Tendencias na infraestrutura de carga

Aínda que na actualidade a maior parte da demanda de carga atópase coa carga doméstica, os cargadores accesibles ao público son cada vez máis necesarios para ofrecer o mesmo nivel de comodidade e accesibilidade que para repostar os vehículos convencionais. En áreas urbanas densas, en particular, onde o acceso á carga doméstica é máis limitado, a infraestrutura pública de carga é un factor clave para a adopción dos vehículos eléctricos. A finais de 2022, había 2,7 millóns de puntos de recarga públicos en todo o mundo, máis de 900.000 dos cales foron instalados en 2022, un aumento de aproximadamente un 55% con respecto ao stock de 2021, e comparable á taxa de crecemento pre-pandémica do 50% entre 2015 e 2022. 2019.

Cargadores lentos

En todo o mundo, máis de 600 000 puntos públicos de carga lenta1instaláronse en 2022, 360 000 dos cales estaban en China, o que elevou o stock de cargadores lentos no país a máis de 1 millón. A finais de 2022, China albergaba máis da metade do stock mundial de cargadores lentos públicos.

Europa ocupa o segundo lugar, cun total de 460 000 cargadores lentos en 2022, un 50 % máis que o ano anterior. Os Países Baixos lideran en Europa con 117 000, seguidos de preto de 74 000 en Francia e 64 000 en Alemaña. O stock de cargadores lentos nos Estados Unidos aumentou un 9% en 2022, a taxa de crecemento máis baixa entre os principais mercados. En Corea, o stock de carga lenta duplicouse en taxa interanual, ata alcanzar os 184 000 puntos de carga.

Cargadores rápidos

Os cargadores rápidos accesibles ao público, especialmente os situados ao longo das autoestradas, permiten viaxes máis longas e poden abordar a ansiedade do alcance, unha barreira para a adopción dos vehículos eléctricos. Do mesmo xeito que os cargadores lentos, os cargadores rápidos públicos tamén ofrecen solucións de carga aos consumidores que non teñen acceso fiable á carga privada, fomentando así a adopción de vehículos eléctricos en franxas máis amplas da poboación. O número de cargadores rápidos aumentou en 330 000 en todo o mundo en 2022, aínda que de novo a maioría (case o 90 %) do crecemento foi de China. A implantación da carga rápida compensa a falta de acceso aos cargadores domésticos nas cidades densamente poboadas e apoia os obxectivos de China para a rápida implantación de vehículos eléctricos. China conta con un total de 760 000 cargadores rápidos, pero máis que o total público de pilas de carga rápida está situado en só dez provincias.

En Europa, o stock global de cargadores rápidos superaba os 70 000 a finais de 2022, o que supón un aumento de preto do 55 % en comparación con 2021. Os países co maior stock de cargadores rápidos son Alemaña (máis de 12 000), Francia (9 700) e Noruega. (9 000). Existe unha clara ambición en toda a Unión Europea de seguir desenvolvendo a infraestrutura pública de carga, tal e como indica o acordo provisional sobre a proposta de Regulamento de infraestruturas de combustibles alternativos (AFIR), que establecerá os requisitos de cobertura de carga eléctrica na rede transeuropea de transporte (TEN). -T) entre o Banco Europeo de Investimentos e a Comisión Europea porá máis de 1.500 millóns de euros dispoñibles a finais de 2023 para infraestruturas de combustibles alternativos, incluída a carga rápida eléctrica.

Os Estados Unidos instalaron 6 300 cargadores rápidos en 2022, uns tres cuartos dos cales eran Tesla Superchargers. O stock total de cargadores rápidos alcanzou os 28 000 a finais de 2022. Espérase que o despregamento se acelere nos próximos anos despois da aprobación do goberno (NEVI). Todos os estados dos Estados Unidos, Washington DC e Porto Rico están a participar no programa e xa recibiron 885 millóns de dólares en fondos para 2023 para apoiar a construción de cargadores en 122 000 km de estrada. A Administración Federal de Estradas dos Estados Unidos anunciou novos estándares nacionais para os cargadores de vehículos eléctricos financiados polo goberno federal para garantir a coherencia, fiabilidade, accesibilidade e compatibilidade. dos novos estándares, Tesla anunciou que abrirá unha parte da súa rede Supercharger estadounidense (onde os Supercharger representan o 60% do stock total de cargadores rápidos nos Estados Unidos) e da rede Destination Charger para vehículos eléctricos que non sexan de Tesla.

