Trender innen ladeinfrastruktur

Selv om mesteparten av ladeetterspørselen for tiden dekkes av hjemmelading, er det et økende behov for offentlig tilgjengelige ladere for å gi samme nivå av bekvemmelighet og tilgjengelighet som for fylling av konvensjonelle kjøretøy. Spesielt i tettbygde byområder, der tilgangen til hjemmelading er mer begrenset, er offentlig ladeinfrastruktur en viktig muliggjører for adopsjon av elbiler. Ved utgangen av 2022 var det 2,7 millioner offentlige ladepunkter over hele verden, hvorav mer enn 900 000 ble installert i 2022, omtrent en økning på 55 % fra 2021-beholdningen, og sammenlignbar med vekstraten på 50 % før pandemien mellom 2015 og 2019.

Trege ladere

Globalt finnes det mer enn 600 000 offentlige ladestasjoner for langsom lading.1ble installert i 2022, hvorav 360 000 var i Kina, noe som bringer beholdningen av langsomme ladere i landet opp i mer enn 1 million. Ved utgangen av 2022 hadde Kina mer enn halvparten av den globale beholdningen av offentlige langsomme ladere.

Europa er nummer to, med totalt 460 000 langsomme ladestasjoner i 2022, en økning på 50 % fra året før. Nederland leder an i Europa med 117 000, etterfulgt av rundt 74 000 i Frankrike og 64 000 i Tyskland. Beholdningen av langsomme ladestasjoner i USA økte med 9 % i 2022, den laveste vekstraten blant de store markedene. I Korea har beholdningen av langsomme ladestasjoner doblet seg fra år til år og nådde 184 000 ladepunkter.

Hurtigladere

Offentlig tilgjengelige hurtigladere, spesielt de som ligger langs motorveier, muliggjør lengre reiser og kan redusere rekkeviddeangst, en barriere for adopsjon av elbiler. I likhet med langsomme ladere tilbyr offentlige hurtigladere også ladeløsninger til forbrukere som ikke har pålitelig tilgang til privat lading, og oppmuntrer dermed til adopsjon av elbiler i større deler av befolkningen. Antallet hurtigladere økte med 330 000 globalt i 2022, selv om igjen majoriteten (nesten 90 %) av veksten kom fra Kina. Utplasseringen av hurtiglading kompenserer for mangelen på tilgang til hjemmeladere i tettbygde byer og støtter Kinas mål om rask utplassering av elbiler. Kina står for totalt 760 000 hurtigladere, men mer enn 1 000 av den totale offentlige hurtigladebeholdningen ligger i bare ti provinser.

I Europa var det totale antallet hurtigladere over 70 000 ved utgangen av 2022, en økning på rundt 55 % sammenlignet med 2021. Landene med det største antallet hurtigladere er Tyskland (over 12 000), Frankrike (9 700) og Norge (9 000). Det er en klar ambisjon i hele EU om å videreutvikle den offentlige ladeinfrastrukturen, noe som indikeres av den foreløpige avtalen om den foreslåtte forordningen om alternativ drivstoffinfrastruktur (AFIR), som vil sette krav til dekning av elektrisk ladedekning på tvers av det transeuropeiske transportnettet (TEN-T) mellom Den europeiske investeringsbanken og Europakommisjonen. Dette vil gjøre over 1,5 milliarder euro tilgjengelig innen utgangen av 2023 for infrastruktur for alternativ drivstoff, inkludert elektrisk hurtiglading.

USA installerte 6300 hurtigladere i 2022, hvorav omtrent tre fjerdedeler var Tesla Superchargers. Den totale beholdningen av hurtigladere nådde 28 000 ved utgangen av 2022. Utplasseringen forventes å akselerere i de kommende årene etter at myndighetenes godkjenning av (NEVI) er godkjent. Alle amerikanske stater, Washington DC og Puerto Rico deltar i programmet, og har allerede blitt tildelt 885 millioner USD i finansiering for 2023 for å støtte utbyggingen av ladere langs 122 000 km motorvei. Den amerikanske føderale veiadministrasjonen har kunngjort nye nasjonale standarder for føderalt finansierte elbilladere for å sikre konsistens, pålitelighet, tilgjengelighet og kompatibilitet. Som en del av de nye standardene har Tesla kunngjort at de vil åpne en del av sitt amerikanske Supercharger-nettverk (der Superchargers representerer 60 % av den totale beholdningen av hurtigladere i USA) og Destination Charger-nettverket for elbiler som ikke er fra Tesla.

