Тенденции в зарядной инфраструктуре

Хотя большая часть спроса на зарядку в настоящее время удовлетворяется за счет домашней зарядки, все чаще требуются общедоступные зарядные устройства, чтобы обеспечить тот же уровень удобства и доступности, что и при заправке обычных транспортных средств. В частности, в густонаселенных городских районах, где доступ к домашней зарядке более ограничен, общественная инфраструктура зарядки является ключевым фактором внедрения электромобилей. По состоянию на конец 2022 года во всем мире насчитывалось 2,7 миллиона общественных зарядных станций, более 900 000 из которых были установлены в 2022 году, что примерно на 55% больше, чем в 2021 году, и сопоставимо с темпами роста на 50% до пандемии в период с 2015 по 2022 год. 2019.

Медленные зарядные устройства

Во всем мире более 600 000 общественных точек медленной зарядки.1были установлены в 2022 году, 360 000 из которых находились в Китае, в результате чего количество медленных зарядных устройств в стране превысило 1 миллион. В конце 2022 года в Китае располагалось более половины мировых запасов общественных медленных зарядных устройств.

Европа занимает второе место с 460 000 медленных зарядных устройств в 2022 году, что на 50% больше, чем в предыдущем году. Нидерланды лидируют в Европе с 117 000, за ними следуют около 74 000 во Франции и 64 000 в Германии. Запас медленных зарядных устройств в США увеличился на 9% в 2022 году, что является самым низким темпом роста среди основных рынков. В Корее запасы станций медленной зарядки увеличились вдвое по сравнению с прошлым годом, достигнув 184 000 зарядных станций.

Быстрые зарядные устройства

Общественно доступные устройства для быстрой зарядки, особенно расположенные вдоль автомагистралей, позволяют совершать более длительные поездки и могут решить проблему дальности пробега, которая является препятствием для внедрения электромобилей. Как и медленные зарядные устройства, общественные быстрые зарядные устройства также предоставляют решения для зарядки потребителям, у которых нет надежного доступа к частной зарядке, тем самым способствуя внедрению электромобилей среди более широких слоев населения. В 2022 году количество устройств быстрой зарядки во всем мире увеличилось на 330 000, хотя большая часть (почти 90%) прироста снова пришлась на Китай. Внедрение быстрой зарядки компенсирует отсутствие доступа к домашним зарядным устройствам в густонаселенных городах и поддерживает цели Китая по быстрому внедрению электромобилей. В Китае насчитывается в общей сложности 760 000 станций быстрой зарядки, но более половины общего количества общественных станций быстрой зарядки расположено всего в десяти провинциях.

В Европе общий парк быстрозарядных устройств превысил 70 000 к концу 2022 года, что примерно на 55% больше, чем в 2021 году. Странами с наибольшим парком быстрозарядных устройств являются Германия (более 12 000), Франция (9 700) и Норвегия. (9 000). В Европейском Союзе существует явное стремление к дальнейшему развитию инфраструктуры общественной зарядки, о чем свидетельствует предварительное соглашение о предлагаемом Регламенте об инфраструктуре альтернативных видов топлива (AFIR), который установит требования к покрытию электрической зарядки в трансъевропейской сети транспорта (TEN). -T) между Европейским инвестиционным банком и Европейской комиссией к концу 2023 года выделит более 1,5 млрд евро на инфраструктуру альтернативных видов топлива, включая быструю зарядку электричества.

В 2022 году в США было установлено 6300 быстрых зарядных устройств, около трёх четвертей из которых были Tesla Supercharger. К концу 2022 года общий запас зарядных устройств для быстрой зарядки достиг 28 000. Ожидается, что их внедрение ускорится в ближайшие годы после одобрения правительством (NEVI). В программе участвуют все штаты США, Вашингтон, округ Колумбия, и Пуэрто-Рико, и им уже выделено 885 миллионов долларов США на финансирование на 2023 год для поддержки строительства зарядных устройств на 122 000 км автомагистралей. Федеральное управление шоссейных дорог США объявило о новых национальных стандартах для зарядных устройств для электромобилей, финансируемых из федерального бюджета, чтобы обеспечить единообразие, надежность, доступность и совместимость. Что касается новых стандартов, Tesla объявила, что откроет часть своей сети Supercharger в США (где Supercharger составляют 60% от общего количества быстрых зарядных устройств в США) и сети Destination Charger для электромобилей, не принадлежащих Tesla.

