Трендови у инфраструктури за пуњење

Иако се већина потражње за пуњењем тренутно задовољава кућним пуњачем, јавно доступни пуњачи су све потребнији како би се обезбедио исти ниво погодности и приступачности као и за пуњење конвенционалних возила. Посебно у густо насељеним урбаним подручјима, где је приступ кућном пуњењу ограниченији, инфраструктура за јавно пуњење је кључни фактор за усвајање електричних возила. Крајем 2022. године, широм света је било 2,7 милиона јавних места за пуњење, од којих је више од 900.000 инсталирано 2022. године, што је повећање од око 55% у односу на број из 2021. године и упоредиво са стопом раста од 50% пре пандемије између 2015. и 2019. године.

Спори пуњачи

Глобално, више од 600.000 јавних места за споро пуњење1су инсталирани 2022. године, од којих је 360.000 било у Кини, чиме је залиха спорих пуњача у земљи достигла више од милион. Крајем 2022. године, Кина је била дом више од половине глобалне залихе јавних спорих пуњача.

Европа је на другом месту, са укупно 460.000 спорих пуњача у 2022. години, што је повећање од 50% у односу на претходну годину. Холандија предњачи у Европи са 117.000, затим следе око 74.000 у Француској и 64.000 у Немачкој. Залихе спорих пуњача у Сједињеним Државама повећане су за 9% у 2022. години, што је најнижа стопа раста међу главним тржиштима. У Кореји се залихе спорих пуњача удвостручиле у односу на претходну годину, достигавши 184.000 места за пуњење.

Брзи пуњачи

Јавно доступни брзи пуњачи, посебно они који се налазе дуж аутопутева, омогућавају дужа путовања и могу решити проблем са дометом, што је препрека за усвајање електричних возила. Као и спори пуњачи, јавни брзи пуњачи такође пружају решења за пуњење потрошачима који немају поуздан приступ приватним пуњачима, чиме се подстиче усвајање електричних возила у ширим слојевима становништва. Број брзих пуњача повећао се за 330.000 широм света у 2022. години, иако је поново већина (скоро 90%) раста дошла из Кине. Примена брзог пуњења надокнађује недостатак приступа кућним пуњачима у густо насељеним градовима и подржава циљеве Кине за брзо распоређивање електричних возила. Кина има укупно 760.000 брзих пуњача, али више од укупног броја јавних брзих пуњача налази се у само десет провинција.

У Европи је укупан број брзих пуњача до краја 2022. године бројао преко 70.000, што је повећање од око 55% у поређењу са 2021. годином. Земље са највећим бројем брзих пуњача су Немачка (преко 12.000), Француска (9.700) и Норвешка (9.000). Постоји јасна амбиција широм Европске уније да се даље развија инфраструктура за јавно пуњење, што је назначено прелиминарним споразумом о предложеној Уредби о инфраструктури за алтернативна горива (AFIR), која ће поставити захтеве за покривеност електричним пуњењем у трансевропској транспортној мрежи (TEN-T) између Европске инвестиционе банке и Европске комисије, што ће до краја 2023. године учинити доступним преко 1,5 милијарди евра за инфраструктуру за алтернативна горива, укључујући брзо електрично пуњење.

Сједињене Америчке Државе су 2022. године инсталирале 6.300 брзих пуњача, од којих су око три четвртине били Тесла Суперпуњачи. Укупан број брзих пуњача достигао је 28.000 крајем 2022. године. Очекује се да ће се њихово распоређивање убрзати у наредним годинама након што влада одобри NEVI (Нејви програм за електрична возила). Све америчке државе, Вашингтон и Порторико учествују у програму и већ им је додељено 885 милиона америчких долара за 2023. годину за подршку изградњи пуњача дуж 122.000 км аутопута. Америчка Федерална администрација за аутопутеве објавила је нове националне стандарде за пуњаче за електрична возила које финансира савезна влада како би се осигурала доследност, поузданост, приступачност и компатибилност. У складу са новим стандардима, Тесла је објавила да ће отворити део своје мреже US Supercharger (где Supercharger представљају 60% укупног броја брзих пуњача у Сједињеним Државама) и Destination Charger за електрична возила која нису Тесла.

