Тенденції в зарядній інфраструктурі

Хоча більшість попиту на заряджання зараз задовольняється за рахунок домашньої зарядки, все більше потрібні загальнодоступні зарядні пристрої, щоб забезпечити такий же рівень зручності та доступності, як і для заправки звичайних транспортних засобів. Зокрема, у густонаселених міських районах, де доступ до домашньої зарядки є більш обмеженим, громадська зарядна інфраструктура є ключовим фактором впровадження електромобілів. Наприкінці 2022 року в усьому світі налічувалося 2,7 мільйона громадських зарядних станцій, понад 900 000 з яких було встановлено у 2022 році, що приблизно на 55% більше, ніж у 2021 році, і порівнянно з темпами зростання на 50% до пандемії між 2015 і 2015 роками. 2019 рік.

Повільні зарядні пристрої

У всьому світі понад 600 000 громадських точок повільної зарядки1були встановлені в 2022 році, 360 000 з яких були в Китаї, завдяки чому запас повільних зарядних пристроїв у країні перевищив 1 мільйон. На кінець 2022 року в Китаї знаходилося більше половини світового запасу громадських повільних зарядних пристроїв.

Європа займає друге місце з 460 000 повільних зарядних пристроїв у 2022 році, що на 50% більше, ніж у попередньому році. Нідерланди лідирують у Європі зі 117 000, за ними йдуть приблизно 74 000 у Франції та 64 000 у Німеччині. Запаси повільних зарядних пристроїв у Сполучених Штатах зросли на 9% у 2022 році, що є найнижчим темпом зростання серед основних ринків. У Кореї кількість зарядних пристроїв для повільної зарядки подвоїлася порівняно з минулим роком і досягла 184 000 зарядних точок.

Швидкі зарядні пристрої

Загальнодоступні швидкісні зарядні пристрої, особливо ті, що розташовані вздовж автомагістралей, дозволяють здійснювати триваліші подорожі та можуть усунути хвилювання щодо запасу ходу, що є перешкодою для впровадження електромобілів. Подібно до повільних зарядних пристроїв, державні швидкі зарядні пристрої також пропонують рішення для заряджання споживачам, які не мають надійного доступу до приватної зарядки, тим самим заохочуючи впровадження електромобілів серед широких верств населення. У 2022 році кількість швидких зарядних пристроїв у всьому світі зросла на 330 000, хоча знову ж таки більшість (майже 90%) зростання припадає на Китай. Розгортання швидкої зарядки компенсує відсутність доступу до домашніх зарядних пристроїв у густонаселених містах і підтримує цілі Китаю щодо швидкого розгортання електромобілів. У Китаї нараховується 760 000 швидких зарядних пристроїв, але більше, ніж із загальної кількості державних швидких зарядних пристроїв, розташовано лише в десяти провінціях.

Станом на кінець 2022 року в Європі загальний запас швидкісних зарядних пристроїв перевищив 70 000, що на 55% більше, ніж у 2021 році. Країни з найбільшими запасами швидкісних зарядних пристроїв – Німеччина (понад 12 000), Франція (9 700) і Норвегія (9 000). У Європейському Союзі є чіткі амбіції щодо подальшого розвитку громадської зарядної інфраструктури, про що свідчить попередня угода щодо запропонованого Регламенту інфраструктури альтернативних видів палива (AFIR), який встановлює вимоги до покриття електричних зарядок у транс’європейській транспортній мережі (TEN). -T) між Європейським інвестиційним банком і Європейською комісією до кінця 2023 року буде виділено понад 1,5 мільярда євро на інфраструктуру альтернативних видів палива, включно з електричними швидкими зарядками.

У Сполучених Штатах у 2022 році було встановлено 6300 швидких зарядних пристроїв, приблизно три чверті з яких були Tesla Supercharger. Загальний запас швидких зарядних пристроїв досяг 28 000 на кінець 2022 року. Очікується, що розгортання прискориться в найближчі роки після схвалення урядом (NEVI). Усі штати США, Вашингтон і Пуерто-Ріко беруть участь у програмі, і їм уже виділено 885 мільйонів доларів США на 2023 рік для підтримки будівництва зарядних пристроїв на 122 000 км автомагістралей. Федеральне управління автомобільних доріг США оголосило про нові національні стандарти для зарядних пристроїв для електромобілів, що фінансуються з федерального бюджету, щоб забезпечити послідовність, надійність, доступність і сумісність. Нових стандартів Tesla оголосила, що відкриє частину своєї мережі Supercharger у США (де Superchargers становить 60% від загальної кількості швидких зарядних пристроїв у Сполучених Штатах) і мережу Destination Charger для електромобілів інших виробників.