Общественные зарядные станции становятся все более необходимыми для обеспечения более широкого распространения электромобилей.

Развертывание общественной инфраструктуры зарядки в ожидании роста продаж электромобилей имеет решающее значение для широкого внедрения электромобилей. В Норвегии, например, в 2011 году на одну общественную зарядную станцию ​​приходилось около 1,3 аккумуляторных электрических легковых автомобилей, что способствовало дальнейшему внедрению. В конце 2022 года, когда более 17% легковых автомобилей были электромобилями, на одну общественную зарядную станцию ​​в Норвегии приходилось 25 электромобилей. В целом, по мере увеличения доли аккумуляторных электромобилей LDV, соотношение точек зарядки и BEV уменьшается. Рост продаж электромобилей может быть устойчивым только в том случае, если спрос на зарядку будет удовлетворяться доступной и доступной инфраструктурой, либо посредством частной зарядки дома или на работе, либо через общедоступные зарядные станции.

Соотношение электрических легковых автомобилей на общественное зарядное устройство

Соотношение количества общественных зарядных станций на аккумуляторные и электрические LDV в отдельных странах по сравнению с долей акций аккумуляторных электрических LDV

Хотя PHEV в меньшей степени зависят от общественной инфраструктуры зарядки, чем BEV, политика, касающаяся достаточной доступности зарядных станций, должна включать (и поощрять) общественную зарядку PHEV. Если принять во внимание общее количество электромобилей LDV на одну точку зарядки, то в 2022 году средний мировой показатель составлял около десяти электромобилей на зарядное устройство. В таких странах, как Китай, Корея и Нидерланды, на протяжении последних лет на одно зарядное устройство приходилось менее десяти электромобилей. В странах, которые в значительной степени полагаются на общественную зарядку, количество общедоступных зарядных устройств растет со скоростью, которая в значительной степени соответствует распространению электромобилей.

Однако на некоторых рынках, характеризующихся широкой доступностью домашней зарядки (из-за высокой доли частных домов с возможностью установки зарядного устройства), количество электромобилей на одну общественную зарядную точку может быть еще выше. Например, в США соотношение электромобилей на одно зарядное устройство составляет 24, а в Норвегии – более 30. По мере роста проникновения электромобилей на рынок общественная зарядка становится все более важной, даже в этих странах, для поддержки внедрения электромобилей среди водителей. у которых нет доступа к вариантам зарядки в частном доме или на рабочем месте. Однако оптимальное соотношение электромобилей на зарядное устройство будет различаться в зависимости от местных условий и потребностей водителя.

Возможно, более важным, чем количество доступных общественных зарядных устройств, является общая мощность общественной зарядки на один электромобиль, учитывая, что быстрые зарядные устройства могут обслуживать больше электромобилей, чем медленные. На ранних стадиях внедрения электромобилей имеет смысл, чтобы доступная мощность зарядки на один электромобиль была высокой, предполагая, что использование зарядных устройств будет относительно низким, пока рынок не созреет и использование инфраструктуры не станет более эффективным. В соответствии с этим, в AFIR Европейского Союза включены требования к общей мощности, которая должна быть предоставлена, исходя из размера зарегистрированного парка.

Во всем мире средняя мощность общественной зарядки на один электромобиль LDV составляет около 2,4 кВт на электромобиль. В Европейском Союзе это соотношение ниже: в среднем около 1,2 кВт на электромобиль. В Корее самый высокий коэффициент — 7 кВт на электромобиль, даже несмотря на то, что большинство общественных зарядных устройств (90%) являются медленными зарядными устройствами.

Количество электрических легковых автомобилей на одну общественную зарядную станцию ​​и кВт на один электрический легковой автомобиль, 2022 г.

