Trender i ladeinfrastruktur

Mens mesteparten av ladebehovet i dag dekkes av hjemmelading, er det i økende grad behov for offentlig tilgjengelige ladere for å gi samme nivå av bekvemmelighet og tilgjengelighet som for tanking av konvensjonelle kjøretøy. Spesielt i tette urbane områder, hvor tilgangen til hjemmelading er mer begrenset, er offentlig ladeinfrastruktur en sentral muliggjører for bruk av elbiler. Ved utgangen av 2022 var det 2,7 millioner offentlige ladepunkter over hele verden, mer enn 900 000 av disse ble installert i 2022, omtrent 55 % økning på 2021-lageret, og kan sammenlignes med den pre-pandemiske vekstraten på 50 % mellom 2015 og 2019.

Langsomme ladere

Globalt mer enn 600 000 offentlige sakteladepunkter1ble installert i 2022, hvorav 360 000 var i Kina, noe som bringer beholdningen av sakteladere i landet til mer enn 1 million. På slutten av 2022 var Kina hjemsted for mer enn halvparten av den globale beholdningen av offentlige sakteladere.

Europa er nummer to, med totalt 460 000 sakteladere i 2022, en økning på 50 % fra året før. Nederland leder i Europa med 117 000, etterfulgt av rundt 74 000 i Frankrike og 64 000 i Tyskland. Beholdningen av sakteladere i USA økte med 9 % i 2022, den laveste vekstraten blant store markeder. I Korea har sakteladelageret doblet seg fra år til år, og nådde 184 000 ladepunkter.

Hurtigladere

Offentlig tilgjengelige hurtigladere, spesielt de som er plassert langs motorveier, muliggjør lengre reiser og kan håndtere rekkeviddeangst, en barriere for bruk av elbiler. I likhet med sakteladere, gir offentlige hurtigladere også ladeløsninger til forbrukere som ikke har pålitelig tilgang til privat lading, og oppmuntrer dermed til bruk av elbiler på tvers av bredere deler av befolkningen. Antall hurtigladere økte med 330 000 globalt i 2022, men igjen kom størstedelen (nesten 90 %) av veksten fra Kina. Utplasseringen av hurtiglading kompenserer for mangelen på tilgang til hjemmeladere i tett befolkede byer og støtter Kinas mål om rask utplassering av elbiler. Kina står for totalt 760 000 hurtigladere, men mer enn av den totale offentlige hurtigladebunken ligger i bare ti provinser.

I Europa var den totale hurtigladerbeholdningen over 70 000 ved utgangen av 2022, en økning på rundt 55 % sammenlignet med 2021. Landene med den største hurtigladerbeholdningen er Tyskland (over 12 000), Frankrike (9 700) og Norge (9 000). Det er en klar ambisjon over hele EU om å videreutvikle den offentlige ladeinfrastrukturen, som indikert av foreløpig avtale om den foreslåtte forordningen om alternativ drivstoffinfrastruktur (AFIR), som vil sette krav til elektrisk ladedekning på tvers av det transeuropeiske transportnettverket (TEN). -T) mellom Den europeiske investeringsbanken og EU-kommisjonen vil stille over 1,5 milliarder euro til rådighet innen utgangen av 2023 for infrastruktur for alternative drivstoff, inkludert elektrisk hurtiglading.

USA installerte 6 300 hurtigladere i 2022, hvorav omtrent tre fjerdedeler var Tesla Superchargers. Den totale beholdningen av hurtigladere nådde 28 000 ved utgangen av 2022. Utrullingen forventes å akselerere de kommende årene etter regjeringens godkjenning av (NEVI). Alle amerikanske stater, Washington DC og Puerto Rico deltar i programmet, og har allerede blitt tildelt 885 millioner dollar i midler for 2023 for å støtte utbygging av ladere over 122 000 km motorvei. US Federal Highway Administration har annonsert nye nasjonale standarder for føderalt finansierte elbilladere for å sikre konsistens, pålitelighet, tilgjengelighet og kompatibilitet. av de nye standardene har Tesla kunngjort at de vil åpne en del av sitt amerikanske Supercharger-nettverk (der Superchargers representerer 60 % av den totale beholdningen av hurtigladere i USA) og Destination Charger-nettverket for ikke-Tesla EV-er.