Os puntos de carga públicos son cada vez máis necesarios para permitir unha maior utilización dos vehículos eléctricos

O despregamento da infraestrutura pública de carga en previsión do crecemento das vendas de vehículos eléctricos é fundamental para a adopción xeneralizada dos vehículos eléctricos. En Noruega, por exemplo, había ao redor de 1,3 LDV eléctricos de batería por punto de recarga público en 2011, o que apoiou unha maior adopción. A finais de 2022, con máis do 17 % dos LDV sendo BEV, había 25 BEV por punto de recarga público en Noruega. En xeral, a medida que aumenta a cota de stock dos LDV eléctricos da batería, o punto de carga por relación BEV diminúe. O crecemento das vendas de vehículos eléctricos só pode manterse se a demanda de carga é satisfeita cunha infraestrutura accesible e asequible, xa sexa mediante a carga privada nos fogares ou no traballo, ou mediante estacións de carga accesibles ao público.

Relación de LDV eléctricos por cargador público

Relación de puntos de carga público por batería-LDV eléctrica en países seleccionados fronte á cota de accións de LDV eléctrica de batería

Aínda que os PHEV dependen menos da infraestrutura pública de carga que os BEV, a elaboración de políticas relativas á dispoñibilidade suficiente de puntos de carga debería incorporar (e fomentar) a carga pública de PHEV. Se se considera o número total de LDV eléctricos por punto de carga, a media mundial en 2022 foi duns dez vehículos eléctricos por cargador. Países como China, Corea e os Países Baixos mantiveron menos de dez vehículos eléctricos por cargador ao longo dos últimos anos. Nos países que dependen moito da carga pública, o número de cargadores accesibles ao público foise expandindo a unha velocidade que coincide en gran medida coa implantación dos vehículos eléctricos.

Non obstante, nalgúns mercados caracterizados pola dispoñibilidade xeneralizada de recarga doméstica (debido á alta proporción de vivendas unifamiliares con posibilidade de instalar un cargador) o número de vehículos eléctricos por punto de carga público pode ser aínda maior. Por exemplo, nos Estados Unidos, a proporción de vehículos eléctricos por cargador é de 24, e en Noruega é de máis de 30. A medida que aumenta a penetración dos vehículos eléctricos no mercado, a carga pública cobra cada vez máis importancia, mesmo nestes países, para apoiar a adopción de vehículos eléctricos entre os condutores. que non teñan acceso ás opcións de recarga de domicilio ou lugar de traballo privados. Non obstante, a relación óptima de vehículos eléctricos por cargador diferirá segundo as condicións locais e as necesidades do condutor.

Quizais máis importante que o número de cargadores públicos dispoñibles sexa a capacidade de carga pública total por vehículo eléctrico, dado que os cargadores rápidos poden servir máis vehículos eléctricos que os lentos. Durante as primeiras etapas da adopción dos vehículos eléctricos, ten sentido que a potencia de carga dispoñible por vehículo eléctrico sexa alta, asumindo que a utilización do cargador será relativamente baixa ata que o mercado madure e a utilización da infraestrutura sexa máis eficiente. En consonancia con isto, a Unión Europea sobre o AFIR inclúe requisitos para a capacidade de potencia total que se proporcionará en función do tamaño da flota rexistrada.

A nivel mundial, a capacidade de carga pública media por LDV eléctrico é de arredor de 2,4 kW por EV. Na Unión Europea, a relación é menor, cunha media de arredor de 1,2 kW por EV. Corea ten a relación máis alta con 7 kW por EV, aínda que a maioría dos cargadores públicos (90 %) son cargadores lentos.

