωνία για τον προτεινόμενο κανονισμό για την υποδομή εναλλακτικών καυσίμων (AFIR), ο οποίος θα ορίζει απαιτήσεις κάλυψης ηλεκτρικής φόρτισης σε όλο το διευρωπαϊκό δίκτυο μεταφορών (TEN -Τ) μεταξύ της Ευρωπαϊκής Τράπεζας Επενδύσεων και της Ευρωπαϊκής Επιτροπής θα διαθέσει πάνω από 1,5 δισεκατομμύριο ευρώ έως το τέλος του 2023 για υποδομές εναλλακτικών καυσίμων, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρικής γρήγορης φόρτιση.

Οι Ηνωμένες Πολιτείες εγκατέστησαν 6.300 ταχυφορτιστές το 2022, περίπου τα τρία τέταρτα των οποίων ήταν Tesla Superchargers. Το συνολικό απόθεμα ταχυφορτιστών έφτασε τις 28.000 στο τέλος του 2022. Η ανάπτυξη αναμένεται να επιταχυνθεί τα επόμενα χρόνια μετά την έγκριση της κυβέρνησης του (NEVI). Όλες οι πολιτείες των ΗΠΑ, η Ουάσιγκτον και το Πουέρτο Ρίκο συμμετέχουν στο πρόγραμμα και έχουν ήδη χορηγηθεί 885 εκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση για το 2023 για να υποστηρίξουν τη δημιουργία φορτιστών σε 122.000 km αυτοκινητόδρομου . Η Ομοσπονδιακή Διοίκηση Αυτοκινητοδρόμων των ΗΠΑ ανακοίνωσε νέα εθνικά πρότυπα για φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων που χρηματοδοτούνται από ομοσπονδιακό επίπεδο, προκειμένου να διασφαλιστεί η συνέπεια, η αξιοπιστία, η προσβασιμότητα και η συμβατότητα. από τα νέα πρότυπα, η Tesla ανακοίνωσε ότι θα ανοίξει ένα τμήμα του υπερσυμπιεστή της στις ΗΠΑ (όπου οι υπερσυμπιεστές αντιπροσωπεύουν το 60% του συνολικού αποθέματος ταχυφορτιστών στις Ηνωμένες Πολιτείες) και του δικτύου φορτιστή προορισμού σε ηλεκτρικά οχήματα που δεν ανήκουν στην Tesla.

Τα δημόσια σημεία φόρτισης είναι ολοένα και πιο απαραίτητα για να καταστεί δυνατή η ευρύτερη πρόσληψη EV

Η ανάπτυξη της δημόσιας υποδομής φόρτισης εν όψει της αύξησης των πωλήσεων EV είναι ζωτικής σημασίας για την ευρεία υιοθέτηση των EV. Στη Νορβηγία, για παράδειγμα, υπήρχαν περίπου 1,3 ηλεκτρικά LDV μπαταριών ανά δημόσιο σημείο φόρτισης το 2011, γεγονός που υποστήριξε περαιτέρω υιοθέτηση. Στα τέλη του 2022, με πάνω από το 17% των LDV να είναι BEV, υπήρχαν 25 BEV ανά δημόσιο σημείο φόρτισης στη Νορβηγία. Γενικά, καθώς αυξάνεται το μερίδιο των ηλεκτρικών LDV μπαταρίας, το σημείο φόρτισης ανά αναλογία BEV μειώνεται. Η ανάπτυξη των πωλήσεων ηλεκτρικών οχημάτων μπορεί να διατηρηθεί μόνο εάν η ζήτηση φόρτισης καλυφθεί με προσβάσιμη και προσιτή υποδομή, είτε μέσω ιδιωτικής φόρτισης στο σπίτι ή στην εργασία, είτε μέσω σταθμών φόρτισης προσβάσιμων από το κοινό.

Αναλογία ηλεκτρικών LDV ανά δημόσιο φορτιστή

Δημόσιο σημείο φόρτισης ανά αναλογία μπαταρίας-ηλεκτρικού LDV σε επιλεγμένες χώρες έναντι μεριδίου αποθέματος LDV ηλεκτρικής μπαταρίας

Ενώ τα PHEV εξαρτώνται λιγότερο από τις δημόσιες υποδομές χρέωσης από τα BEV, η χάραξη πολιτικής που σχετίζεται με την επαρκή διαθεσιμότητα σημείων φόρτισης θα πρέπει να ενσωματώνει (και να ενθαρρύνει) τη δημόσια χρέωση PHEV. Εάν ληφθεί υπόψη ο συνολικός αριθμός ηλεκτρικών LDV ανά σημείο φόρτισης, ο παγκόσμιος μέσος όρος το 2022 ήταν περίπου δέκα EV ανά φορτιστή. Χώρες όπως η Κίνα, η Κορέα και η Ολλανδία έχουν διατηρήσει λιγότερα από δέκα EV ανά φορτιστή τα τελευταία χρόνια. Σε χώρες που βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στη δημόσια φόρτιση, ο αριθμός των φορτιστών με πρόσβαση στο κοινό αυξάνεται με ταχύτητα που ταιριάζει σε μεγάλο βαθμό με την ανάπτυξη EV.