Offentlige ladepunkter er stadig mer nødvendige for å muliggjøre bredere EV-opptak

Utplassering av offentlig ladeinfrastruktur i påvente av vekst i salg av elbiler er avgjørende for utbredt bruk av elbiler. I Norge var det for eksempel rundt 1,3 batterielektriske LDV-er per offentlig ladepunkt i 2011, noe som støttet videre bruk. Ved utgangen av 2022, med over 17 % av LDV-er som BEV-er, var det 25 BEV-er per offentlig ladepunkt i Norge. Generelt, når lagerandelen av batterielektriske LDV-er øker, synker ladepunktet per BEV-forhold. Vekst i EV-salg kan bare opprettholdes hvis ladebehov dekkes av tilgjengelig og rimelig infrastruktur, enten gjennom privat lading i hjemmene eller på jobben, eller offentlig tilgjengelige ladestasjoner.

Forhold mellom elektriske LDV-er per offentlig lader

Offentlig ladepunkt per batteri-elektrisk LDV-forhold i utvalgte land mot batterielektrisk LDV-aksjeandel

Mens PHEV-er er mindre avhengige av offentlig ladeinfrastruktur enn BEV-er, bør politikkutforming knyttet til tilstrekkelig tilgjengelighet av ladepunkter inkludere (og oppmuntre) offentlig PHEV-lading. Hvis det totale antallet elektriske LDV-er per ladepunkt tas i betraktning, var det globale gjennomsnittet i 2022 omtrent ti EV-er per lader. Land som Kina, Korea og Nederland har opprettholdt færre enn ti elbiler per lader de siste årene. I land som er sterkt avhengig av offentlig lading, har antallet offentlig tilgjengelige ladere økt med en hastighet som stort sett samsvarer med utplassering av elbiler.

Men i enkelte markeder preget av utstrakt tilgjengelighet av hjemmelading (på grunn av en høy andel eneboliger med mulighet for å installere en lader) kan antallet elbiler per offentlig ladepunkt være enda høyere. For eksempel i USA er forholdet mellom elbiler per lader 24, og i Norge er det mer enn 30. Etter hvert som markedspenetrasjonen for elbiler øker, blir offentlig lading stadig viktigere, selv i disse landene, for å støtte bruk av elbiler blant sjåfører som ikke har tilgang til lademuligheter for privat hjem eller arbeidsplass. Imidlertid vil det optimale forholdet mellom elbiler per lader variere basert på lokale forhold og førerbehov.

Kanskje viktigere enn antall tilgjengelige offentlige ladere er den totale offentlige ladekapasiteten per elbil, gitt at hurtigladere kan betjene flere elbiler enn sakteladere. I de tidlige stadiene av EV-adopsjon er det fornuftig at tilgjengelig ladekraft per EV er høy, forutsatt at ladeutnyttelsen vil være relativt lav inntil markedet modnes og utnyttelsen av infrastrukturen blir mer effektiv. I tråd med dette inkluderer EUs på AFIR krav til total kraftkapasitet som skal leveres basert på størrelsen på den registrerte flåten.

Globalt er den gjennomsnittlige offentlige ladekraftkapasiteten per elektrisk LDV rundt 2,4 kW per EV. I EU er forholdet lavere, med et gjennomsnitt på rundt 1,2 kW per EV. Korea har det høyeste forholdet på 7 kW per EV, selv med de fleste offentlige ladere (90 %) som sakteladere.