Número de LDV eléctricos por punto de recarga público e kW por LDV eléctrico, 2022

Aberto

Número de LDVs eléctricos por punto de cargakW de carga pública por LDVs eléctricos Nova ZelandaIslandiaAustraliaNoruegaBrasilAlemañaSueciaEstados UnidosDinamarcaPortugalReino UnidoEspañaCanadáIndonesiaFinlandiaSuízaXapónTailandiaUnión EuropeaFranciaPoloniaMéxicoBélxicaMundoItaliaChinaIndiaCorea do Sur 280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (eixo inferior)
• kW / EV (eixe superior)

Nas rexións onde os camións eléctricos están dispoñibles comercialmente, os camións eléctricos con batería poden competir en base ao TCO cos camións diésel convencionais para unha gama crecente de operacións, non só urbanas e rexionais, senón tamén nos segmentos rexionais e de longo percorrido de tractor-remolque. . Tres parámetros que determinan o momento no que se chega son as peaxes; custos de combustible e operacións (por exemplo, a diferenza entre os prezos do gasóleo e da electricidade aos que se enfrontan os operadores de camións e os custos de mantemento reducidos); e subvencións de CAPEX para reducir a brecha no prezo de compra inicial do vehículo. Dado que os camións eléctricos poden realizar as mesmas operacións con custos de por vida máis baixos (incluído se se aplica unha taxa de desconto), o feito de que os propietarios de vehículos esperan recuperar os custos iniciais é un factor clave para determinar se comprar un camión eléctrico ou convencional.

A economía dos camións eléctricos en aplicacións de longa distancia pode mellorarse substancialmente se os custos de carga se poden reducir maximizando a carga lenta "fóra de quendas" (por exemplo, durante a noite ou outros períodos máis longos de inactividade), garantindo contratos de compra a granel cos operadores da rede para Carga "a media xornada" (por exemplo, durante os descansos), rápida (ata 350 kW) ou ultrarrápida (>350 kW) e explorando oportunidades de carga intelixente e de vehículo á rede para obter ingresos adicionais.

Os camións e autobuses eléctricos dependerán da carga fóra da quenda para a maior parte da súa enerxía. Isto conseguirase en gran medida en depósitos de carga privados ou semiprivados ou en estacións públicas das autoestradas, e moitas veces durante a noite. Deberán desenvolverse depósitos para atender a crecente demanda de electrificación pesada e, en moitos casos, poden requirir melloras da rede de distribución e transmisión. Dependendo dos requisitos de autonomía do vehículo, a carga de depósito será suficiente para cubrir a maioría das operacións en autobuses urbanos, así como as operacións de camións urbanos e rexionais.

Os regulamentos que obrigan a períodos de descanso tamén poden proporcionar unha xanela de tempo para a carga a media quenda se hai opcións de carga rápida ou ultrarrápida dispoñibles no camiño: a Unión Europea esixe 45 minutos de pausa despois de cada 4,5 horas de condución; os Estados Unidos mandan 30 minutos despois de 8 horas.

A maioría das estacións de carga rápida de corrente continua (DC) dispoñibles comercialmente permiten actualmente niveis de potencia que oscilan entre 250 e 350 kW. alcanzado polo Consello Europeo e o Parlamento inclúe un proceso gradual de implantación de infraestruturas para vehículos pesados ​​eléctricos a partir de 2025. Estudos recentes sobre os requisitos de enerxía para as operacións de camións rexionais e de longo percorrido en EE. UU. e Europa atopan que unha potencia de carga superior a 350 kW , e ata 1 MW, pode ser necesario para recargar completamente os camións eléctricos durante unha pausa de 30 a 45 minutos.

Recoñecendo a necesidade de ampliar a carga rápida ou ultrarrápida como un requisito previo para facer viables técnica e económicamente as operacións tanto rexionais como, en particular, de longa distancia, en 2022 Traton, Volvo e Daimler estableceron unha empresa conxunta independente, con 500 EUR. millóns en investimentos colectivos dos tres grupos de manufactura pesada, a iniciativa ten como obxectivo despregar máis de 1.700 puntos de carga rápida (300 a 350 kW) e ultrarrápida (1 MW) en toda Europa.

Actualmente están en uso varios estándares de carga e están en desenvolvemento as especificacións técnicas para a carga ultrarrápida. Será necesario garantir a máxima converxencia posible dos estándares de carga e a interoperabilidade dos vehículos eléctricos pesados ​​para evitar o custo, a ineficiencia e os desafíos para os importadores de vehículos e os operadores internacionais que crearían os fabricantes seguindo camiños diverxentes.

