Trender inom laddinfrastruktur

Medan det mesta av laddningsbehovet för närvarande tillgodoses av hemladdning, behövs det i allt högre grad allmänt tillgängliga laddare för att ge samma bekvämlighet och tillgänglighet som för att tanka konventionella fordon. Särskilt i täta stadsområden, där tillgången till hemladdning är mer begränsad, är offentlig laddningsinfrastruktur en nyckelfaktor för införande av elbilar. I slutet av 2022 fanns det 2,7 miljoner offentliga laddstationer världen över, varav mer än 900 000 installerades 2022, en ökning med cirka 55 % jämfört med 2021 års lager, och jämförbar med den pre-pandemiska tillväxttakten på 50 % mellan 2015 och 2019.

Långsamma laddare

Globalt finns mer än 600 000 offentliga långsamma laddningsställen1installerades 2022, varav 360 000 var i Kina, vilket gör att lagret av långsamma laddare i landet uppgår till mer än 1 miljon. I slutet av 2022 var Kina hem för mer än hälften av det globala lagret av offentliga långsamma laddare.

Europa ligger på andra plats, med totalt 460 000 långsamma laddare 2022, en ökning med 50 % från föregående år. Nederländerna leder i Europa med 117 000, följt av cirka 74 000 i Frankrike och 64 000 i Tyskland. Lagret av långsamma laddare i USA ökade med 9 % 2022, den lägsta tillväxttakten bland större marknader. I Korea har lagret för långsam laddning fördubblats från år till år och nådde 184 000 laddningspunkter.

Snabbladdare

Allmänt tillgängliga snabbladdare, särskilt de som är placerade längs motorvägar, möjliggör längre resor och kan hantera räckviddsångest, ett hinder för att använda elbilar. Precis som långsamma laddare tillhandahåller offentliga snabbladdare även laddningslösningar till konsumenter som inte har tillförlitlig tillgång till privat laddning, och uppmuntrar därmed användning av elbilar över bredare delar av befolkningen. Antalet snabbladdare ökade med 330 000 globalt 2022, även om majoriteten (nästan 90 %) av tillväxten kom från Kina. Utplaceringen av snabbladdning kompenserar för bristen på tillgång till hemladdare i tätbefolkade städer och stödjer Kinas mål för snabb utbyggnad av elbilar. Kina står för totalt 760 000 snabbladdare, men mer än av den totala offentliga snabbladdningshögen finns i bara tio provinser.

I Europa uppgick det totala lagret av snabbladdare till över 70 000 i slutet av 2022, en ökning med cirka 55 % jämfört med 2021. Länderna med det största lagret av snabbladdare är Tyskland (över 12 000), Frankrike (9 700) och Norge (9 000). Det finns en tydlig ambition i hela Europeiska unionen att vidareutveckla den offentliga laddinfrastrukturen, vilket framgår av en provisorisk överenskommelse om den föreslagna förordningen om infrastruktur för alternativa bränslen (AFIR), som kommer att fastställa täckningskrav för elektrisk laddning i det transeuropeiska transportnätet (TEN). -T) mellan Europeiska investeringsbanken och Europeiska kommissionen kommer att göra över 1,5 miljarder euro tillgängliga i slutet av 2023 för infrastruktur för alternativa bränslen, inklusive elektrisk snabbladdning.

USA installerade 6 300 snabbladdare 2022, varav cirka tre fjärdedelar var Tesla Superchargers. Det totala lagret av snabbladdare nådde 28 000 i slutet av 2022. Utbyggnaden förväntas accelerera under de kommande åren efter regeringens godkännande av (NEVI). Alla amerikanska stater, Washington DC och Puerto Rico deltar i programmet och har redan tilldelats 885 miljoner USD i finansiering för 2023 för att stödja utbyggnaden av laddare över 122 000 km motorväg. US Federal Highway Administration har tillkännagett nya nationella standarder för federalt finansierade elbilsladdare för att säkerställa konsekvens, tillförlitlighet, tillgänglighet och kompatibilitet. av de nya standarderna har Tesla meddelat att de kommer att öppna en del av sin amerikanska Supercharger (där Superchargers representerar 60 % av det totala lagret av snabbladdare i USA) och Destination Charger-nätverket för icke-Tesla EVs.