Ωστόσο, σε ορισμένες αγορές που χαρακτηρίζονται από ευρεία διαθεσιμότητα οικιακής φόρτισης (λόγω του υψηλού μεριδίου μονοκατοικιών με δυνατότητα εγκατάστασης φορτιστή) ο αριθμός των EV ανά δημόσιο σημείο φόρτισης μπορεί να είναι ακόμη μεγαλύτερος. Για παράδειγμα, στις Ηνωμένες Πολιτείες, η αναλογία EV ανά φορτιστή είναι 24 και στη Νορβηγία είναι μεγαλύτερη από 30. Καθώς αυξάνεται η διείσδυση των ηλεκτρικών οχημάτων στην αγορά, η δημόσια φόρτιση γίνεται όλο και πιο σημαντική, ακόμη και σε αυτές τις χώρες, για την υποστήριξη της υιοθέτησης EV από τους οδηγούς που δεν έχουν πρόσβαση σε επιλογές χρέωσης ιδιωτικής κατοικίας ή εργασίας. Ωστόσο, η βέλτιστη αναλογία EV ανά φορτιστή θα διαφέρει ανάλογα με τις τοπικές συνθήκες και τις ανάγκες του οδηγού.

Ίσως πιο σημαντικό από τον αριθμό των διαθέσιμων δημόσιων φορτιστών είναι η συνολική χωρητικότητα δημόσιας ισχύος φόρτισης ανά EV, δεδομένου ότι οι γρήγοροι φορτιστές μπορούν να εξυπηρετήσουν περισσότερα EV από τους αργούς φορτιστές. Κατά τα πρώτα στάδια της υιοθέτησης EV, είναι λογικό η διαθέσιμη ισχύς φόρτισης ανά EV να είναι υψηλή, υποθέτοντας ότι η χρήση του φορτιστή θα είναι σχετικά χαμηλή έως ότου ωριμάσει η αγορά και η χρήση της υποδομής γίνει πιο αποτελεσματική. Σύμφωνα με αυτό, η Ευρωπαϊκή Ένωση για το AFIR περιλαμβάνει απαιτήσεις για τη συνολική χωρητικότητα ισχύος που πρέπει να παρέχεται με βάση το μέγεθος του εγγεγραμμένου στόλου.

Σε παγκόσμιο επίπεδο, η μέση ισχύς δημόσιας φόρτισης ανά ηλεκτρική LDV είναι περίπου 2,4 kW ανά EV. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση, η αναλογία είναι χαμηλότερη, με μέσο όρο περίπου 1,2 kW ανά EV. Η Κορέα έχει την υψηλότερη αναλογία στα 7 kW ανά EV, ακόμη και με τους περισσότερους δημόσιους φορτιστές (90%) να είναι αργοί φορτιστές.

Αριθμός ηλεκτρικών LDV ανά δημόσιο σημείο φόρτισης και kW ανά ηλεκτρικό LDV, 2022

Ανοιχτό

Αριθμός ηλεκτρικών LDV ανά σημείο φόρτισηςkW δημόσιας φόρτισης ανά ηλεκτρικό LDV Νέα ΖηλανδίαΙσλανδίαΑυστραλίαΝορβηγίαΒραζιλίαΓερμανίαΣουηδίαΗνωμένες ΠολιτείεςΔανίαΠορτογαλίαΗνωμένο ΒασίλειοΙσπανίαΚαναδάςΙνδονησίαΦινλανδίαΕλβετίαΙαπωνίαΤαϊλάνδηΕυρώπη ΈνωσηΓαλλίαΠολωνίαΜεξικόΒέλγιοΚόσμοςΙταλίαΚίναΙνδία Νότια ΑφρικήΧιλήΕλλάδαΟλλανδίαΚορέα08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.4266.87

• EV / EVSE (κάτω άξονας)
• kW / EV (πάνω άξονας)