Открыть

Количество электрических легковых автомобилей на одну зарядную точку, кВт общественной зарядки на электрические легковые автомобилиНовая ЗеландияИсландияАвстралияНорвегияБразилияГерманияШвецияСШАДанияПортугалияВеликобританияИспанияКанадаИндонезияФинляндияШвейцарияЯпонияТаиландЕвропейский СоюзФранцияПольшаМексикаБельгияМирИталияКитайИндияЮг АфрикаЧилиГрецияНидерландыКорея08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV/EVSE (нижняя ось)
• кВт/ЭВ (верхняя ось)

В регионах, где электрические грузовики становятся коммерчески доступными, аккумуляторные электрические грузовики могут конкурировать по совокупной стоимости владения с обычными дизельными грузовиками для растущего спектра операций, не только городских и региональных, но также в региональных и дальнемагистральных сегментах. . Три параметра, определяющие время достижения, — это плата за проезд; затраты на топливо и эксплуатацию (например, разница между ценами на дизельное топливо и электроэнергию, с которыми сталкиваются операторы грузовых автомобилей, и снижение затрат на техническое обслуживание); и субсидии CAPEX для сокращения разницы в первоначальной цене покупки автомобиля. Поскольку электрические грузовики могут выполнять те же операции с более низкими затратами в течение всего срока службы (в том числе в случае применения льготной ставки), то, на что владельцы транспортных средств рассчитывают возместить первоначальные затраты, является ключевым фактором при принятии решения о покупке электрического или обычного грузовика.

Экономика электрогрузовиков при перевозках на дальние расстояния может быть существенно улучшена, если затраты на зарядку можно снизить за счет максимизации медленной зарядки «вне смены» (например, в ночное время или в другие длительные периоды простоя), а также заключения контрактов на оптовые закупки с сетевыми операторами для «в середине смены» (например, во время перерывов), быстрая (до 350 кВт) или сверхбыстрая (>350 кВт) зарядка, а также изучение возможностей интеллектуальной зарядки и подключения автомобиля к сети для получения дополнительного дохода.

Электрические грузовики и автобусы будут получать большую часть энергии от зарядки вне смены. В основном это будет достигаться на частных или получастных зарядных станциях или на общественных станциях на автомагистралях, и часто в ночное время. Необходимо будет развивать депо для обслуживания растущего спроса на электрификацию тяжелой техники, а во многих случаях может потребоваться модернизация распределительных и передающих сетей. В зависимости от требований к ассортименту транспортных средств заряда депо будет достаточно для покрытия большинства операций городских автобусов, а также городских и региональных грузовых автомобилей.

Правила, устанавливающие периоды отдыха, также могут предусматривать временной интервал для зарядки в середине смены, если в пути доступны варианты быстрой или сверхбыстрой зарядки: Европейский Союз требует 45-минутного перерыва после каждых 4,5 часов вождения; Соединенные Штаты требуют 30 минут после 8 часов.

Большинство имеющихся на рынке станций быстрой зарядки постоянного тока (DC) в настоящее время обеспечивают мощность в диапазоне 250–350 кВт. достигнутое Европейским советом и парламентом, включает постепенный процесс развертывания инфраструктуры для тяжелых электромобилей, начиная с 2025 года. Недавние исследования требований к мощности для региональных и дальнемагистральных грузовых автомобилей в США и Европе показывают, что мощность зарядки превышает 350 кВт. и мощностью до 1 МВт может потребоваться для полной подзарядки электрогрузовиков во время 30-45-минутного перерыва.

Признавая необходимость расширения масштабов быстрой или сверхбыстрой зарядки как предварительного условия для того, чтобы сделать как региональные, так и, в частности, дальние перевозки технически и экономически жизнеспособными, в 2022 году Traton, Volvo и Daimler учредили независимое совместное предприятие с капиталом в 500 евро. миллионов коллективных инвестиций от трех групп производителей тяжелой техники, инициатива направлена ​​на развертывание более 1700 быстрых (от 300 до 350 кВт) и сверхбыстрых (1 МВт) зарядных станций. точек по всей Европе.