Offentlige ladepunkter blir stadig viktigere for å muliggjøre bredere bruk av elbiler

Utrulling av offentlig ladeinfrastruktur i påvente av vekst i elbilsalg er avgjørende for utbredt adopsjon av elbiler. I Norge var det for eksempel rundt 1,3 batterielektriske elbiler per offentlig ladepunkt i 2011, noe som støttet videre adopsjon. Ved utgangen av 2022, med over 17 % av elbilene som elbiler, var det 25 elbiler per offentlig ladepunkt i Norge. Generelt sett, etter hvert som andelen batterielektriske elbiler øker, synker forholdet mellom ladepunkter per elbil. Veksten i elbilsalg kan bare opprettholdes hvis ladeetterspørselen dekkes av tilgjengelig og rimelig infrastruktur, enten gjennom privat lading i hjem eller på jobb, eller offentlig tilgjengelige ladestasjoner.

Forholdet mellom elektriske lette kjøretøy per offentlig ladestasjon

Offentlige ladepunkter per batteri-elektrisk LDV-forhold i utvalgte land mot batterielektrisk LDV-aksjeandel

Selv om ladebiler er mindre avhengige av offentlig ladeinfrastruktur enn elbiler, bør politikkutforming knyttet til tilstrekkelig tilgjengelighet av ladepunkter inkludere (og oppmuntre til) offentlig lading av ladebiler. Hvis man vurderer det totale antallet elektriske, lettladede biler per ladepunkt, var det globale gjennomsnittet i 2022 omtrent ti elbiler per lader. Land som Kina, Korea og Nederland har opprettholdt færre enn ti elbiler per lader de siste årene. I land som er sterkt avhengige av offentlig lading, har antallet offentlig tilgjengelige ladere økt i en hastighet som i stor grad samsvarer med utplasseringen av elbiler.

I noen markeder som er preget av utbredt tilgjengelighet av hjemmelading (på grunn av en høy andel eneboliger med mulighet for å installere en lader), kan imidlertid antallet elbiler per offentlig ladepunkt være enda høyere. For eksempel er forholdet mellom elbiler per lader i USA 24, og i Norge er det mer enn 30. Etter hvert som markedspenetrasjonen av elbiler øker, blir offentlig lading stadig viktigere, selv i disse landene, for å støtte elbiladopsjonen blant sjåfører som ikke har tilgang til lademuligheter i private hjem eller på arbeidsplassen. Det optimale forholdet mellom elbiler per lader vil imidlertid variere basert på lokale forhold og sjåførenes behov.

Kanskje viktigere enn antallet tilgjengelige offentlige ladere er den totale offentlige ladekapasiteten per elbil, gitt at hurtigladere kan betjene flere elbiler enn langsomme ladere. I de tidlige stadiene av elbiladopsjonen er det fornuftig at tilgjengelig ladekraft per elbil er høy, forutsatt at ladeutnyttelsen vil være relativt lav inntil markedet modnes og utnyttelsen av infrastruktur blir mer effektiv. I tråd med dette inkluderer EUs AFIR krav til den totale strømkapasiteten som skal leveres basert på størrelsen på den registrerte flåten.

Globalt er den gjennomsnittlige offentlige ladekapasiteten per elektrisk lette kjøretøy rundt 2,4 kW per elbil. I EU er forholdet lavere, med et gjennomsnitt på rundt 1,2 kW per elbil. Korea har det høyeste forholdet på 7 kW per elbil, selv om de fleste offentlige ladestasjoner (90 %) er trege ladere.

