Тенденции в инфраструктурата за зареждане

Въпреки че по-голямата част от търсенето на зареждане в момента се задоволява чрез зареждане от дома, все по-необходимите са обществено достъпни зарядни устройства, за да се осигури същото ниво на удобство и достъпност, както при зареждането с гориво на конвенционални превозни средства. В гъсто населените градски райони, където достъпът до зареждане от дома е по-ограничен, обществената инфраструктура за зареждане е ключов фактор за приемането на електрическите превозни средства. В края на 2022 г. в световен мащаб е имало 2,7 милиона обществени зарядни станции, като над 900 000 от тях са инсталирани през 2022 г., което е с около 55% повече спрямо 2021 г. и е сравнимо с темпа на растеж от 50% преди пандемията между 2015 и 2019 г.

Бавни зарядни устройства

В световен мащаб има над 600 000 обществени точки за бавно зареждане1бяха инсталирани през 2022 г., 360 000 от които в Китай, с което общият брой на бавните зарядни устройства в страната достигна над 1 милион. В края на 2022 г. Китай беше дом на повече от половината от световния брой на обществените бавни зарядни устройства.

Европа е на второ място с общо 460 000 бавни зарядни станции през 2022 г., което е с 50% повече спрямо предходната година. Нидерландия е водеща в Европа със 117 000, следвана от около 74 000 във Франция и 64 000 в Германия. Наличностите на бавни зарядни станции в Съединените щати се увеличиха с 9% през 2022 г., което е най-ниският темп на растеж сред основните пазари. В Корея наличностите на бавни зарядни станции са се удвоили на годишна база, достигайки 184 000 зарядни точки.

Бързи зарядни устройства

Публично достъпните бързи зарядни устройства, особено тези, разположени по магистралите, позволяват по-дълги пътувания и могат да се справят с безпокойството за пробег, което е пречка за приемането на електрически превозни средства. Подобно на бавните зарядни устройства, обществените бързи зарядни устройства предоставят решения за зареждане и на потребители, които нямат надежден достъп до частно зареждане, като по този начин насърчават приемането на електрически превозни средства сред по-широки слоеве от населението. Броят на бързите зарядни устройства се е увеличил с 330 000 в световен мащаб през 2022 г., въпреки че отново по-голямата част (почти 90%) от растежа идва от Китай. Разгръщането на бързо зареждане компенсира липсата на достъп до домашни зарядни устройства в гъсто населените градове и подкрепя целите на Китай за бързо внедряване на електрически превозни средства. Китай разполага с общо 760 000 бързи зарядни устройства, но повече от общия брой обществени бързи зарядни устройства се намира само в десет провинции.

В Европа общият брой на бързите зарядни устройства е над 70 000 до края на 2022 г., което е увеличение с около 55% в сравнение с 2021 г. Държавите с най-голям брой бързи зарядни устройства са Германия (над 12 000), Франция (9 700) и Норвегия (9 000). В целия Европейски съюз има ясна амбиция за по-нататъшно развитие на инфраструктурата за обществено зареждане, както е посочено от предварителното споразумение относно предложения Регламент за инфраструктурата за алтернативни горива (AFIR), който ще определи изискванията за покритие на електрическите зарядни устройства в трансевропейската транспортна мрежа (TEN-T). Споразумението ще осигури над 1,5 милиарда евро до края на 2023 г. за инфраструктура за алтернативни горива, включително бързо зареждане на електрически устройства.

През 2022 г. Съединените щати инсталираха 6 300 бързи зарядни устройства, около три четвърти от които бяха Tesla Superchargers. Общият брой на бързите зарядни устройства достигна 28 000 в края на 2022 г. Очаква се внедряването им да се ускори през следващите години след одобрението на правителството на (NEVI). Всички щати на САЩ, Вашингтон и Пуерто Рико участват в програмата и вече са получили 885 милиона щатски долара финансиране за 2023 г. в подкрепа на изграждането на зарядни устройства по 122 000 км магистрала. Федералната администрация по магистралите на САЩ обяви нови национални стандарти за федерално финансирани зарядни устройства за електрически превозни средства, за да гарантира съгласуваност, надеждност, достъпност и съвместимост. Въвеждането на новите стандарти в съответствие с Tesla обяви, че ще отвори част от своята мрежа US Supercharger (където Superchargers представляват 60% от общия брой бързи зарядни устройства в Съединените щати) и Destination Charger за електрически превозни средства, които не са произведени от Tesla.