En China, os co-desenvolvedores China Electricity Council e o "ultra ChaoJi" de CHAdeMO están a desenvolver un estándar de carga para vehículos eléctricos pesados ​​de ata varios megavatios. En Europa e nos Estados Unidos, especificacións para o sistema de carga de megavatios (MCS) CharIN, cunha potencia máxima potencial de. están en desenvolvemento pola Organización Internacional de Normalización (ISO) e outras organizacións. As especificacións finais de MCS, que serán necesarias para o lanzamento comercial, espéranse para 2024. Despois do primeiro sitio de carga de megavatios ofrecido por Daimler Trucks e Portland General Electric (PGE) en 2021, así como investimentos e proxectos en Austria, Suecia , España e Reino Unido.

A comercialización de cargadores cunha potencia nominal de 1 MW requirirá un investimento importante, xa que as estacións con necesidades de potencia tan elevadas suporán custos importantes tanto na instalación como na actualización da rede. A revisión dos modelos de negocio de servizos públicos de electricidade e as regulacións do sector eléctrico, a coordinación da planificación entre as partes interesadas e a carga intelixente poden axudar. O apoio directo a través de proxectos piloto e incentivos financeiros tamén pode acelerar a demostración e adopción nas fases iniciais. Un estudo recente describe algunhas consideracións de deseño clave para desenvolver estacións de carga con clasificación MCS:

• A planificación de estacións de carga en lugares de depósito de estradas preto de liñas de transmisión e subestacións pode ser unha solución óptima para minimizar os custos e aumentar a utilización do cargador.
• Conexións de "dimensionamento correcto" con conexións directas ás liñas de transmisión nunha fase inicial, anticipándose así ás necesidades enerxéticas dun sistema no que se electrificou unha gran parte da actividade de transporte de mercadorías, en lugar de actualizar as redes de distribución de forma ad hoc e a curto prazo. base, será fundamental para reducir custos. Isto requirirá unha planificación estruturada e coordinada entre os operadores de rede e os desenvolvedores de infraestruturas de carga en todos os sectores.
• Dado que as interconexións do sistema de transmisión e as actualizacións da rede poden levar entre 4 e 8 anos, a localización e construción de estacións de carga de alta prioridade terán que comezar canto antes.

As solucións inclúen a instalación de almacenamento estacionario e a integración de capacidade renovable local, combinada coa carga intelixente, que pode axudar a reducir tanto os custos de infraestrutura relacionados coa conexión á rede como os custos de adquisición de electricidade (por exemplo, ao permitir que os operadores de camións minimicen os custos mediante o arbitraxe da variabilidade dos prezos ao longo do día, aproveitando as vantaxes). de oportunidades de vehículo a rede, etc.).

Outras opcións para proporcionar enerxía aos vehículos eléctricos pesados ​​(HDV) son o intercambio de baterías e os sistemas eléctricos de estradas. Os sistemas eléctricos de estradas poden transferir enerxía a un camión a través de bobinas indutivas nunha estrada, ou mediante conexións condutivas entre o vehículo e a estrada ou a través de liñas catenarias (aéreas). A catenaria e outras opcións de carga dinámica poden ser prometedoras para reducir os custos universitarios a nivel de sistema na transición a camións rexionais e de longo percorrido de emisión cero, completando favorablemente en termos de capital total e custos operativos. Tamén poden axudar a reducir as necesidades de capacidade da batería. A demanda de batería pode reducirse aínda máis e mellorar aínda máis a utilización se os sistemas eléctricos de estradas están deseñados para ser compatibles non só cos camións senón tamén cos coches eléctricos. Non obstante, tales enfoques requirirían deseños indutivos ou en estrada que teñan maiores obstáculos en termos de desenvolvemento e deseño tecnolóxico, e que requiran máis capital. Ao mesmo tempo, os sistemas eléctricos de estradas supoñen importantes retos parecidos aos do sector ferroviario, incluíndo unha maior necesidade de estandarización de camiños e vehículos (como se ilustra cos tranvías e trolebuses), compatibilidade transfronteiriza para viaxes de longo percorrido e infraestruturas adecuadas. modelos de propiedade. Proporcionan menos flexibilidade aos propietarios de camións en canto a rutas e tipos de vehículos, e teñen elevados custos de desenvolvemento en xeral, o que afecta a súa competitividade en relación ás estacións de carga habituais. Ante estes desafíos, estes sistemas serían implantados primeiro nos corredores de mercadorías moi utilizados, o que implicaría unha estreita coordinación entre os distintos actores públicos e privados. As manifestacións nas vías públicas ata a data en Alemaña e Suecia contaron con campións tanto de entidades privadas como públicas. Tamén se están considerando convocatorias de pilotos de sistemas de estradas eléctricas en China, India, Reino Unido e Estados Unidos.