Offentliga laddningspunkter blir alltmer nödvändiga för att möjliggöra ett bredare EV-uttag

Utbyggnaden av offentlig laddningsinfrastruktur i väntan på tillväxten i försäljningen av elbilar är avgörande för en utbredd användning av elbilar. I Norge fanns det till exempel cirka 1,3 batteridrivna elektriska LDV per offentlig laddningspunkt 2011, vilket stödde ytterligare införande. I slutet av 2022, med över 17 % av LDVs som BEV, fanns det 25 BEV per offentlig laddningspunkt i Norge. Generellt sett minskar laddningspunkten per BEV-förhållande när lagerandelen av batterielektriska LDVs ökar. Tillväxten i försäljningen av elbilar kan bara upprätthållas om efterfrågan på laddning tillgodoses av tillgänglig och prisvärd infrastruktur, antingen genom privat laddning i hemmen eller på jobbet, eller allmänt tillgängliga laddstationer.

Förhållandet mellan elektriska LDV per offentlig laddare

Offentlig laddningspunkt per batteri-elektrisk LDV-kvot i utvalda länder mot batterielektrisk LDV-aktie

Även om PHEV-bilar är mindre beroende av offentlig laddningsinfrastruktur än BEV-bilar, bör beslutsfattande som rör tillräcklig tillgång på laddpunkter innefatta (och uppmuntra) offentlig PHEV-laddning. Om det totala antalet elektriska LDVs per laddpunkt beaktas, var det globala genomsnittet 2022 cirka tio elbilar per laddare. Länder som Kina, Korea och Nederländerna har haft färre än tio elbilar per laddare under de senaste åren. I länder som är starkt beroende av offentlig laddning har antalet allmänt tillgängliga laddare ökat med en hastighet som till stor del matchar EV-utbyggnaden.

På vissa marknader som kännetecknas av utbredd tillgång till hemladdning (på grund av en hög andel småhus med möjlighet att installera en laddare) kan dock antalet elbilar per offentlig laddningspunkt vara ännu högre. I USA är till exempel förhållandet mellan elbilar per laddare 24, och i Norge är det mer än 30. När marknadspenetrationen för elbilar ökar, blir offentlig laddning allt viktigare, även i dessa länder, för att stödja införandet av elbilar bland förare som inte har tillgång till laddningsmöjligheter för privat bostad eller arbetsplats. Det optimala förhållandet mellan elbilar per laddare kommer dock att skilja sig beroende på lokala förhållanden och förarens behov.

Kanske viktigare än antalet tillgängliga offentliga laddare är den totala offentliga laddningskapaciteten per elbil, med tanke på att snabbladdare kan tjäna fler elbilar än långsamma laddare. Under de tidiga stadierna av införandet av elbilar är det rimligt att tillgänglig laddningseffekt per elbil är hög, förutsatt att laddarutnyttjandet kommer att vara relativt lågt tills marknaden mognar och utnyttjandet av infrastrukturen blir mer effektivt. I linje med detta innehåller Europeiska unionens om AFIR krav på den totala kraftkapaciteten som ska tillhandahållas baserat på storleken på den registrerade flottan.

Globalt sett är den genomsnittliga offentliga laddningskapaciteten per elektrisk LDV cirka 2,4 kW per EV. I Europeiska unionen är förhållandet lägre, med ett genomsnitt på cirka 1,2 kW per EV. Korea har det högsta förhållandet på 7 kW per EV, även med de flesta offentliga laddare (90 %) som är långsamma laddare.