Обществените зарядни станции са все по-необходими, за да се осигури по-широко разпространение на електромобили

Разгръщането на обществена зарядна инфраструктура в очакване на растеж на продажбите на електрически превозни средства е от решаващо значение за широкото им приемане. В Норвегия например през 2011 г. е имало около 1,3 електрически леки превозни средства с батерии на обществена зарядна точка, което е подпомогнало по-нататъшното им приемане. В края на 2022 г., с над 17% от леките превозни средства с батерии, в Норвегия е имало 25 електрически превозни средства на обществена зарядна точка. Като цяло, с увеличаването на дела на електрическите леки превозни средства с батерии, съотношението зарядна точка-електрически автомобил намалява. Ръстът на продажбите на електрически превозни средства може да бъде устойчив само ако търсенето на зареждане се задоволи от достъпна и евтина инфраструктура, било то чрез частно зареждане в домовете или на работното място, или чрез публично достъпни зарядни станции.

Съотношение на електрически леки превозни средства на обществено зарядно устройство

Съотношение на обществени зарядни станции за брой на електрически лекотоварни автомобили с батерии в избрани страни спрямо дела на акциите на електрическите лекотоварни автомобили с батерии

Въпреки че PHEV-тата са по-малко зависими от обществена инфраструктура за зареждане в сравнение с BEV-тата, разработването на политики, свързани с достатъчното наличие на зарядни точки, трябва да включва (и насърчава) общественото зареждане на PHEV. Ако се вземе предвид общият брой електрически LDV-та на зарядна точка, средният за света брой през 2022 г. е бил около десет електромобила на зарядно устройство. Страни като Китай, Корея и Холандия са поддържали по-малко от десет електромобила на зарядно устройство през последните години. В страни, които разчитат в голяма степен на обществено зареждане, броят на публично достъпните зарядни устройства се е разраствал със скорост, която до голяма степен съответства на внедряването на електромобили.

Въпреки това, на някои пазари, характеризиращи се с широко разпространена достъпност до зареждане от дома (поради високия дял на еднофамилните къщи с възможност за инсталиране на зарядно устройство), броят на електромобилите на обществена точка за зареждане може да бъде дори по-висок. Например, в Съединените щати съотношението на електромобилите на зарядно устройство е 24, а в Норвегия е повече от 30. С увеличаването на пазарното проникване на електромобилите, общественото зареждане става все по-важно, дори в тези страни, за да се подпомогне приемането на електромобилите сред шофьорите, които нямат достъп до опции за зареждане в частен дом или на работното място. Оптималното съотношение на електромобилите на зарядно устройство обаче ще се различава в зависимост от местните условия и нуждите на водачите.

Може би по-важен от броя на наличните обществени зарядни устройства е общият капацитет за зареждане на едно електрическо превозно средство, като се има предвид, че бързите зарядни устройства могат да обслужват повече електромобили от бавните зарядни устройства. В ранните етапи на внедряване на електромобилите е логично наличната мощност за зареждане на едно електрическо превозно средство да е висока, като се приеме, че използването на зарядните устройства ще бъде относително ниско, докато пазарът не узрее и използването на инфраструктурата стане по-ефективно. В съответствие с това, насоките на Европейския съюз относно AFIR включват изисквания за общия капацитет за зареждане, който трябва да се осигури въз основа на размера на регистрирания автопарк.

В световен мащаб средният капацитет на обществените зарядни станции за електрически лекотоварен автомобил е около 2,4 kW на електромобил. В Европейския съюз съотношението е по-ниско, със средна стойност около 1,2 kW на електромобил. Корея има най-високото съотношение - 7 kW на електромобил, дори когато повечето обществени зарядни станции (90%) са бавни.

Брой електрически леки превозни средства на обществена зарядна станция и kW на електрически леки превозни средства, 2022 г.