В настоящее время используются несколько стандартов зарядки, а технические характеристики сверхбыстрой зарядки находятся в стадии разработки. Обеспечение максимально возможной конвергенции стандартов зарядки и совместимости для электромобилей большой грузоподъемности будет необходимо, чтобы избежать затрат, неэффективности и проблем для импортеров транспортных средств и международных операторов, которые могут возникнуть из-за производителей, идущих разными путями.

В Китае соавторы China Electricity Council и компания CHAdeMO «ultra ChaoJi» разрабатывают стандарт зарядки для электромобилей большой мощности мощностью до нескольких мегаватт. В Европе и США характеристики системы зарядки мегаватт CharIN (MCS) с потенциальной максимальной мощностью . разрабатываются Международной организацией по стандартизации (ISO) и другими организациями. Окончательные спецификации MCS, которые потребуются для коммерческого внедрения, ожидаются в 2024 году. После первой станции зарядки мощностью мегаватт, предложенной Daimler Trucks и Portland General Electric (PGE) в 2021 году, а также инвестиций и проектов в Австрии, Швеции , Испания и Великобритания.

Коммерциализация зарядных устройств номинальной мощностью 1 МВт потребует значительных инвестиций, поскольку станции с такими высокими потребностями в мощности потребуют значительных затрат как на установку, так и на модернизацию сети. Пересмотр бизнес-моделей государственных электроэнергетических компаний и правил энергетического сектора, координация планирования между заинтересованными сторонами и интеллектуальная зарядка — все это может помочь. Прямая поддержка посредством пилотных проектов и финансовых стимулов также может ускорить демонстрацию и внедрение на ранних этапах. В недавнем исследовании излагаются некоторые ключевые соображения при разработке зарядных станций с рейтингом MCS:

• Планирование зарядных станций в местах депо на автомагистралях рядом с линиями электропередачи и подстанциями может быть оптимальным решением для минимизации затрат и увеличения использования зарядных устройств.
• «Правильный расчет» соединений с прямым подключением к линиям электропередачи на ранней стадии, тем самым предвосхищая энергетические потребности системы, в которой значительная часть грузовых перевозок электрифицирована, вместо того, чтобы модернизировать распределительные сети на разовой и краткосрочной основе. основе, будет иметь решающее значение для сокращения затрат. Это потребует структурированного и скоординированного планирования между сетевыми операторами и разработчиками зарядной инфраструктуры во всех секторах.
• Поскольку соединение систем электропередачи и модернизация сети могут занять 4–8 лет, размещение и строительство приоритетных зарядных станций необходимо будет начать как можно скорее.

Решения включают в себя установку стационарных хранилищ и интеграцию местных возобновляемых мощностей в сочетании с интеллектуальной зарядкой, что может помочь снизить как затраты на инфраструктуру, связанные с подключением к сети, так и затраты на закупку электроэнергии (например, позволяя операторам грузовых автомобилей минимизировать затраты путем арбитража колебаний цен в течение дня, используя преимущества возможностей перехода транспортных средств к сети и т. д.).

Другими вариантами обеспечения электропитанием тяжелых электромобилей (HDV) являются замена аккумуляторов и электрические дорожные системы. Электрические дорожные системы могут передавать мощность грузовику либо через индуктивные катушки на дороге, либо через проводящие соединения между транспортным средством и дорогой, либо через контактную (воздушную) линию. Контактная сеть и другие варианты динамической зарядки могут обещать снижение затрат на университетском уровне системы при переходе к региональным и дальнемагистральным грузовикам с нулевым уровнем выбросов, что приведет к благоприятным результатам с точки зрения общих капитальных и эксплуатационных затрат. Они также могут помочь снизить потребность в емкости аккумулятора. Потребность в батареях можно еще больше снизить, а их использование еще больше улучшить, если электрические дорожные системы будут совместимы не только с грузовиками, но и с электромобилями. Однако такие подходы потребуют индуктивных или дорожных разработок, которые сопряжены с большими препятствиями с точки зрения разработки технологий и проектирования и являются более капиталоемкими. В то же время системы электрических дорог создают серьезные проблемы, аналогичные проблемам железнодорожного сектора, включая большую потребность в стандартизации путей и транспортных средств (как показано на примере трамваев и троллейбусов), трансграничной совместимости для дальних поездок и соответствующей инфраструктуры. модели собственности. Они обеспечивают меньшую гибкость для владельцев грузовиков с точки зрения маршрутов и типов транспортных средств и в целом требуют высоких затрат на разработку, что влияет на их конкурентоспособность по сравнению с обычными зарядными станциями. Учитывая эти проблемы, такие системы наиболее эффективно сначала будут развернуты на интенсивно используемых грузовых коридорах, что повлечет за собой тесную координацию действий различных государственных и частных заинтересованных сторон. В демонстрациях на дорогах общего пользования в Германии и Швеции на сегодняшний день участвуют как частные, так и государственные организации. Призывы к созданию пилотных систем электрических дорог также рассматриваются в Китае, Индии, Великобритании и США.

