Tendenser inden for opladningsinfrastruktur

Mens størstedelen af ​​opladningsbehovet i øjeblikket dækkes af hjemmeopladning, er der et stigende behov for offentligt tilgængelige opladere for at give samme niveau af bekvemmelighed og tilgængelighed som til optankning af konventionelle køretøjer. Især i tætbefolkede byområder, hvor adgangen til hjemmeopladning er mere begrænset, er offentlig ladeinfrastruktur en vigtig drivkraft for udbredelsen af ​​elbiler. Ved udgangen af ​​2022 var der 2,7 millioner offentlige ladepunkter på verdensplan, hvoraf mere end 900.000 blev installeret i 2022, hvilket er en stigning på omkring 55 % i forhold til antallet i 2021 og sammenlignelig med vækstraten på 50 % før pandemien mellem 2015 og 2019.

Langsomme opladere

Globalt set er der mere end 600.000 offentlige langsomme ladestationer1blev installeret i 2022, hvoraf 360.000 var i Kina, hvilket bringer beholdningen af ​​langsomme opladere i landet op på mere end 1 million. Ved udgangen af ​​2022 havde Kina mere end halvdelen af ​​den globale beholdning af offentlige langsomme opladere.

Europa er nummer to med i alt 460.000 langsomme opladere i 2022, en stigning på 50 % i forhold til året før. Holland fører an i Europa med 117.000, efterfulgt af omkring 74.000 i Frankrig og 64.000 i Tyskland. Beholdningen af ​​langsomme opladere i USA steg med 9 % i 2022, den laveste vækstrate blandt de store markeder. I Korea er beholdningen af ​​langsomme opladere fordoblet år-til-år og nåede op på 184.000 ladepunkter.

Hurtige opladere

Offentligt tilgængelige hurtigladere, især dem der er placeret langs motorveje, muliggør længere rejser og kan afhjælpe rækkeviddeangst, en barriere for adoption af elbiler. Ligesom langsomme opladere tilbyder offentlige hurtigladere også opladningsløsninger til forbrugere, der ikke har pålidelig adgang til privat opladning, hvilket tilskynder til adoption af elbiler på tværs af større dele af befolkningen. Antallet af hurtigladere steg med 330.000 globalt i 2022, selvom igen størstedelen (næsten 90%) af væksten kom fra Kina. Udrulningen af ​​hurtigopladning kompenserer for manglen på adgang til hjemmeopladere i tætbefolkede byer og understøtter Kinas mål om hurtig udrulning af elbiler. Kina tegner sig for i alt 760.000 hurtigladere, men mere end 1,2 % af den samlede offentlige hurtigladestation er placeret i blot ti provinser.

I Europa var den samlede bestand af hurtigladere over 70.000 ved udgangen af ​​2022, en stigning på omkring 55 % i forhold til 2021. Landene med den største bestand af hurtigladere er Tyskland (over 12.000), Frankrig (9.700) og Norge (9.000). Der er en klar ambition i hele Den Europæiske Union om at videreudvikle den offentlige ladeinfrastruktur, som det fremgår af den foreløbige aftale om den foreslåede forordning om infrastruktur for alternative brændstoffer (AFIR), som vil fastsætte krav til dækning af elektrisk ladekapacitet på tværs af det transeuropæiske transportnet (TEN-T) mellem Den Europæiske Investeringsbank og Europa-Kommissionen. Der vil ved udgangen af ​​2023 blive stillet over 1,5 milliarder euro til rådighed for infrastruktur for alternative brændstoffer, herunder elektrisk hurtigladning.

USA installerede 6.300 hurtigladere i 2022, hvoraf omkring tre fjerdedele var Tesla Superchargers. Det samlede antal hurtigladere nåede 28.000 ved udgangen af ​​2022. Implementeringen forventes at accelerere i de kommende år efter regeringens godkendelse af (NEVI). Alle amerikanske stater, Washington DC og Puerto Rico deltager i programmet og har allerede fået tildelt 885 millioner USD i finansiering for 2023 til at støtte udbygningen af ​​ladere på tværs af 122.000 km motorvej. Den amerikanske føderale vejadministration har annonceret nye nationale standarder for føderalt finansierede elbilopladere for at sikre ensartethed, pålidelighed, tilgængelighed og kompatibilitet. Som følge af de nye standarder har Tesla annonceret, at de vil åbne en del af deres amerikanske Supercharger-netværk (hvor Superchargers repræsenterer 60 % af det samlede antal hurtigladere i USA) og Destination Charger-netværk for ikke-Tesla elbiler.