Отворено

Брой електрически леки превозни средства на зарядна точка kW обществено зареждане на електрически леки превозни средства Нова Зеландия Исландия Австралия Норвегия Бразилия Германия Швеция САЩ Дания Португалия Великобритания Испания Канада Индонезия Финландия Швейцария Япония Тайланд Европейски съюз Франция Полша Мексико Белгия Свят Италия Китай Индия Южна Африка Чили Гърция Нидерландия Корея 08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (долна ос)
• kW / EV (горна ос)

В регионите, където електрическите камиони стават все по-достъпни за търговската мрежа, батериите с електрически камиони могат да се конкурират на базата на общата цена на притежание (TCO) с конвенционалните дизелови камиони за нарастващ спектър от операции, не само в градски и регионални, но и в сегментите на регионалните и дългите превози с влекачи. Три параметъра, които определят времето, в което се достига, са пътните такси; разходите за гориво и експлоатация (напр. разликата между цените на дизела и електроенергията, с които се сблъскват операторите на камиони, и намалените разходи за поддръжка); и субсидиите за капиталови разходи за намаляване на разликата в първоначалната покупна цена на превозното средство. Тъй като електрическите камиони могат да осигуряват същите операции с по-ниски разходи през целия експлоатационен живот (включително ако се прилага отстъпка), срокът, в който собствениците на превозни средства очакват да възстановят първоначалните разходи, е ключов фактор при определянето дали да закупят електрически или конвенционален камион.

Икономиката на електрическите камиони при приложения на дълги разстояния може да се подобри значително, ако разходите за зареждане могат да бъдат намалени чрез максимизиране на бавното зареждане „извън смяна“ (напр. през нощта или други по-дълги периоди на престой), сключване на договори за покупка на едро с оператори на мрежата за зареждане „в средата на смяната“ (напр. по време на почивки), бързо (до 350 kW) или ултрабързо (>350 kW) зареждане, както и проучване на интелигентното зареждане и възможностите за свързване на превозни средства към мрежата за допълнителни доходи.

Електрическите камиони и автобуси ще разчитат на зареждане извън работно време за по-голямата част от енергията си. Това ще се постига до голяма степен в частни или получастни зарядни депа или в обществени станции по магистралите, и често през нощта. Ще трябва да се разработят депа за обслужване на нарастващото търсене на електрификация на тежкотоварни автомобили и в много случаи може да се наложи подобряване на разпределителната и преносната мрежа. В зависимост от изискванията за пробег на превозните средства, зареждането в депата ще бъде достатъчно, за да покрие повечето операции в градските автобусни, както и в градските и регионалните камионни операции.

Регламентите, които задължават за периоди на почивка, могат също да осигурят времеви прозорец за зареждане по средата на смяната, ако по маршрута са налични опции за бързо или ултрабързо зареждане: Европейският съюз изисква 45 минути почивка след всеки 4,5 часа шофиране; Съединените щати задължават 30 минути след 8 часа.

Повечето търговски достъпни станции за бързо зареждане с постоянен ток (DC) в момента позволяват нива на мощност от 250 до 350 kW. Целта, постигната от Европейския съвет и Парламента, включва постепенен процес на разгръщане на инфраструктура за електрически тежкотоварни превозни средства, започващ през 2025 г. Последните проучвания на изискванията за мощност за регионални и дълги превози на камиони в САЩ и Европа установяват, че за пълно презареждане на електрически камиони по време на почивка от 30 до 45 минути може да е необходима зарядна мощност по-висока от 350 kW и до 1 MW.

Признавайки необходимостта от увеличаване на бързото или ултрабързото зареждане като предпоставка за осигуряване на техническа и икономическа жизнеспособност както на регионалните, така и по-специално на превозите на дълги разстояния, през 2022 г. Traton, Volvo и Daimler създадоха независимо съвместно предприятие. С колективни инвестиции от 500 милиона евро от трите групи за производство на тежкотоварни автомобили, инициативата има за цел да разположи над 1700 бързи (300 до 350 kW) и ултрабързи (1 MW) зарядни точки в цяла Европа.

