Tendencias na infraestrutura de carga

Aínda que a maior parte da demanda de carga se cobre actualmente mediante a carga doméstica, os cargadores de acceso público son cada vez máis necesarios para proporcionar o mesmo nivel de comodidade e accesibilidade que para o reabastecemento de vehículos convencionais. En particular, nas zonas urbanas densas, onde o acceso á carga doméstica é máis limitado, a infraestrutura de carga pública é un factor clave para a adopción de vehículos eléctricos. A finais de 2022, había 2,7 millóns de puntos de carga públicos en todo o mundo, dos cales máis de 900 000 foron instalados en 2022, o que supón un aumento aproximado do 55 % sobre as existencias de 2021 e comparable á taxa de crecemento previa á pandemia do 50 % entre 2015 e 2019.

Cargadores lentos

A nivel mundial, hai máis de 600 000 puntos públicos de carga lenta1instaláronse en 2022, 360 000 dos cales estaban na China, o que eleva a existencia de cargadores lentos no país a máis dun millón. A finais de 2022, a China albergaba máis da metade do parque mundial de cargadores lentos públicos.

Europa ocupa o segundo lugar, cun total de 460 000 cargadores lentos en 2022, un aumento do 50 % con respecto ao ano anterior. Os Países Baixos lideran a clasificación en Europa con 117 000, seguidos de Francia con arredor de 74 000 e Alemaña con 64 000. O stock de cargadores lentos nos Estados Unidos aumentou un 9 % en 2022, a taxa de crecemento máis baixa entre os principais mercados. En Corea, o stock de carga lenta duplicouse interanual, alcanzando os 184 000 puntos de carga.

Cargadores rápidos

Os cargadores rápidos de acceso público, especialmente os situados ao longo das autoestradas, permiten viaxes máis longas e poden abordar a ansiedade pola autonomía, un obstáculo para a adopción de vehículos eléctricos. Do mesmo xeito que os cargadores lentos, os cargadores rápidos públicos tamén ofrecen solucións de carga aos consumidores que non teñen acceso fiable á carga privada, o que fomenta a adopción de vehículos eléctricos en franxas máis amplas da poboación. O número de cargadores rápidos aumentou en 330 000 a nivel mundial en 2022, aínda que, de novo, a maior parte (case o 90 %) do crecemento proviña da China. O despregamento da carga rápida compensa a falta de acceso a cargadores domésticos en cidades densamente poboadas e apoia os obxectivos da China para o rápido despregamento de vehículos eléctricos. China conta cun total de 760 000 cargadores rápidos, pero máis do stock total de carga rápida pública está situado en só dez provincias.

En Europa, o parque total de cargadores rápidos superaba os 70 000 vehículos a finais de 2022, o que supón un aumento de arredor do 55 % en comparación con 2021. Os países co maior parque de cargadores rápidos son Alemaña (máis de 12 000), Francia (9 700) e Noruega (9 000). Existe unha clara ambición en toda a Unión Europea de seguir desenvolvendo a infraestrutura de carga pública, como indica o acordo provisional sobre a proposta de Regulamento sobre infraestruturas de combustibles alternativos (AFIR), que establecerá os requisitos de cobertura de carga eléctrica en toda a rede transeuropea de transporte (RTE-T) entre o Banco Europeo de Investimentos e a Comisión Europea e que porá a disposición máis de 1 500 millóns de euros a finais de 2023 para a infraestrutura de combustibles alternativos, incluída a carga rápida eléctrica.

Os Estados Unidos instalaron 6 300 cargadores rápidos en 2022, dos cales aproximadamente tres cuartas partes eran supercargadores de Tesla. O parque total de cargadores rápidos alcanzou os 28 000 a finais de 2022. Espérase que o despregamento se acelere nos próximos anos tras a aprobación por parte do goberno do NEVI (Neutro Nivel de Vixilancia en Vehículos Eléctricos). Todos os estados dos Estados Unidos, Washington D. C. e Porto Rico participan no programa e xa recibiron 885 millóns de dólares en financiamento para 2023 para apoiar a construción de cargadores en 122 000 km de autoestradas. A Administración Federal de Autoestradas dos Estados Unidos anunciou novas normas nacionais para os cargadores de vehículos eléctricos financiados con fondos federais para garantir a coherencia, a fiabilidade, a accesibilidade e a compatibilidade. En virtude das novas normas, Tesla anunciou que abrirá unha parte da súa rede de supercargadores dos Estados Unidos (onde os supercargadores representan o 60 % do parque total de cargadores rápidos nos Estados Unidos) e de cargadores de destino a vehículos eléctricos que non sexan de Tesla.