Необходимость зарядки для большегрузных автомобилей

Анализ Международного совета по чистому транспорту (ICCT) показывает, что замена аккумуляторов на электрические двухколесные транспортные средства в службах такси (например, велотакси) обеспечивает наиболее конкурентоспособную совокупную стоимость владения по сравнению с двухколесными электромобилями BEV или ICE с точечной зарядкой. В случае доставки последней мили с помощью двухколесного транспортного средства точечная зарядка в настоящее время имеет преимущество в совокупной стоимости владения по сравнению с заменой аккумуляторов, но при наличии правильных политических стимулов и масштабов замена может стать жизнеспособным вариантом при определенных условиях. В целом, по мере увеличения среднесуточного пробега аккумуляторный электрический двухколесный транспорт с заменой аккумулятора становится более экономичным, чем автомобили с точечной зарядкой или бензиновые автомобили. В 2021 году был основан Консорциум сменных аккумуляторов для мотоциклов с целью облегчить замену аккумуляторов в легких транспортных средствах, в том числе двух- и трехколесных транспортных средствах, путем совместной работы над общими спецификациями аккумуляторов.

Замена аккумуляторов электрических двух/трехколесных транспортных средств особенно набирает обороты в Индии. В настоящее время на индийском рынке присутствует более десяти различных компаний, в том числе Gogoro, китайский лидер по производству электрических скутеров и технологии замены аккумуляторов из Тайбэя. Gogoro утверждает, что ее аккумуляторы питают 90% электросамокатов в китайском Тайбэе, а сеть Gogoro насчитывает более 12 000 станций замены аккумуляторов, которые обслуживают более 500 000 электрических двухколесных транспортных средств в девяти странах, в основном в Азиатско-Тихоокеанском регионе. партнерство с индийской компанией Zypp Electric, которая управляет платформой «EV как услуга» для поставок «последней мили»; Вместе они развертывают 6 станций замены аккумуляторов и 100 электрических двухколесных транспортных средств в рамках пилотного проекта по доставке грузов на последней миле между предприятиями в городе Дели. В начале 2023 года они собрали средства, которые будут использовать для расширения своего парка до 200 000 электрических двухколесных транспортных средств в 30 индийских городах к 2025 году. Sun Mobility имеет давнюю историю замены аккумуляторов в Индии: по всей стране имеется большое количество станций замены. для электрических двух- и трехколесных транспортных средств, включая электронные рикши, с такими партнерами, как Amazon India. В Таиланде также появляются услуги по замене аккумуляторов для водителей мототакси и курьеров.

Хотя замена аккумуляторов на электрические двухколесные транспортные средства наиболее распространена в Азии, она также распространяется и в Африке. Например, руандийский стартап по производству электрических мотоциклов управляет станциями замены аккумуляторов, уделяя особое внимание обслуживанию мототакси, требующих больших ежедневных пробегов. Компания Ampersand построила десять станций замены аккумуляторов в Кигали и три в Найроби, Кения. Эти станции выполняют около 37 000 замен батарей в месяц.

Замена аккумулятора на двух/трехколесных транспортных средствах обеспечивает экономию

В частности, для грузовиков замена аккумулятора может иметь серьезные преимущества перед сверхбыстрой зарядкой. Во-первых, замена может занять совсем немного времени, чего было бы сложно и дорого добиться с помощью зарядки по кабелю, требуя сверхбыстрого зарядного устройства, подключенного к сетям среднего и высокого напряжения, а также дорогих систем управления батареями и химических характеристик батарей. Отказ от сверхбыстрой зарядки также может увеличить емкость аккумулятора, его производительность и срок службы.