В момента се използват множество стандарти за зареждане, а техническите спецификации за ултрабързо зареждане са в процес на разработване. Ще е необходимо да се осигури максимално възможно сближаване на стандартите за зареждане и оперативната съвместимост за тежкотоварни електрически превозни средства, за да се избегнат разходите, неефективността и предизвикателствата за вносителите на превозни средства и международните оператори, които биха възникнали от производителите, следващи различни пътища.

В Китай, съвместните разработчици China Electricity Council и „ultra ChaoJi“ на CHAdeMO разработват стандарт за зареждане на тежкотоварни електрически превозни средства с мощност до няколко мегавата. В Европа и Съединените щати, спецификациите за мегаватовата зарядна система CharIN (MCS) с потенциална максимална мощност от ... са в процес на разработване от Международната организация по стандартизация (ISO) и други организации. Окончателните спецификации на MCS, които ще са необходими за търговското внедряване, се очакват за 2024 г. След първата мегаватова зарядна станция, предложена от Daimler Trucks и Portland General Electric (PGE) през 2021 г., както и инвестиции и проекти в Австрия, Швеция, Испания и Обединеното кралство.

Комерсиализацията на зарядни устройства с номинална мощност от 1 MW ще изисква значителни инвестиции, тъй като станциите с толкова високи енергийни нужди ще доведат до значителни разходи както за инсталиране, така и за модернизиране на мрежата. Преразглеждането на бизнес моделите на обществените електроенергийни компании и регулациите в енергийния сектор, координирането на планирането между заинтересованите страни и интелигентното зареждане могат да помогнат. Директната подкрепа чрез пилотни проекти и финансови стимули също може да ускори демонстрацията и внедряването в ранните етапи. Неотдавнашно проучване очертава някои ключови съображения при проектирането на зарядни станции с рейтинг MCS:

• Планирането на зарядни станции в депа по магистралите в близост до електропроводи и подстанции може да бъде оптимално решение за минимизиране на разходите и увеличаване на използването на зарядните устройства.
• „Правилното оразмеряване“ на връзките с директни връзки към електропроводи на ранен етап, като по този начин се предвиждат енергийните нужди на система, в която висок дял от товарните превози е електрифициран, вместо модернизирането на разпределителните мрежи на ad-hoc и краткосрочна основа, ще бъде от решаващо значение за намаляване на разходите. Това ще изисква структурирано и координирано планиране между операторите на мрежи и разработчиците на зарядна инфраструктура в различните сектори.
• Тъй като междусистемните връзки на преносните системи и модернизацията на мрежата могат да отнемат от 4 до 8 години, определянето на място и изграждането на приоритетни зарядни станции ще трябва да започне възможно най-скоро.

Решенията включват инсталиране на стационарно съхранение и интегриране на местен капацитет за възобновяема енергия, комбинирано с интелигентно зареждане, което може да помогне за намаляване както на разходите за инфраструктура, свързани с присъединяването към мрежата, така и на разходите за снабдяване с електроенергия (например, като се даде възможност на операторите на камиони да сведат до минимум разходите чрез арбитраж на променливостта на цените през целия ден, възползвайки се от възможностите за свързване на превозни средства към мрежата и др.).

Други варианти за захранване на електрически тежкотоварни превозни средства (ТПМ) са смяната на батерии и електрическите пътни системи. Електрическите пътни системи могат да предават енергия към камион или чрез индуктивни бобини в пътя, или чрез проводими връзки между превозното средство и пътя, или чрез контактна мрежа (въздушни) линии. Контактната мрежа и други опции за динамично зареждане могат да бъдат обещаващи за намаляване на разходите на системно ниво при прехода към регионални и дълги камиони с нулеви емисии, което е благоприятно по отношение на общите капиталови и оперативни разходи. Те могат също така да помогнат за намаляване на нуждите от капацитет на батериите. Търсенето на батерии може да бъде допълнително намалено, а използването им допълнително подобрено, ако електрическите пътни системи са проектирани да бъдат съвместими не само с камиони, но и с електрически автомобили. Такива подходи обаче биха изисквали индуктивни или пътни конструкции, които са свързани с по-големи препятствия по отношение на технологичното развитие и проектиране и са по-капиталоемки. В същото време електрическите пътни системи поставят значителни предизвикателства, подобни на тези в железопътния сектор, включително по-голяма нужда от стандартизация на маршрутите и превозните средства (както е показано при трамваите и тролейбусите), трансгранична съвместимост за пътувания на дълги разстояния и подходящи модели на собственост върху инфраструктурата. Те предоставят по-малка гъвкавост за собствениците на камиони по отношение на маршрути и типове превозни средства и имат високи разходи за разработка като цяло, което влияе върху тяхната конкурентоспособност спрямо обикновените зарядни станции. Предвид тези предизвикателства, подобни системи биха били най-ефективно разположени първо в силно използвани товарни коридори, което би довело до тясна координация между различни публични и частни заинтересовани страни. Демонстрациите по обществени пътища до момента в Германия и Швеция разчитат на поддръжници както от частни, така и от публични организации. Призиви за пилотни проекти за електрически пътни системи се разглеждат и в Китай, Индия, Обединеното кралство и Съединените щати.

