Tendências em infraestrutura de carregamento

Embora a maior parte da procura de carregamento seja atualmente satisfeita pelo carregamento doméstico, são cada vez mais necessários carregadores acessíveis ao público, a fim de proporcionar o mesmo nível de conveniência e acessibilidade que para o reabastecimento de veículos convencionais. Em áreas urbanas densas, em particular, onde o acesso ao carregamento doméstico é mais limitado, a infraestrutura pública de carregamento é um facilitador essencial para a adoção de VE. No final de 2022, existiam 2,7 milhões de pontos de carregamento públicos em todo o mundo, mais de 900 000 dos quais foram instalados em 2022, um aumento de cerca de 55% em relação ao stock de 2021, e comparável à taxa de crescimento pré-pandemia de 50% entre 2015 e 2019.

Carregadores lentos

Globalmente, mais de 600 000 pontos públicos de carregamento lento1foram instalados em 2022, 360 mil dos quais na China, elevando o stock de carregadores lentos no país para mais de 1 milhão. No final de 2022, a China detinha mais de metade do stock global de carregadores lentos públicos.

A Europa ocupa o segundo lugar, com um total de 460 000 carregadores lentos em 2022, um aumento de 50% em relação ao ano anterior. Os Países Baixos lideram na Europa com 117 000, seguidos por cerca de 74 000 em França e 64 000 na Alemanha. O estoque de carregadores lentos nos Estados Unidos aumentou 9% em 2022, a menor taxa de crescimento entre os principais mercados. Na Coreia, o stock de carregamento lento duplicou ano após ano, atingindo 184 000 pontos de carregamento.

Carregadores rápidos

Os carregadores rápidos acessíveis ao público, especialmente aqueles localizados ao longo das autoestradas, permitem viagens mais longas e podem resolver a ansiedade de autonomia, uma barreira à adoção de VE. Tal como os carregadores lentos, os carregadores rápidos públicos também fornecem soluções de carregamento aos consumidores que não têm acesso fiável ao carregamento privado, incentivando assim a adoção de VE em faixas mais amplas da população. O número de carregadores rápidos aumentou 330 000 a nível mundial em 2022, embora mais uma vez a maior parte (quase 90%) do crescimento tenha vindo da China. A implantação do carregamento rápido compensa a falta de acesso a carregadores domésticos em cidades densamente povoadas e apoia os objetivos da China para a rápida implantação de VE. A China é responsável por um total de 760 000 carregadores rápidos, mas mais do que o stock público total de pilhas de carregamento rápido está situado em apenas dez províncias.

Na Europa, o stock global de carregadores rápidos ascendia a mais de 70 000 no final de 2022, um aumento de cerca de 55% em comparação com 2021. Os países com o maior stock de carregadores rápidos são a Alemanha (mais de 12 000), a França (9 700) e a Noruega. (9.000). Existe uma ambição clara em toda a União Europeia de continuar a desenvolver a infra-estrutura pública de carregamento, conforme indicado pelo acordo provisório sobre a proposta de Regulamento sobre a Infraestrutura para Combustíveis Alternativos (AFIR), que estabelecerá requisitos de cobertura de carregamento eléctrico em toda a rede transeuropeia de transportes (RTE). -T) entre o Banco Europeu de Investimento e a Comissão Europeia disponibilizará mais de 1,5 mil milhões de euros até ao final de 2023 para infraestruturas de combustíveis alternativos, incluindo carregamento elétrico rápido.

Os Estados Unidos instalaram 6.300 carregadores rápidos em 2022, cerca de três quartos dos quais eram Superchargers Tesla. O stock total de carregadores rápidos atingiu 28 000 no final de 2022. Espera-se que a implantação acelere nos próximos anos, após a aprovação governamental do (NEVI). Todos os estados dos EUA, Washington DC e Porto Rico participam no programa e já receberam 885 milhões de dólares em financiamento para 2023 para apoiar a construção de carregadores em 122 000 km de autoestradas. A Administração Rodoviária Federal dos EUA anunciou novos padrões nacionais para carregadores de veículos elétricos financiados pelo governo federal para garantir consistência, confiabilidade, acessibilidade e compatibilidade. dos novos padrões, a Tesla anunciou que abrirá uma parte de sua rede US Supercharger (onde os Superchargers representam 60% do estoque total de carregadores rápidos nos Estados Unidos) e rede Destination Charger para EVs não-Tesla.

