Тенденции в зарядной инфраструктуре

Хотя большая часть спроса на зарядку в настоящее время удовлетворяется за счёт домашних зарядных станций, всё больше востребованы общедоступные зарядные станции, обеспечивающие тот же уровень удобства и доступности, что и заправка обычных автомобилей. В густонаселённых городских районах, особенно где доступ к зарядке дома ограничен, инфраструктура общественных зарядных станций является ключевым фактором развития электромобилей. К концу 2022 года во всём мире насчитывалось 2,7 миллиона общественных зарядных станций, из которых более 900 000 были установлены в 2022 году, что примерно на 55% больше, чем в 2021 году, и сопоставимо с темпами роста в 50% до пандемии в период с 2015 по 2019 год.

Медленные зарядные устройства

По всему миру насчитывается более 600 000 общественных пунктов медленной зарядки.1В 2022 году было установлено 360 000 таких зарядных станций, из которых 360 000 — в Китае, в результате чего общее количество медленных зарядных станций в стране превысило 1 миллион. К концу 2022 года на Китай приходилось более половины мирового количества общественных медленных зарядных станций.

Европа занимает второе место с общим количеством станций медленной зарядки в 2022 году (460 000), что на 50% больше, чем в предыдущем году. Нидерланды лидируют в Европе с их 117 000, за ними следуют около 74 000 во Франции и 64 000 в Германии. Количество станций медленной зарядки в США увеличилось на 9% в 2022 году, что является самым низким показателем роста среди основных рынков. В Корее количество станций медленной зарядки удвоилось по сравнению с предыдущим годом, достигнув 184 000.

Быстрые зарядные устройства

Общедоступные быстрые зарядные станции, особенно расположенные вдоль автомагистралей, позволяют совершать более длительные поездки и могут решить проблему страха перед ограниченным запасом хода, который является препятствием для внедрения электромобилей. Как и медленные зарядные станции, общественные быстрые зарядные станции также предоставляют решения для зарядки потребителей, у которых нет надежного доступа к частной зарядке, тем самым стимулируя внедрение электромобилей среди более широких слоев населения. Количество быстрых зарядных станций в мире увеличилось на 330 000 в 2022 году, хотя снова большая часть (почти 90%) прироста пришлась на Китай. Развертывание быстрой зарядки компенсирует отсутствие доступа к домашним зарядным станциям в густонаселенных городах и поддерживает цели Китая по быстрому внедрению электромобилей. На долю Китая приходится в общей сложности 760 000 быстрых зарядных станций, но более от общего числа общественных быстрых зарядных станций расположено всего в десяти провинциях.

В Европе к концу 2022 года общее количество станций быстрой зарядки превысило 70 000, что примерно на 55% больше, чем в 2021 году. Странами с наибольшим количеством станций быстрой зарядки являются Германия (более 12 000), Франция (9 700) и Норвегия (9 000). В Европейском союзе существует чёткое стремление к дальнейшему развитию общественной инфраструктуры зарядки, о чём свидетельствует предварительное соглашение между Европейским инвестиционным банком и Европейской комиссией о предлагаемом Регламенте инфраструктуры альтернативных видов топлива (AFIR), который установит требования к охвату электрозарядкой в ​​трансъевропейской транспортной сети (TEN-T). До конца 2023 года Европейская комиссия выделит более 1,5 млрд евро на инфраструктуру альтернативных видов топлива, включая быструю зарядку электромобилей.

В 2022 году в Соединенных Штатах было установлено 6300 быстрых зарядных станций, около трех четвертей из которых — это Tesla Supercharger. К концу 2022 года общее количество быстрых зарядных станций достигло 28 000. Ожидается, что развертывание ускорится в ближайшие годы после одобрения правительством программы (NEVI). В программе участвуют все штаты США, округ Колумбия, и Пуэрто-Рико, которым уже выделено 885 миллионов долларов США на финансирование на 2023 год для поддержки строительства зарядных станций на 122 000 км автомагистралей. Федеральное управление автомобильных дорог США объявило о новых национальных стандартах для финансируемых из федерального бюджета зарядных станций для электромобилей, чтобы обеспечить единообразие, надежность, доступность и совместимость. В соответствии с новыми стандартами Tesla объявила, что откроет часть своей сети US Supercharger (где Supercharger составляют 60% от общего количества быстрых зарядных станций в Соединенных Штатах) и сети Destination Charger для электромобилей, не принадлежащих Tesla.