Громадські зарядні пункти стають все більш необхідними, щоб забезпечити ширше використання електромобілів

Розгортання громадської зарядної інфраструктури в очікуванні зростання продажів електромобілів має вирішальне значення для широкого впровадження електромобілів. У Норвегії, наприклад, у 2011 році на громадську зарядну точку припадало близько 1,3 акумуляторних електричних LDV, що підтверджує подальше впровадження. На кінець 2022 року, коли понад 17% LDV були BEV, у Норвегії було 25 BEV на громадську зарядну точку. Загалом, із збільшенням частки запасів електричних LDV акумуляторів, коефіцієнт точки зарядки на BEV зменшується. Зростання продажів електромобілів можна підтримувати, лише якщо попит на зарядку буде задоволено доступною та доступною інфраструктурою, або через приватні зарядки вдома чи на роботі, або загальнодоступні зарядні станції.

Співвідношення електричних LDV на громадський зарядний пристрій

Співвідношення громадської зарядної точки на батарею/електричний LDV у вибраних країнах до частки акцій LDV електричного акумулятора

Хоча PHEV менше залежать від громадської зарядної інфраструктури, ніж BEV, розробка політики щодо достатньої доступності зарядних точок повинна включати (і заохочувати) громадську зарядку PHEV. Якщо взяти до уваги загальну кількість електричних LDV на зарядну точку, середнє світове значення у 2022 році становило близько десяти електромобілів на зарядний пристрій. Протягом останніх років у таких країнах, як Китай, Корея та Нідерланди, на один зарядний пристрій було менше десяти електромобілів. У країнах, які значною мірою покладаються на громадську зарядку, кількість загальнодоступних зарядних пристроїв зростає зі швидкістю, яка в основному відповідає розгортанню електромобілів.

Однак на деяких ринках, які характеризуються широкою доступністю домашніх зарядних пристроїв (через високу частку односімейних будинків з можливістю встановлення зарядного пристрою), кількість електромобілів на громадську зарядну точку може бути навіть більшою. Наприклад, у Сполучених Штатах співвідношення кількості електромобілів на один зарядний пристрій становить 24, а в Норвегії – понад 30. У міру того як проникнення електромобілів на ринок зростає, громадська зарядка стає все більш важливою, навіть у цих країнах, для підтримки впровадження електромобілів серед водіїв. які не мають доступу до приватних варіантів оплати вдома чи на роботі. Однак оптимальне співвідношення електромобілів на зарядний пристрій буде відрізнятися залежно від місцевих умов і потреб водія.

Можливо, більш важливою, ніж кількість доступних громадських зарядних пристроїв, є загальна потужність громадської зарядки на EV, враховуючи, що швидкі зарядні пристрої можуть обслужити більше EV, ніж повільні зарядні пристрої. На ранніх етапах впровадження електромобілів доцільно, щоб доступна зарядна потужність для кожного електромобіля була високою, припускаючи, що використання зарядних пристроїв буде відносно низьким, доки ринок не дозріє та використання інфраструктури не стане більш ефективним. У відповідності до цього, AFIR Європейського Союзу містить вимоги до загальної потужності, яка має бути забезпечена на основі розміру зареєстрованого флоту.

У всьому світі середня потужність громадської зарядки на електричний LDV становить близько 2,4 кВт на EV. У Європейському Союзі це співвідношення нижче, в середньому близько 1,2 кВт на EV. Корея має найвищий коефіцієнт – 7 кВт на EV, навіть якщо більшість громадських зарядних пристроїв (90%) є повільними.