Offentlige ladestandere bliver stadig mere nødvendige for at muliggøre en bredere udbredelse af elbiler

Implementering af offentlig ladeinfrastruktur i forventning om vækst i salget af elbiler er afgørende for udbredt adoption af elbiler. I Norge var der for eksempel omkring 1,3 batterielektriske LDV'er pr. offentlig ladestander i 2011, hvilket understøttede yderligere adoption. Ved udgangen af ​​2022, hvor over 17 % af LDV'erne var elbiler, var der 25 elbiler pr. offentlig ladestander i Norge. Generelt falder forholdet mellem ladestandere og elbiler, efterhånden som andelen af ​​batterielektriske LDV'er stiger. Væksten i salget af elbiler kan kun opretholdes, hvis efterspørgslen efter opladning imødekommes af tilgængelig og overkommelig infrastruktur, enten gennem privat opladning i hjem eller på arbejdspladsen eller offentligt tilgængelige ladestandere.

Forholdet mellem elektriske LDV'er pr. offentlig oplader

Offentlige ladepunkter pr. batteri-elektrisk LDV-forhold i udvalgte lande i forhold til aktieandelen for batterielektriske LDV'er

Selvom PHEV'er er mindre afhængige af offentlig ladeinfrastruktur end elbiler, bør politikudformningen vedrørende tilstrækkelig tilgængelighed af ladestandere inkorporere (og tilskynde til) offentlig opladning af PHEV'er. Hvis man tager det samlede antal elektriske LDV'er pr. ladestander i betragtning, var det globale gennemsnit i 2022 omkring ti elbiler pr. oplader. Lande som Kina, Korea og Holland har opretholdt færre end ti elbiler pr. oplader i de seneste år. I lande, der er stærkt afhængige af offentlig opladning, er antallet af offentligt tilgængelige opladere vokset med et hastighed, der stort set matcher udrulningen af ​​elbiler.

På nogle markeder, der er kendetegnet ved udbredt tilgængelighed af hjemmeopladning (på grund af en høj andel af enfamiliehuse med mulighed for at installere en oplader), kan antallet af elbiler pr. offentlig ladepunkt dog være endnu højere. For eksempel er forholdet mellem elbiler pr. oplader i USA 24, og i Norge er det mere end 30. Efterhånden som markedsindtrængningen af ​​elbiler stiger, bliver offentlig opladning stadig vigtigere, selv i disse lande, for at understøtte adoptionen af ​​elbiler blandt bilister, der ikke har adgang til private opladningsmuligheder i hjemmet eller på arbejdspladsen. Det optimale forhold mellem elbiler pr. oplader vil dog variere afhængigt af lokale forhold og bilisternes behov.

Måske endnu vigtigere end antallet af tilgængelige offentlige opladere er den samlede offentlige ladekapacitet pr. elbil, da hurtigopladere kan betjene flere elbiler end langsomme opladere. I de tidlige stadier af elbilers indførelse giver det mening, at den tilgængelige ladekapacitet pr. elbil er høj, forudsat at ladeudnyttelsen vil være relativt lav, indtil markedet modnes, og udnyttelsen af ​​infrastrukturen bliver mere effektiv. I overensstemmelse med dette indeholder Den Europæiske Unions AFIR krav til den samlede strømkapacitet, der skal leveres, baseret på størrelsen af ​​den registrerede flåde.

Globalt set er den gennemsnitlige offentlige ladekapacitet pr. elektrisk LDV omkring 2,4 kW pr. elbil. I Den Europæiske Union er forholdet lavere, med et gennemsnit på omkring 1,2 kW pr. elbil. Korea har det højeste forhold på 7 kW pr. elbil, selvom de fleste offentlige opladere (90%) er langsomme opladere.