Общественные зарядные станции становятся все более необходимыми для более широкого распространения электромобилей.

Развертывание инфраструктуры общественных зарядных станций в преддверии роста продаж электромобилей имеет решающее значение для широкого внедрения электромобилей. Например, в Норвегии в 2011 году на одну общественную зарядную станцию ​​приходилось около 1,3 электромобиля LDV, работающего на аккумуляторных батареях, что способствовало дальнейшему распространению электромобилей. К концу 2022 года, когда более 17% LDV были электромобилями, на одну общественную зарядную станцию ​​в Норвегии приходилось 25 электромобилей. В целом, по мере увеличения доли электромобилей LDV в парке электромобилей соотношение зарядных станций к электромобилю снижается. Рост продаж электромобилей может быть устойчивым только при условии удовлетворения спроса на зарядку доступной и недорогой инфраструктурой, будь то частные зарядные станции дома или на работе, или общедоступные зарядные станции.

Соотношение электрических LDV и общественных зарядных станций

Общественные зарядные станции на долю аккумуляторных электромобилей LDV в отдельных странах в сравнении с долей акций аккумуляторных электромобилей LDV

Хотя PHEV-автомобили в меньшей степени зависят от общественной зарядной инфраструктуры, чем электромобили, политика, направленная на обеспечение достаточного количества зарядных станций, должна включать (и поощрять) общественную зарядку PHEV. Если рассматривать общее количество электромобилей LDV на одну зарядную станцию, то в 2022 году средний мировой показатель составлял около десяти электромобилей на одну зарядную станцию. В таких странах, как Китай, Корея и Нидерланды, в последние годы на одну зарядную станцию ​​приходилось менее десяти электромобилей. В странах, активно использующих общественные зарядные станции, количество общедоступных зарядных станций росло темпами, в значительной степени соответствующими темпам внедрения электромобилей.

Однако на некоторых рынках, характеризующихся широкой доступностью домашних зарядных станций (из-за высокой доли односемейных домов с возможностью установки зарядного устройства), количество электромобилей на одну общественную зарядную станцию ​​может быть ещё выше. Например, в США соотношение электромобилей на одну зарядную станцию ​​составляет 24, а в Норвегии — более 30. По мере роста проникновения электромобилей на рынок, общественные зарядные станции становятся всё более важными даже в этих странах для поддержки перехода на электромобили среди водителей, не имеющих доступа к частным зарядным станциям дома или на работе. Однако оптимальное соотношение электромобилей на одну зарядную станцию ​​будет зависеть от местных условий и потребностей водителей.

Возможно, важнее количества доступных общественных зарядных станций общая мощность зарядки электромобиля, учитывая, что быстрые зарядные станции могут обслуживать больше электромобилей, чем медленные. На ранних этапах внедрения электромобилей целесообразно поддерживать высокую доступную мощность зарядки на один электромобиль, предполагая, что загрузка зарядных станций будет относительно низкой до тех пор, пока рынок не станет зрелым, а инфраструктура не станет более эффективной. В связи с этим, директива Европейского союза по AFIR включает требования к общей мощности зарядки, исходя из размера зарегистрированного парка.

В мире средняя мощность общественной зарядки на электромобиль составляет около 2,4 кВт. В Европейском союзе этот показатель ниже — около 1,2 кВт. В Корее этот показатель самый высокий — 7 кВт на электромобиль, даже несмотря на то, что большинство общественных зарядных станций (90%) используют медленную зарядку.

Количество электрических легковых автомобилей на общественную зарядную станцию ​​и кВт на электрический легковой автомобиль, 2022 г.