Јавне пуњачке станице су све неопходније како би се омогућила шира употреба електричних возила

Распоређивање инфраструктуре за јавно пуњење у очекивању раста продаје електричних возила је кључно за широко распрострањено усвајање електричних возила. У Норвешкој је, на пример, 2011. године било око 1,3 електрична лака возила на батерије по јавној станици за пуњење, што је подржало даље усвајање. Крајем 2022. године, са преко 17% лаких возила која су била возила са батеријама, у Норвешкој је било 25 електричних возила по јавној станици за пуњење. Генерално, како се удео електричних лаких возила на батерије повећава, однос места за пуњење по електричном возилу се смањује. Раст продаје електричних возила може се одржати само ако се потражња за пуњењем задовољи приступачном и повољном инфраструктуром, било путем приватног пуњења у кућама или на послу, или јавно доступним станицама за пуњење.

Однос електричних лаких комерцијалних возила по јавном пуњачу

Однос јавних пуњача по електричним ЛДВ возилима са батеријама у одабраним земљама у односу на удео ЛДВ са батеријама

Иако се плус-хип возила (PHEV) мање ослањају на инфраструктуру за јавно пуњење него електрична возила (BEV), креирање политика у вези са довољном доступношћу места за пуњење требало би да укључи (и подстакне) јавно пуњење PHEV возила. Ако се узме у обзир укупан број електричних лаких комерцијалних возила по месту за пуњење, глобални просек у 2022. години био је око десет електричних возила по пуњачу. Земље попут Кине, Кореје и Холандије су током протеклих година одржавале мање од десет електричних возила по пуњачу. У земљама које се у великој мери ослањају на јавно пуњење, број јавно доступних пуњача се шири брзином која у великој мери одговара распоређивању електричних возила.

Међутим, на неким тржиштима која карактерише широка доступност кућног пуњења (због великог удела породичних кућа са могућношћу инсталирања пуњача), број електричних возила по јавној станици за пуњење може бити чак и већи. На пример, у Сједињеним Државама, однос електричних возила по пуњачу је 24, а у Норвешкој је већи од 30. Како се тржишна пенетрација електричних возила повећава, јавно пуњење постаје све важније, чак и у овим земљама, како би се подржало усвајање електричних возила међу возачима који немају приступ опцијама за пуњење у приватним кућама или на радним местима. Међутим, оптималан однос електричних возила по пуњачу разликоваће се у зависности од локалних услова и потреба возача.

Можда је важније од броја доступних јавних пуњача укупан капацитет пуњења по електричном возилу, с обзиром на то да брзи пуњачи могу да опслуже више електричних возила него спори пуњачи. Током раних фаза усвајања електричних возила, има смисла да расположива снага пуњења по електричном возилу буде висока, под претпоставком да ће искоришћеност пуњача бити релативно ниска док тржиште не сазри и коришћење инфраструктуре не постане ефикасније. У складу са тим, стратегија Европске уније о AFIR-у укључује захтеве за укупни капацитет пуњења који се обезбеђује на основу величине регистрованог возног парка.

Глобално, просечан капацитет пуњења на јавним пуњачима по електричном лаком комерцијалном возилу је око 2,4 kW по електричном возилу. У Европској унији, однос је нижи, са просеком од око 1,2 kW по електричном возилу. Кореја има највећи однос са 7 kW по електричном возилу, чак и када је већина јавних пуњача (90%) спора.

Број електричних лаких комерцијалних возила по јавној станици за пуњење и kW по електричном лаком комерцијалном возилу, 2022.