Antal elektriske LDV'er pr. offentlig ladestander og kW pr. elektrisk LDV, 2022

Åben

Antal elektriske LDV'er pr. ladepunkt kW offentlig opladning pr. elektriske LDV New Zealand Island Australien Norge Brasilien Tyskland Sverige USA Danmark Portugal Storbritannien Spanien Canada Indonesien Finland Schweiz Japan Thailand Den Europæiske Union Frankrig Polen Mexico Belgien Verden Italien Kina Indien Sydafrika Chile Grækenland Holland Korea 08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (nederste akse)
• kW / EV (øverste akse)

I de regioner, hvor elektriske lastbiler bliver kommercielt tilgængelige, kan batteri-elektriske lastbiler konkurrere på samlede ejeromkostninger (TCO) med konventionelle diesellastbiler til en voksende vifte af drifter, ikke kun i byområder og regionale områder, men også i regionale og langdistancesegmenter for lastbiler. Tre parametre, der bestemmer tidspunktet, er vejafgifter; brændstof- og driftsomkostninger (f.eks. forskellen mellem diesel- og elpriser, som lastbilchauffører står over for, og reducerede vedligeholdelsesomkostninger); og CAPEX-tilskud for at reducere forskellen i den indledende købspris for køretøjer. Da elektriske lastbiler kan tilbyde de samme drifter med lavere levetidsomkostninger (også hvis der anvendes en nedsat sats), er det, hvor meget køretøjsejere forventer at få dækket de indledende omkostninger, en nøglefaktor i beslutningen om, hvorvidt man skal købe en elektrisk eller konventionel lastbil.

Økonomien for elektriske lastbiler til langdistancekørsel kan forbedres væsentligt, hvis opladningsomkostningerne kan reduceres ved at maksimere langsom opladning "off-shift" (f.eks. om natten eller andre længere perioder med nedetid), sikre bulkkøbskontrakter med netoperatører for "midt i vagten" (f.eks. i pauser), hurtig (op til 350 kW) eller ultrahurtig (>350 kW) opladning og udforske smart opladning og muligheder for køretøj-til-net-forbindelse for ekstra indtægter.

Ellastbiler og -busser vil være afhængige af opladning uden for arbejdstiden for størstedelen af ​​deres energi. Dette vil i vid udstrækning ske ved private eller semi-private ladestationer eller ved offentlige ladestationer på motorveje, og ofte om natten. Der skal udvikles ladestationer til at imødekomme den stigende efterspørgsel efter elektrificering af tunge køretøjer, og i mange tilfælde kan det kræve opgraderinger af distributions- og transmissionsnettet. Afhængigt af køretøjets rækkevidde vil ladestationen være tilstrækkelig til at dække de fleste operationer i bybusdrift samt i by- og regionale lastbildriftsområder.

Regler, der pålægger hvileperioder, kan også give et tidsvindue til opladning midt i en vagt, hvis der er hurtige eller ultrahurtige opladningsmuligheder tilgængelige undervejs: Den Europæiske Union kræver 45 minutters pause efter hver 4,5 timers kørsel; USA kræver 30 minutter efter 8 timer.

De fleste kommercielt tilgængelige jævnstrøms-hurtigladestationer (DC) muliggør i øjeblikket effektniveauer fra 250-350 kW. Den aftale, som Det Europæiske Råd og Parlamentet har indgået, omfatter en gradvis proces med udrulning af infrastruktur til elektriske tunge køretøjer, der starter i 2025. Nylige undersøgelser af effektkrav til regionale og langdistancetransporter af lastbiler i USA og Europa viser, at en ladeeffekt på over 350 kW og så høj som 1 MW kan være nødvendig for fuldt opladning af elektriske lastbiler i løbet af en pause på 30 til 45 minutter.

I erkendelse af behovet for at opskalere hurtig- eller ultrahurtig opladning som en forudsætning for at gøre både regionale og især langdistanceoperationer teknisk og økonomisk levedygtige, etablerede Traton, Volvo og Daimler i 2022 et uafhængigt joint venture. Med 500 millioner euro i kollektive investeringer fra de tre tunge produktionsgrupper sigter initiativet mod at implementere mere end 1700 hurtige (300 til 350 kW) og ultrahurtige (1 MW) ladepunkter i hele Europa.