Antall elektriske LDV-er per offentlig ladepunkt og kW per elektrisk LDV, 2022

Åpne

Antall elektriske LDV-er per ladepunktkW offentlig lading per elektriske LDV-er, New Zealand, Island, Australia, Norge, Brasil, Tyskland, USA, Danmark, Portugal, Storbritannia, Spania, Canada, Indonesia, Finland, Sveits, Japan, Thailand, Frankrike 404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (nedre akse)
• kW / EV (øvre akse)

I regionene der elektriske lastebiler blir kommersielt tilgjengelige, kan batterielektriske lastebiler konkurrere på TCO-basis med konvensjonelle diesellastebiler for et voksende spekter av operasjoner, ikke bare urbane og regionale, men også i traktor-tilhenger-regional og langdistansesegmenter . Tre parametere som bestemmer tidspunktet som nås er bompenger; drivstoff- og driftskostnader (f.eks. forskjellen mellom diesel- og elektrisitetspriser lastebiloperatører står overfor, og reduserte vedlikeholdskostnader); og CAPEX-subsidier for å redusere gapet i forhåndskjøpsprisen for kjøretøy. Siden elektriske lastebiler kan gi de samme operasjonene med lavere levetidskostnader (inkludert hvis en rabattert pris brukes), er hvor kjøretøyeiere forventer å få tilbake kostnadene på forhånd en nøkkelfaktor for å avgjøre om de skal kjøpe en elektrisk eller konvensjonell lastebil.

Økonomien for elektriske lastebiler i langdistanseapplikasjoner kan bli betydelig forbedret hvis ladekostnadene kan reduseres ved å maksimere "off-shift" (f.eks. nattetid eller andre lengre perioder med nedetid) langsom lading, sikre bulkkjøpskontrakter med nettoperatører for «midtskift» (f.eks. i pauser), rask (opptil 350 kW), eller ultrarask (>350 kW) lading, og utforske smart lading og kjøretøy-til-nett-muligheter for ekstra inntekt.

Elektriske lastebiler og busser vil stole på lading utenfor skift for mesteparten av energien. Dette vil i stor grad oppnås ved private eller semi-private ladedepoter eller ved offentlige stasjoner på motorveier, og ofte over natten. Depoter for å betjene økende etterspørsel etter kraftig elektrifisering vil måtte bygges ut, og kan i mange tilfeller kreve oppgraderinger av distribusjons- og overføringsnett. Avhengig av krav til kjøretøyets rekkevidde, vil depotlading være tilstrekkelig til å dekke de fleste operasjoner innen bybuss samt urban og regional lastebildrift.

Forskrifter som pålegger hvileperioder kan også gi et tidsvindu for lading mellom skift dersom hurtig- eller ultrarask ladealternativer er tilgjengelige underveis: EU krever 45 minutters pause etter hver 4,5 times kjøring; USAs mandat 30 minutter etter 8 timer.

De fleste kommersielt tilgjengelige likestrøms (DC) hurtigladestasjoner muliggjør for tiden effektnivåer fra 250-350 kW. nådd av Det europeiske råd og parlamentet inkluderer en gradvis prosess med utplassering av infrastruktur for elektriske tunge kjøretøyer som starter i 2025. Nyere studier av kraftbehov for regional og langdistanse lastebiloperasjoner i USA og Europa viser at ladeeffekt høyere enn 350 kW , og så høyt som 1 MW, kan være nødvendig for å lade opp elektriske lastebiler helt i løpet av en pause på 30 til 45 minutter.

Traton, Volvo og Daimler erkjenner behovet for å skalere opp hurtig- eller ultrarask lading som en forutsetning for å gjøre både regionale og spesielt langdistanseoperasjoner teknisk og økonomisk levedyktige, og i 2022 etablerte Traton, Volvo og Daimler et uavhengig joint venture, med 500 EUR millioner i kollektive investeringer fra de tre tunge produksjonsgruppene, har initiativet som mål å distribuere mer enn 1 700 hurtiglade (300 til 350 kW) og ultraraske (1 MW) ladepunkter over hele Europa.

Flere ladestandarder er for tiden i bruk, og tekniske spesifikasjoner for ultrarask lading er under utvikling. Å sikre maksimal mulig konvergens av ladestandarder og interoperabilitet for tunge elbiler vil være nødvendig for å unngå kostnadene, ineffektiviteten og utfordringene for kjøretøyimportører og internasjonale operatører som vil bli skapt av produsenter som følger forskjellige veier.