Необходимост от зареждане на тежкотоварни превозни средства

Анализът на Международния съвет за чист транспорт (ICCT) показва, че смяната на батерии с електрически двуколесни превозни средства в таксиметровите услуги (напр. велотаксита) предлага най-конкурентните общи разходи за притежание на собственост (TCO) в сравнение с двуколесните превозни средства с точково зареждане BEV или ICE. В случай на доставка до последната миля чрез двуколесно превозно средство, точковото зареждане понастоящем има предимство по отношение на общите разходи за собственост пред смяната на батерии, но с правилните политически стимули и мащаб, смяната може да се превърне в жизнеспособна опция при определени условия. Като цяло, с увеличаването на средното изминато дневно разстояние, двуколесното електрическо превозно средство с батерии и смяна на батерии става по-икономично от превозните средства с точково зареждане или бензиновите превозни средства. През 2021 г. беше основан Консорциумът за мотоциклети със сменяеми батерии с цел улесняване на смяната на батерии на леки превозни средства, включително дву-/триколесни, чрез съвместна работа по общи спецификации на батериите.

Смяната на батерии на електрически дву-/триколесни превозни средства набира особено скорост в Индия. В момента на индийския пазар има над десет различни компании, включително Gogoro, лидер в технологиите за електрически скутери и смяна на батерии, базиран в Китайски Тайпе. Gogoro твърди, че нейните батерии захранват 90% от електрическите скутери в Китайски Тайпе, а мрежата на Gogoro разполага с над 12 000 станции за смяна на батерии, които поддържат над 500 000 електрически двуколесни превозни средства в девет страни, предимно в Азиатско-тихоокеанския регион. Gogoro вече е сключила партньорство с индийската Zypp Electric, която управлява платформа EV-as-a-service за доставки до последната миля; заедно те разполагат 6 станции за смяна на батерии и 100 електрически двуколесни превозни средства като част от пилотен проект за доставки до последната миля между предприятия в град Делхи. В началото на 2023 г. те събраха средства, които ще използват, за да разширят автопарка си до 200 000 електрически двуколесни превозни средства в 30 индийски града до 2025 г. Sun Mobility има по-дълга история на смяна на батерии в Индия, с над станции за смяна в цялата страна за електрически двуколесни и триколесни превозни средства, включително електрически рикши, с партньори като Amazon India. Тайланд също така разглежда услуги за смяна на батерии за шофьори на мотоциклети и таксита.

Макар и най-разпространена в Азия, смяната на батерии с електрически двуколесни превозни средства се разпространява и в Африка. Например, руандийски стартъп за електрически мотоциклети управлява станции за смяна на батерии, с фокус върху обслужването на мото таксиметрови операции, които изискват дълги дневни пробегове. Ampersand е построила десет станции за смяна на батерии в Кигали и три в Найроби, Кения. Тези станции извършват близо 37 000 смени на батерии месечно.

Смяната на батерии за дву-/триколесни превозни средства предлага предимства по отношение на разходите

По-специално за камионите, смяната на батерии може да има големи предимства пред ултрабързото зареждане. Първо, смяната може да отнеме толкова малко време, колкото би било трудно и скъпо да се постигне чрез кабелно зареждане, изискващо ултрабързо зарядно устройство, свързано към мрежи със средно до високо напрежение, както и скъпи системи за управление на батериите и техническа химия. Избягването на ултрабързото зареждане може също да удължи капацитета, производителността и живота на батерията.