Der er i øjeblikket flere opladningsstandarder i brug, og tekniske specifikationer for ultrahurtig opladning er under udvikling. Det vil være nødvendigt at sikre maksimal mulig konvergens af opladningsstandarder og interoperabilitet for tunge elbiler for at undgå de omkostninger, ineffektivitet og udfordringer for køretøjsimportører og internationale operatører, som producenter, der følger forskellige veje, ville skabe.

I Kina udvikler medudviklerne China Electricity Council og CHAdeMOs "ultra ChaoJi" en ladestandard til tunge elbiler på op til flere megawatt. I Europa og USA er specifikationerne for CharIN Megawatt Charging System (MCS) med en potentiel maksimal effekt på [tallet] under udvikling af Den Internationale Standardiseringsorganisation (ISO) og andre organisationer. De endelige MCS-specifikationer, som vil være nødvendige til kommerciel udrulning, forventes i 2024. Efter det første megawatt-ladested, der blev tilbudt af Daimler Trucks og Portland General Electric (PGE) i 2021, samt investeringer og projekter i Østrig, Sverige, Spanien og Storbritannien.

Kommercialisering af opladere med en nominel effekt på 1 MW vil kræve betydelige investeringer, da stationer med så store effektbehov vil pådrage sig betydelige omkostninger i både installation og netopgraderinger. Revision af forretningsmodeller for offentlige elforsyningsselskaber og elsektorens regler, koordinering af planlægning på tværs af interessenter og smart opladning kan alle hjælpe. Direkte støtte gennem pilotprojekter og økonomiske incitamenter kan også fremskynde demonstration og implementering i de tidlige stadier. En nylig undersøgelse skitserer nogle vigtige designovervejelser for udvikling af MCS-klassificerede ladestationer:

• Planlægning af ladestandere ved motorvejsdepoter i nærheden af ​​transmissionsledninger og transformerstationer kan være en optimal løsning til at minimere omkostninger og øge udnyttelsen af ​​ladere.
• "Rigtig dimensionering" af forbindelser med direkte forbindelser til transmissionsledninger på et tidligt stadie, hvorved energibehovet i et system, hvor en stor andel af godstransportaktiviteten er blevet elektrificeret, forudses, i stedet for at opgradere distributionsnet ad hoc og på kort sigt, vil være afgørende for at reducere omkostningerne. Dette vil kræve struktureret og koordineret planlægning mellem netoperatører og udviklere af ladeinfrastruktur på tværs af sektorer.
• Da sammenkoblinger af transmissionssystemer og opgraderinger af elnettet kan tage 4-8 år, skal placering og opførelse af højprioriterede ladestandere påbegyndes så hurtigt som muligt.

Løsningerne omfatter installation af stationær lagring og integration af lokal vedvarende kapacitet kombineret med smart opladning, hvilket kan bidrage til at reducere både infrastrukturomkostninger relateret til nettilslutning og omkostninger til elforsyning (f.eks. ved at gøre det muligt for lastbilchauffører at minimere omkostningerne ved at udligne prisvariationer i løbet af dagen, udnytte mulighederne mellem køretøjer og elnettet osv.).

Andre muligheder for at forsyne tunge elektriske køretøjer (HDV'er) med strøm er batteribytte og elektriske vejsystemer. Elektriske vejsystemer kan overføre strøm til en lastbil enten via induktive spoler i en vej, gennem ledende forbindelser mellem køretøjet og vejen eller via køreledninger. Køreledninger og andre dynamiske opladningsmuligheder kan være lovende med hensyn til at reducere omkostningerne på systemniveau i overgangen til regionale og langdistancelastbiler med nul emissioner, hvilket fungerer positivt med hensyn til de samlede kapital- og driftsomkostninger. De kan også bidrage til at reducere behovet for batterikapacitet. Batteriefterspørgslen kan reduceres yderligere, og udnyttelsen forbedres yderligere, hvis elektriske vejsystemer designes til at være kompatible ikke kun med lastbiler, men også med elbiler. Sådanne tilgange vil dog kræve induktive eller vejbaserede designs, der medfører større forhindringer med hensyn til teknologisk udvikling og design, og som er mere kapitalintensive. Samtidig udgør elektriske vejsystemer betydelige udfordringer, der ligner jernbanesektorens, herunder et større behov for standardisering af stier og køretøjer (som illustreret med sporvogne og trolleybusser), kompatibilitet på tværs af grænser for langdistanceture og passende infrastrukturejerskabsmodeller. De giver lastbilejere mindre fleksibilitet med hensyn til ruter og køretøjstyper og har generelt høje udviklingsomkostninger, hvilket alt sammen påvirker deres konkurrenceevne i forhold til almindelige ladestationer. I betragtning af disse udfordringer ville sådanne systemer mest effektivt blive implementeret først på stærkt befærdede godskorridorer, hvilket ville kræve tæt koordinering på tværs af forskellige offentlige og private interessenter. Demonstrationer på offentlige veje i Tyskland og Sverige har hidtil været afhængige af fortalere fra både private og offentlige enheder. Opfordringer til pilotprojekter med elektriske vejsystemer overvejes også i Kina, Indien, Storbritannien og USA.

