Тенденции в развитии зарядной инфраструктуры

Хотя в настоящее время большая часть спроса на зарядку удовлетворяется за счет домашней зарядки, все большее значение приобретают общедоступные зарядные устройства, обеспечивающие тот же уровень удобства и доступности, что и для заправки обычных автомобилей. В частности, в густонаселенных городских районах, где доступ к домашней зарядке более ограничен, общедоступная зарядная инфраструктура является ключевым фактором внедрения электромобилей. На конец 2022 года в мире насчитывалось 2,7 миллиона общедоступных зарядных пунктов, более 900 000 из которых были установлены в 2022 году, что примерно на 55% больше, чем в 2021 году, и сопоставимо с допандемийным темпом роста в 50% в период с 2015 по 2019 год.

Медленные зарядные устройства

В глобальном масштабе насчитывается более 600 000 общественных пунктов медленной зарядки.1В 2022 году было установлено 360 000 таких устройств, из которых 360 000 находились в Китае, в результате чего общее количество устройств медленной зарядки в стране превысило 1 миллион. На конец 2022 года в Китае насчитывалось более половины мирового парка общественных устройств медленной зарядки.

Европа занимает второе место с 460 000 медленных зарядных устройств в 2022 году, что на 50% больше, чем в предыдущем году. Лидером в Европе являются Нидерланды со 117 000, за ними следуют Франция (около 74 000) и Германия (64 000). Количество медленных зарядных устройств в США увеличилось на 9% в 2022 году, что является самым низким темпом роста среди основных рынков. В Корее количество медленных зарядных устройств удвоилось по сравнению с прошлым годом, достигнув 184 000 пунктов зарядки.

Быстрые зарядные устройства

Общедоступные станции быстрой зарядки, особенно расположенные вдоль автомагистралей, позволяют совершать более длительные поездки и могут решить проблему боязни недостаточного запаса хода, которая является препятствием для внедрения электромобилей. Как и медленные зарядные устройства, общедоступные станции быстрой зарядки также предоставляют решения для зарядки потребителям, не имеющим надежного доступа к частным зарядным станциям, тем самым способствуя распространению электромобилей среди более широких слоев населения. В 2022 году количество станций быстрой зарядки в мире увеличилось на 330 000, хотя опять же большая часть (почти 90%) роста пришлась на Китай. Внедрение быстрой зарядки компенсирует отсутствие доступа к домашним зарядным устройствам в густонаселенных городах и поддерживает цели Китая по быстрому внедрению электромобилей. В Китае в общей сложности насчитывается 760 000 станций быстрой зарядки, но большая часть всего парка общедоступных станций быстрой зарядки расположена всего в десяти провинциях.

В Европе к концу 2022 года общее количество быстрых зарядных устройств превысило 70 000, что примерно на 55% больше по сравнению с 2021 годом. Странами с наибольшим количеством быстрых зарядных устройств являются Германия (более 12 000), Франция (9 700) и Норвегия (9 000). В Европейском союзе существует явное стремление к дальнейшему развитию общественной зарядной инфраструктуры, о чем свидетельствует предварительное соглашение между Европейским инвестиционным банком и Европейской комиссией по предлагаемому Регламенту об инфраструктуре альтернативных видов топлива (AFIR), который установит требования к охвату электрозарядными станциями трансъевропейской транспортной сети (TEN-T). Согласно этому соглашению, к концу 2023 года на инфраструктуру альтернативных видов топлива, включая быструю зарядку электромобилей, будет выделено более 1,5 млрд евро.

В 2022 году в США было установлено 6300 быстрых зарядных устройств, около трех четвертей из которых составляли станции Tesla Supercharger. К концу 2022 года общее количество быстрых зарядных устройств достигло 28 000. Ожидается, что развертывание ускорится в ближайшие годы после одобрения правительством программы NEVI (Национальной программы развития электромобилей). Все штаты США, Вашингтон и Пуэрто-Рико участвуют в программе и уже получили 885 миллионов долларов США на 2023 год для поддержки строительства зарядных устройств на 122 000 км автомагистралей. Федеральное управление автомобильных дорог США объявило о новых национальных стандартах для финансируемых из федерального бюджета зарядных устройств для электромобилей, чтобы обеспечить согласованность, надежность, доступность и совместимость. В соответствии с новыми стандартами Tesla объявила, что откроет часть своей сети Supercharger (где Supercharger составляют 60% от общего количества быстрых зарядных устройств в США) и Destination Charger для электромобилей других марок.