Antall elektriske LDV-er per offentlig ladepunkt og kW per elektrisk LDV, 2022

Åpne

Antall elektriske LDV-er per ladepunkt kW offentlig lading per elektriske LDV New Zealand Island Australia Norge Brasil Tyskland Sverige USA Danmark Portugal Storbritannia Spania Canada Indonesia Finland Sveits Japan Thailand EU Frankrike Polen Mexico Belgia Verden Italia Kina India Sør-Afrika Chile Hellas Nederland Korea 08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

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

I regioner der elektriske lastebiler blir kommersielt tilgjengelige, kan batterielektriske lastebiler konkurrere på totale eierkostnader (TCO) med konvensjonelle diesellastebiler for et voksende spekter av drifter, ikke bare i by- og regionale transportformer, men også i regionale og langdistansesegmenter for trekker-tilhengertransport. Tre parametere som bestemmer tidspunktet for når dette nås, er bompenger, drivstoff- og driftskostnader (f.eks. forskjellen mellom diesel- og strømpriser som lastebilførere står overfor, og reduserte vedlikeholdskostnader); og CAPEX-subsidier for å redusere forskjellen i den opprinnelige kjøpesummen for kjøretøyet. Siden elektriske lastebiler kan tilby den samme driften med lavere levetidskostnader (inkludert hvis en rabattert rente brukes), er hvor mye bileiere forventer å få tilbake de opprinnelige kostnadene en nøkkelfaktor for å avgjøre om man skal kjøpe en elektrisk eller konvensjonell lastebil.

Økonomien for elektriske lastebiler i langdistanseapplikasjoner kan forbedres betraktelig dersom ladekostnadene kan reduseres ved å maksimere langsom lading «off-shift» (f.eks. nattetid eller andre lengre perioder med nedetid), sikre bulkkjøpskontrakter med nettoperatører for «midt i skift» (f.eks. i pauser), rask (opptil 350 kW) eller ultrahurtig (> 350 kW) lading, og utforske smart lading og muligheter fra kjøretøy til nett for ekstra inntekter.

Elektriske lastebiler og busser vil være avhengige av lading utenfor skift for mesteparten av energien sin. Dette vil i stor grad bli oppnådd ved private eller semi-private ladestasjoner eller ved offentlige stasjoner langs motorveier, og ofte over natten. Depoter for å betjene den økende etterspørselen etter tungelektrifisering må utvikles, og i mange tilfeller kan det kreves oppgraderinger av distribusjons- og overføringsnettet. Avhengig av kjøretøyets rekkeviddekrav vil depotlading være tilstrekkelig til å dekke de fleste operasjoner i bybuss samt by- og regional lastebildrift.

Forskrifter som pålegger hvileperioder kan også gi et tidsvindu for lading midt i skiftet hvis hurtig- eller ultrahurtigladealternativer er tilgjengelige underveis: EU krever 45 minutters pause etter hver 4,5 timers kjøring; USA pålegger 30 minutter etter 8 timer.

De fleste kommersielt tilgjengelige hurtigladestasjoner for likestrøm (DC) muliggjør for tiden effektnivåer fra 250–350 kW. Et mål som ble nådd av Det europeiske råd og parlamentet, inkluderer en gradvis prosess med utbygging av infrastruktur for elektriske tunge kjøretøy fra 2025. Nyere studier av effektbehov for regionale og langdistanse lastebiltransporter i USA og Europa viser at ladeeffekt på over 350 kW, og så høy som 1 MW, kan være nødvendig for å lade elektriske lastebiler helt opp i løpet av en pause på 30 til 45 minutter.

Traton, Volvo og Daimler erkjente behovet for å skalere opp hurtig- eller ultrahurtiglading som en forutsetning for å gjøre både regionale og spesielt langdistanseoperasjoner teknisk og økonomisk levedyktige, og etablerte derfor et uavhengig joint venture i 2022. Med 500 millioner euro i kollektive investeringer fra de tre tunglastproduksjonsgruppene, tar initiativet sikte på å distribuere mer enn 1700 hurtigladepunkter (300 til 350 kW) og ultrahurtige ladepunkter (1 MW) over hele Europa.

Flere ladestandarder er i bruk for tiden, og tekniske spesifikasjoner for ultrahurtiglading er under utvikling. Det vil være nødvendig å sikre maksimal mulig konvergens av ladestandarder og interoperabilitet for tunge elbiler for å unngå kostnadene, ineffektiviteten og utfordringene for kjøretøyimportører og internasjonale operatører som ville oppstå hvis produsenter følger ulike veier.