I Kina utvikler medutviklerne China Electricity Council og CHAdeMOs "ultra ChaoJi" en ladestandard for tunge elektriske kjøretøy for opptil flere megawatt. I Europa og USA, spesifikasjoner for CharIN Megawatt Charging System (MCS), med en potensiell maksimal effekt på. er under utvikling av International Organization for Standardization (ISO) og andre organisasjoner. De endelige MCS-spesifikasjonene, som vil være nødvendig for kommersiell utrulling, forventes i 2024. Etter den første megawatt-ladeplassen som tilbys av Daimler Trucks og Portland General Electric (PGE) i 2021, samt investeringer og prosjekter i Østerrike, Sverige , Spania og Storbritannia.

Kommersialisering av ladere med merkeeffekt på 1 MW vil kreve betydelige investeringer, da stasjoner med et så stort effektbehov vil påføre betydelige kostnader både ved installasjon og nettoppgradering. Revidering av forretningsmodeller for offentlige elektriske forsyninger og forskrifter for kraftsektoren, koordinering av planlegging på tvers av interessenter og smart lading kan alle hjelpe Direkte støtte gjennom pilotprosjekter og økonomiske insentiver kan også akselerere demonstrasjon og bruk i de tidlige stadiene. En fersk studie skisserer noen viktige designhensyn for utvikling av MCS-klassifiserte ladestasjoner:

• Planlegging av ladestasjoner på motorveidepoter nær overføringslinjer og nettstasjoner kan være en optimal løsning for å minimere kostnader og øke ladeutnyttelsen.
• "Riktig dimensjonerte" forbindelser med direkte koblinger til overføringslinjer på et tidlig stadium, og dermed forutse energibehovet til et system der høye andeler av godsaktivitet er blitt elektrifisert, i stedet for å oppgradere distribusjonsnett på ad hoc og kort sikt basis, vil være avgjørende for å redusere kostnadene. Dette vil kreve strukturert og koordinert planlegging mellom nettoperatører og utbyggere av ladeinfrastruktur på tvers av sektorer.
• Siden sammenkoblinger og nettoppgraderinger kan ta 4-8 år, vil plassering og bygging av høyprioriterte ladestasjoner måtte starte så snart som mulig.

Løsningene inkluderer installasjon av stasjonær lagring og integrering av lokal fornybar kapasitet, kombinert med smart lading, som kan bidra til å redusere både infrastrukturkostnader knyttet til nettforbindelse og strømanskaffelseskostnader (f.eks. ved å gjøre det mulig for lastebiloperatører å minimere kostnadene ved å arbitrage prisvariasjoner gjennom dagen, og dra nytte av dette. av kjøretøy-til-nett-muligheter osv.).

Andre alternativer for å gi strøm til elektriske tunge kjøretøyer (HDV) er batteribytte og elektriske veisystemer. Elektriske veisystemer kan overføre strøm til en lastebil enten via induktive spoler i en vei, eller gjennom ledende forbindelser mellom kjøretøyet og veien, eller via kontaktledninger (luftledninger). Kontaktledning og andre dynamiske ladealternativer kan ha løftet om å redusere kostnadene på universitetsnivå på systemnivå i overgangen til nullutslippsbaserte lastebiler og langdistansebiler, og fullføre gunstig når det gjelder totale kapital- og driftskostnader. De kan også bidra til å redusere batterikapasitetsbehovet. Batterietterspørselen kan reduseres ytterligere, og utnyttelsen forbedres ytterligere, hvis elektriske veisystemer er utformet for å være kompatible ikke bare med lastebiler, men også elektriske biler. Imidlertid vil slike tilnærminger kreve induktive eller in-road design som kommer med større hindringer når det gjelder teknologiutvikling og design, og er mer kapitalintensive. Samtidig utgjør elektriske veisystemer betydelige utfordringer som ligner jernbanesektorens, inkludert et større behov for standardisering av stier og kjøretøy (som illustrert med trikker og trolleybusser), kompatibilitet på tvers av landegrenser for langdistanseturer og hensiktsmessig infrastruktur eierskapsmodeller. De gir mindre fleksibilitet for lastebileiere når det gjelder ruter og kjøretøytyper, og har høye utviklingskostnader totalt sett, noe som påvirker deres konkurranseevne i forhold til vanlige ladestasjoner. Gitt disse utfordringene, vil slike systemer mest effektivt bli utplassert først på mye brukte godskorridorer, noe som vil innebære tett koordinering på tvers av ulike offentlige og private interessenter. Demonstrasjoner på offentlige veier til dags dato i Tyskland og Sverige har vært avhengig av forkjempere fra både private og offentlige enheter. Oppfordringer til elektriske veisystempiloter vurderes også i Kina, India, Storbritannia og USA.