Os puntos de carga públicos son cada vez máis necesarios para permitir un maior uso dos vehículos eléctricos

O despregamento de infraestruturas de carga públicas en previsión do crecemento das vendas de vehículos eléctricos é fundamental para a adopción xeneralizada dos vehículos eléctricos. En Noruega, por exemplo, había arredor de 1,3 vehículos eléctricos de baixo custo por punto de carga público en 2011, o que apoiou unha maior adopción. A finais de 2022, con máis do 17 % dos vehículos eléctricos de baixo custo sendo vehículos eléctricos de carga variable (BEV), había 25 vehículos eléctricos de carga por punto de carga público en Noruega. En xeral, a medida que aumenta a proporción de vehículos eléctricos de baixo custo de batería, a proporción de puntos de carga por BEV diminúe. O crecemento nas vendas de vehículos eléctricos só se pode manter se a demanda de carga se satisface mediante infraestruturas accesibles e asequibles, xa sexa mediante carga privada nos fogares ou no traballo, ou estacións de carga de acceso público.

Proporción de vehículos eléctricos baixos por cargador público

Relación de puntos de carga públicos por vehículo lixeiro eléctrico de batería en países seleccionados fronte á porcentaxe de vehículos lixeiros eléctricos de batería

Aínda que os vehículos híbridos enchufables (PHEV) dependen menos da infraestrutura de carga pública que os vehículos eléctricos con carga eléctrica (BEV), a formulación de políticas relativas á dispoñibilidade suficiente de puntos de carga debería incorporar (e fomentar) a carga pública de PHEV. Se se considera o número total de vehículos eléctricos de baixo custo por punto de carga, a media mundial en 2022 era duns dez vehículos eléctricos por cargador. Países como China, Corea e os Países Baixos mantiveron menos de dez vehículos eléctricos por cargador nos últimos anos. Nos países que dependen en gran medida da carga pública, o número de cargadores de acceso público aumentou a unha velocidade que se corresponde en gran medida co despregamento de vehículos eléctricos.

Non obstante, nalgúns mercados caracterizados pola ampla dispoñibilidade de carga no fogar (debido a unha alta proporción de vivendas unifamiliares coa oportunidade de instalar un cargador), o número de vehículos eléctricos por punto de carga público pode ser aínda maior. Por exemplo, nos Estados Unidos, a proporción de vehículos eléctricos por cargador é de 24 e en Noruega é de máis de 30. A medida que aumenta a penetración do mercado dos vehículos eléctricos, a carga pública faise cada vez máis importante, mesmo nestes países, para apoiar a adopción de vehículos eléctricos entre os condutores que non teñen acceso a opcións de carga no fogar ou no lugar de traballo privado. Non obstante, a proporción óptima de vehículos eléctricos por cargador variará segundo as condicións locais e as necesidades dos condutores.

Quizais máis importante que o número de cargadores públicos dispoñibles sexa a capacidade total de potencia de carga pública por VE, dado que os cargadores rápidos poden dar servizo a máis VE que os cargadores lentos. Durante as primeiras etapas da adopción dos VE, ten sentido que a potencia de carga dispoñible por VE sexa alta, supoñendo que a utilización dos cargadores será relativamente baixa ata que o mercado madure e a utilización da infraestrutura se volva máis eficiente. En consonancia con isto, a Unión Europea no AFIR inclúe requisitos para a capacidade de potencia total que se debe proporcionar en función do tamaño da frota rexistrada.

A nivel mundial, a capacidade media de carga pública por vehículo eléctrico de baixa potencia é de arredor de 2,4 kW por VE. Na Unión Europea, a proporción é menor, cunha media de arredor de 1,2 kW por VE. Corea ten a proporción máis alta, con 7 kW por VE, mesmo tendo en conta que a maioría dos cargadores públicos (90 %) son cargadores lentos.