Antal elektriska LDV per offentlig laddpunkt och kW per elektrisk LDV, 2022

Öppna

Antal elektriska LDVs per laddningspunktkW offentlig laddning per elektriska LDVs Nya Zealand 404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (nedre axeln)
• kW / EV (översta axeln)

I de regioner där elektriska lastbilar blir kommersiellt tillgängliga kan batterielektriska lastbilar konkurrera på TCO-basis med konventionella dieseltruckar för ett växande utbud av verksamheter, inte bara urbana och regionala, utan även inom traktor-släpvagnsregionen och långdistanssegmenten . Tre parametrar som bestämmer vid vilken tidpunkt är vägtullar; bränsle- och driftskostnader (t.ex. skillnaden mellan diesel- och elpriser som lastbilsoperatörer står inför och minskade underhållskostnader); och CAPEX-subventioner för att minska gapet i inköpspriset för fordon i förväg. Eftersom elektriska lastbilar kan tillhandahålla samma verksamhet med lägre livstidskostnader (inklusive om en rabatterad ränta tillämpas), är fordonsägarnas förväntan att återhämta kostnaderna i förväg en nyckelfaktor för att avgöra om de ska köpa en elektrisk eller konventionell lastbil.

Ekonomin för elektriska lastbilar i långdistansapplikationer kan förbättras avsevärt om laddningskostnaderna kan minskas genom att maximera "off-shift" (t.ex. nattetid eller andra längre perioder av stillestånd) långsam laddning, säkra bulkköpskontrakt med nätoperatörer för "mellanskift" (t.ex. under raster), snabb (upp till 350 kW), eller ultrasnabb (>350 kW) laddning, och utforska smart laddning och möjligheter till extra intäkter från fordon till nätet.

Elektriska lastbilar och bussar kommer att förlita sig på laddning utanför skift för majoriteten av sin energi. Detta kommer till stor del att uppnås vid privata eller halvprivata laddningsdepåer eller vid allmänna stationer på motorvägar, och ofta över natten. Depåer för att betjäna den växande efterfrågan på kraftig elektrifiering kommer att behöva utvecklas och kan i många fall kräva uppgraderingar av distributions- och transmissionsnätet. Beroende på krav på fordonsräckvidd kommer depåavgifter att vara tillräckliga för att täcka de flesta verksamheter inom stadsbuss samt stads- och regional lastbilsverksamhet.

Regler som föreskriver viloperioder kan också ge ett tidsfönster för laddning i mitten av skift om det finns alternativ för snabb eller ultrasnabb laddning på vägen: Europeiska unionen kräver 45 minuters paus efter var 4,5 timmes körning; USA:s mandat 30 minuter efter 8 timmar.

De flesta kommersiellt tillgängliga snabbladdningsstationer för likström (DC) möjliggör för närvarande effektnivåer från 250-350 kW. som uppnåtts av Europeiska rådet och parlamentet inkluderar en gradvis process för utbyggnad av infrastruktur för elektriska tunga fordon med start 2025. Nyligen genomförda studier av effektkraven för regionala och långväga lastbilsverksamheter i USA och Europa visar att laddeffekt högre än 350 kW , och så högt som 1 MW, kan krävas för att ladda elektriska lastbilar helt under en paus på 30 till 45 minuter.

Traton, Volvo och Daimler insåg behovet av att skala upp snabb eller ultrasnabb laddning som en förutsättning för att göra både regionala och i synnerhet långdistansverksamheter tekniskt och ekonomiskt lönsamma, och 2022 etablerade Traton, Volvo och Daimler ett oberoende joint venture med 500 EUR miljoner i kollektiva investeringar från de tre tunga tillverkningsgrupperna, syftar initiativet till att distribuera mer än 1 700 snabba (300 till 350 kW) och ultrasnabba (1 MW) laddningsställen över hela Europa.

Flera laddningsstandarder används för närvarande och tekniska specifikationer för ultrasnabbladdning är under utveckling. Att säkerställa maximal möjlig konvergens av avgiftsstandarder och interoperabilitet för tunga elbilar kommer att behövas för att undvika kostnaden, ineffektiviteten och utmaningarna för fordonsimportörer och internationella operatörer som skulle skapas av tillverkare som följer olika vägar.