Ladebehov for tunge kjøretøy

Analysen fra International Council on Clean Transportation (ICCT) antyder at batteribytte for elektriske tohjulinger i drosjetjenester (f.eks. sykkeltaxier) gir den mest konkurransedyktige TCO sammenlignet med punktladende BEV eller ICE tohjulinger. Når det gjelder levering på siste mil via en tohjuling, har punktlading for tiden en TCO-fordel fremfor batteribytte, men med riktige politiske insentiver og skala kan bytte bli et levedyktig alternativ under visse forhold. Generelt, ettersom den gjennomsnittlige daglige kjøredistansen øker, blir den elektriske batteridrevne tohjulingen med batteribytte mer økonomisk enn punktlading eller bensinbiler. I 2021 ble theSwappable Batteries Motorcycle Consortium grunnlagt med mål om å lette batteribytte av lette kjøretøy, inkludert to/trehjulinger, ved å samarbeide om felles batterispesifikasjoner.

Batteribytte av elektriske to-/trehjulinger er spesielt i ferd med å ta fart i India. Det er for tiden over ti forskjellige selskaper på det indiske markedet, inkludert Gogoro, en kinesisk Taipei-basert elektrisk scooter og teknologileder for batteribytte. Gogoro hevder at batteriene deres driver 90 % av elektriske scootere i kinesisk Taipei, og Gogoro-nettverket har mer enn 12 000 batteribyttestasjoner for å støtte over 500 000 elektriske tohjulinger i ni land, hovedsakelig i Asia-Stillehavsregionen. Gogoro har nå dannet seg et partnerskap med India-baserte Zypp Electric, som driver en EV-as-a-service-plattform for siste mils leveranser; sammen distribuerer de 6 batteribyttestasjoner og 100 elektriske tohjulinger som en del av et pilotprosjekt for siste-mile-leveringsoperasjoner fra bedrifter i byen Delhi. I begynnelsen av 2023 samlet de opp, som de vil bruke til å utvide sin flåte til 200 000 elektriske tohjulinger i 30 indiske byer innen 2025. Sun Mobility har en lengre historie med batteribytte i India, med overbyttestasjoner over hele landet for elektriske to- og trehjulinger, inkludert e-rickshaws, med partnere som Amazon India. Thailand ser også batteribyttetjenester for motorsykkeltaxi- og leveringssjåfører.

Mens det er mest utbredt i Asia, sprer batteribytte for elektriske tohjulinger seg også til Afrika. For eksempel driver oppstart av elektrisk motorsykkel i Rwanda batteribyttestasjoner, med fokus på å betjene motorsykkeltaxioperasjoner som krever lange daglige rekkevidder. Ampersand har bygget ti batteribyttestasjoner i Kigali og tre i Nairobi, Kenya. Disse stasjonene utfører nærmere 37 000 batteribytter i måneden.

Batteribytte for to/trehjulinger gir kostnadsfordeler

Spesielt for lastebiler kan batteribytte ha store fordeler fremfor ultrarask lading. For det første kan bytte ta like lite, noe som ville være vanskelig og kostbart å oppnå gjennom kabelbasert lading, og krever en ultrarask lader koblet til mellom- til høyspentnett og dyre batteristyringssystemer og batterikjemi. Å unngå ultrarask lading kan også forlenge batterikapasiteten, ytelsen og levetiden.