Открыть

Количество электрических LDV на зарядную станцию ​​(кВт общественной зарядки на один электрический LDV) Новая ЗеландияИсландияАвстралияНорвегияБразилияГерманияШвецияСШАДанияПортугалияВеликобританияИспанияКанадаИндонезияФинляндияШвейцарияЯпонияТаиландЕвропейский союзФранцияПольшаМексикаБельгияМирИталияКитайИндияЮжная АфрикаЧилиГрецияНидерландыКорея08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (нижняя ось)
• кВт / ЭМ (верхняя ось)

В регионах, где электрические грузовики становятся коммерчески доступными, аккумуляторные электрические грузовики могут конкурировать по совокупной стоимости владения с обычными дизельными грузовиками для все большего спектра операций, не только в городских и региональных, но и в сегментах региональных и дальних перевозок седельных тягачей. Три параметра, определяющие время достижения, - это дорожные сборы; расходы на топливо и эксплуатацию (например, разница между ценами на дизельное топливо и электроэнергию, с которыми сталкиваются операторы грузовиков, и снижение затрат на техническое обслуживание); и субсидии на капитальные затраты для сокращения разрыва в первоначальной цене покупки транспортного средства. Поскольку электрические грузовики могут выполнять те же операции с более низкими затратами на срок службы (в том числе при применении дисконтной ставки), то, в течение какого времени владельцы транспортных средств ожидают возместить первоначальные затраты, является ключевым фактором при принятии решения о покупке электрического или обычного грузовика.

Экономичность использования электрогрузовиков при перевозках на дальние расстояния может быть существенно улучшена, если расходы на зарядку можно сократить за счет максимального использования медленной зарядки «вне смены» (например, ночью или в другие длительные периоды простоя), заключения оптовых контрактов на закупку с сетевыми операторами для зарядки «в середине смены» (например, во время перерывов), быстрой (до 350 кВт) или сверхбыстрой (>350 кВт) и изучения возможностей интеллектуальной зарядки и подключения транспортного средства к сети для получения дополнительного дохода.

Электрогрузовики и автобусы будут использовать внесменную зарядку для большей части потребляемой энергии. Это будет осуществляться преимущественно на частных или получастных зарядных станциях или на общественных станциях на автомагистралях, часто в ночное время. Необходимо будет развивать станции для удовлетворения растущего спроса на электрификацию большегрузных автомобилей, что во многих случаях может потребовать модернизации распределительных и передающих сетей. В зависимости от требований к запасу хода транспортного средства, зарядка на станциях будет достаточной для покрытия большинства перевозок городскими автобусами, а также городскими и региональными грузовыми перевозками.

Правила, предписывающие периоды отдыха, также могут предусматривать временное окно для зарядки в середине смены, если в пути доступны возможности быстрой или сверхбыстрой зарядки: в Европейском союзе требуется 45 минут перерыва после каждых 4,5 часов вождения; в Соединенных Штатах требуется 30 минут перерыва после каждых 8 часов.

Большинство коммерчески доступных станций быстрой зарядки постоянным током (DC) в настоящее время обеспечивают уровни мощности в диапазоне 250–350 кВт. Достигнутое Европейским советом и парламентом соглашение предусматривает постепенный процесс развертывания инфраструктуры для большегрузных электромобилей, который начнется с 2025 года. Недавние исследования потребностей в электроэнергии для региональных и дальних перевозок грузовым транспортом в США и Европе показывают, что для полной зарядки электрогрузовиков в течение 30–45-минутного перерыва может потребоваться мощность зарядки более 350 кВт и до 1 МВт.

Осознавая необходимость расширения быстрой или сверхбыстрой зарядки как предпосылки для технической и экономической эффективности как региональных, так и, в особенности, дальнемагистральных перевозок, в 2022 году компании Traton, Volvo и Daimler создали независимое совместное предприятие. Совокупные инвестиции трех групп производителей большегрузных автомобилей в размере 500 млн евро направлены на развертывание более 1700 станций быстрой (от 300 до 350 кВт) и сверхбыстрой (1 МВт) зарядки по всей Европе.

В настоящее время используется несколько стандартов зарядки, и разрабатываются технические спецификации для сверхбыстрой зарядки. Необходимо обеспечить максимально возможную конвергенцию стандартов зарядки и совместимость для большегрузных электромобилей, чтобы избежать затрат, неэффективности и сложностей для импортеров автомобилей и международных операторов, которые возникнут из-за того, что производители пойдут разными путями.