I Kina håller medutvecklarna China Electricity Council och CHAdeMOs "ultra ChaoJi" på att utveckla en laddningsstandard för tunga elfordon för upp till flera megawatt. I Europa och USA, specifikationer för CharIN Megawatt Charging System (MCS), med en potentiell maximal effekt på. är under utveckling av International Organization for Standardization (ISO) och andra organisationer. De slutliga MCS-specifikationerna, som kommer att behövas för kommersiell utrullning, förväntas vara 2024. Efter den första megawatt-laddningsplatsen som erbjuds av Daimler Trucks och Portland General Electric (PGE) 2021, samt investeringar och projekt i Österrike, Sverige , Spanien och Storbritannien.

Kommersialisering av laddare med en märkeffekt på 1 MW kommer att kräva betydande investeringar, eftersom stationer med så högt effektbehov kommer att ådra sig betydande kostnader för både installation och nätuppgraderingar. Revidering av affärsmodeller för offentliga elbolag och regleringar för kraftsektorn, samordning av planering mellan intressenter och smart laddning kan alla hjälpa Direktstöd genom pilotprojekt och ekonomiska incitament kan också påskynda demonstration och införande i tidiga skeden. En nyligen genomförd studie beskriver några viktiga designöverväganden för att utveckla MCS-klassade laddstationer:

• Att planera laddstationer vid motorvägsdepåplatser nära transmissionsledningar och transformatorstationer kan vara en optimal lösning för att minimera kostnaderna och öka laddarens utnyttjande.
• "Rätt dimensionerade" förbindelser med direktanslutningar till transmissionsledningar i ett tidigt skede, för att därigenom förutse energibehovet i ett system där stora andelar av godsaktiviteten har elektrifierats, snarare än att uppgradera distributionsnäten på ad hoc och kort sikt grund, kommer att vara avgörande för att minska kostnaderna. Detta kommer att kräva strukturerad och samordnad planering mellan nätoperatörer och utvecklare av avgiftsbelagd infrastruktur över sektorer.
• Eftersom sammankopplingar av transmissionssystem och uppgraderingar av nätet kan ta 4-8 år kommer lokalisering och byggande av högprioriterade laddstationer att behöva påbörjas så snart som möjligt.

Lösningarna inkluderar installation av stationär lagring och integrering av lokal förnybar kapacitet, kombinerat med smart laddning, vilket kan bidra till att minska både infrastrukturkostnader relaterade till nätanslutning och kostnader för elanskaffning (t.ex. genom att göra det möjligt för lastbilsoperatörer att minimera kostnaderna genom att arbitrage prisvariationer under dagen, och dra fördel av detta av fordon-till-nät-möjligheter, etc.).

Andra alternativ för att ge ström till elektriska tunga fordon (HDV) är batteribyte och elektriska vägsystem. Elektriska vägsystem kan överföra ström till en lastbil antingen via induktiva spolar på en väg, eller genom ledande förbindelser mellan fordonet och vägen, eller via kontaktledningar (luftledningar). Kontaktledning och andra dynamiska laddningsalternativ kan vara löftesrika för att minska kostnaderna på universitetsnivå på systemnivå i övergången till nollutsläppslastbilar för regionala och långdistanslastbilar, vilket ger en gynnsam komplettering när det gäller totala kapital- och driftskostnader. De kan också hjälpa till att minska behovet av batterikapacitet. Batteribehovet kan minskas ytterligare och utnyttjandet förbättras ytterligare om elektriska vägsystem utformas för att vara kompatibla inte bara med lastbilar utan även med elbilar. Sådana tillvägagångssätt skulle dock kräva induktiva eller in-road-designer som kommer med större hinder när det gäller teknikutveckling och design, och är mer kapitalintensiva. Samtidigt innebär elektriska vägsystem betydande utmaningar som liknar järnvägssektorn, inklusive ett större behov av standardisering av stigar och fordon (som illustreras med spårvagnar och trådbussar), kompatibilitet över gränserna för långdistansresor och lämplig infrastruktur ägarmodeller. De ger mindre flexibilitet för lastbilsägare när det gäller rutter och fordonstyper och har höga utvecklingskostnader totalt sett, vilket alla påverkar deras konkurrenskraft i förhållande till vanliga laddstationer. Med tanke på dessa utmaningar skulle sådana system mest effektivt sättas ut först på hårt använda godskorridorer, vilket skulle innebära nära samordning mellan olika offentliga och privata intressenter. Demonstrationer på allmänna vägar hittills i Tyskland och Sverige har förlitat sig på mästare från både privata och offentliga enheter. Uppmaningar om elektriska vägsystempiloter övervägs också i Kina, Indien, Storbritannien och USA.