Στις περιοχές όπου τα ηλεκτρικά φορτηγά γίνονται εμπορικά διαθέσιμα, τα ηλεκτρικά φορτηγά με μπαταρία μπορούν να ανταγωνιστούν σε βάση TCO με τα συμβατικά πετρελαιοκίνητα φορτηγά για μια αυξανόμενη γκάμα λειτουργιών, όχι μόνο αστικών και περιφερειακών, αλλά και στα τμήματα τρακτέρ-ρυμουλκών περιφερειακών και μεγάλων αποστάσεων . Τρεις παράμετροι που καθορίζουν την ώρα που επιτυγχάνεται είναι τα διόδια. κόστος καυσίμου και λειτουργίας (π.χ. διαφορά μεταξύ των τιμών ντίζελ και ηλεκτρικής ενέργειας που αντιμετωπίζουν οι χειριστές φορτηγών και μειωμένο κόστος συντήρησης). και επιδοτήσεις CAPEX για τη μείωση του χάσματος στην αρχική τιμή αγοράς οχημάτων. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρικά φορτηγά μπορούν να παρέχουν τις ίδιες λειτουργίες με χαμηλότερο κόστος διάρκειας ζωής (συμπεριλαμβανομένης της εφαρμογής μειωμένης τιμής), το κόστος στο οποίο οι ιδιοκτήτες οχημάτων αναμένουν να ανακτήσουν εκ των προτέρων το κόστος είναι βασικός παράγοντας για τον καθορισμό του εάν θα αγοράσουν ένα ηλεκτρικό ή συμβατικό φορτηγό.

Τα οικονομικά για τα ηλεκτρικά φορτηγά σε εφαρμογές μεγάλων αποστάσεων μπορούν να βελτιωθούν σημαντικά εάν το κόστος φόρτισης μπορεί να μειωθεί με τη μεγιστοποίηση της «εκτός βάρδιας» (π.χ. τη νύχτα ή άλλες μεγαλύτερες περιόδους διακοπής λειτουργίας) αργή φόρτιση, διασφαλίζοντας συμβόλαια μαζικής αγοράς με τους φορείς εκμετάλλευσης δικτύου για "mid-shift" (π.χ. κατά τη διάρκεια των διαλειμμάτων), γρήγορη (έως 350 kW) ή εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση (>350 kW) και Εξερεύνηση ευκαιριών έξυπνης φόρτισης και από το όχημα σε δίκτυο για επιπλέον εισόδημα.

Τα ηλεκτρικά φορτηγά και τα λεωφορεία θα βασίζονται στη φόρτιση εκτός βάρδιας για το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους. Αυτό θα επιτευχθεί σε μεγάλο βαθμό σε ιδιωτικές ή ημι-ιδιωτικές αποθήκες φόρτισης ή σε δημόσιους σταθμούς σε αυτοκινητόδρομους, και συχνά κατά τη διάρκεια της νύχτας. Θα χρειαστεί να αναπτυχθούν αποθήκες για την εξυπηρέτηση της αυξανόμενης ζήτησης για ηλεκτροκίνηση βαρέως τύπου και σε πολλές περιπτώσεις ενδέχεται να απαιτούνται αναβαθμίσεις του δικτύου διανομής και μεταφοράς. Ανάλογα με τις απαιτήσεις της αυτονομίας του οχήματος, η χρέωση αποθήκης θα είναι επαρκής για την κάλυψη των περισσότερων λειτουργιών σε αστικά λεωφορεία καθώς και σε αστικές και περιφερειακές λειτουργίες φορτηγών.

Οι κανονισμοί που επιβάλλουν περιόδους ανάπαυσης μπορούν επίσης να παρέχουν ένα χρονικό παράθυρο για φόρτιση στη μέση της βάρδιας, εάν υπάρχουν διαθέσιμες επιλογές γρήγορης ή εξαιρετικά γρήγορης φόρτισης στη διαδρομή: η Ευρωπαϊκή Ένωση απαιτεί 45 λεπτά διάλειμμα μετά από κάθε 4,5 ώρες οδήγησης. οι Ηνωμένες Πολιτείες ορίζουν 30 λεπτά μετά από 8 ώρες.