„Батерия като услуга“ (BaaS), разделяйки покупката на камиона и батерията и сключвайки договор за лизинг на батерията, значително намалява първоначалната цена за покупка. Освен това, тъй като камионите обикновено зависят от литиево-железен фосфат (LFP) батерии, които са по-издръжливи от литиево-никел-манганов-кобалтов-оксид (NMC) батерии, те са подходящи за замяна по отношение на безопасност и достъпност.

Въпреки това, цената на изграждането на станция вероятно ще бъде по-висока за смяна на батерии на камиони, предвид по-големия размер на превозното средство и по-тежките батерии, които изискват повече пространство и специализирано оборудване за извършване на смяната. Друга основна пречка е изискването батериите да бъдат стандартизирани до определен размер и капацитет, което производителите на оригинално оборудване на камиони вероятно ще възприемат като предизвикателство за конкурентоспособността, тъй като дизайнът и капацитетът на батериите са ключов диференциращ фактор сред производителите на електрически камиони.

Китай е начело в смяната на батерии за камиони, благодарение на значителната политическа подкрепа и използването на технологии, предназначени да допълнят кабелното зареждане. През 2021 г. китайският MIIT обяви, че редица градове ще пилотират технология за смяна на батерии, включително смяна на батерии за тежкотоварни автомобили в три града. Почти всички големи китайски производители на тежки камиони, включително FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile и SAIC, ще участват в това начинание.

Китай е начело в смяната на батерии за камиони

Китай е лидер и в смяната на батерии за леки автомобили. Във всички видове транспорт общият брой станции за смяна на батерии в Китай е бил почти в края на 2022 г., което е с 50% повече, отколкото в края на 2021 г. NIO, която произвежда автомобили с възможност за смяна на батерии и поддържащите ги станции за смяна, управлява повече от тези в Китай, като съобщава, че мрежата покрива повече от две трети от континентален Китай. Половината от техните станции за смяна са инсталирани през 2022 г., а компанията си е поставила за цел да инсталира 4000 станции за смяна на батерии в световен мащаб до 2025 г. Станциите на компанията за смяна могат да извършват над 300 смени на ден, зареждайки до 13 батерии едновременно с мощност от 20-80 kW.

NIO също така обяви планове за изграждане на станции за смяна на батерии в Европа, тъй като техните модели автомобили с възможност за смяна на батерии станаха достъпни на европейските пазари към края на 2022 г. Първата станция за смяна на батерии NIO в Швеция беше открита през и до края на 2022 г. десет станции за смяна на батерии NIO бяха открити в Норвегия, Германия, Швеция и Холандия. За разлика от NIO, чиито станции за смяна обслужват автомобили NIO, станциите на китайския оператор на станции за смяна на батерии Aulton поддържат 30 модела от 16 различни автомобилни компании.

Смяната на батерии може да бъде особено привлекателна опция и за таксиметровите паркове с леки автомобили (LDV), чиято експлоатация е по-чувствителна към времето за презареждане, отколкото при личните автомобили. Американският стартъп Ample в момента управлява 12 станции за смяна на батерии в района на залива на Сан Франциско, обслужващи главно превозни средства на Uber.

Китай е и лидер в смяната на батерии за леки автомобили

Референции

Бавните зарядни устройства имат мощност по-малка или равна на 22 kW. Бързите зарядни устройства са тези с мощност над 22 kW и до 350 kW. „Точки за зареждане“ и „зарядни устройства“ се използват взаимозаменяемо и се отнасят до отделните зарядни контакти, отразяващи броя на електрическите превозни средства, които могат да се зареждат едновременно. „Зарядните станции“ може да имат множество точки за зареждане.

Предложената AFIR, която преди това беше директива, след официалното ѝ одобрение ще се превърне в обвързващ законодателен акт, определящ, наред с други неща, максимално разстояние между зарядните устройства, инсталирани по протежение на TEN-T, главните и второстепенните пътища в рамките на Европейския съюз.

Индуктивните решения са по-далеч от комерсиализацията и са изправени пред предизвикателства да осигурят достатъчна мощност при скорости на магистралата.