I Kina utvikler medutviklerne China Electricity Council og CHAdeMOs «ultra ChaoJi» en ladestandard for tunge elektriske kjøretøy på opptil flere megawatt. I Europa og USA er spesifikasjoner for CharIN Megawatt Charging System (MCS), med en potensiell maksimal effekt på ... under utvikling av Den internasjonale standardiseringsorganisasjonen (ISO) og andre organisasjoner. De endelige MCS-spesifikasjonene, som vil være nødvendige for kommersiell utrulling, forventes i 2024. Etter det første megawatt-ladestedet som ble tilbudt av Daimler Trucks og Portland General Electric (PGE) i 2021, samt investeringer og prosjekter i Østerrike, Sverige, Spania og Storbritannia.

Kommersialisering av ladere med en nominell effekt på 1 MW vil kreve betydelige investeringer, ettersom stasjoner med så høyt effektbehov vil pådra seg betydelige kostnader både i installasjon og nettoppgraderinger. Revisjon av forretningsmodeller for offentlige strømforsyninger og forskrifter for kraftsektoren, koordinering av planlegging på tvers av interessenter og smart lading kan alle bidra. Direkte støtte gjennom pilotprosjekter og økonomiske insentiver kan også akselerere demonstrasjon og adopsjon i tidlige stadier. En fersk studie skisserer noen viktige designhensyn for utvikling av MCS-klassifiserte ladestasjoner:

• Å planlegge ladestasjoner ved depoter på motorveier i nærheten av kraftledninger og transformatorstasjoner kan være en optimal løsning for å minimere kostnader og øke utnyttelsen av ladere.
• «Riktig dimensjonerende» forbindelser med direkte tilkoblinger til overføringslinjer på et tidlig stadium, og dermed forutse energibehovet til et system der en høy andel av godstransportaktiviteten er elektrifisert, i stedet for å oppgradere distribusjonsnett på ad hoc- og kortsiktig basis, vil være avgjørende for å redusere kostnadene. Dette vil kreve strukturert og koordinert planlegging mellom nettoperatører og utviklere av ladeinfrastruktur på tvers av sektorer.
• Siden sammenkoblinger av overføringssystemet og oppgraderinger av nettet kan ta 4–8 år, må plassering og bygging av ladestasjoner med høy prioritet starte så snart som mulig.

Løsningene inkluderer installasjon av stasjonær lagring og integrering av lokal fornybar kapasitet, kombinert med smart lading, noe som kan bidra til å redusere både infrastrukturkostnader knyttet til netttilkobling og kostnader til strømanskaffelse (f.eks. ved å gjøre det mulig for lastebiloperatører å minimere kostnader ved å utligne prisvariasjoner gjennom dagen, dra nytte av muligheter mellom kjøretøy og strømnett, osv.).

Andre alternativer for å forsyne elektriske tunge kjøretøy (HDV-er) med strøm er batteribytte og elektriske veisystemer. Elektriske veisystemer kan overføre strøm til en lastebil enten via induktive spoler i en vei, eller gjennom ledende forbindelser mellom kjøretøyet og veien, eller via kontaktledninger. Kontaktledninger og andre dynamiske ladealternativer kan være lovende for å redusere kostnadene på systemnivå i overgangen til nullutslipps regionale og langdistanselastebiler, og dermed fullføre gunstige totale kapital- og driftskostnader. De kan også bidra til å redusere behovet for batterikapasitet. Batterietterspørselen kan reduseres ytterligere, og utnyttelsen forbedres ytterligere, hvis elektriske veisystemer utformes for å være kompatible ikke bare med lastebiler, men også med elbiler. Slike tilnærminger vil imidlertid kreve induktive eller veibaserte design som kommer med større hindringer når det gjelder teknologiutvikling og design, og er mer kapitalintensive. Samtidig byr elektriske veisystemer på betydelige utfordringer som ligner på de i jernbanesektoren, inkludert et større behov for standardisering av stier og kjøretøy (som illustrert med trikker og trolleybusser), kompatibilitet på tvers av landegrenser for langdistanseturer og passende infrastruktureierskapsmodeller. De gir lastebileiere mindre fleksibilitet når det gjelder ruter og kjøretøytyper, og har høye utviklingskostnader totalt sett, noe som påvirker deres konkurranseevne i forhold til vanlige ladestasjoner. Gitt disse utfordringene, vil slike systemer mest effektivt bli implementert først på sterkt brukte godskorridorer, noe som vil kreve tett koordinering mellom ulike offentlige og private interessenter. Demonstrasjoner på offentlige veier i Tyskland og Sverige hittil har vært avhengige av forkjempere fra både private og offentlige enheter. Oppfordringer til pilotprosjekter for elektriske veisystemer vurderes også i Kina, India, Storbritannia og USA.