Número de vehículos eléctricos por punto de carga público e kW por vehículo eléctrico, 2022

Abrir

Número de LDV eléctricos por punto de cargakW de carga pública por LDV eléctricoNova ZelandiaIslandiaAustraliaNoruegaBrasilAlemañaSueciaEstados UnidosDinamarcaPortugalReino UnidoEspañaCanadáIndonesiaFinlandiaSuízaXapónTailandiaUnión EuropeaFranciaPoloniaMéxicoBélxicaMundoItaliaChinaIndiaSudáfricaChileGreciaPaíses BaixosCorea08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (eixe inferior)
• kW / EV (eixe superior)

Nas rexións onde os camións eléctricos están a chegar ao mercado, os camións eléctricos de batería poden competir en termos de custo total de propiedade (TCO) cos camións diésel convencionais para unha gama crecente de operacións, non só urbanas e rexionais, senón tamén nos segmentos rexionais e de longa distancia de camións con remolques. Tres parámetros que determinan o momento no que se alcanza son as peaxes; os custos de combustible e operacións (por exemplo, a diferenza entre os prezos do diésel e da electricidade aos que se enfrontan os operadores de camións e a redución dos custos de mantemento); e as subvencións CAPEX para reducir a diferenza no prezo de compra inicial do vehículo. Dado que os camións eléctricos poden proporcionar as mesmas operacións con custos de vida útil máis baixos (incluso se se aplica unha tarifa con desconto), o tempo no que os propietarios de vehículos esperan recuperar os custos iniciais é un factor clave para determinar se mercar un camión eléctrico ou convencional.

A economía dos camións eléctricos en aplicacións de longa distancia pode mellorar substancialmente se se poden reducir os custos de carga maximizando a carga lenta "fóra de quenda" (por exemplo, pola noite ou outros períodos de inactividade máis longos), obtendo contratos de compra a granel cos operadores da rede para a carga "a metade de quenda" (por exemplo, durante as pausas), rápida (ata 350 kW) ou ultrarrápida (>350 kW), e explorando oportunidades de carga intelixente e de conexión do vehículo á rede para obter ingresos adicionais.

Os camións e autobuses eléctricos dependerán da carga fóra de quenda para a maior parte da súa enerxía. Isto conseguirase en gran medida en estacións de carga privadas ou semiprivadas ou en estacións públicas en autoestradas, e a miúdo durante a noite. Será necesario desenvolver estacións para atender a crecente demanda de electrificación de vehículos pesados ​​e, en moitos casos, pode requirir melloras da rede de distribución e transmisión. Dependendo dos requisitos de autonomía do vehículo, a carga nas estacións será suficiente para cubrir a maioría das operacións en autobuses urbanos, así como en operacións urbanas e rexionais de camións.

As normativas que esixen períodos de descanso tamén poden proporcionar unha xanela de tempo para a carga a metade do turno se hai opcións de carga rápida ou ultrarrápida dispoñibles na ruta: a Unión Europea esixe 45 minutos de pausa despois de cada 4,5 horas de condución; os Estados Unidos esixen 30 minutos despois de 8 horas.

A maioría das estacións de carga rápida de corrente continua (CC) dispoñibles comercialmente permiten actualmente niveis de potencia que oscilan entre os 250 e os 350 kW. O obxectivo alcanzado polo Consello Europeo e o Parlamento inclúe un proceso gradual de despregamento de infraestruturas para vehículos pesados ​​eléctricos a partir de 2025. Estudos recentes sobre os requisitos de enerxía para as operacións de camións rexionais e de longa distancia nos Estados Unidos e Europa revelan que pode ser necesaria unha potencia de carga superior a 350 kW e de ata 1 MW para recargar completamente os camións eléctricos durante unha pausa de 30 a 45 minutos.

Recoñecendo a necesidade de ampliar a carga rápida ou ultrarrápida como requisito previo para que as operacións rexionais e, en particular, as de longa distancia sexan técnica e economicamente viables, en 2022 Traton, Volvo e Daimler crearon unha empresa conxunta independente. Con 500 millóns de euros en investimentos colectivos dos tres grupos de fabricación de vehículos pesados, a iniciativa ten como obxectivo despregar máis de 1 700 puntos de carga rápida (de 300 a 350 kW) e ultrarrápida (1 MW) en toda Europa.