Οι περισσότεροι εμπορικά διαθέσιμοι σταθμοί ταχείας φόρτισης συνεχούς ρεύματος (DC) επιτρέπουν επί του παρόντος επίπεδα ισχύος που κυμαίνονται από 250-350 kW. που επιτεύχθηκε από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο και το Κοινοβούλιο περιλαμβάνει μια σταδιακή διαδικασία ανάπτυξης υποδομής για ηλεκτρικά βαρέα οχήματα που ξεκινά το 2025. Πρόσφατες μελέτες των απαιτήσεων ισχύος για περιφερειακές και μεγάλες αποστάσεις φορτηγών στις ΗΠΑ και την Ευρώπη διαπιστώνουν ότι η ισχύς φόρτισης είναι μεγαλύτερη από 350 kW , και μέχρι 1 MW, μπορεί να απαιτείται για την πλήρη επαναφόρτιση των ηλεκτρικών φορτηγών κατά τη διάρκεια ενός διαλείμματος 30 έως 45 λεπτών.

Αναγνωρίζοντας την ανάγκη να κλιμακωθεί η γρήγορη ή εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση ως προϋπόθεση για να καταστούν τεχνικά και οικονομικά βιώσιμες τόσο οι περιφερειακές όσο και, ειδικότερα, οι επιχειρήσεις μεγάλων αποστάσεων, το 2022 η Traton, η Volvo και η Daimler ίδρυσαν μια ανεξάρτητη κοινή επιχείρηση, με 500 ευρώ εκατομμύρια σε συλλογικές επενδύσεις από τους τρεις ομίλους βαρέων βιομηχανιών, η πρωτοβουλία στοχεύει στην ανάπτυξη περισσότερων από 1.700 (300 έως 350 kW) και εξαιρετικά γρήγορα (1 MW) σημεία φόρτισης σε όλη την Ευρώπη.

Επί του παρόντος χρησιμοποιούνται πολλά πρότυπα φόρτισης και οι τεχνικές προδιαγραφές για την εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση βρίσκονται υπό ανάπτυξη. Θα απαιτηθεί η εξασφάλιση της μέγιστης δυνατής σύγκλισης των προτύπων φόρτισης και της διαλειτουργικότητας για βαρέως τύπου EV για να αποφευχθεί το κόστος, η αναποτελεσματικότητα και οι προκλήσεις για τους εισαγωγείς οχημάτων και τους διεθνείς φορείς εκμετάλλευσης που θα δημιουργούσαν οι κατασκευαστές ακολουθώντας αποκλίνουσες διαδρομές.

Στην Κίνα, οι συν-προγραμματιστές China Electricity Council και το «ultra ChaoJi» της CHAdeMO αναπτύσσουν ένα πρότυπο φόρτισης για βαρέα ηλεκτρικά οχήματα έως και πολλών μεγαβάτ. Στην Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες, οι προδιαγραφές για το CharIN Megawatt Charging System (MCS), με δυνητική μέγιστη ισχύ. βρίσκονται υπό ανάπτυξη από τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (ISO) και άλλους οργανισμούς. Οι τελικές προδιαγραφές MCS, που θα χρειαστούν για την εμπορική κυκλοφορία, αναμένονται για το 2024. Μετά την πρώτη τοποθεσία φόρτισης μεγαβάτ που προσφέρεται από την Daimler Trucks και την Portland General Electric (PGE) το 2021, καθώς και επενδύσεις και έργα στην Αυστρία και τη Σουηδία , Ισπανία και Ηνωμένο Βασίλειο.

Η εμπορευματοποίηση φορτιστών ονομαστικής ισχύος 1 MW θα απαιτήσει σημαντικές επενδύσεις, καθώς οι σταθμοί με τέτοιες ανάγκες υψηλής ισχύος θα επιφέρουν σημαντικό κόστος τόσο στην εγκατάσταση όσο και στην αναβάθμιση του δικτύου. Η αναθεώρηση των επιχειρηματικών μοντέλων δημόσιας χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας και οι κανονισμοί του τομέα ηλεκτρικής ενέργειας, ο συντονισμός του σχεδιασμού μεταξύ των ενδιαφερομένων και η έξυπνη χρέωση μπορούν όλα να βοηθήσουν Η άμεση υποστήριξη μέσω πιλοτικών έργων και τα οικονομικά κίνητρα μπορούν επίσης να επιταχύνουν την επίδειξη και την υιοθέτηση στα αρχικά στάδια. Μια πρόσφατη μελέτη σκιαγραφεί ορισμένα βασικά στοιχεία σχεδιασμού για την ανάπτυξη σταθμών φόρτισης με βαθμολογία MCS:

• Ο σχεδιασμός σταθμών φόρτισης σε τοποθεσίες αποθήκης αυτοκινητοδρόμων κοντά σε γραμμές μεταφοράς και υποσταθμούς μπορεί να είναι η βέλτιστη λύση για την ελαχιστοποίηση του κόστους και την αύξηση της χρήσης του φορτιστή.
• Συνδέσεις «σωστού μεγέθους» με απευθείας συνδέσεις σε γραμμές μεταφοράς σε πρώιμο στάδιο, προβλέποντας έτσι τις ενεργειακές ανάγκες ενός συστήματος στο οποίο έχουν ηλεκτροδοτηθεί υψηλά μερίδια εμπορευματικής δραστηριότητας, αντί να αναβαθμιστούν τα δίκτυα διανομής σε ad-hoc και βραχυπρόθεσμο βάση, θα είναι κρίσιμης σημασίας για τη μείωση του κόστους. Αυτό θα απαιτήσει δομημένο και συντονισμένο σχεδιασμό μεταξύ των φορέων εκμετάλλευσης δικτύου και των προγραμματιστών υποδομής χρέωσης σε όλους τους τομείς.
• Δεδομένου ότι οι διασυνδέσεις των συστημάτων μεταφοράς και οι αναβαθμίσεις του δικτύου μπορεί να διαρκέσουν 4-8 χρόνια, η εγκατάσταση και η κατασκευή σταθμών φόρτισης υψηλής προτεραιότητας θα πρέπει να ξεκινήσει το συντομότερο δυνατό.

Οι λύσεις περιλαμβάνουν την εγκατάσταση σταθερής αποθήκευσης και την ενσωμάτωση τοπικής χωρητικότητας ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, σε συνδυασμό με την έξυπνη φόρτιση, η οποία μπορεί να συμβάλει στη μείωση τόσο του κόστους υποδομής που σχετίζεται με τη σύνδεση στο δίκτυο όσο και του κόστους προμήθειας ηλεκτρικής ενέργειας (π.χ. επιτρέποντας στους χειριστές φορτηγών να ελαχιστοποιούν το κόστος, προσαρμόζοντας τη διακύμανση των τιμών κατά τη διάρκεια της ημέρας, εκμεταλλευόμενοι ευκαιριών από όχημα σε δίκτυο, κ.λπ.).

Άλλες επιλογές για την παροχή ενέργειας σε ηλεκτρικά βαρέα οχήματα (HDV) είναι η αλλαγή μπαταριών και τα ηλεκτρικά οδικά συστήματα. Τα ηλεκτρικά οδικά συστήματα μπορούν να μεταφέρουν ισχύ σε ένα φορτηγό είτε μέσω επαγωγικών πηνίων σε έναν δρόμο, είτε μέσω αγώγιμων συνδέσεων μεταξύ του οχήματος και του δρόμου, είτε μέσω αλυσοειδών (εναέριων) γραμμών. Η αλυσιδωτή και άλλες δυναμικές επιλογές χρέωσης μπορεί να υπόσχονται μείωση του κόστους πανεπιστημίου σε επίπεδο συστήματος κατά τη μετάβαση σε τοπικά φορτηγά και φορτηγά μεγάλων αποστάσεων μηδενικών εκπομπών, ολοκληρώνοντας ευνοϊκά όσον αφορά το συνολικό κόστος κεφαλαίου και λειτουργίας. Μπορούν επίσης να βοηθήσουν στη μείωση των αναγκών χωρητικότητας της μπαταρίας. Η ζήτηση μπαταριών μπορεί να μειωθεί περαιτέρω και η χρήση να βελτιωθεί περαιτέρω, εάν τα ηλεκτρικά οδικά συστήματα σχεδιαστούν ώστε να είναι συμβατά όχι μόνο με φορτηγά αλλά και με ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Ωστόσο, τέτοιες προσεγγίσεις θα απαιτούσαν επαγωγικούς ή εντός δρόμου σχεδιασμούς που έρχονται με μεγαλύτερα εμπόδια όσον αφορά την ανάπτυξη και τον σχεδιασμό τεχνολογίας και είναι πιο εντάσεως κεφαλαίου. Ταυτόχρονα, τα ηλεκτρικά οδικά συστήματα θέτουν σημαντικές προκλήσεις που μοιάζουν με εκείνες του σιδηροδρομικού τομέα, συμπεριλαμβανομένης της μεγαλύτερης ανάγκης για τυποποίηση μονοπατιών και οχημάτων (όπως απεικονίζεται με τραμ και τρόλεϊ), διασυνοριακή συμβατότητα για ταξίδια μεγάλων αποστάσεων και κατάλληλη υποδομή μοντέλα ιδιοκτησίας. Παρέχουν λιγότερη ευελιξία στους ιδιοκτήτες φορτηγών όσον αφορά τις διαδρομές και τους τύπους οχημάτων και έχουν υψηλό κόστος ανάπτυξης συνολικά, επηρεάζοντας όλα την ανταγωνιστικότητά τους σε σχέση με τους κανονικούς σταθμούς φόρτισης. Δεδομένων αυτών των προκλήσεων, τέτοια συστήματα θα αναπτυχθούν αποτελεσματικότερα πρώτα σε βαριά χρησιμοποιούμενους εμπορευματικούς διαδρόμους, πράγμα που θα συνεπαγόταν στενό συντονισμό μεταξύ διαφόρων φορέων του δημόσιου και του ιδιωτικού τομέα. Οι διαδηλώσεις σε δημόσιους δρόμους μέχρι σήμερα στη Γερμανία και τη Σουηδία βασίζονται σε πρωταθλητές τόσο από ιδιωτικούς όσο και από δημόσιους φορείς. Οι προσκλήσεις για πιλότους ηλεκτρικών οδικών συστημάτων εξετάζονται επίσης στην Κίνα, την Ινδία, το Ηνωμένο Βασίλειο και τις Ηνωμένες Πολιτείες.