Аккумулятор как услуга (BaaS), разделяющая покупку грузовика и аккумулятора и заключающая договор аренды аккумулятора, существенно снижает первоначальные затраты на покупку. Кроме того, поскольку грузовики, как правило, используют литий-железо-фосфатные батареи (LFP), которые более долговечны, чем литий-никель-марганцево-кобальтовые батареи (NMC), они хорошо подходят для замены с точки зрения безопасности и доступности.

Однако стоимость строительства станции при замене аккумуляторов грузовиков, вероятно, будет выше, учитывая больший размер транспортного средства и более тяжелые аккумуляторы, которые требуют больше места и специального оборудования для замены. Еще одним серьезным препятствием является требование стандартизации аккумуляторов в соответствии с заданным размером и емкостью, что производители грузовых автомобилей, вероятно, воспримут как вызов конкурентоспособности, поскольку конструкция и емкость аккумуляторов являются ключевым отличием среди производителей электрогрузовиков.

Китай находится в авангарде замены аккумуляторов для грузовиков благодаря значительной политической поддержке и использованию технологий, разработанных в дополнение к кабельной зарядке. В 2021 году МИИТ Китая объявил, что в ряде городов будет реализована технология замены аккумуляторов, в том числе замена аккумуляторов HDV в трех городах. Почти все крупные китайские производители тяжелых грузовиков, включая FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile и SAIC.

Китай находится в авангарде замены аккумуляторов для грузовиков

Китай также является лидером по замене аккумуляторов для легковых автомобилей. По всем видам транспорта общее количество станций замены аккумуляторов в Китае на конец 2022 года составило почти на конец 2022 года, что на 50% выше, чем на конец 2021 года. NIO, которая производит автомобили с возможностью замены аккумуляторов и вспомогательные станции замены аккумуляторов, эксплуатирует более в Китае, сообщив, что сеть покрывает более двух третей материкового Китая. Половина станций замены аккумуляторов была установлена ​​в 2022 году, и компания поставила перед собой цель создать 4000 станций замены аккумуляторов по всему миру к 2025 году. 20-80 кВт.

NIO также объявила о планах построить станции замены аккумуляторов в Европе, поскольку их модели автомобилей с возможностью замены аккумуляторов станут доступны на европейских рынках ближе к концу 2022 года. Первая станция замены аккумуляторов NIO в Швеции была открыта, и к концу 2022 года десять NIO Станции замены аккумуляторов были открыты в Норвегии, Германии, Швеции и Нидерландах. В отличие от NIO, чьи станции замены аккумуляторов обслуживают автомобили NIO, станции китайского оператора станций замены аккумуляторов Aulton обслуживают 30 моделей от 16 различных автомобильных компаний.

Замена аккумулятора также может быть особенно привлекательным вариантом для таксопарков LDV, работа которых более чувствительна к времени подзарядки, чем личные автомобили. Американский стартап Ample в настоящее время управляет 12 станциями замены аккумуляторов в районе залива Сан-Франциско, в основном обслуживая автомобили Uber.

Китай также является лидером по замене аккумуляторов для легковых автомобилей.

Ссылки

Медленные зарядные устройства имеют номинальную мощность не более 22 кВт. Быстрые зарядные устройства – это зарядные устройства с номинальной мощностью от 22 кВт до 350 кВт. «Точки зарядки» и «зарядные устройства» используются как взаимозаменяемые и относятся к отдельным зарядным розеткам, отражая количество электромобилей, которые могут заряжаться одновременно. «Зарядные станции» могут иметь несколько точек зарядки.

Ранее предложенный AFIR был директивой, после его официального одобрения он станет обязательным законодательным актом, устанавливающим, среди прочего, максимальное расстояние между зарядными устройствами, установленными вдоль TEN-T, главных и второстепенных дорог в Европейском Союзе.

Индуктивные решения еще далеки от коммерциализации и сталкиваются с проблемами обеспечения достаточной мощности на скоростях шоссе.