Opladningsbehov for tunge køretøjer

En analyse fra Det Internationale Råd for Ren Transport (ICCT) tyder på, at batteriudskiftning til fordel for elektriske tohjulede køretøjer i taxitjenester (f.eks. cykeltaxaer) tilbyder den mest konkurrencedygtige samlede ejeromkostninger sammenlignet med brændbare elektriske eller forbrændingsmotoriserede tohjulede køretøjer med punktopladning. I tilfælde af levering til den sidste kilometer via en tohjulet køretøj har punktopladning i øjeblikket en fordel med hensyn til samlede ejeromkostninger i forhold til batteriudskiftning, men med de rette politiske incitamenter og skala kan udskiftning blive en levedygtig mulighed under visse betingelser. Generelt set bliver den batterielektriske tohjulede køretøj med batteriudskiftning mere økonomisk end punktopladning eller benzinkøretøjer, efterhånden som den gennemsnitlige daglige kørte afstand stiger. I 2021 blev Swappable Batteries Motorcycle Consortium grundlagt med det formål at lette batteriudskiftning af lette køretøjer, herunder to-/trehjulede køretøjer, ved at arbejde sammen om fælles batterispecifikationer.

Batteriudskiftning af elektriske to- og trehjulede køretøjer vinder især frem i Indien. Der er i øjeblikket over ti forskellige virksomheder på det indiske marked, herunder Gogoro, en elektrisk scooter og førende teknologisk aktør inden for batteriudskiftning med base i Kina, Taipei. Gogoro hævder, at deres batterier driver 90 % af de elektriske scootere i Kina, og Gogoro-netværket har mere end 12.000 batteriudskiftningsstationer, der understøtter over 500.000 elektriske tohjulede køretøjer i ni lande, primært i Asien og Stillehavsområdet. Gogoro har nu indgået et partnerskab med det indiske Zypp Electric, der driver en EV-as-a-service-platform til levering af sidste kilometer. Sammen implementerer de 6 batteriudskiftningsstationer og 100 elektriske tohjulede køretøjer som en del af et pilotprojekt for business-to-business levering af sidste kilometer i byen Delhi. I begyndelsen af ​​2023 indsamlede de midler, som de vil bruge til at udvide deres flåde til 200.000 elektriske tohjulede køretøjer i 30 indiske byer inden 2025. Sun Mobility har en længere historie med batteribytte i Indien med over byttestationer over hele landet til elektriske to- og trehjulede køretøjer, herunder elektriske rickshaws, med partnere som Amazon India. Thailand ser også batteribyttetjenester til motorcykeltaxaer og leveringschauffører.

Selvom batteribytte til elektriske tohjulede køretøjer er mest udbredt i Asien, spreder det sig også til Afrika. For eksempel driver en rwandisk startup-virksomhed inden for elektriske motorcykler batteribyttestationer med fokus på at betjene motorcykeltaxaer, der kræver lange daglige strækninger. Ampersand har bygget ti batteribyttestationer i Kigali og tre i Nairobi, Kenya. Disse stationer udfører tæt på 37.000 batteribytter om måneden.

Batteriskift til to-/trehjulede køretøjer giver omkostningsfordele

Især for lastbiler kan batteriskift have store fordele i forhold til ultrahurtig opladning. For det første kan udskiftningen være så kort, hvilket ville være vanskeligt og dyrt at opnå gennem kabelbaseret opladning, hvilket kræver en ultrahurtig oplader tilsluttet mellem- til højspændingsnet samt dyre batteristyringssystemer og batterikemi. At undgå ultrahurtig opladning kan også forlænge batteriets kapacitet, ydeevne og levetid.