Ανάγκες φόρτισης για βαρέα οχήματα

Η ανάλυση του Διεθνούς Συμβουλίου για Καθαρές Μεταφορές (ICCT) προτείνει ότι η εναλλαγή μπαταριών για ηλεκτρικά δίτροχα σε υπηρεσίες ταξί (π.χ. ποδηλατοταξί) προσφέρει τον πιο ανταγωνιστικό TCO σε σύγκριση με τα δίτροχα BEV ή ICE σημειακής φόρτισης. Στην περίπτωση παράδοσης τελευταίου μιλίου μέσω δίτροχου, η σημειακή φόρτιση έχει επί του παρόντος πλεονέκτημα TCO έναντι της εναλλαγής μπαταριών, αλλά με τα σωστά κίνητρα πολιτικής και κλίμακα, η εναλλαγή θα μπορούσε να γίνει βιώσιμη επιλογή υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Γενικά, καθώς αυξάνεται η μέση ημερήσια απόσταση που διανύεται, το ηλεκτρικό δίτροχο μπαταρίας με εναλλαγή μπαταρίας γίνεται πιο οικονομικό από τα οχήματα σημειακής φόρτισης ή βενζίνης. Το 2021, ιδρύθηκε η Κοινοπραξία Swappable Batteries Motorcycle Consortium με στόχο να διευκολύνει την εναλλαγή μπαταριών ελαφρών οχημάτων, συμπεριλαμβανομένων των δίτροχων/τριτροχών, συνεργαζόμενοι σε κοινές προδιαγραφές μπαταριών.

Η ανταλλαγή μπαταριών ηλεκτρικών δίτροχων/τριτροχών κερδίζει δυναμική ιδιαίτερα στην Ινδία. Αυτήν τη στιγμή υπάρχουν πάνω από δέκα διαφορετικές εταιρείες στην ινδική αγορά, συμπεριλαμβανομένης της Gogoro, ενός ηλεκτρικού σκούτερ με έδρα την κινεζική Ταϊπέι και ηγέτη στην τεχνολογία ανταλλαγής μπαταριών. Η Gogoro ισχυρίζεται ότι οι μπαταρίες της τροφοδοτούν το 90% των ηλεκτρικών σκούτερ στην Κινεζική Ταϊπέι, και το δίκτυο Gogoro έχει περισσότερους από 12.000 σταθμούς ανταλλαγής μπαταριών για να υποστηρίξει πάνω από 500.000 ηλεκτρικά δίτροχα σε εννέα χώρες, κυρίως στην περιοχή Ασίας-Ειρηνικού. Το Gogoro έχει πλέον σχηματιστεί μια συνεργασία με την ινδική Zypp Electric, η οποία διαχειρίζεται ένα Πλατφόρμα EV-as-a-service για παραδόσεις στο τελευταίο μίλι. Μαζί, αναπτύσσουν 6 σταθμούς ανταλλαγής μπαταριών και 100 ηλεκτρικά δίτροχα ως μέρος ενός πιλοτικού έργου για επιχειρήσεις σε επιχειρήσεις παράδοσης τελευταίου μιλίου στην πόλη του Δελχί. Στις αρχές του 2023, ανέπτυξαν, το οποίο θα χρησιμοποιήσουν για να επεκτείνουν τον στόλο τους σε 200.000 ηλεκτρικά δίτροχα σε 30 πόλεις της Ινδίας έως το 2025. Η Sun Mobility έχει μεγαλύτερη ιστορία στην ανταλλαγή μπαταριών στην Ινδία, με σταθμούς ανταλλαγής σε όλη τη χώρα για ηλεκτρικά δίτροχα και τρίκυκλα, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών ρίκσα, με συνεργάτες όπως η Amazon India. Η Ταϊλάνδη βλέπει επίσης υπηρεσίες ανταλλαγής μπαταριών για οδηγούς ταξί μοτοσικλετών και ντελίβερι.