Os pontos de carregamento públicos são cada vez mais necessários para permitir uma maior adesão aos VE

A implantação de infraestruturas públicas de carregamento em antecipação ao crescimento das vendas de VE é fundamental para a adoção generalizada de VE. Na Noruega, por exemplo, havia cerca de 1,3 LDV eléctricos a bateria por ponto de carregamento público em 2011, o que apoiou uma maior adopção. No final de 2022, com mais de 17% dos LDV sendo BEV, havia 25 BEV por ponto de carregamento público na Noruega. Em geral, à medida que a quota de stock de LDV elétricos a bateria aumenta, o rácio de pontos de carregamento por BEV diminui. O crescimento das vendas de VE só pode ser sustentado se a procura de carregamento for satisfeita por infraestruturas acessíveis e económicas, quer através de carregamento privado em casa ou no trabalho, quer através de estações de carregamento acessíveis ao público.

Proporção de LDVs elétricos por carregador público

Proporção de ponto de carregamento público por LDV elétrico a bateria em países selecionados em relação à parcela de estoque de LDV elétrico a bateria

Embora os PHEV dependam menos de infraestruturas de carregamento públicas do que os BEV, a elaboração de políticas relacionadas com a disponibilidade suficiente de pontos de carregamento deve incorporar (e incentivar) o carregamento público de PHEV. Se considerarmos o número total de LDVs elétricos por ponto de carregamento, a média global em 2022 foi de cerca de dez EVs por carregador. Países como a China, a Coreia e os Países Baixos mantiveram menos de dez VEs por carregador ao longo dos últimos anos. Nos países que dependem fortemente do carregamento público, o número de carregadores acessíveis ao público tem vindo a expandir-se a uma velocidade que corresponde em grande medida à implantação dos VE.

No entanto, em alguns mercados caracterizados pela ampla disponibilidade de carregamento doméstico (devido a uma elevada percentagem de residências unifamiliares com a oportunidade de instalar um carregador), o número de VE por ponto de carregamento público pode ser ainda maior. Por exemplo, nos Estados Unidos, o rácio de VE por carregador é de 24, e na Noruega é superior a 30. À medida que a penetração dos VE no mercado aumenta, o carregamento público torna-se cada vez mais importante, mesmo nestes países, para apoiar a adopção de VE entre os condutores. que não têm acesso a opções de carregamento em casa ou no local de trabalho. No entanto, a proporção ideal de VEs por carregador irá variar com base nas condições locais e nas necessidades do condutor.

Talvez mais importante do que o número de carregadores públicos disponíveis seja a capacidade total de energia de carregamento público por VE, dado que os carregadores rápidos podem servir mais VEs do que os carregadores lentos. Durante as fases iniciais da adopção de VE, faz sentido que a potência de carregamento disponível por VE seja elevada, assumindo que a utilização do carregador será relativamente baixa até que o mercado amadureça e a utilização da infra-estrutura se torne mais eficiente. Em linha com isto, o AFIR da União Europeia inclui requisitos para a capacidade total de energia a ser fornecida com base no tamanho da frota registada.

Globalmente, a capacidade média de energia de carregamento público por LDV elétrico é de cerca de 2,4 kW por EV. Na União Europeia, o rácio é mais baixo, com uma média em torno de 1,2 kW por EV. A Coreia tem o rácio mais elevado, de 7 kW por EV, mesmo com a maioria dos carregadores públicos (90%) sendo carregadores lentos.