В Китае совместные разработчики China Electricity Council и CHAdeMO «ultra ChaoJi» разрабатывают стандарт зарядки для тяжёлых электромобилей мощностью до нескольких мегаватт. В Европе и США спецификации для мегаваттной зарядной системы CharIN (MCS) с потенциальной максимальной мощностью разрабатываются Международной организацией по стандартизации (ISO) и другими организациями. Ожидается, что окончательные спецификации MCS, необходимые для коммерческого внедрения, будут опубликованы к 2024 году. После открытия первой мегаваттной зарядной станции компаниями Daimler Trucks и Portland General Electric (PGE) в 2021 году, а также инвестиций и проектов в Австрии, Швеции, Испании и Великобритании.

Коммерциализация зарядных устройств номинальной мощностью 1 МВт потребует значительных инвестиций, поскольку станции с такой высокой потребляемой мощностью повлекут за собой значительные затраты как на установку, так и на модернизацию сети. Пересмотр бизнес-моделей государственных электроэнергетических компаний и правил энергетического сектора, координация планирования между заинтересованными сторонами и внедрение интеллектуальной зарядки — всё это может помочь. Прямая поддержка посредством пилотных проектов и финансового стимулирования также может ускорить демонстрацию и внедрение на ранних этапах. В недавнем исследовании изложены некоторые ключевые соображения, которые следует учитывать при проектировании зарядных станций, сертифицированных по стандарту MCS:

• Планирование зарядных станций в местах расположения придорожных депо, вблизи линий электропередачи и подстанций может стать оптимальным решением для минимизации затрат и повышения эффективности использования зарядных устройств.
• Для снижения затрат критически важным будет «оптимальное» определение размера подключений с прямым подключением к линиям электропередачи на ранней стадии, что позволит предвидеть энергетические потребности системы, в которой значительная доля грузоперевозок уже электрифицирована, а не проводить модернизацию распределительных сетей в краткосрочной и ситуативной перспективе. Это потребует структурированного и скоординированного планирования между операторами сетей и разработчиками инфраструктуры взимания платы в различных секторах.
• Поскольку объединение систем электропередачи и модернизация сетей могут занять 4–8 лет, выбор места и строительство приоритетных зарядных станций необходимо будет начать как можно скорее.

Решения включают установку стационарных хранилищ и интеграцию местных возобновляемых мощностей в сочетании с интеллектуальной зарядкой, что может помочь сократить как затраты на инфраструктуру, связанные с подключением к сети, так и затраты на закупку электроэнергии (например, позволяя операторам грузовых автомобилей минимизировать затраты за счет арбитража колебаний цен в течение дня, использования возможностей подключения транспортного средства к сети и т. д.).

Другими вариантами обеспечения электроэнергией большегрузных электромобилей (HDV) являются замена аккумуляторных батарей и электрические дорожные системы. Электрические дорожные системы могут передавать энергию грузовику либо через индукционные катушки на дороге, либо через проводящие соединения между транспортным средством и дорогой, либо через контактные (воздушные) линии. Контактная сеть и другие варианты динамической зарядки могут оказаться перспективными для снижения затрат на уровне системы при переходе к региональным и дальнемагистральным грузовикам с нулевым уровнем выбросов, что положительно скажется на общих капитальных и эксплуатационных расходах. Они также могут помочь снизить потребность в емкости аккумуляторных батарей. Спрос на аккумуляторные батареи может быть еще больше снижен, а их использование — улучшено, если электрические дорожные системы будут спроектированы так, чтобы быть совместимыми не только с грузовиками, но и с электромобилями. Однако такие подходы потребуют индуктивных или дорожных конструкций, которые сопряжены с большими препятствиями с точки зрения разработки и проектирования технологий, а также являются более капиталоемкими. В то же время, системы электрических дорог создают значительные проблемы, схожие с проблемами железнодорожного сектора, включая большую потребность в стандартизации путей и транспортных средств (как показано на примере трамваев и троллейбусов), совместимость через границы для дальних поездок и соответствующие модели владения инфраструктурой. Они предоставляют владельцам грузовиков меньшую гибкость с точки зрения маршрутов и типов транспортных средств и имеют высокие общие затраты на разработку, что влияет на их конкурентоспособность по сравнению с обычными зарядными станциями. Учитывая эти проблемы, такие системы было бы наиболее эффективно сначала развернуть на интенсивно используемых грузовых коридорах, что потребовало бы тесной координации между различными государственными и частными заинтересованными сторонами. Демонстрации на дорогах общего пользования в Германии и Швеции на сегодняшний день опирались на лидеров как частных, так и государственных структур. Призывы к пилотным проектам систем электрических дорог также рассматриваются в Китае, Индии, Великобритании и Соединенных Штатах.