Αν και είναι πιο διαδεδομένη στην Ασία, η αλλαγή μπαταριών με ηλεκτρικά δίτροχα εξαπλώνεται και στην Αφρική. Για παράδειγμα, η εκκίνηση ηλεκτρικών μοτοσυκλετών της Ρουάντα λειτουργεί σταθμούς ανταλλαγής μπαταριών, με έμφαση στην εξυπηρέτηση των λειτουργιών ταξί μοτοσυκλέτας που απαιτούν μεγάλες ημερήσιες αποστάσεις. Η Ampersand έχει κατασκευάσει δέκα σταθμούς ανταλλαγής μπαταριών στο Κιγκάλι και τρεις στο Ναϊρόμπι της Κένυας. Αυτοί οι σταθμοί πραγματοποιούν σχεδόν 37.000 εναλλαγές μπαταριών το μήνα.

Η αλλαγή μπαταριών για δίτροχα/τρίτροχα προσφέρει πλεονεκτήματα κόστους

Ειδικά για τα φορτηγά, η εναλλαγή μπαταριών μπορεί να έχει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της εξαιρετικά γρήγορης φόρτισης. Πρώτον, η εναλλαγή μπορεί να διαρκέσει τόσο λίγο, κάτι που θα ήταν δύσκολο και δαπανηρό να επιτευχθεί μέσω καλωδιακής φόρτισης, απαιτώντας έναν εξαιρετικά γρήγορο φορτιστή συνδεδεμένο σε δίκτυα μέσης έως υψηλής τάσης και ακριβά συστήματα διαχείρισης μπαταριών και χημικές μπαταρίες. Η αποφυγή της εξαιρετικά γρήγορης φόρτισης μπορεί επίσης να επεκτείνει τη χωρητικότητα της μπαταρίας, την απόδοση και τη διάρκεια ζωής του κύκλου.

Το Battery-as-a-service (BaaS), που διαχωρίζει την αγορά του φορτηγού και της μπαταρίας, και η σύναψη σύμβασης μίσθωσης για την μπαταρία, μειώνει σημαντικά το κόστος αρχικής αγοράς. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα φορτηγά τείνουν να εξαρτώνται από χημικές μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP), οι οποίες είναι πιο ανθεκτικές από τις μπαταρίες οξειδίου του κοβαλτίου νικελίου λιθίου (NMC), είναι κατάλληλα για ανταλλαγή από άποψη ασφάλειας και οικονομικής τιμής.

Ωστόσο, το κόστος κατασκευής ενός σταθμού θα είναι πιθανότατα υψηλότερο για την αλλαγή μπαταριών φορτηγών, δεδομένου του μεγαλύτερου μεγέθους του οχήματος και των βαρύτερων μπαταριών, που απαιτούν περισσότερο χώρο και εξειδικευμένο εξοπλισμό για να πραγματοποιηθεί η εναλλαγή. Ένα άλλο σημαντικό εμπόδιο είναι η απαίτηση να τυποποιούνται οι μπαταρίες σε ένα δεδομένο μέγεθος και χωρητικότητα, κάτι που οι OEM φορτηγών είναι πιθανό να αντιληφθούν ως πρόκληση για την ανταγωνιστικότητα, καθώς ο σχεδιασμός και η χωρητικότητα των μπαταριών είναι βασικός παράγοντας διαφοροποίησης μεταξύ των κατασκευαστών ηλεκτρικών φορτηγών.

Η Κίνα βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της ανταλλαγής μπαταριών για φορτηγά λόγω της σημαντικής πολιτικής υποστήριξης και της χρήσης τεχνολογίας που έχει σχεδιαστεί για να συμπληρώνει τη φόρτιση καλωδίων. Το 2021, το MIIT της Κίνας ανακοίνωσε ότι ορισμένες πόλεις θα πιλοτάρουν την τεχνολογία εναλλαγής μπαταριών, συμπεριλαμβανομένης της ανταλλαγής μπαταριών HDV σε τρεις πόλεις. Σχεδόν όλοι οι μεγάλοι κινέζοι κατασκευαστές βαρέων φορτηγών, συμπεριλαμβανομένων των FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile και SAIC.