Battery-as-a-service (BaaS), som skiller kjøpet av lastebilen og batteriet og etablerer en leiekontrakt for batteriet, reduserer kjøpskostnadene på forhånd. I tillegg, siden lastebiler har en tendens til å være avhengige av litiumjernfosfat (LFP) batterikjemi, som er mer holdbare enn litiumnikkel mangan koboltoksid (NMC) batterier, er de godt egnet for å bytte med tanke på sikkerhet og rimelighet.

Imidlertid vil kostnadene ved å bygge en stasjon sannsynligvis være høyere for bytte av lastebilbatterier gitt den større kjøretøystørrelsen og tyngre batteriene, som krever mer plass og spesialutstyr for å utføre byttet. En annen stor barriere er kravet om at batterier skal standardiseres til en gitt størrelse og kapasitet, noe som lastebil-OEM-er sannsynligvis vil oppfatte som en utfordring for konkurranseevnen ettersom batteridesign og kapasitet er en nøkkeldifferensiator blant produsenter av elektriske lastebiler.

Kina er i forkant av batteribytte for lastebiler på grunn av betydelig policystøtte og bruk av teknologi utviklet for å komplementere kabellading. I 2021 kunngjorde Kinas MIIT at en rekke byer ville pilotere batteribytteteknologi, inkludert HDV-batteribytte i tre byer. Nesten alle store kinesiske tunge lastebilprodusenter, inkludert FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile og SAIC.

Kina er i front når det gjelder batteribytte for lastebiler

Kina er også ledende innen batteribytte for personbiler. På tvers av alle moduser var det totale antallet batteribyttestasjoner i Kina nesten ved utgangen av 2022, 50 % høyere enn ved slutten av 2021. NIO, som produserer batteribytteaktiverte biler og de støttende byttestasjonene, kjører mer enn i Kina, rapporterer at nettverket dekker mer enn to tredjedeler av fastlands-Kina. Halvparten av byttestasjonene deres ble installert i 2022, og selskapet har satt et mål om 4 000 batteribyttestasjoner globalt innen 2025. Selskapet deres byttestasjoner kan utføre over 300 byttestasjoner per dag, og lade opp til 13 batterier samtidig med en kraft på 20-80 kW.

NIO kunngjorde også planer om å bygge batteribyttestasjoner i Europa ettersom deres batteribytteaktiverte bilmodeller ble tilgjengelig i europeiske markeder mot slutten av 2022. Den første NIO-batteribyttestasjonen i Sverige ble åpnet i og innen utgangen av 2022, ti NIO batteribyttestasjoner hadde blitt åpnet over hele Norge, Tyskland, Sverige og Nederland. I motsetning til NIO, hvis byttestasjoner betjener NIO-biler, støtter den kinesiske batteribyttestasjonsoperatøren Aultons stasjoner 30 modeller fra 16 forskjellige kjøretøyselskaper.

Batteribytte kan også være et spesielt attraktivt alternativ for LDV-taxiflåter, hvis operasjoner er mer følsomme for ladetider enn personbiler. Amerikansk oppstart Ample driver for tiden 12 batteribyttestasjoner i San Francisco Bay-området, hovedsakelig betjener Uber-kjøretøyer.

Kina er også ledende innen batteribytte for personbiler

Referanser

Sakteladere har en effekt som er mindre enn eller lik 22 kW. Hurtigladere er de med en effekt på mer enn 22 kW og opptil 350 kW. "Ladepunkter" og "ladere" brukes om hverandre og refererer til de individuelle ladekontaktene, som gjenspeiler antall elbiler som kan lades samtidig. ''Ladestasjoner' kan ha flere ladepunkter.

Tidligere et direktiv, ville den foreslåtte AFIR, når formelt ble godkjent, bli en bindende lovgivning, som blant annet fastsetter en maksimal avstand mellom ladere installert langs TEN-T, primær- og sekundærveiene i EU.

Induktive løsninger er lengre fra kommersialisering og står overfor utfordringer for å levere tilstrekkelig kraft i motorveihastigheter.