Для обеспечения более широкого распространения электромобилей все большее значение приобретают общедоступные зарядные станции.

Внедрение общедоступной зарядной инфраструктуры в ожидании роста продаж электромобилей имеет решающее значение для широкого распространения электромобилей. Например, в Норвегии в 2011 году на одну общедоступную зарядную станцию ​​приходилось около 1,3 легковых автомобилей с аккумуляторными батареями, что способствовало дальнейшему распространению электромобилей. К концу 2022 года, когда более 17% легковых автомобилей составляли электромобили с аккумуляторными батареями, на одну общедоступную зарядную станцию ​​в Норвегии приходилось 25 таких автомобилей. В целом, по мере увеличения доли легковых автомобилей с аккумуляторными батареями соотношение зарядных станций к электромобилям с аккумуляторными батареями уменьшается. Рост продаж электромобилей может быть устойчивым только в том случае, если спрос на зарядку удовлетворяется доступной и недорогой инфраструктурой, будь то частная зарядка дома или на работе, или общедоступные зарядные станции.

Соотношение количества электрических легковых автомобилей на одну общественную зарядную станцию

Соотношение количества общественных зарядных станций на единицу легковых автомобилей с аккумуляторными батареями в отдельных странах по отношению к доле легковых автомобилей с аккумуляторными батареями.

Хотя подключаемые гибридные автомобили (PHEV) в меньшей степени зависят от общедоступной зарядной инфраструктуры, чем электромобили (BEV), политика, касающаяся достаточного количества зарядных пунктов, должна включать (и поощрять) общественную зарядку PHEV. Если рассматривать общее количество электромобилей на один зарядный пункт, то в среднем по миру в 2022 году это составляло около десяти электромобилей на зарядное устройство. В таких странах, как Китай, Корея и Нидерланды, в течение последних лет количество электромобилей на одно зарядное устройство оставалось менее десяти. В странах, которые в значительной степени полагаются на общедоступные зарядные устройства, количество общедоступных зарядных устройств растет со скоростью, в значительной степени соответствующей темпам распространения электромобилей.

Однако на некоторых рынках, характеризующихся широкой доступностью домашней зарядки (благодаря высокой доле частных домов с возможностью установки зарядного устройства), количество электромобилей на одну общественную зарядную станцию ​​может быть еще выше. Например, в США соотношение электромобилей к зарядному устройству составляет 24, а в Норвегии — более 30. По мере роста проникновения электромобилей на рынок, общественные зарядные станции приобретают все большее значение даже в этих странах для поддержки внедрения электромобилей среди водителей, не имеющих доступа к частным домашним или рабочим зарядным устройствам. Тем не менее, оптимальное соотношение электромобилей к зарядному устройству будет различаться в зависимости от местных условий и потребностей водителей.

Возможно, более важным, чем количество доступных общественных зарядных станций, является общая мощность общественных зарядных устройств на один электромобиль, учитывая, что быстрые зарядные устройства могут обслуживать больше электромобилей, чем медленные. На ранних этапах внедрения электромобилей целесообразно иметь высокую доступную мощность зарядки на один электромобиль, предполагая, что загрузка зарядных устройств будет относительно низкой до тех пор, пока рынок не созреет и использование инфраструктуры не станет более эффективным. В соответствии с этим, требования Европейского союза к AFIR включают в себя требования к общей мощности, которая должна быть обеспечена, исходя из размера зарегистрированного автопарка.

В среднем по миру мощность общественных зарядных станций на один электромобиль составляет около 2,4 кВт. В Европейском Союзе этот показатель ниже и составляет в среднем около 1,2 кВт на электромобиль. В Корее этот показатель самый высокий — 7 кВт на электромобиль, даже несмотря на то, что большинство общественных зарядных станций (90%) являются медленными.