Кількість електричних LDV на громадську зарядну точку та кВт на електричний LDV, 2022

ВІДЧИНЕНО

Кількість електричних LDV на зарядну точку кВт загальної зарядки на електричний LDV. Нова Зеландія, Ісландія, Австралія, Норвегія, Бразилія, Німеччина, Швеція, Сполучені Штати, Данія, Португалія, Велика Британія, Іспанія, Канада, Індонезія, Фінляндія, Швейцарія, Японія, Таїланд, Європа. СоюзФранціяПольщаМексикаБельгіяСвітІталіяКитайІндіяПівденна АфрикаЧіліГреціяНідерландиКорея08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (нижня вісь)
• кВт / EV (верхня вісь)

У регіонах, де електричні вантажівки стають комерційно доступними, акумуляторні електричні вантажівки можуть конкурувати на основі загальної вартості володіння зі звичайними дизельними вантажівками за зростаючий діапазон операцій, не лише в міських і регіональних, а й у регіональних і далеких сегментах тягачів і причепів. . Три параметри, які визначають час досягнення, - це плата за проїзд; паливо та експлуатаційні витрати (наприклад, різниця між цінами на дизельне пальне та електроенергію, з якими стикаються оператори вантажівок, і зниження витрат на технічне обслуговування); і субсидії CAPEX для зменшення розриву в початковій ціні покупки автомобіля. Оскільки електричні вантажівки можуть забезпечувати ті самі операції з меншими витратами протягом усього терміну експлуатації (включно з використанням пільгової ставки), те, на який власник транспортного засобу очікує відшкодування попередніх витрат, є ключовим фактором при виборі електричної чи звичайної вантажівки.

Економічні показники використання електричних вантажівок на далекі відстані можна значно покращити, якщо можна зменшити витрати на зарядку шляхом максимізації повільної зарядки «поза змінами» (наприклад, у нічний час або інші тривалі періоди простою), закріпивши контракти на оптову закупівлю з операторами мереж для «проміж зміни» (наприклад, під час перерв), швидка (до 350 кВт) або надшвидка (>350 кВт) зарядка та розумне дослідження можливості зарядки та підключення транспортного засобу до мережі для додаткового прибутку.

Електричні вантажівки та автобуси будуть покладатися на позазмінну зарядку для отримання більшої частини енергії. Це в основному буде досягнуто на приватних або напівприватних зарядних станціях або на громадських станціях на автомагістралях, і часто протягом ночі. Буде потрібно розробити депо для обслуговування зростаючого попиту на електрифікацію у важких умовах, і в багатьох випадках це може вимагати модернізації розподільної та транспортної мережі. Залежно від вимог до діапазону транспортних засобів, зарядки в депо буде достатньо для покриття більшості операцій у міських автобусах, а також міських і регіональних операцій вантажівок.

Правила, які передбачають періоди відпочинку, також можуть передбачити часове вікно для заряджання в середині зміни, якщо в дорозі доступні варіанти швидкого або надшвидкого заряджання: Європейський Союз вимагає 45 хвилин перерви після кожні 4,5 години водіння; Сполучені Штати наказують 30 хвилин після 8 годин.

Більшість комерційно доступних станцій швидкої зарядки постійного струму (DC) наразі забезпечують рівень потужності в діапазоні від 250 до 350 кВт. досягнута Європейською Радою та Парламентом, передбачає поступовий процес розгортання інфраструктури для електричних великовантажних транспортних засобів, починаючи з 2025 року. Нещодавні дослідження вимог до електроенергії для регіональних і дальніх перевезень вантажівок у США та Європі показують, що зарядна потужність перевищує 350 кВт , і досягає 1 МВт, може знадобитися для повної зарядки електричних вантажівок під час 30-45-хвилинної перерви.

Визнаючи необхідність розширення швидкої або надшвидкої зарядки як передумови для того, щоб зробити як регіональні, так і, зокрема, міжміські перевезення технічно та економічно життєздатними, у 2022 році Traton, Volvo та Daimler заснували незалежне спільне підприємство з 500 євро мільйонів у вигляді колективних інвестицій від трьох важких виробничих груп, ініціатива спрямована на розгортання понад 1700 швидких (від 300 до 350 кВт) і надшвидкісні (1 МВт) пункти зарядки по всій Європі.