Actualmente utilízanse varios estándares de carga e están a desenvolverse especificacións técnicas para a carga ultrarrápida. Será necesario garantir a máxima converxencia posible dos estándares de carga e a interoperabilidade para os vehículos eléctricos pesados ​​para evitar o custo, a ineficiencia e os desafíos para os importadores de vehículos e os operadores internacionais que se xerarían se os fabricantes seguisen camiños diverxentes.

Na China, os codesenvolvedores China Electricity Council e “ultra ChaoJi” de CHAdeMO están a desenvolver un estándar de carga para vehículos eléctricos pesados ​​de ata varios megavatios. En Europa e nos Estados Unidos, a Organización Internacional de Normalización (ISO) e outras organizacións están a desenvolver as especificacións para o Sistema de Carga de Megavatios CharIN (MCS), cunha potencia máxima potencial de.

A comercialización de cargadores cunha potencia nominal de 1 MW requirirá un investimento significativo, xa que as estacións con necesidades de potencia tan elevadas incorrerán en custos significativos tanto na instalación como nas actualizacións da rede. A revisión dos modelos de negocio das empresas públicas de electricidade e as regulacións do sector enerxético, a coordinación da planificación entre as partes interesadas e a carga intelixente poden axudar. O apoio directo a través de proxectos piloto e incentivos financeiros tamén pode acelerar a demostración e a adopción nas primeiras etapas. Un estudo recente describe algunhas consideracións clave de deseño para o desenvolvemento de estacións de carga con clasificación MCS:

• Planificar estacións de carga en estacións de autoestradas preto de liñas de transmisión e subestacións pode ser unha solución óptima para minimizar custos e aumentar a utilización dos cargadores.
• O "dimensionamento correcto" das conexións con conexións directas ás liñas de transmisión nunha fase temperá, anticipando así as necesidades enerxéticas dun sistema no que se electrificou unha alta proporción da actividade de transporte de mercadorías, en lugar de actualizar as redes de distribución de forma ad hoc e a curto prazo, será fundamental para reducir os custos. Isto requirirá unha planificación estruturada e coordinada entre os operadores da rede e os desenvolvedores de infraestruturas de carga en todos os sectores.
• Dado que as interconexións do sistema de transmisión e as melloras da rede poden levar entre 4 e 8 anos, a localización e a construción de estacións de carga de alta prioridade deberán comezar canto antes.

As solucións inclúen a instalación de almacenamento estacionario e a integración da capacidade renovable local, combinada coa carga intelixente, o que pode axudar a reducir tanto os custos de infraestrutura relacionados coa conexión á rede como os custos de adquisición de electricidade (por exemplo, permitindo que os operadores de camións minimicen os custos arbitrando a variabilidade dos prezos ao longo do día, aproveitando as oportunidades de conexión do vehículo á rede, etc.).

Outras opcións para fornecer enerxía a vehículos eléctricos pesados ​​(HDV) son a substitución de baterías e os sistemas de estradas eléctricas. Os sistemas de estradas eléctricas poden transferir enerxía a un camión mediante bobinas indutivas nunha estrada, conexións condutivas entre o vehículo e a estrada ou liñas de catenaria (aéreas). A catenaria e outras opcións de carga dinámica poden ser prometedoras para reducir os custos a nivel de sistema na transición a camións rexionais e de longa distancia de cero emisións, completando favorablemente en termos de custos totais de capital e operativos. Tamén poden axudar a reducir as necesidades de capacidade da batería. A demanda de baterías pode reducirse aínda máis e a utilización mellorar aínda máis se os sistemas de estradas eléctricas se deseñan para seren compatibles non só cos camións, senón tamén cos coches eléctricos. Non obstante, tales enfoques requirirían deseños indutivos ou en estrada que presentan maiores obstáculos en termos de desenvolvemento e deseño tecnolóxico, e son máis intensivos en capital. Ao mesmo tempo, os sistemas de estradas eléctricas supoñen desafíos importantes semellantes aos do sector ferroviario, incluíndo unha maior necesidade de estandarización de camiños e vehículos (como se ilustra cos tranvías e os trolebuses), compatibilidade transfronteiriza para viaxes de longa distancia e modelos axeitados de propiedade de infraestruturas. Ofrecen menos flexibilidade aos propietarios de camións en termos de rutas e tipos de vehículos, e teñen custos de desenvolvemento elevados en xeral, o que afecta á súa competitividade en relación coas estacións de carga habituais. Dados estes desafíos, estes sistemas serían implementados de forma máis eficaz primeiro en corredores de mercadorías moi utilizados, o que implicaría unha estreita coordinación entre diversas partes interesadas públicas e privadas. As demostracións en estradas públicas realizadas ata a data en Alemaña e Suecia contaron con líderes de entidades tanto privadas como públicas. Tamén se están a considerar solicitudes de proxectos piloto de sistemas de estradas eléctricas na China, a India, o Reino Unido e os Estados Unidos.