Количество электромобилей на одну общественную зарядную станцию ​​и кВт на один электромобиль, 2022 год

Открыть

Количество электромобилей на зарядную станцию, кВт общественной зарядки на один электромобиль Новая ЗеландияИсландияАвстралияНорвегияБразилияГерманияШвецияСШАДанияПортугалияВеликобританияИспанияКанадаИндонезияФинляндияШвейцарияЯпонияТаиландЕвропейский СоюзФранцияПольшаМексикаБельгияИталияКитайИндияЮжная АфрикаЧилиГрецияНидерландыКорея08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• Электромобиль / Зарядное устройство для электромобилей (нижняя ось)
• кВт / ЭВ (верхняя ось)

В регионах, где электрогрузовики становятся коммерчески доступными, аккумуляторные электрогрузовики могут конкурировать по совокупной стоимости владения (TCO) с традиционными дизельными грузовиками в растущем диапазоне операций, не только в городских и региональных, но и в сегментах региональных и междугородних перевозок. Три параметра, определяющие момент достижения этого момента, — это плата за проезд по платным дорогам; затраты на топливо и эксплуатацию (например, разница между ценами на дизельное топливо и электроэнергию, с которой сталкиваются операторы грузовиков, и снижение затрат на техническое обслуживание); и субсидии на капитальные затраты, сокращающие разницу в первоначальной цене покупки транспортного средства. Поскольку электрогрузовики могут выполнять те же операции с меньшими затратами в течение всего срока службы (в том числе при применении льготных ставок), момент, когда владельцы транспортных средств рассчитывают окупить первоначальные затраты, является ключевым фактором при принятии решения о покупке электрогрузовика или традиционного грузовика.

Экономическую целесообразность использования электрогрузовиков на дальних маршрутах можно существенно улучшить, если снизить затраты на зарядку за счет максимального использования медленной зарядки в нерабочее время (например, ночью или в другие длительные периоды простоя), заключения оптовых контрактов с операторами электросетей на зарядку в середине смены (например, во время перерывов), быструю (до 350 кВт) или сверхбыструю (>350 кВт) зарядку, а также изучения возможностей интеллектуальной зарядки и технологии «автомобиль-сеть» для получения дополнительного дохода.

Электрогрузовики и автобусы будут использовать зарядку в нерабочее время для большей части своих энергетических потребностей. Это будет осуществляться в основном на частных или получастных зарядных станциях или на общественных станциях на автомагистралях, часто в ночное время. Для обслуживания растущего спроса на электрификацию большегрузных автомобилей потребуется создание зарядных станций, и во многих случаях может потребоваться модернизация распределительных и передающих сетей. В зависимости от требований к запасу хода транспортных средств, зарядки на зарядных станциях будет достаточно для большинства операций в городских автобусных маршрутах, а также в городских и региональных грузовых перевозках.

Правила, предписывающие перерывы на отдых, также могут предусматривать временной промежуток для подзарядки в середине смены, если по пути доступны варианты быстрой или сверхбыстрой зарядки: в Европейском Союзе требуется 45 минут перерыва после каждых 4,5 часов вождения; в Соединенных Штатах — 30 минут после 8 часов.

Большинство коммерчески доступных станций быстрой зарядки постоянным током (DC) в настоящее время обеспечивают мощность от 250 до 350 кВт. Решение Европейского совета и парламента предусматривает поэтапный процесс развертывания инфраструктуры для электрических большегрузных автомобилей, начиная с 2025 года. Недавние исследования потребностей в электроэнергии для региональных и междугородних грузоперевозок в США и Европе показывают, что для полной зарядки электрогрузовиков во время 30-45-минутного перерыва может потребоваться мощность зарядки выше 350 кВт, а то и до 1 МВт.

Признавая необходимость расширения масштабов быстрой или сверхбыстрой зарядки как необходимое условие для технической и экономической целесообразности региональных и, в частности, междугородних перевозок, в 2022 году компании Traton, Volvo и Daimler создали независимое совместное предприятие. Инициатива, в рамках которой три группы производителей тяжелой техники инвестировали в общей сложности 500 миллионов евро, направлена ​​на развертывание более 1700 пунктов быстрой (от 300 до 350 кВт) и сверхбыстрой (1 МВт) зарядки по всей Европе.