Наразі використовуються кілька стандартів заряджання, а технічні характеристики надшвидкої зарядки знаходяться на стадії розробки. Щоб уникнути витрат, неефективності та проблем для імпортерів транспортних засобів і міжнародних операторів, які створюватимуться виробниками різними шляхами, потрібно буде забезпечити максимально можливу конвергенцію стандартів зарядки та сумісності для важких електромобілів.

У Китаї співрозробники China Electricity Council і CHAdeMO «ultra ChaoJi» розробляють стандарт зарядки для важких електромобілів потужністю до кількох мегават. У Європі та Сполучених Штатах специфікації мегаватної зарядної системи CharIN (MCS) з потенційною максимальною потужністю. розробляються Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO) та іншими організаціями. Остаточні специфікації MCS, які знадобляться для комерційного впровадження, очікуються в 2024 році. Після першого місця зарядки мегават, запропонованого Daimler Trucks і Portland General Electric (PGE) у 2021 році, а також інвестицій і проектів в Австрії, Швеції , Іспанії та Великобританії.

Комерціалізація зарядних пристроїв з номінальною потужністю 1 МВт вимагатиме значних інвестицій, оскільки станції з такою високою потужністю потребуватимуть значних витрат як на встановлення, так і на модернізацію мережі. Перегляд бізнес-моделей державних електричних комунальних підприємств і нормативних актів енергетичного сектору, координація планування між зацікавленими сторонами та інтелектуальна зарядка – усе це може допомогти. Пряма підтримка через пілотні проекти та фінансові стимули також можуть прискорити демонстрацію та впровадження на ранніх стадіях. Недавнє дослідження окреслює деякі ключові міркування щодо розробки зарядних станцій з рейтингом MCS:

• Планування зарядних станцій на автобазах поблизу ліній електропередач і підстанцій може бути оптимальним рішенням для мінімізації витрат і збільшення використання зарядних пристроїв.
• З’єднання «правильного розміру» з прямими з’єднаннями з лініями електропередачі на ранній стадії, таким чином передбачаючи енергетичні потреби системи, в якій велика частка вантажних перевезень була електрифікована, а не модернізація розподільних мереж на тимчасовій і короткостроковій перспективі основі, буде критично важливим для зниження витрат. Це вимагатиме структурованого та скоординованого планування між операторами мереж і розробниками зарядної інфраструктури в різних секторах.
• Оскільки з’єднання між системами передачі та модернізація мережі може тривати 4-8 років, необхідно якнайшвидше розпочати розміщення та будівництво високопріоритетних зарядних станцій.

Рішення включають встановлення стаціонарного сховища та інтеграцію місцевої відновлюваної потужності в поєднанні з інтелектуальним заряджанням, що може допомогти зменшити як витрати на інфраструктуру, пов’язані з підключенням до мережі, так і витрати на закупівлю електроенергії (наприклад, дозволяючи операторам вантажівок мінімізувати витрати шляхом арбітражного зміни цін протягом дня, користуючись перевагами можливостей транспортного засобу до мережі тощо).

Інші варіанти живлення електричних транспортних засобів великої вантажопідйомності (HDV) – це заміна акумуляторів і електричні дорожні системи. Електричні дорожні системи можуть передавати електроенергію до вантажівки через індуктивні котушки на дорозі, або через провідні з’єднання між транспортним засобом і дорогою, або через контактні (повітряні) лінії. Контактна мережа та інші варіанти динамічного заряджання можуть обіцяти скоротити витрати на університетському рівні системи під час переходу на регіональні та далекі вантажівки з нульовим рівнем викидів, завершуючись сприятливо з точки зору загальних капітальних та експлуатаційних витрат. Вони також можуть допомогти зменшити потребу в ємності акумулятора. Потреба в акумуляторі може бути ще зменшена, а використання ще більше покращено, якщо електричні дорожні системи розроблені таким чином, щоб бути сумісними не лише з вантажівками, але й з електромобілями. Однак такі підходи вимагатимуть індукційних або дорожніх проектів, які супроводжуються більшими перешкодами з точки зору розвитку технологій і дизайну, і є більш капіталомісткими. У той же час системи електричних доріг створюють значні проблеми, подібні до залізничного сектору, включаючи більшу потребу в стандартизації доріг і транспортних засобів (як показано на прикладі трамваїв і тролейбусів), сумісності між кордонами для далеких поїздок і відповідної інфраструктури. моделі власності. Вони забезпечують меншу гнучкість для власників вантажівок щодо маршрутів і типів транспортних засобів, а також мають високі загальні витрати на розробку, що впливає на їх конкурентоспроможність порівняно зі звичайними зарядними станціями. Враховуючи ці проблеми, такі системи було б найефективніше розгортати спочатку на інтенсивно використовуваних вантажних коридорах, що передбачало б тісну координацію між різними державними та приватними зацікавленими сторонами. Демонстрації на дорогах загального користування на сьогоднішній день у Німеччині та Швеції покладалися на активістів як приватних, так і державних організацій. Заклики до пілотних систем електричних доріг також розглядаються в Китаї, Індії, Великобританії та Сполучених Штатах.