Ladebehov for tunge kjøretøy

En analyse fra Det internasjonale rådet for ren transport (ICCT) tyder på at batteribytte for elektriske tohjulinger i taxitjenester (f.eks. sykkeltaxier) gir den mest konkurransedyktige totale eierkostnaden sammenlignet med punktladede elbiler eller forbrenningsmotorsykler. Når det gjelder levering til siste mil via en tohjuling, har punktlading for tiden en total eierkostnadsfordel fremfor batteribytte, men med riktige politiske insentiver og skala kan bytte bli et levedyktig alternativ under visse forhold. Generelt sett, etter hvert som den gjennomsnittlige daglige kjørte distansen øker, blir batterielektriske tohjulinger med batteribytte mer økonomiske enn punktladede eller bensinkjøretøy. I 2021 ble Swapable Batteries Motorcycle Consortium grunnlagt med mål om å legge til rette for batteribytte av lette kjøretøy, inkludert to-/trehjulinger, ved å samarbeide om felles batterispesifikasjoner.

Batteribytte av elektriske to- og trehjulinger får spesielt fart i India. Det er for tiden over ti forskjellige selskaper i det indiske markedet, inkludert Gogoro, en elektrisk sparkesykkel og teknologileder for batteribytte basert i Kina, Taipei. Gogoro hevder at batteriene deres driver 90 % av elektriske sparkesykler i Kina, og Gogoro-nettverket har mer enn 12 000 batteribyttestasjoner for å støtte over 500 000 elektriske tohjulinger i ni land, hovedsakelig i Asia og Stillehavsregionen. Gogoro har nå inngått et partnerskap med India-baserte Zypp Electric, som driver en EV-som-en-tjeneste-plattform for levering av siste mil. Sammen distribuerer de seks batteribyttestasjoner og 100 elektriske tohjulinger som en del av et pilotprosjekt for levering av siste mil mellom bedrifter i byen Delhi. I begynnelsen av 2023 samlet de inn penger, som de vil bruke til å utvide flåten sin til 200 000 elektriske tohjulinger i 30 indiske byer innen 2025. Sun Mobility har en lengre historie med batteribytte i India, med over byttestasjoner over hele landet for elektriske to- og trehjulinger, inkludert elektriske rickshaws, med partnere som Amazon India. Thailand ser også på batteribyttetjenester for motorsykkeltaxi og leveringssjåfører.

Selv om det er mest utbredt i Asia, sprer batteribytte for elektriske tohjulinger seg også til Afrika. For eksempel driver en rwandisk oppstartsbedrift for elektriske motorsykler batteribyttestasjoner, med fokus på å betjene motorsykkeltaxioperasjoner som krever lange daglige rekkevidder. Ampersand har bygget ti batteribyttestasjoner i Kigali og tre i Nairobi, Kenya. Disse stasjonene utfører nærmere 37 000 batteribytter i måneden.

Batteribytte for to-/trehjulinger gir kostnadsfordeler

Spesielt for lastebiler kan batteribytte ha store fordeler fremfor ultrahurtiglading. For det første kan bytting ta så lite tid, noe som ville være vanskelig og dyrt å oppnå gjennom kabelbasert lading, som krever en ultrahurtiglader koblet til mellom- til høyspenningsnett og dyre batteristyringssystemer og batterikjemi. Å unngå ultrahurtiglading kan også forlenge batteriets kapasitet, ytelse og levetid.