Necesidades de carga para vehículos pesados

A análise do Consello Internacional de Transporte Limpo (ICCT) suxire que o intercambio de baterías por vehículos eléctricos de dúas rodas nos servizos de taxi (por exemplo, bicicletas taxi) ofrece o custo total de propiedade (TCO) máis competitivo en comparación cos vehículos de dúas rodas con carga puntual (BEV) ou con motor de combustión interna (ICE). No caso da entrega na última milla mediante un vehículo de dúas rodas, a carga puntual ten actualmente unha vantaxe de TCO sobre o intercambio de baterías, pero cos incentivos políticos e a escala axeitados, o intercambio podería converterse nunha opción viable en determinadas condicións. En xeral, a medida que aumenta a distancia media diaria percorrida, o vehículo eléctrico de dúas rodas con batería e intercambio de baterías vólvese máis económico que os vehículos de carga puntual ou de gasolina. En 2021, fundouse o Swappable Batteries Motorcycle Consortium co obxectivo de facilitar o intercambio de baterías de vehículos lixeiros, incluídos os de dúas/tres rodas, traballando conxuntamente en especificacións comúns de baterías.

A substitución de baterías de vehículos eléctricos de dúas/tres rodas está a gañar impulso especialmente na India. Actualmente hai máis de dez empresas diferentes no mercado indio, incluída Gogoro, unha empresa líder en tecnoloxía de troca de baterías e scooters eléctricos con sede en Taipei Chinés. Gogoro afirma que as súas baterías alimentan o 90 % dos scooters eléctricos en Taipei Chinés, e a rede Gogoro ten máis de 12 000 estacións de troca de baterías para dar soporte a máis de 500 000 vehículos eléctricos de dúas rodas en nove países, principalmente na rexión de Asia-Pacífico. Gogoro formou agora unha asociación con Zypp Electric, con sede na India, que xestiona unha plataforma de vehículos eléctricos como servizo para entregas de última milla; xuntos, están a despregar 6 estacións de troca de baterías e 100 vehículos eléctricos de dúas rodas como parte dun proxecto piloto para operacións de entrega de última milla entre empresas na cidade de Delhi. A principios de 2023, recadaron , que usarán para ampliar a súa frota a 200 000 vehículos eléctricos de dúas rodas en 30 cidades da India para 2025. Sun Mobility ten unha longa historia no intercambio de baterías na India, con estacións de intercambio en todo o país por vehículos eléctricos de dúas e tres rodas, incluídos os e-rickshaws, con socios como Amazon India. Tailandia tamén está a ver servizos de intercambio de baterías para motocicletas-taxis e condutores de reparto.

Aínda que é máis frecuente en Asia, o intercambio de baterías por vehículos eléctricos de dúas rodas tamén se está a estender a África. Por exemplo, unha empresa emerxente ruandesa de motocicletas eléctricas opera estacións de intercambio de baterías, centrándose en atender as operacións de mototaxi que requiren longas autonomías diarias. Ampersand construíu dez estacións de intercambio de baterías en Kigali e tres en Nairobi, Kenya. Estas estacións realizan preto de 37 000 intercambios de baterías ao mes.

O cambio de baterías para vehículos de dúas/tres rodas ofrece vantaxes de custos

Para os camións en particular, o intercambio de baterías pode ter grandes vantaxes sobre a carga ultrarrápida. En primeiro lugar, o intercambio pode levar tan pouco, o que sería difícil e caro de conseguir mediante a carga por cable, o que requiriría un cargador ultrarrápido conectado a redes de media a alta tensión e sistemas de xestión de baterías e composicións químicas de baterías caras. Evitar a carga ultrarrápida tamén pode prolongar a capacidade, o rendemento e a vida útil da batería.