Потреби в зарядці для великовантажних автомобілів

Аналіз Міжнародної ради з екологічно чистого транспорту (ICCT) свідчить про те, що заміна батареї для електричних двоколісних автомобілів у службах таксі (наприклад, велосипедних таксі) пропонує найбільш конкурентоспроможну TCO порівняно з точковою зарядкою для двоколісних автомобілів BEV або ICE. У випадку доставки на «останній милі» двоколісним транспортним засобом точкова зарядка наразі має перевагу в загальній вартості володіння перед заміною батареї, але за наявності правильних політичних стимулів і масштабу заміна може стати життєздатним варіантом за певних умов. Загалом, із збільшенням середньодобової відстані, електричний двоколісний автомобіль із заміною батареї стає економнішим, ніж точкова зарядка або бензинові автомобілі. У 2021 році був заснований консорціум Swappable Batteries Motorcycle Consortium з метою сприяння заміні акумуляторів легких транспортних засобів, у тому числі дво-/триколісних, шляхом спільної роботи над загальними специфікаціями акумуляторів.

Заміна акумуляторів електричних дво-/триколісних транспортних засобів особливо набирає обертів в Індії. На даний момент на індійському ринку представлено більше десяти різних компаній, у тому числі Gogoro, лідер у сфері виробництва електричних самокатів і заміни акумуляторів у китайському Тайбеї. Gogoro стверджує, що його батареї живлять 90% електричних скутерів у Китайському Тайбеї, а мережа Gogoro налічує понад 12 000 станцій заміни акумуляторів для підтримки понад 500 000 електричних двоколісних транспортних засобів у дев’яти країнах, переважно в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні. Зараз Gogoro сформовано партнерство з індійською компанією Zypp Electric, яка керує платформою EV-as-a-service для доставка на останню милю; разом вони встановлюють 6 станцій заміни акумуляторів і 100 електричних двоколісних транспортних засобів у рамках пілотного проекту з доставки «останньої милі» між компаніями в місті Делі. На початку 2023 року вони зібрали , який вони використають для розширення свого автопарку до 200 000 електричних двоколісних автомобілів у 30 містах Індії до 2025 року. Sun Mobility має більш тривалу історію заміни батарей в Індії, з більш ніж станціями заміни по всій країні. для електричних дво- та триколісних транспортних засобів, включаючи електрорикші, з такими партнерами, як Amazon India. Таїланд також бачить послуги із заміни акумуляторів для водіїв мотоциклів-таксі та кур’єрів.

Хоча заміна акумуляторів на електричні двоколісні автомобілі найбільш поширена в Азії, також поширюється в Африці. Наприклад, у руандійському стартапі з електромотоциклів працюють станції заміни акумуляторів, зосереджені на обслуговуванні мотоциклетних таксі, які потребують великих щоденних пробігів. Ampersand побудував десять станцій заміни акумуляторів у Кігалі та три в Найробі, Кенія. Ці станції виконують близько 37 000 замін батарей на місяць.

Заміна батареї для двох/триколісних транспортних засобів забезпечує економічні переваги

Зокрема, для вантажівок заміна батареї може мати значні переваги перед надшвидкою зарядкою. По-перше, заміна може зайняти зовсім небагато, чого було б важко і дорого досягти за допомогою заряджання через кабель, вимагаючи надшвидкого зарядного пристрою, підключеного до мереж середньої та високої напруги, і дорогих систем керування батареями та хімічних компонентів батареї. Уникнення надшвидкої зарядки також може збільшити ємність акумулятора, продуктивність і термін служби.