Número de LDVs elétricos por ponto de carregamento público e kW por LDV elétrico, 2022

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Número de LDVs elétricos por ponto de carregamentokW de carregamento público por LDVs elétricosNova ZelândiaIslândiaAustráliaNoruegaBrasilAlemanhaSuéciaEstados UnidosDinamarcaPortugalReino UnidoEspanhaCanadáIndonésiaFinlândiaSuíçaJapãoTailândiaUnião EuropeiaFrançaPolôniaMéxicoBélgicaMundoItáliaChinaÍndiaÁfrica do SulChileGréciaPaíses BaixosCoréia081624324048566472808 89610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

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

Nas regiões onde os camiões eléctricos estão a tornar-se comercialmente disponíveis, os camiões eléctricos a bateria podem competir numa base TCO com os camiões convencionais a diesel para uma gama crescente de operações, não apenas urbanas e regionais, mas também nos segmentos regional e de longo curso de tractor-reboque. . Três parâmetros que determinam o horário em que é atingido são os pedágios; custos de combustível e de operação (por exemplo, a diferença entre os preços do gasóleo e da electricidade enfrentados pelos operadores de camiões e custos de manutenção reduzidos); e subsídios CAPEX para reduzir a diferença no preço inicial de compra do veículo. Uma vez que os camiões eléctricos podem proporcionar as mesmas operações com custos de vida mais baixos (incluindo se for aplicada uma taxa de desconto), a forma como os proprietários dos veículos esperam recuperar os custos iniciais é um factor chave para determinar se devem comprar um camião eléctrico ou convencional.

A economia para caminhões elétricos em aplicações de longa distância pode ser substancialmente melhorada se os custos de carregamento puderem ser reduzidos, maximizando o carregamento lento “fora do turno” (por exemplo, à noite ou outros períodos mais longos de inatividade), garantindo contratos de compra em massa com operadores de rede para carregamento “no meio do turno” (por exemplo, durante os intervalos), carregamento rápido (até 350 kW) ou ultrarrápido (> 350 kW) e exploração de oportunidades de carregamento inteligente e de veículo à rede para obter renda extra.

Os camiões e autocarros eléctricos dependerão do carregamento fora do turno para a maior parte da sua energia. Isto será conseguido em grande parte em estações de carregamento privadas ou semiprivadas ou em estações públicas nas autoestradas, e muitas vezes durante a noite. Terão de ser desenvolvidos depósitos para servir a crescente procura de electrificação pesada e, em muitos casos, poderão exigir actualizações da rede de distribuição e transmissão. Dependendo dos requisitos de autonomia do veículo, a cobrança na garagem será suficiente para cobrir a maioria das operações em ônibus urbanos, bem como operações de caminhões urbanos e regionais.

Os regulamentos que determinam períodos de descanso também podem fornecer uma janela de tempo para carregamento a meio do turno, se estiverem disponíveis opções de carregamento rápido ou ultrarrápido durante o percurso: a União Europeia exige 45 minutos de pausa após cada 4,5 horas de condução; os Estados Unidos determinam 30 minutos após 8 horas.

A maioria das estações de carregamento rápido de corrente contínua (CC) disponíveis comercialmente permitem atualmente níveis de potência que variam de 250-350 kW. alcançado pelo Conselho Europeu e pelo Parlamento inclui um processo gradual de implantação de infra-estruturas para veículos pesados ​​eléctricos a partir de 2025. Estudos recentes sobre os requisitos de energia para operações regionais e de camiões de longo curso nos EUA e na Europa concluem que a potência de carregamento superior a 350 kW , e até 1 MW, podem ser necessários para recarregar totalmente os caminhões elétricos durante um intervalo de 30 a 45 minutos.

Reconhecendo a necessidade de expandir o carregamento rápido ou ultrarrápido como um pré-requisito para tornar as operações regionais e, em particular, as de longo curso técnica e economicamente viáveis, em 2022 a Traton, a Volvo e a Daimler estabeleceram uma joint venture independente, com 500 euros milhões em investimentos coletivos dos três grupos de produção pesada, a iniciativa visa implantar mais de 1 700 pontos de carregamento rápido (300 a 350 kW) e ultrarrápido (1 MW) em toda a Europa.

Vários padrões de carregamento estão atualmente em uso e especificações técnicas para carregamento ultrarrápido estão em desenvolvimento. Será necessário garantir a máxima convergência possível das normas de tarifação e a interoperabilidade para veículos elétricos pesados ​​para evitar os custos, a ineficiência e os desafios para os importadores de veículos e os operadores internacionais que seriam criados pelos fabricantes que seguissem caminhos divergentes.