В настоящее время используются различные стандарты зарядки, и разрабатываются технические спецификации для сверхбыстрой зарядки. Для того чтобы избежать затрат, неэффективности и проблем для импортеров автомобилей и международных операторов, которые возникли бы, если бы производители пошли разными путями, необходимо обеспечить максимально возможную конвергенцию стандартов зарядки и совместимость для электромобилей большой грузоподъемности.

В Китае Китайский электроэнергетический совет и компания CHAdeMO, разработавшие «ultra ChaoJi», создают стандарт зарядки для большегрузных электромобилей мощностью до нескольких мегаватт. В Европе и США Международная организация по стандартизации (ISO) и другие организации разрабатывают спецификации для мегаваттной системы зарядки CharIN (MCS) с потенциальной максимальной мощностью. Окончательные спецификации MCS, необходимые для коммерческого внедрения, ожидаются в 2024 году. После запуска 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 с номинальной мощностью 1 МВт потребует значительных инвестиций, поскольку станции с такими высокими потребностями в мощности повлекут за собой существенные затраты как на установку, так и на модернизацию сети. Пересмотр бизнес-моделей государственных электроэнергетических компаний и нормативных актов энергетического сектора, координация планирования между заинтересованными сторонами и внедрение интеллектуальных систем зарядки могут помочь. Прямая поддержка посредством пилотных проектов и финансовых стимулов также может ускорить демонстрацию и внедрение на ранних этапах. Недавнее исследование описывает некоторые ключевые аспекты проектирования зарядных станций с номинальной мощностью 1 МВт:

• Размещение зарядных станций в местах расположения депо вдоль автомагистралей, вблизи линий электропередачи и подстанций, может стать оптимальным решением для минимизации затрат и повышения эффективности использования зарядных устройств.
• Для снижения затрат решающее значение будет иметь оптимизация мощностей подключений с прямым подключением к линиям электропередачи на ранней стадии, позволяющая прогнозировать энергетические потребности системы, в которой значительная часть грузовых перевозок осуществляется на электрифицированных линиях, вместо модернизации распределительных сетей в краткосрочной перспективе. Это потребует структурированного и скоординированного планирования между операторами сетей и разработчиками зарядной инфраструктуры в различных секторах.
• Поскольку подключение к сетям электропередачи и модернизация энергосистемы могут занять от 4 до 8 лет, размещение и строительство приоритетных зарядных станций необходимо начать как можно скорее.

Предлагаемые решения включают установку стационарных накопителей энергии и интеграцию местных возобновляемых источников энергии в сочетании с интеллектуальной зарядкой, что может помочь снизить как затраты на инфраструктуру, связанные с подключением к сети, так и затраты на закупку электроэнергии (например, позволяя операторам грузоперевозок минимизировать затраты за счет арбитража колебаний цен в течение дня, использования возможностей технологии "автомобиль-сеть" и т. д.).

Другие варианты обеспечения электропитанием большегрузных автомобилей (БГР) включают замену батарей и электрические дорожные системы. Электрические дорожные системы могут передавать энергию грузовику либо через индуктивные катушки в дорожном полотне, либо через проводящие соединения между транспортным средством и дорогой, либо через контактную сеть (воздушные линии). Контактная сеть и другие варианты динамической зарядки могут быть перспективными для снижения затрат на системном уровне при переходе к региональным и междугородним грузовикам с нулевым уровнем выбросов, обеспечивая выгодные общие капитальные и эксплуатационные затраты. Они также могут помочь снизить потребность в емкости батарей. Потребность в батареях может быть дополнительно снижена, а их использование дополнительно улучшено, если электрические дорожные системы будут спроектированы таким образом, чтобы быть совместимыми не только с грузовиками, но и с электромобилями. Однако такие подходы потребуют индуктивных или встроенных в дорожное полотно конструкций, которые сопряжены с большими трудностями в плане разработки и проектирования технологий и являются более капиталоемкими. В то же время, системы электрических дорог создают значительные проблемы, схожие с проблемами железнодорожного сектора, включая большую потребность в стандартизации маршрутов и транспортных средств (как это показано на примере трамваев и троллейбусов), трансграничную совместимость для междугородних поездок и соответствующие модели владения инфраструктурой. Они предоставляют меньшую гибкость для владельцев грузовиков с точки зрения маршрутов и типов транспортных средств и в целом имеют высокие затраты на разработку, что влияет на их конкурентоспособность по сравнению с обычными зарядными станциями. Учитывая эти проблемы, такие системы наиболее эффективно было бы 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 до настоящего времени опирались на инициативы как частных, так и государственных организаций. Призывы к пилотным проектам систем электрических дорог также рассматриваются в Китае, Индии, Великобритании и США.