Laddningsbehov för tunga fordon

Analysen av International Council on Clean Transportation (ICCT) tyder på att batteribyte för elektriska tvåhjuliga bilar i taxitjänster (t.ex. cykeltaxi) erbjuder den mest konkurrenskraftiga TCO jämfört med punktladdning BEV eller ICE tvåhjuliga bilar. När det gäller last-mile-leverans via en tvåhjuling har punktladdning för närvarande en TCO-fördel framför batteribyte, men med rätt policyincitament och skala kan byte bli ett gångbart alternativ under vissa förhållanden. I allmänhet, när den genomsnittliga dagliga sträckan ökar, blir den elektriska batteridrivna tvåhjulingen med batteribyte mer ekonomisk än punktladdning eller bensinfordon. 2021 grundades theSwappable Batteries Motorcycle Consortium med syftet att underlätta batteribyte av lätta fordon, inklusive två/trehjuliga fordon, genom att arbeta tillsammans på gemensamma batterispecifikationer.

Batteribyte av elektriska två-/trehjulingar tar fart särskilt i Indien. Det finns för närvarande över tio olika företag på den indiska marknaden, inklusive Gogoro, en kinesisk Taipei-baserad elektrisk skoter och teknikledare för batteribyte. Gogoro hävdar att dess batterier driver 90 % av elektriska skotrar i kinesiska Taipei, och Gogoro-nätverket har mer än 12 000 batteribytesstationer för att stödja över 500 000 elektriska tvåhjulingar i nio länder, mestadels i Asien och Stillahavsområdet. Gogoro har nu bildats ett partnerskap med Indien-baserade Zypp Electric, som driver en EV-as-a-service-plattform för sista mils leveranser; Tillsammans distribuerar de 6 batteribytesstationer och 100 elektriska tvåhjulingar som en del av ett pilotprojekt för leveransverksamhet från företag till företag i staden Delhi. I början av 2023 samlade de in, som de kommer att använda för att utöka sin flotta till 200 000 elektriska tvåhjuliga bilar i 30 indiska städer till 2025. Sun Mobility har en längre historia av batteribyte i Indien, med överväxlingsstationer över hela landet för elektriska två- och trehjuliga fordon, inklusive e-rickshaws, med partners som Amazon India. Thailand ser också batteribytestjänster för motorcykeltaxi- och leveransförare.

Medan det är vanligast i Asien, sprider sig batteribyte mot elektriska tvåhjulingar också till Afrika. Till exempel driver startup för elmotorcykel i Rwanda batteribytesstationer, med fokus på att betjäna motorcykeltaxiverksamhet som kräver långa dagliga räckvidder. Ampersand har byggt tio batteribytesstationer i Kigali och tre i Nairobi, Kenya. Dessa stationer utför nära 37 000 batteribyten i månaden.

Batteribyte för två/trehjulingar ger kostnadsfördelar

För framför allt lastbilar kan batteribyte ha stora fördelar jämfört med ultrasnabb laddning. För det första kan byte ta lika lite, vilket skulle vara svårt och dyrt att uppnå genom kabelbaserad laddning, vilket kräver en ultrasnabb laddare ansluten till medel- till högspänningsnät och dyra batterihanteringssystem och batterikemi. Att undvika ultrasnabb laddning kan också förlänga batterikapacitet, prestanda och livslängd.