Necesidades de carga para vehículos pesados

A análise do Consello Internacional de Transporte Limpo (ICCT) suxire que o cambio de batería por vehículos eléctricos de dúas rodas nos servizos de taxi (por exemplo, os taxis en bicicleta) ofrece o TCO máis competitivo en comparación cos vehículos de dúas rodas BEV ou ICE de carga puntual. No caso da entrega na última milla a través dun vehículo de dúas rodas, a carga por puntos ten actualmente unha vantaxe de TCO sobre o intercambio de baterías, pero cos incentivos e escala de políticas adecuadas, o intercambio podería converterse nunha opción viable baixo certas condicións. En xeral, a medida que aumenta a distancia media diaria percorrida, o vehículo eléctrico de dúas rodas con batería con cambio de batería faise máis económico que os vehículos de carga puntual ou de gasolina. En 2021, o Swappable Batteries Motorcycle Consortium foi fundado co obxectivo de facilitar o intercambio de baterías de vehículos lixeiros, incluídos os de dúas ou tres rodas, traballando xuntos en especificacións comúns de batería.

O intercambio de baterías de vehículos eléctricos de dúas ou tres rodas está cobrando impulso especialmente na India. Actualmente hai máis de dez empresas diferentes no mercado indio, incluíndo Gogoro, un scooter eléctrico con sede en Chinés Taipei e líder en tecnoloxía de intercambio de baterías. Gogoro afirma que as súas baterías alimentan o 90 % dos scooters eléctricos do Taipei chinés, e que a rede de Gogoro ten máis de 12 000 estacións de intercambio de baterías para soportar máis de 500 000 vehículos eléctricos de dúas rodas en nove países, a maioría na rexión de Asia-Pacífico. Agora fundouse Gogoro. unha asociación con Zypp Electric, con sede na India, que xestiona unha plataforma de EV-as-a-service para entregas na última milla; xuntos, están a despregar 6 estacións de intercambio de baterías e 100 vehículos eléctricos de dúas rodas como parte dun proxecto piloto para as operacións de entrega de última milla de empresa a empresa na cidade de Delhi. A principios de 2023, levantaron , que utilizarán para ampliar a súa flota a 200 000 vehículos eléctricos de dúas rodas en 30 cidades indias para 2025. Sun Mobility ten un historial máis longo de intercambio de baterías na India, con máis estacións de intercambio en todo o país. para vehículos eléctricos de dúas e tres rodas, incluídos os e-rickshaws, con socios como Amazon India. Tailandia tamén está a ver nos servizos de cambio de batería para mototaxis e condutores de reparto.

Aínda que é o máis frecuente en Asia, o cambio de batería por vehículos eléctricos de dúas rodas tamén se está estendendo a África. Por exemplo, a posta en marcha de motos eléctricas de Ruanda opera estacións de intercambio de baterías, centrándose en atender as operacións de mototaxi que requiren longos alcances diarios. Ampersand construíu dez estacións de intercambio de baterías en Kigali e tres en Nairobi, Kenia. Estas estacións realizan preto de 37 000 cambios de batería ao mes.

O cambio de batería por vehículos de dúas ou tres rodas ofrece vantaxes de custo

Para os camións en particular, o cambio de batería pode ter grandes vantaxes fronte á carga ultrarrápida. En primeiro lugar, o cambio pode levar tan pouco, o que sería difícil e caro de conseguir mediante a carga por cable, que require un cargador ultrarrápido conectado a redes de media e alta tensión e sistemas de xestión de baterías e químicas de baterías caros. Evitar a carga ultrarrápida tamén pode ampliar a capacidade, o rendemento e a vida útil da batería.