Потребности в зарядке для большегрузных автомобилей

Анализ Международного совета по экологически чистому транспорту (ICCT) показывает, что замена батарей в электрических двухколесных транспортных средствах в службах такси (например, в мототакси) обеспечивает наиболее конкурентоспособную общую стоимость владения по сравнению с точечными зарядками электромобилей или мотоциклов с двигателями внутреннего сгорания. В случае доставки «последней мили» на двухколесном транспорте точечная зарядка в настоящее время имеет преимущество в общей стоимости владения по сравнению со заменой батарей, но при наличии соответствующих политических стимулов и масштабов замена может стать жизнеспособным вариантом при определенных условиях. В целом, по мере увеличения среднего ежедневного пройденного расстояния, электрический двухколесный транспорт с возможностью замены батарей становится более экономичным, чем точечные зарядки или автомобили с бензиновыми двигателями. В 2021 году был основан Консорциум по мотоциклам со сменными батареями (Swappable Batteries Motorcycle Consortium) с целью упрощения замены батарей в легких транспортных средствах, включая двух- и трехколесные транспортные средства, путем совместной работы над общими техническими характеристиками батарей.

В Индии особенно активно развивается технология замены батарей в электрических двух- и трехколесных транспортных средствах. В настоящее время на индийском рынке представлено более десяти различных компаний, включая Gogoro, лидера в области технологий замены батарей и электроскутеров из китайского Тайбэя. Gogoro утверждает, что ее батареи обеспечивают работу 90% электроскутеров в китайском Тайбэе, а сеть Gogoro насчитывает более 12 000 станций замены батарей, обслуживающих более 500 000 электрических двухколесных транспортных средств в девяти странах, в основном в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Gogoro заключила партнерство с индийской компанией Zypp Electric, которая управляет платформой EV-as-a-service для доставки «последней мили»; вместе они развертывают 6 станций замены батарей и 100 электрических двухколесных транспортных средств в рамках пилотного проекта по доставке «последней мили» для бизнеса в Дели. В начале 2023 года они привлекли инвестиции, которые будут использованы для расширения их парка до 200 000 электрических двухколесных транспортных средств в 30 городах Индии к 2025 году. Компания Sun Mobility имеет более долгую историю работы по замене батарей в Индии, имея более 100 000 станций по всей стране для замены батарей в электрических двух- и трехколесных транспортных средствах, включая электрорикши, в сотрудничестве с такими партнерами, как Amazon India. В Таиланде также наблюдается рост услуг по замене батарей для водителей мототакси и курьеров.

Хотя технология замены батарей для электрических двухколесных транспортных средств наиболее распространена в Азии, она также распространяется и на Африку. Например, руандийский стартап по производству электрических мотоциклов управляет станциями замены батарей, ориентированными на обслуживание мототакси, которым требуется большой ежедневный запас хода. Компания Ampersand построила десять станций замены батарей в Кигали и три в Найроби, Кения. На этих станциях ежемесячно производится около 37 000 замен батарей.

Замена аккумуляторов на двух- и трехколесных транспортных средствах обеспечивает экономическую выгоду.

В частности, для грузовых автомобилей замена батарей может иметь существенные преимущества перед сверхбыстрой зарядкой. Во-первых, замена занимает гораздо меньше времени, чего было бы сложно и дорого добиться при проводной зарядке, требующей сверхбыстрого зарядного устройства, подключенного к сетям среднего и высокого напряжения, а также дорогостоящих систем управления батареями и химических составов батарей. Отказ от сверхбыстрой зарядки также может увеличить емкость, производительность и срок службы батарей.