Batteri-som-en-service (BaaS), der adskiller købet af lastbilen og batteriet, og etablerer en leasingkontrakt for batteriet, reducerer de indledende købsomkostninger betydeligt. Derudover er lastbiler ofte afhængige af lithiumjernfosfat (LFP)-batterikemi, som er mere holdbare end lithiumnikkel-mangan-koboltoxid (NMC)-batterier, og er derfor velegnede til udskiftning med hensyn til sikkerhed og overkommelighed.

Omkostningerne ved at bygge en station vil dog sandsynligvis være højere ved udskiftning af lastbilbatterier på grund af den større køretøjsstørrelse og de tungere batterier, som kræver mere plads og specialudstyr til at udføre udskiftningen. En anden væsentlig barriere er kravet om, at batterier skal standardiseres til en given størrelse og kapacitet, hvilket lastbil-OEM'er sandsynligvis vil opfatte som en udfordring for konkurrenceevnen, da batteridesign og -kapacitet er en vigtig differentiator blandt producenter af elektriske lastbiler.

Kina er i spidsen for batteriudskiftning til lastbiler på grund af betydelig politisk støtte og brug af teknologi designet til at supplere kabelopladning. I 2021 annoncerede Kinas MIIT, at en række byer ville afprøve batteriudskiftningsteknologi, herunder batteriudskiftning til tunge lastbiler i tre byer. Næsten alle større kinesiske producenter af tunge lastbiler, herunder FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile og SAIC.

Kina er i spidsen for batteriudskiftning til lastbiler

Kina er også førende inden for batteribytte til personbiler. På tværs af alle transportformer var det samlede antal batteribyttestationer i Kina næsten ved udgangen af ​​2022, 50 % højere end ved udgangen af ​​2021. NIO, der producerer biler med batteribyttefunktion og de tilhørende byttestationer, har flere end i Kina og rapporterer, at netværket dækker mere end to tredjedele af det kinesiske fastland. Halvdelen af ​​deres byttestationer blev installeret i 2022, og virksomheden har sat et mål om 4.000 batteribyttestationer globalt inden 2025. Virksomhedens byttestationer kan udføre over 300 bytter om dagen og oplade op til 13 batterier samtidigt med en effekt på 20-80 kW.

NIO annoncerede også planer om at bygge batteribyttestationer i Europa, efterhånden som deres bilmodeller med batteribyttefunktion blev tilgængelige på de europæiske markeder hen imod slutningen af ​​2022. Den første NIO-batteribyttestation i Sverige blev åbnet i, og ved udgangen af ​​2022 var der åbnet ti NIO-batteribyttestationer i Norge, Tyskland, Sverige og Holland. I modsætning til NIO, hvis byttestationer servicerer NIO-biler, understøtter den kinesiske batteribyttestationsoperatør Aultons stationer 30 modeller fra 16 forskellige bilproducenter.

Batteribytte kunne også være en særlig attraktiv mulighed for LDV-taxaflåder, hvis drift er mere følsom over for genopladningstider end personbiler. Den amerikanske startup Ample driver i øjeblikket 12 batteribyttestationer i San Francisco Bay-området, der primært betjener Uber-samkørselskøretøjer.

Kina er også førende inden for batteriudskiftning til personbiler

Referencer

Langsomme opladere har en effekt på 22 kW eller derunder. Hurtigopladere er dem med en effekt på over 22 kW og op til 350 kW. "Ladepunkter" og "opladere" bruges synonymt og henviser til de enkelte ladestik, hvilket afspejler antallet af elbiler, der kan oplades på samme tid. "Ladestationer" kan have flere ladepunkter.

Det foreslåede AFIR, der tidligere var et direktiv, ville, når det formelt blev godkendt, blive en bindende lovgivningsmæssig retsakt, der blandt andet fastsætter en maksimal afstand mellem opladere installeret langs TEN-T, de primære og sekundære veje i Den Europæiske Union.

Induktive løsninger er længere fra kommercialisering og står over for udfordringer med at levere tilstrækkelig kraft ved motorvejshastigheder.