Batteri som en tjeneste (BaaS), som skiller kjøp av lastebil og batteri, og etablerer en leasingkontrakt for batteriet, reduserer den opprinnelige kjøpskostnaden betraktelig. I tillegg, siden lastebiler har en tendens til å være avhengige av litiumjernfosfat (LFP)-batterier, som er mer holdbare enn litiumnikkel-mangan-koboltoksid (NMC)-batterier, er de godt egnet for bytte når det gjelder sikkerhet og overkommelighet.

Kostnaden ved å bygge en stasjon vil imidlertid sannsynligvis være høyere for bytte av lastebilbatterier gitt den større kjøretøystørrelsen og tyngre batteriene, som krever mer plass og spesialutstyr for å utføre byttet. En annen stor barriere er kravet om at batterier skal standardiseres til en gitt størrelse og kapasitet, noe lastebilprodusenter sannsynligvis vil oppfatte som en utfordring for konkurranseevnen, ettersom batteridesign og kapasitet er en viktig differensierer blant produsenter av elektriske lastebiler.

Kina er i forkant av batteribytte for lastebiler på grunn av betydelig politisk støtte og bruk av teknologi som er utviklet for å utfylle kabellading. I 2021 kunngjorde Kinas MIIT at en rekke byer skulle teste ut batteribytteteknologi, inkludert batteribytte for tunge lastebiler i tre byer. Nesten alle store kinesiske produsenter av tunge lastebiler, inkludert FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile og SAIC.

Kina er i forkant av batteribytte for lastebiler

Kina er også ledende innen batteribytte for personbiler. På tvers av alle transportmåter var det totale antallet batteribyttestasjoner i Kina nesten ved utgangen av 2022, 50 % høyere enn ved utgangen av 2021. NIO, som produserer biler med batteribyttefunksjon og tilhørende byttestasjoner, driver flere enn i Kina, og rapporterer at nettverket dekker mer enn to tredjedeler av Fastlands-Kina. Halvparten av byttestasjonene deres ble installert i 2022, og selskapet har satt et mål om 4000 batteribyttestasjoner globalt innen 2025. Selskapets byttestasjoner kan utføre over 300 bytter per dag, og lade opptil 13 batterier samtidig med en effekt på 20–80 kW.

NIO annonserte også planer om å bygge batteribyttestasjoner i Europa etter hvert som deres bilmodeller med batteribyttefunksjon ble tilgjengelige i europeiske markeder mot slutten av 2022. Den første NIO-batteribyttestasjonen i Sverige ble åpnet i, og innen utgangen av 2022 hadde ti NIO-batteribyttestasjoner blitt åpnet i Norge, Tyskland, Sverige og Nederland. I motsetning til NIO, hvis byttestasjoner betjener NIO-biler, støtter den kinesiske batteribyttestasjonsoperatøren Aultons stasjoner 30 modeller fra 16 forskjellige bilprodusenter.

Batteribytte kan også være et spesielt attraktivt alternativ for LDV-drosjflåter, hvis drift er mer følsom for ladetider enn personbiler. Det amerikanske oppstartsselskapet Ample driver for tiden 12 batteribyttestasjoner i San Francisco Bay-området, hovedsakelig for Uber-samkjøringsbiler.

Kina er også ledende innen batteribytte for personbiler.

Referanser

Sakte ladere har en effekt på 22 kW eller mindre. Hurtigladere er de med en effekt på over 22 kW og opptil 350 kW. «Ladepunkter» og «ladere» brukes om hverandre og refererer til de individuelle ladeuttakene, som gjenspeiler antall elbiler som kan lade samtidig. «Ladestasjoner» kan ha flere ladepunkter.

Det foreslåtte AFIR, som tidligere var et direktiv, ville, når det ble formelt godkjent, bli en bindende lovgivningsakt, som blant annet fastsetter en maksimal avstand mellom ladere installert langs TEN-T, hoved- og sekundærveiene i EU.

Induktive løsninger er lenger unna kommersialisering og står overfor utfordringer med å levere tilstrekkelig kraft ved motorveihastigheter.