Отворено

Број електричних ЛДВ возила по пуњачу кW јавног пуњења по електричном ЛДВ возилу Нови Зеланд Исланд Аустралија Норвешка Бразил Немачка Шведска Сједињене Америчке Државе Данска Португал Уједињено Краљевство Шпанија Канада Индонезија Финска Швајцарска Јапан Тајланд Европска унија Француска Пољска Мексико Белгија Свет Италија Кина Индија Јужна Африка Чиле Грчка Холандија Кореја 08162432404856647280889610400,61,21,82,433,64,24,85,466,67,27,8

• EV / EVSE (доња оса)
• kW / EV (горња оса)

У регионима где електрични камиони постају комерцијално доступни, батеријски електрични камиони могу да се такмиче на основу TCO са конвенционалним дизел камионима за све већи спектар операција, не само у градском и регионалном, већ и у сегментима регионалног и дуголинијског превоза тегљача са приколицом. Три параметра која одређују време у којем се достиже циљ су путарине; трошкови горива и рада (нпр. разлика између цена дизела и електричне енергије са којима се суочавају возачи камиона и смањени трошкови одржавања); и CAPEX субвенције за смањење разлике у почетној цени куповине возила. Пошто електрични камиони могу да обезбеде исте операције са нижим трошковима током животног века (укључујући и ако се примењује снижена стопа), време у којем власници возила очекују да надокнаде почетне трошкове је кључни фактор у одлучивању да ли да купе електрични или конвенционални камион.

Економија електричних камиона у применама на дуге релације може се значајно побољшати ако се трошкови пуњења могу смањити максимизирањем спорог пуњења „ван смене“ (нпр. ноћу или другим дужим периодима застоја), осигуравањем уговора о куповини на велико са оператерима мреже за пуњење „средином смене“ (нпр. током пауза), брзо (до 350 kW) или ултрабрзо (>350 kW) пуњење, и истраживањем могућности паметног пуњења и повезивања возила са мрежом за додатни приход.

Електрични камиони и аутобуси ће се ослањати на пуњење ван смене за већину своје енергије. То ће се углавном постићи на приватним или полуприватним пуњачима или на јавним станицама на аутопутевима, а често и преко ноћи. Мораће се развити пуњачи за задовољавање растуће потражње за електрификацијом тешких возила, а у многим случајевима може бити потребно надоградња дистрибутивне и преносне мреже. У зависности од захтева домета возила, пуњење у пуњачима ће бити довољно да покрије већину операција у градском аутобуском, као и у градском и регионалном камионском превозу.

Прописи који налажу периоде одмора такође могу да обезбеде временски прозор за пуњење усред смене ако су на рути доступне опције брзог или ултрабрзог пуњења: Европска унија захтева 45 минута паузе након сваких 4,5 сата вожње; Сједињене Државе налажу 30 минута након 8 сати.

Већина комерцијално доступних брзих пуњача једносмерном струјом (DC) тренутно омогућава нивое снаге у распону од 250-350 kW. Циљ који су постигли Европски савет и Парламент укључује постепени процес распоређивања инфраструктуре за електрична тешка возила почев од 2025. године. Недавне студије о потребама за енергијом за регионалне и дуголинијске камионске операције у САД и Европи показују да снага пуњења већа од 350 kW, па чак и до 1 MW, може бити потребна за потпуно пуњење електричних камиона током паузе од 30 до 45 минута.

Препознајући потребу за повећањем брзог или ултрабрзог пуњења као предуслова за техничку и економску одрживост регионалних, а посебно дугорелационих операција, Тратон, Волво и Дајмлер су 2022. године основали независно заједничко предузеће. Са 500 милиона евра колективних инвестиција од три групе произвођача тешких возила, иницијатива има за циљ да распореди више од 1.700 брзих (300 до 350 kW) и ултрабрзих (1 MW) станица за пуњење широм Европе.

Тренутно се користи више стандарда пуњења, а техничке спецификације за ултрабрзо пуњење су у развоју. Обезбеђивање максималне могуће конвергенције стандарда пуњења и интероперабилности за тешка електрична возила биће потребно како би се избегли трошкови, неефикасност и изазови за увознике возила и међународне оператере које би створили произвођачи који следе различите путеве.