Акумулятор як послуга (BaaS), що розділяє купівлю вантажівки та акумулятора та укладає договір оренди акумулятора, суттєво знижує початкову вартість придбання. Крім того, оскільки вантажівки, як правило, залежать від літій-залізо-фосфатних (LFP) акумуляторів, які є більш довговічними, ніж літій-нікель-марганцево-кобальт-оксидні (NMC) акумулятори, вони добре підходять для заміни з точки зору безпеки та доступності.

Однак вартість будівництва станції, ймовірно, буде вищою для заміни акумуляторів вантажівок, враховуючи більший розмір транспортного засобу та важчі акумулятори, які вимагають більше місця та спеціалізованого обладнання для заміни. Іншою основною перешкодою є вимога стандартизації акумуляторів відповідно до заданого розміру та ємності, що OEM-виробники вантажівок, швидше за все, сприймуть як виклик конкурентоспроможності, оскільки конструкція та ємність акумуляторів є ключовими відмінностями серед виробників електричних вантажівок.

Китай займає лідируючі позиції щодо заміни акумуляторів для вантажівок завдяки значній підтримці політики та використанню технологій, розроблених для доповнення зарядки кабелю. У 2021 році китайський MIIT оголосив, що в кількох містах пілотують технологію заміни батарей, у тому числі заміну батарей HDV у трьох містах. Майже всі основні китайські виробники важких вантажівок, включаючи FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile і SAIC.

Китай є лідером із заміни акумуляторів для вантажівок

Китай також є лідером із заміни акумуляторів для легкових автомобілів. У всіх режимах загальна кількість станцій заміни акумуляторів у Китаї становила майже станом на кінець 2022 року, що на 50% вище, ніж наприкінці 2021 року. NIO, яка виробляє автомобілі з підтримкою заміни акумуляторів, і допоміжні станції заміни працюють більше ніж у Китаї, повідомляючи, що мережа охоплює понад дві третини материкового Китаю. Половину їхніх станцій заміни було встановлено у 2022 році, і компанія поставила перед собою мету створити 4 000 станцій заміни батарей у всьому світі до 2025 року. Компанія, їхні станції заміни можуть виконувати понад 300 замін на день, одночасно заряджаючи до 13 акумуляторів потужністю 20-80 кВт.

NIO також оголосила про плани побудувати станції заміни акумуляторів у Європі, оскільки їхні моделі автомобілів із підтримкою заміни акумуляторів стали доступними на європейських ринках наприкінці 2022 року. Перша станція заміни акумуляторів NIO у Швеції була відкрита в 2022 році, а до кінця 2022 року десять NIO пункти заміни батарей були відкриті в Норвегії, Німеччині, Швеції та Нідерландах. На відміну від NIO, чиї станції заміни обслуговують автомобілі NIO, станції китайського оператора станції заміни акумуляторів Aulton підтримують 30 моделей від 16 різних автовиробників.

Заміна акумуляторів також може бути особливо привабливим варіантом для парків таксі LDV, чиї операції більш чутливі до часу підзарядки, ніж особисті автомобілі. Американський стартап Ample наразі керує 12 станціями заміни акумуляторів у районі затоки Сан-Франциско, в основному обслуговуючи транспортні засоби Uber.

Китай також є лідером із заміни акумуляторів для легкових автомобілів

Список літератури

Повільні зарядні пристрої мають потужність менше або дорівнює 22 кВт. Швидкі зарядні пристрої потужністю від 22 кВт до 350 кВт. «Точки зарядки» та «зарядні пристрої» використовуються як взаємозамінні та стосуються окремих зарядних розеток, що відображає кількість електромобілів, які можуть заряджатися одночасно. «Зарядні станції» можуть мати кілька точок зарядки.

Пропонований AFIR, який раніше був директивою, після офіційного схвалення стане обов’язковим законодавчим актом, передбачаючи, серед іншого, максимальну відстань між зарядними пристроями, встановленими вздовж TEN-T, головних і другорядних доріг у межах Європейського Союзу.

Індуктивні рішення далекі від комерціалізації та стикаються з проблемами забезпечення достатньої потужності на швидкості шосе.