Потребности в зарядке для большегрузных транспортных средств

Анализ Международного совета по чистому транспорту (ICCT) показывает, что замена аккумуляторов для электрических двухколесных транспортных средств в службах такси (например, велотакси) обеспечивает наиболее конкурентоспособную совокупную стоимость владения (TCO) по сравнению с точечной зарядкой электромобилей или двухколесных транспортных средств с ДВС. В случае доставки последней мили на двухколесном транспортном средстве точечная зарядка в настоящее время имеет преимущество в TCO по сравнению с заменой аккумуляторов, но при правильных политических стимулах и масштабе замена может стать жизнеспособным вариантом при определенных условиях. В целом, по мере увеличения среднего ежедневного расстояния, аккумуляторный электрический двухколесный транспорт с заменой аккумуляторов становится более экономичным, чем точечная зарядка или бензиновые транспортные средства. В 2021 году был основан Консорциум по мотоциклам с возможностью замены аккумуляторов с целью упрощения замены аккумуляторов легких транспортных средств, включая двух- и трехколесные транспортные средства, путем совместной работы над общими спецификациями аккумуляторов.

Замена аккумуляторов двух- и трёхколёсных электромобилей особенно популярна в Индии. В настоящее время на индийском рынке представлено более десяти компаний, включая Gogoro, лидера в области технологий замены аккумуляторов и электросамокатов из китайского Тайбэя. Gogoro утверждает, что её аккумуляторы обеспечивают 90% электросамокатов в китайском Тайбэе, а сеть Gogoro насчитывает более 12 000 станций замены аккумуляторов для обслуживания более 500 000 электромобилей в девяти странах, преимущественно в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Gogoro заключила партнёрское соглашение с индийской компанией Zypp Electric, которая управляет платформой «электромобиль как услуга» для доставки «последней мили»; вместе они разворачивают 6 станций замены аккумуляторов и 100 электромобилей в рамках пилотного проекта по доставке «последней мили» между компаниями в Дели. В начале 2023 года компания собрала средства, которые планируется использовать для расширения своего парка до 200 000 электрических двухколесных транспортных средств в 30 индийских городах к 2025 году. Sun Mobility имеет более длительный опыт обмена аккумуляторов в Индии, имея по всей стране станции обмена для электрических двух- и трёхколёсных транспортных средств, включая электрорикши, сотрудничая с такими партнёрами, как Amazon India. В Таиланде также наблюдается рост числа сервисов по замене аккумуляторов для мототакси и водителей доставки.

Хотя замена аккумуляторов для электромобилей наиболее распространена в Азии, она также распространяется и в Африке. Например, руандийский стартап, специализирующийся на электромотоциклах, управляет станциями замены аккумуляторов, специализируясь на обслуживании мототакси, которым требуется большой запас хода. Ampersand построила десять станций замены аккумуляторов в Кигали и три в Найроби (Кения). Эти станции ежемесячно выполняют около 37 000 замен аккумуляторов.

Замена аккумуляторов на двух- и трехколесных транспортных средствах обеспечивает экономию средств

В частности, для грузовиков замена аккумулятора может иметь существенные преимущества по сравнению со сверхбыстрой зарядкой. Во-первых, замена занимает меньше времени, чем при кабельной зарядке, поскольку требует сверхбыстрого зарядного устройства, подключенного к сетям среднего и высокого напряжения, а также дорогостоящих систем управления аккумулятором и химического состава. Отказ от сверхбыстрой зарядки также может увеличить ёмкость аккумулятора, его производительность и срок службы.