A batería como servizo (BaaS), que separa a compra do camión e a batería e establece un contrato de arrendamento para a batería, reduce substancialmente o custo de compra inicial. Ademais, dado que os camións tenden a depender das químicas das baterías de fosfato de ferro e litio (LFP), que son máis duradeiras que as baterías de óxido de níquel manganeso e cobalto de litio (NMC), son axeitadas para o intercambio en termos de seguridade e prezo accesible.

Non obstante, o custo de construír unha estación probablemente será maior para o cambio de baterías de camións, dado o maior tamaño do vehículo e as baterías máis pesadas, que requiren máis espazo e equipamento especializado para realizar o cambio. Outro obstáculo importante é o requisito de que as baterías estean estandarizadas para un tamaño e unha capacidade determinados, o que os fabricantes de equipos orixinais de camións probablemente perciban como un desafío para a competitividade, xa que o deseño e a capacidade das baterías son un diferenciador clave entre os fabricantes de camións eléctricos.

A China está á vangarda da substitución de baterías para camións debido ao importante apoio político e ao uso de tecnoloxía deseñada para complementar a carga por cable. En 2021, o Ministerio de Industria, Industria e Transporte de China (MIIT) anunciou que varias cidades probarían a tecnoloxía de substitución de baterías, incluída a substitución de baterías para vehículos pesados ​​en tres cidades. Case todos os principais fabricantes chineses de camións pesados, incluídos FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile e SAIC.

China está á vangarda do intercambio de baterías para camións

China tamén é líder na substitución de baterías para turismos. En todos os modos, o número total de estacións de substitución de baterías en China situábase case a finais de 2022, un 50 % máis que a finais de 2021. NIO, que produce coches con substitución de baterías e as estacións de substitución de apoio, opera máis que en China, e informa de que a rede abrangue máis de dous terzos da China continental. A metade das súas estacións de substitución instaláronse en 2022 e a empresa estableceu o obxectivo de 4 000 estacións de substitución de baterías a nivel mundial para 2025. As súas estacións de substitución poden realizar máis de 300 substitucións ao día, cargando ata 13 baterías simultaneamente cunha potencia de 20-80 kW.

NIO tamén anunciou plans para construír estacións de intercambio de baterías en Europa a medida que os seus modelos de automóbiles con intercambio de baterías estivesen dispoñibles nos mercados europeos a finais de 2022. A primeira estación de intercambio de baterías NIO en Suecia abriuse en e, a finais de 2022, abriran dez estacións de intercambio de baterías NIO en Noruega, Alemaña, Suecia e os Países Baixos. A diferenza de NIO, cuxas estacións de intercambio dan servizo a coches NIO, as estacións do operador chinés de estacións de intercambio de baterías Aulton admiten 30 modelos de 16 empresas de vehículos diferentes.

O intercambio de baterías tamén podería ser unha opción especialmente atractiva para as frotas de taxis LDV, cuxas operacións son máis sensibles aos tempos de recarga que os coches particulares. A empresa emerxente estadounidense Ample opera actualmente 12 estacións de intercambio de baterías na área da baía de San Francisco, que serven principalmente a vehículos de transporte compartido de Uber.

China tamén é líder no intercambio de baterías para turismos

Referencias

Os cargadores lentos teñen potencias iguais ou inferiores a 22 kW. Os cargadores rápidos son aqueles cunha potencia de máis de 22 kW e ata 350 kW. Os termos "puntos de carga" e "cargadores" úsanse indistintamente e refírense ás tomas de carga individuais, o que reflicte o número de vehículos eléctricos que poden cargar ao mesmo tempo. As "estacións de carga" poden ter varios puntos de carga.

Anteriormente unha directiva, a proposta de AFIR, unha vez aprobada formalmente, converteríase nun acto lexislativo vinculante que estipularía, entre outras cousas, unha distancia máxima entre os cargadores instalados ao longo da RTE-T, as estradas primarias e secundarias dentro da Unión Europea.

As solucións indutivas están máis lonxe da comercialización e enfróntanse a desafíos para fornecer potencia suficiente a velocidades de autoestrada.