Na China, os co-desenvolvedores China Electricity Council e o “ultra ChaoJi” da CHAdeMO estão a desenvolver um padrão de carregamento para veículos eléctricos pesados ​​até vários megawatts. Na Europa e nos Estados Unidos, especificações para o CharIN Megawatt Charging System (MCS), com potência máxima potencial de. estão em desenvolvimento pela Organização Internacional de Normalização (ISO) e outras organizações. As especificações finais do MCS, que serão necessárias para a implementação comercial, estão previstas para 2024. Após o primeiro local de carregamento de megawatts oferecido pela Daimler Trucks e Portland General Electric (PGE) em 2021, bem como investimentos e projetos na Áustria, Suécia , Espanha e Reino Unido.

A comercialização de carregadores com potência nominal de 1 MW exigirá investimentos significativos, uma vez que as estações com necessidades de energia tão elevadas incorrerão em custos significativos tanto na instalação como na modernização da rede. A revisão dos modelos de negócio dos serviços públicos de electricidade e dos regulamentos do sector energético, a coordenação do planeamento entre as partes interessadas e o carregamento inteligente podem ajudar. O apoio directo através de projectos-piloto e incentivos financeiros também pode acelerar a demonstração e a adopção nas fases iniciais. Um estudo recente descreve algumas considerações importantes de design para o desenvolvimento de estações de carregamento com classificação MCS:

• Planejar estações de recarga em depósitos rodoviários próximos a linhas de transmissão e subestações pode ser uma solução ideal para minimizar custos e aumentar a utilização do carregador.
• Conexões “dimensionadas corretamente” com ligações diretas às linhas de transmissão numa fase inicial, antecipando assim as necessidades energéticas de um sistema em que elevadas percentagens de atividade de transporte de mercadorias foram eletrificadas, em vez de modernizar as redes de distribuição numa situação ad hoc e de curto prazo. base, será fundamental para reduzir custos. Isto exigirá um planeamento estruturado e coordenado entre os operadores da rede e os promotores de infraestruturas de carregamento em todos os setores.
• Dado que as interconexões dos sistemas de transmissão e as atualizações da rede podem levar de 4 a 8 anos, a localização e construção de estações de carregamento de alta prioridade terão de começar o mais rapidamente possível.

As soluções incluem a instalação de armazenamento estacionário e a integração de capacidade renovável local, combinada com o carregamento inteligente, que pode ajudar a reduzir os custos de infraestrutura relacionados com a ligação à rede e os custos de aquisição de eletricidade (por exemplo, permitindo aos operadores de camiões minimizar os custos através da arbitragem da variabilidade dos preços ao longo do dia, tirando partido de oportunidades de veículo para rede, etc.).

Outras opções para fornecer energia a veículos pesados ​​elétricos (HDVs) são a troca de baterias e sistemas rodoviários elétricos. Os sistemas rodoviários elétricos podem transferir energia para um caminhão através de bobinas indutivas em uma estrada, ou através de conexões condutoras entre o veículo e a estrada, ou através de linhas catenárias (aéreas). Catenária e outras opções de cobrança dinâmica podem ser promissoras para a redução dos custos em nível de sistema universitário na transição para caminhões regionais e de longo curso com emissão zero, completando favoravelmente em termos de capital total e custos operacionais. Eles também podem ajudar a reduzir as necessidades de capacidade da bateria. A procura de baterias pode ser ainda mais reduzida e a utilização melhorada, se os sistemas rodoviários eléctricos forem concebidos para serem compatíveis não só com camiões, mas também com carros eléctricos. No entanto, tais abordagens exigiriam projetos indutivos ou rodoviários que apresentam maiores obstáculos em termos de desenvolvimento tecnológico e design, e são mais intensivos em capital. Ao mesmo tempo, os sistemas rodoviários eléctricos colocam desafios significativos semelhantes aos do sector ferroviário, incluindo uma maior necessidade de padronização de caminhos e veículos (como ilustrado com eléctricos e tróleis), compatibilidade transfronteiriça para viagens de longo curso e infra-estruturas adequadas. modelos de propriedade. Proporcionam menos flexibilidade aos proprietários de camiões em termos de rotas e tipos de veículos, e têm custos de desenvolvimento globais elevados, o que afecta a sua competitividade em relação às estações de carregamento regulares. Tendo em conta estes desafios, tais sistemas seriam mais eficazmente implantados primeiro em corredores de transporte de mercadorias muito utilizados, o que implicaria uma estreita coordenação entre várias partes interessadas públicas e privadas. As manifestações nas vias públicas até agora na Alemanha e na Suécia contaram com campeões de entidades públicas e privadas. Chamadas para pilotos de sistemas rodoviários elétricos também estão sendo consideradas na China, Índia, Reino Unido e Estados Unidos.