Η Κίνα βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της ανταλλαγής μπαταριών για φορτηγά

Η Κίνα είναι επίσης ο ηγέτης στην ανταλλαγή μπαταριών για επιβατικά αυτοκίνητα. Σε όλες τις λειτουργίες, ο συνολικός αριθμός των σταθμών ανταλλαγής μπαταριών στην Κίνα ήταν σχεδόν στο τέλος του 2022, 50% υψηλότερος από ό,τι στο τέλος του 2021. Η NIO, η οποία παράγει αυτοκίνητα με δυνατότητα αλλαγής μπαταριών και τους υποστηρικτικούς σταθμούς ανταλλαγής, λειτουργεί περισσότερο από στην Κίνα, αναφέροντας ότι το δίκτυο καλύπτει περισσότερα από τα δύο τρίτα της ηπειρωτικής Κίνας. Οι μισοί από τους σταθμούς ανταλλαγής εγκαταστάθηκαν το 2022 και η εταιρεία έχει θέσει στόχο 4.000 σταθμούς ανταλλαγής μπαταριών παγκοσμίως έως το 2025. Η εταιρεία οι σταθμοί ανταλλαγής τους μπορούν να πραγματοποιούν περισσότερες από 300 ανταλλαγές την ημέρα, φορτίζοντας έως και 13 μπαταρίες ταυτόχρονα με ισχύ 20-80 kW.

Η NIO ανακοίνωσε επίσης σχέδια για την κατασκευή σταθμών ανταλλαγής μπαταριών στην Ευρώπη καθώς τα μοντέλα αυτοκινήτων της με δυνατότητα αλλαγής μπαταριών έγιναν διαθέσιμα στις ευρωπαϊκές αγορές προς τα τέλη του 2022. Ο πρώτος σταθμός ανταλλαγής μπαταριών NIO στη Σουηδία άνοιξε στη Σουηδία και μέχρι το τέλος του 2022, δέκα NIO σταθμοί ανταλλαγής μπαταριών είχαν ανοίξει σε όλη τη Νορβηγία, τη Γερμανία, τη Σουηδία και την Ολλανδία. Σε αντίθεση με τη NIO, της οποίας οι σταθμοί ανταλλαγής εξυπηρετούν αυτοκίνητα NIO, οι σταθμοί του κινεζικού σταθμού ανταλλαγής μπαταριών Aulton υποστηρίζουν 30 μοντέλα από 16 διαφορετικές εταιρείες οχημάτων.

Η εναλλαγή μπαταριών θα μπορούσε επίσης να είναι μια ιδιαίτερα ελκυστική επιλογή για τους στόλους ταξί LDV, των οποίων οι λειτουργίες είναι πιο ευαίσθητες στους χρόνους επαναφόρτισης από τα προσωπικά αυτοκίνητα. Η αμερικανική start-up Ample λειτουργεί επί του παρόντος 12 σταθμούς ανταλλαγής μπαταριών στην περιοχή του San Francisco Bay, εξυπηρετώντας κυρίως οχήματα Uber rideshare.

Η Κίνα είναι επίσης ο ηγέτης στην ανταλλαγή μπαταριών για επιβατικά αυτοκίνητα

Αναφορές

Οι αργοί φορτιστές έχουν ονομασίες ισχύος μικρότερες ή ίσες με 22 kW. Γρήγοροι φορτιστές είναι αυτοί με ονομαστική ισχύ άνω των 22 kW και έως 350 kW. Τα "σημεία φόρτισης" και "φορτιστές" χρησιμοποιούνται εναλλακτικά και αναφέρονται στις μεμονωμένες πρίζες φόρτισης, αντανακλώντας τον αριθμό των ηλεκτρικών οχημάτων που μπορούν να φορτίσουν ταυτόχρονα. Οι «σταθμοί φόρτισης» μπορεί να έχουν πολλαπλά σημεία φόρτισης.

Προηγούμενη οδηγία, η προτεινόμενη AFIR, μόλις εγκριθεί επίσημα, θα γίνει δεσμευτική νομοθετική πράξη, η οποία θα ορίζει, μεταξύ άλλων, μια μέγιστη απόσταση μεταξύ των φορτιστών που είναι εγκατεστημένοι κατά μήκος του ΔΕΔ-Μ, του κύριου και δευτερεύοντος δρόμου εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης.

Οι επαγωγικές λύσεις απέχουν πολύ από την εμπορευματοποίηση και αντιμετωπίζουν προκλήσεις για την παροχή επαρκούς ισχύος σε ταχύτητες αυτοκινητοδρόμων.