Услуга «Аккумулятор как сервис» (BaaS), разделяющая покупку грузовика и аккумулятора и предусматривающая заключение договора аренды аккумулятора, существенно снижает первоначальные затраты на покупку. Кроме того, поскольку грузовики, как правило, используют литий-железо-фосфатные (LFP) аккумуляторы, которые более долговечны, чем литий-никель-марганцево-кобальтовые (NMC) аккумуляторы, они хорошо подходят для замены с точки зрения безопасности и доступности.

Однако стоимость строительства станции для замены батарей в грузовиках, вероятно, будет выше из-за больших габаритов транспортных средств и большего веса батарей, которые требуют больше места и специализированного оборудования для выполнения замены. Еще одним серьезным препятствием является требование стандартизации батарей по размеру и емкости, что производители грузовиков, вероятно, воспримут как вызов конкурентоспособности, поскольку конструкция и емкость батарей являются ключевым отличием среди производителей электрогрузовиков.

Китай находится в авангарде внедрения технологии замены батарей в грузовых автомобилях благодаря значительной государственной поддержке и использованию технологий, дополняющих проводную зарядку. В 2021 году Министерство промышленности и информационных технологий Китая объявило о пилотном внедрении технологии замены батарей в ряде городов, включая замену батарей в большегрузных автомобилях в трех городах. Практически все крупные китайские производители тяжелых грузовиков, включая FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile и SAIC, участвуют в пилотном проекте.

Китай находится в авангарде внедрения аккумуляторных батарей в грузовых автомобилях.

Китай также является лидером в области замены батарей в легковых автомобилях. В целом, к концу 2022 года общее количество станций замены батарей в Китае составило почти на 50% больше, чем к концу 2021 года. Компания NIO, производящая автомобили с возможностью замены батарей и соответствующие станции, управляет более чем двумя третями сети в материковом Китае. Половина станций была установлена ​​в 2022 году, и компания поставила цель к 2025 году достичь отметки в 4000 станций замены батарей по всему миру. Станции компании могут выполнять более 300 замен в день, заряжая до 13 батарей одновременно с мощностью 20-80 кВт.

Компания NIO также объявила о планах строительства станций замены батарей в Европе, поскольку их модели автомобилей с возможностью замены батарей стали доступны на европейских рынках к концу 2022 года. Первая станция замены батарей NIO в Швеции была открыта в [год открытия], и к концу 2022 года десять таких станций были открыты в Норвегии, Германии, Швеции и Нидерландах. В отличие от NIO, чьи станции замены обслуживают автомобили NIO, станции китайского оператора станций замены батарей Aulton обслуживают 30 моделей от 16 различных автомобильных компаний.

Замена батарей также может быть особенно привлекательным вариантом для таксопарков малотоннажных автомобилей, работа которых более чувствительна ко времени подзарядки, чем работа личных автомобилей. Американский стартап Ample в настоящее время управляет 12 станциями замены батарей в районе залива Сан-Франциско, в основном обслуживая автомобили сервиса Uber.

Китай также является лидером в области замены аккумуляторов в легковых автомобилях.

Ссылки

Медленные зарядные устройства имеют мощность менее или равную 22 кВт. Быстрые зарядные устройства — это устройства с мощностью более 22 кВт и до 350 кВт. Термины «зарядные пункты» и «зарядные устройства» используются взаимозаменяемо и обозначают отдельные зарядные розетки, отражающие количество электромобилей, которые могут заряжаться одновременно. «Зарядные станции» могут иметь несколько зарядных пунктов.

Ранее существовавшая в виде директивы, предлагаемая AFIR после официального утверждения станет обязательным законодательным актом, устанавливающим, среди прочего, максимальное расстояние между зарядными устройствами, установленными вдоль TEN-T, основных и второстепенных дорог в пределах Европейского союза.

Индукционные решения пока далеки от коммерциализации и сталкиваются с проблемами обеспечения достаточной мощности на высоких скоростях движения по автомагистралям.