Necessidades de carregamento para veículos pesados

A análise do Conselho Internacional de Transportes Limpos (ICCT) sugere que a troca de baterias por veículos elétricos de duas rodas em serviços de táxi (por exemplo, táxis de bicicleta) oferece o TCO mais competitivo em comparação com veículos de duas rodas BEV ou ICE de carregamento pontual. No caso da entrega de última milha através de um veículo de duas rodas, o carregamento pontual tem atualmente uma vantagem de TCO sobre a troca de baterias, mas com os incentivos políticos e a escala adequados, a troca pode tornar-se uma opção viável sob certas condições. Em geral, à medida que a distância média diária percorrida aumenta, o veículo de duas rodas elétrico a bateria com troca de bateria torna-se mais econômico do que os veículos de carregamento pontual ou a gasolina. Em 2021, o Swappable Batteries Motorcycle Consortium foi fundado com o objetivo de facilitar a troca de baterias de veículos leves, incluindo veículos de duas/três rodas, trabalhando em conjunto em especificações de baterias comuns.

A troca de baterias de veículos elétricos de duas/três rodas está ganhando impulso especialmente na Índia. Existem atualmente mais de dez empresas diferentes no mercado indiano, incluindo a Gogoro, uma scooter elétrica com sede em Taipé Chinês e líder em tecnologia de troca de baterias. A Gogoro afirma que suas baterias alimentam 90% das scooters elétricas no Taipei Chinês, e a rede Gogoro tem mais de 12.000 estações de troca de baterias para suportar mais de 500.000 veículos elétricos de duas rodas em nove países, principalmente na região Ásia-Pacífico. uma parceria com a Zypp Electric, com sede na Índia, que administra uma plataforma EV-as-a-service para entregas de última milha; juntos, eles estão implantando 6 estações de troca de baterias e 100 veículos elétricos de duas rodas como parte de um projeto piloto para operações de entrega de última milha entre empresas na cidade de Delhi. No início de 2023, angariaram fundos que utilizarão para expandir a sua frota para 200 000 veículos elétricos de duas rodas em 30 cidades indianas até 2025. A Sun Mobility tem um histórico mais longo de troca de baterias na Índia, com mais de estações de troca em todo o país. para veículos elétricos de duas e três rodas, incluindo riquixás elétricos, com parceiros como a Amazon Índia. A Tailândia também está vendo serviços de troca de baterias para mototáxis e motoristas de entregas.

Embora seja mais comum na Ásia, a troca de baterias por veículos eléctricos de duas rodas também está a alastrar a África. Por exemplo, uma start-up de motocicletas elétricas em Ruanda opera estações de troca de baterias, com foco em atender operações de mototáxi que exigem longas autonomias diárias. A Ampersand construiu dez estações de troca de baterias em Kigali e três em Nairobi, no Quênia. Essas estações realizam cerca de 37 mil trocas de baterias por mês.

A troca de bateria para veículos de duas/três rodas oferece vantagens de custo

Para os camiões em particular, a troca de baterias pode ter grandes vantagens em relação ao carregamento ultrarrápido. Em primeiro lugar, a troca pode demorar muito pouco, o que seria difícil e dispendioso de conseguir através do carregamento baseado em cabos, exigindo um carregador ultrarrápido ligado a redes de média a alta tensão e sistemas de gestão de baterias e produtos químicos de baterias dispendiosos. Evitar o carregamento ultrarrápido também pode prolongar a capacidade, o desempenho e o ciclo de vida da bateria.