У Кини, ко-програмери China Electricity Council и CHAdeMO-ов „ultra ChaoJi“ развијају стандард пуњења за тешка електрична возила снаге до неколико мегавата. У Европи и Сједињеним Државама, спецификације за CharIN Megawatt Charging System (MCS), са потенцијалном максималном снагом од ..., развијају Међународна организација за стандардизацију (ISO) и друге организације. Коначне MCS спецификације, које ће бити потребне за комерцијално увођење, очекују се за 2024. годину. Након прве мегаватне пуњачке локације коју су понудили Daimler Trucks и Portland General Electric (PGE) 2021. године, као и инвестиције и пројекти у Аустрији, Шведској, Шпанији и Уједињеном Краљевству.

Комерцијализација пуњача номиналне снаге од 1 MW захтеваће значајна улагања, јер ће станице са тако великим потребама за снагом имати значајне трошкове како за инсталацију, тако и за надоградњу мреже. Ревизија пословних модела јавних електроенергетских компанија и прописа у електроенергетском сектору, координација планирања између заинтересованих страна и паметно пуњење могу помоћи. Директна подршка кроз пилот пројекте и финансијски подстицаји такође могу убрзати демонстрацију и усвајање у раним фазама. Недавна студија наводи нека кључна разматрања дизајна за развој MCS оцењених станица за пуњење:

• Планирање станица за пуњење на локацијама аутопутских депоа у близини далековода и трафостаница може бити оптимално решење за минимизирање трошкова и повећање искоришћења пуњача.
• „Правилно димензионисање“ веза са директним везама са далеководима у раној фази, чиме се предвиђају енергетске потребе система у којем је велики удео теретног саобраћаја електрификован, уместо надоградње дистрибутивних мрежа на ад хок и краткорочној основи, биће кључно за смањење трошкова. Ово ће захтевати структурирано и координисано планирање између оператера мреже и програмера инфраструктуре за пуњење у свим секторима.
• Пошто међусобне везе преносног система и надоградње мреже могу трајати 4-8 година, одређивање локације и изградња приоритетних пуњачких станица мораће да почну што је пре могуће.

Решења укључују инсталирање стационарног складиштења и интеграцију локалних обновљивих капацитета, у комбинацији са паметним пуњењем, што може помоћи у смањењу трошкова инфраструктуре везаних за прикључак на мрежу и трошкова набавке електричне енергије (нпр. омогућавањем оператерима камиона да минимизирају трошкове арбитражом варијабилности цена током дана, искоришћавањем могућности прикључка возила на мрежу итд.).

Друге опције за напајање електричних тешких возила (ТТВ) су замена батерија и електрични путни системи. Електрични путни системи могу преносити енергију на камион или путем индуктивних калемова на путу, или путем проводних веза између возила и пута, или путем контактне мреже (надземних) водова. Контактна мрежа и друге опције динамичког пуњења могу бити обећавајуће за смањење трошкова на нивоу система у преласку на регионалне и камионе за дуге релације са нултом емисијом, што се повољно завршава у смислу укупних капиталних и оперативних трошкова. Такође могу помоћи у смањењу потреба за капацитетом батерија. Потражња за батеријама може се додатно смањити, а искоришћење додатно побољшати, ако су електрични путни системи пројектовани да буду компатибилни не само са камионима већ и са електричним аутомобилима. Међутим, такви приступи би захтевали индуктивне или путне дизајне који долазе са већим препрекама у погледу развоја технологије и дизајна и капитално су интензивнији. Истовремено, електрични путни системи представљају значајне изазове сличне онима у железничком сектору, укључујући већу потребу за стандардизацијом путања и возила (као што је илустровано код трамваја и тролејбуса), компатибилност преко граница за путовања на дуге релације и одговарајуће моделе власништва над инфраструктуром. Они пружају мању флексибилност власницима камиона у погледу рута и типова возила, и имају високе трошкове развоја у целини, што све утиче на њихову конкурентност у односу на редовне станице за пуњење. С обзиром на ове изазове, такви системи би се најефикасније прво распоредили на интензивно коришћеним теретним коридорима, што би подразумевало блиску координацију између различитих јавних и приватних заинтересованих страна. Демонстрације на јавним путевима до сада у Немачкој и Шведској ослањале су се на заговорнике и из приватних и из јавних субјеката. Позиви за пилот пројекте електричних путних система се такође разматрају у Кини, Индији, Великој Британији и Сједињеним Државама.