Battery-as-a-service (BaaS), separando a compra do camión e da batería, e establecendo un contrato de arrendamento da batería, reduce substancialmente o custo de compra inicial. Ademais, dado que os camións tenden a depender das químicas das baterías de fosfato de ferro de litio (LFP), que son máis duradeiros que as baterías de óxido de litio níquel manganeso cobalto (NMC), son moi axeitados para intercambiar en termos de seguridade e accesibilidade.

Non obstante, o custo da construción dunha estación probablemente será maior para o intercambio de baterías de camións dado o tamaño do vehículo máis grande e as baterías máis pesadas, que requiren máis espazo e equipos especializados para realizar o intercambio. Outra barreira importante é a esixencia de que as baterías estean estandarizadas para un determinado tamaño e capacidade, que os fabricantes de camións probablemente percibirán como un desafío para a competitividade xa que o deseño e a capacidade das baterías son un elemento diferenciador clave entre os fabricantes de camións eléctricos.

China está á vangarda no intercambio de baterías por camións debido ao importante apoio político e ao uso de tecnoloxía deseñada para complementar a carga por cable. En 2021, o MIIT de China anunciou que varias cidades probarían a tecnoloxía de intercambio de baterías, incluíndo o intercambio de baterías HDV en tres cidades. Case todos os principais fabricantes chineses de camións pesados, incluíndo FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile e SAIC.

China está á vangarda no cambio de baterías por camións

China tamén é líder no intercambio de baterías por turismos. En todos os modos, o número total de estacións de intercambio de baterías en China situouse case a finais de 2022, un 50 % superior ao de finais de 2021. NIO, que produce coches habilitados para o intercambio de baterías e as estacións de intercambio compatibles, executa máis de en China, informando de que a rede cobre máis de dous terzos da China continental. A metade das súas estacións de intercambio instaláronse en 2022, e a compañía fixou un obxectivo de 4 000 estacións de intercambio de baterías en todo o mundo para 2025. As súas estacións de intercambio poden realizar máis de 300 intercambios por día, cargando ata 13 baterías ao mesmo tempo a unha potencia de 20-80 kW.

NIO tamén anunciou plans para construír estacións de intercambio de baterías en Europa xa que os seus modelos de coches habilitados para o intercambio de baterías estaban dispoñibles nos mercados europeos a finais de 2022. A primeira estación de intercambio de baterías de NIO en Suecia abriuse a finais de 2022 e a finais de 2022, dez NIO. Foran abertas estacións de intercambio de baterías en Noruega, Alemaña, Suecia e os Países Baixos. En contraste con NIO, cuxas estacións de intercambio dan servizo aos coches NIO, as estacións do operador de estacións de intercambio de baterías chinés Aulton admiten 30 modelos de 16 empresas de vehículos diferentes.

O intercambio de batería tamén pode ser unha opción especialmente atractiva para as flotas de taxis LDV, cuxas operacións son máis sensibles aos tempos de recarga que os coches persoais. A startup estadounidense Ample opera actualmente 12 estacións de intercambio de baterías na zona da baía de San Francisco, principalmente atendendo vehículos de Uber.

China tamén é líder no intercambio de baterías por turismos

Referencias

Os cargadores lentos teñen unha potencia nominal inferior ou igual a 22 kW. Os cargadores rápidos son aqueles cunha potencia nominal de máis de 22 kW e ata 350 kW. Os "puntos de carga" e os "cargadores" úsanse indistintamente e fan referencia ás tomas de carga individuais, o que reflicte o número de vehículos eléctricos que se poden cargar ao mesmo tempo. As estacións de carga poden ter varios puntos de carga.

Anteriormente unha directiva, a proposta de AFIR, unha vez aprobada formalmente, converteríase nun acto lexislativo vinculante, que estipulaba, entre outras cousas, unha distancia máxima entre cargadores instalados ao longo da RTE-T, as vías primarias e secundarias dentro da Unión Europea.

As solucións indutivas están máis lonxe da comercialización e afrontan retos para ofrecer enerxía suficiente a velocidades das estradas.