Концепция «аккумулятор как услуга» (BaaS), разделяющая покупку грузовика и аккумулятора и заключающая договор аренды аккумулятора, значительно снижает первоначальные затраты. Кроме того, поскольку грузовики, как правило, используют литий-железо-фосфатные (LFP) аккумуляторы, которые более долговечны, чем литий-никелево-марганцево-кобальтовые (NMC) аккумуляторы, они хорошо подходят для обмена с точки зрения безопасности и доступности.

Однако стоимость строительства станции для замены аккумуляторов грузовиков, вероятно, будет выше, учитывая больший размер транспортного средства и более тяжёлые аккумуляторы, требующие больше места и специального оборудования для замены. Ещё одним серьёзным препятствием является требование стандартизации аккумуляторов по определённому размеру и ёмкости. Производители грузовиков, вероятно, воспримут это как вызов конкурентоспособности, поскольку конструкция и ёмкость аккумуляторов являются ключевым фактором, определяющим выбор производителей электрогрузовиков.

Китай занимает лидирующие позиции в области замены аккумуляторов для грузовиков благодаря значительной политической поддержке и использованию технологий, дополняющих кабельную зарядку. В 2021 году Министерство промышленности и торговли Китая объявило, что ряд городов будут пилотировать технологию замены аккумуляторов, включая замену аккумуляторов для HDV в трёх городах. В проекте участвуют практически все крупные китайские производители тяжёлых грузовиков, включая FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile и SAIC.

Китай лидирует в области замены аккумуляторов для грузовиков

Китай также является лидером по замене аккумуляторов легковых автомобилей. Общее количество станций по замене аккумуляторов в Китае на конец 2022 года составило почти 50%, что на 50% больше, чем в конце 2021 года. Компания NIO, производящая автомобили с возможностью замены аккумуляторов и соответствующие станции, работает на более чем 100% в Китае, сообщая, что её сеть охватывает более двух третей материкового Китая. Половина станций была установлена ​​в 2022 году, и компания поставила цель установить 4000 станций по всему миру к 2025 году. Станции компании могут выполнять более 300 замен в день, заряжая до 13 аккумуляторов одновременно при мощности 20–80 кВт.

Компания NIO также объявила о планах строительства станций по замене аккумуляторов в Европе, поскольку их модели автомобилей с возможностью замены аккумуляторов появятся на европейских рынках к концу 2022 года. Первая станция NIO по замене аккумуляторов в Швеции была открыта в 2022 году, а к концу 2022 года десять станций NIO по замене аккумуляторов были открыты в Норвегии, Германии, Швеции и Нидерландах. В отличие от NIO, чьи станции обслуживают автомобили NIO, станции китайского оператора станций по замене аккумуляторов Aulton обслуживают 30 моделей автомобилей 16 различных производителей.

Замена аккумуляторов также может быть особенно привлекательным вариантом для таксопарков LDV, чья работа более требовательна к времени подзарядки, чем у личных автомобилей. Американский стартап Ample в настоящее время управляет 12 станциями замены аккумуляторов в районе залива Сан-Франциско, обслуживая в основном автомобили Uber для совместных поездок.

Китай также является лидером по замене аккумуляторов для легковых автомобилей.

Ссылки

Медленные зарядные устройства имеют номинальную мощность менее или равную 22 кВт. Быстрые зарядные устройства имеют номинальную мощность от 22 кВт до 350 кВт. Термины «зарядные станции» и «зарядные устройства» используются взаимозаменяемо и относятся к отдельным зарядным розеткам, отражая количество электромобилей, которые могут заряжаться одновременно. «Зарядные станции» могут иметь несколько зарядных точек.

Ранее являвшийся директивой, предлагаемый AFIR после официального утверждения станет обязательным законодательным актом, определяющим, среди прочего, максимальное расстояние между зарядными устройствами, установленными вдоль TEN-T — главных и второстепенных дорог в пределах Европейского Союза.

Индуктивные решения еще далеки от коммерциализации и сталкиваются с трудностями в обеспечении достаточной мощности на скоростях шоссе.