A bateria como serviço (BaaS), separando a compra do caminhão e da bateria, e estabelecendo um contrato de locação para a bateria, reduz substancialmente o custo inicial de compra. Além disso, como os caminhões tendem a depender de baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP), que são mais duráveis ​​do que as baterias de óxido de cobalto-níquel-níquel-lítio (NMC), elas são adequadas para troca em termos de segurança e preço acessível.

No entanto, o custo de construção de uma estação provavelmente será maior para a troca de baterias de caminhões, dado o tamanho maior do veículo e as baterias mais pesadas, que exigem mais espaço e equipamentos especializados para realizar a troca. Outra barreira importante é a exigência de que as baterias sejam padronizadas para um determinado tamanho e capacidade, o que os OEMs de caminhões provavelmente considerarão um desafio à competitividade, já que o design e a capacidade das baterias são um diferencial importante entre os fabricantes de caminhões elétricos.

A China está na vanguarda da troca de baterias por camiões devido ao apoio político significativo e à utilização de tecnologia concebida para complementar o carregamento por cabo. Em 2021, o MIIT da China anunciou que várias cidades testariam a tecnologia de troca de baterias, incluindo a troca de baterias HDV em três cidades. Quase todos os principais fabricantes chineses de caminhões pesados, incluindo FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile e SAIC.

China está na vanguarda da troca de baterias por caminhões

A China também é líder na troca de baterias para automóveis de passageiros. Em todos os modos, o número total de estações de troca de baterias na China era quase no final de 2022, 50% superior ao final de 2021. A NIO, que produz carros habilitados para troca de baterias e as estações de troca de suporte, opera mais de na China, relatando que a rede cobre mais de dois terços da China continental. Metade de suas estações de troca foram instaladas em 2022, e a empresa estabeleceu uma meta de 4.000 estações de troca de baterias em todo o mundo até 2025. A empresa, suas estações de troca podem realizar mais de 300 trocas por dia, carregando até 13 baterias simultaneamente a uma potência de 20-80 kW.

A NIO também anunciou planos para construir estações de troca de baterias na Europa à medida que os seus modelos de automóveis com capacidade de troca de baterias se tornassem disponíveis nos mercados europeus no final de 2022. A primeira estação de troca de baterias NIO na Suécia foi inaugurada e, no final de 2022, dez NIO estações de troca de baterias foram abertas na Noruega, Alemanha, Suécia e Holanda. Em contraste com a NIO, cujas estações de troca atendem carros NIO, as estações Aulton, operadora chinesa de estações de troca de baterias, suportam 30 modelos de 16 empresas de veículos diferentes.

A troca de baterias também pode ser uma opção particularmente atraente para frotas de táxis LDV, cujas operações são mais sensíveis aos tempos de recarga do que os carros pessoais. A start-up norte-americana Ample opera atualmente 12 estações de troca de baterias na área da Baía de São Francisco, atendendo principalmente veículos compartilhados da Uber.

A China também é líder na troca de baterias para automóveis de passageiros

Referências

Os carregadores lentos têm potências inferiores ou iguais a 22 kW. Carregadores rápidos são aqueles com potência superior a 22 kW e até 350 kW. “Pontos de carregamento” e “carregadores” são usados ​​indistintamente e referem-se às tomadas de carregamento individuais, refletindo o número de VEs que podem ser carregados ao mesmo tempo. As “estações de carregamento” podem ter vários pontos de carregamento.

Anteriormente uma directiva, a proposta AFIR, uma vez formalmente aprovada, tornar-se-ia um acto legislativo vinculativo, estipulando, entre outras coisas, uma distância máxima entre carregadores instalados ao longo da RTE-T, as estradas primárias e secundárias dentro da União Europeia.

As soluções indutivas estão mais longe da comercialização e enfrentam desafios para fornecer energia suficiente em velocidades de rodovia.