Battery-as-a-service (BaaS), genom att separera köpet av lastbilen och batteriet och upprätta ett hyreskontrakt för batteriet, minskar inköpskostnaden avsevärt. Dessutom, eftersom lastbilar tenderar att vara beroende av litiumjärnfosfat (LFP) batterikemi, som är mer hållbara än litium nickel mangan koboltoxid (NMC) batterier, är de väl lämpade för att byta när det gäller säkerhet och prisvärdhet.

Men kostnaden för att bygga en station kommer sannolikt att vara högre för att byta lastbilsbatteri med tanke på den större fordonsstorleken och tyngre batterier, som kräver mer utrymme och specialiserad utrustning för att utföra bytet. En annan stor barriär är kravet på att batterier ska standardiseras till en given storlek och kapacitet, vilket OEM-tillverkare av lastbilar sannolikt kommer att uppfatta som en utmaning för konkurrenskraften eftersom batteridesign och kapacitet är en nyckelfaktor bland eltrucktillverkare.

Kina ligger i framkant när det gäller batteribyte mot lastbilar tack vare betydande policystöd och användning av teknik utformad för att komplettera kabelladdning. 2021 meddelade Kinas MIIT att ett antal städer skulle testa batteribyteteknik, inklusive HDV-batteribyte i tre städer. Nästan alla stora kinesiska tunga lastbilstillverkare, inklusive FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile och SAIC.

Kina ligger i framkant när det gäller batteribyte mot lastbilar

Kina är också ledande inom batteribyte för personbilar. För alla lägen var det totala antalet batteribytesstationer i Kina nästan i slutet av 2022, 50 % högre än i slutet av 2021. NIO, som tillverkar batteribytesaktiverade bilar och de stödjande bytesstationerna, kör mer än i Kina, rapporterar att nätverket täcker mer än två tredjedelar av Kinas fastland. Hälften av deras växlingsstationer installerades 2022, och företaget har satt upp ett mål på 4 000 batteribytesstationer globalt till 2025. Företagets växlingsstationer kan utföra över 300 byten per dag och ladda upp till 13 batterier samtidigt med en effekt på 20-80 kW.

NIO tillkännagav också planer på att bygga batteribytesstationer i Europa eftersom deras batteribytesaktiverade bilmodeller blev tillgängliga på europeiska marknader mot slutet av 2022. Den första NIO batteribytesstationen i Sverige öppnades i och i slutet av 2022, tio NIO batteribytesstationer hade öppnats i Norge, Tyskland, Sverige och Nederländerna. Till skillnad från NIO, vars bytesstationer servar NIO-bilar, stödjer den kinesiska batteribytesstationsoperatören Aultons stationer 30 modeller från 16 olika fordonsföretag.

Batteribyte kan också vara ett särskilt attraktivt alternativ för LDV-taxiflottor, vars verksamhet är mer känslig för laddningstider än personbilar. Amerikanska nystartade Ample driver för närvarande 12 batteribytesstationer i San Francisco Bay-området, främst betjänar Uber samåkningsfordon.

Kina är också ledande inom batteribyte för personbilar

Referenser

Långsamma laddare har en effekt som är mindre än eller lika med 22 kW. Snabbladdare är de med en effekt på mer än 22 kW och upp till 350 kW. "Laddningspunkter" och "laddare" används omväxlande och hänvisar till de individuella laddningsuttagen, vilket återspeglar antalet elbilar som kan laddas samtidigt. ''Laddstationer' kan ha flera laddningspunkter.

Tidigare ett direktiv skulle den föreslagna AFIR, när den väl hade godkänts formellt, bli en bindande rättsakt, som bland annat föreskriver ett maximalt avstånd mellan laddare installerade längs TEN-T, de primära och sekundära vägarna inom Europeiska unionen.

Induktiva lösningar är längre från kommersialisering och står inför utmaningar för att leverera tillräcklig kraft vid motorvägshastigheter.