Потребе за пуњењем тешких возила

Анализа Међународног савета за чист транспорт (ICCT) сугерише да замена батерија за електрична двоточкаша у такси службама (нпр. бициклистички таксији) нуди најконкурентнији TCO у поређењу са BEV или ICE двоточкашима са пуњењем на месту. У случају испоруке на последњој миљи путем двоточкаша, пуњење на месту тренутно има предност у погледу TCO у односу на замену батерија, али уз праве политичке подстицаје и обим, замена би могла постати одржива опција под одређеним условима. Генерално, како се просечна дневна пређена удаљеност повећава, електрично двоточкаш са заменом батерија постаје економичније од возила са пуњењем на месту или бензинских возила. Године 2021, основан је Конзорцијум за мотоцикле са заменљивим батеријама са циљем да се олакша замена батерија лаких возила, укључујући двоточкаше/троточкаше, радећи заједно на заједничким спецификацијама батерија.

Замена батерија електричних двоточкаша/троточкаша посебно добија на замаху у Индији. Тренутно на индијском тржишту постоји преко десет различитих компанија, укључујући Гогоро, лидера у технологији електричних скутера и замене батерија са седиштем у Кинеском Тајпеју. Гогоро тврди да његове батерије напајају 90% електричних скутера у Кинеском Тајпеју, а Гогоро мрежа има више од 12.000 станица за замену батерија које подржавају преко 500.000 електричних двоточкаша у девет земаља, углавном у Азијско-пацифичком региону. Гогоро је сада формирао партнерство са индијском компанијом Зип Електрик, која води платформу електричних возила као услугу за испоруке на последњој миљи; заједно распоређују 6 станица за замену батерија и 100 електричних двоточкаша као део пилот пројекта за операције испоруке на последњој миљи између предузећа у граду Делхију. Почетком 2023. године прикупили су средства која ће искористити за проширење своје флоте на 200.000 електричних двоточкаша у 30 индијских градова до 2025. године. Сан Мобилити има дужу историју замене батерија у Индији, са преко станица за замену широм земље за електрична двоточкаша и троточкаша, укључујући електричне рикше, са партнерима као што је Амазон Индија. Тајланд такође види услуге замене батерија за возаче мотоциклистичких таксија и доставе.

Иако је најраспрострањенија у Азији, замена батерија електричним двоточкашима се шири и на Африку. На пример, руандски стартап за електричне мотоцикле управља станицама за замену батерија, са фокусом на опслуживање мото такси операција које захтевају дуге дневне домете. Амперсанд је изградио десет станица за замену батерија у Кигалију и три у Најробију, у Кенији. Ове станице обављају близу 37.000 замена батерија месечно.

Замена батерија за двоточкаше/троточкаше нуди предности у погледу трошкова

Посебно за камионе, замена батерија може имати велике предности у односу на ултрабрзо пуњење. Прво, замена може трајати кратко, што би било тешко и скупо постићи пуњењем путем кабла, које захтева ултрабрзи пуњач повезан са мрежама средњег до високог напона и скупе системе за управљање батеријама и хемију батерија. Избегавање ултрабрзог пуњења такође може продужити капацитет батерије, перформансе и век трајања циклуса.

Батерија као услуга (BaaS), раздвајање куповине камиона и батерије и склапање уговора о закупу батерије, значајно смањује почетне трошкове куповине. Поред тога, пошто камиони обично зависе од литијум-гвожђе-фосфатних (LFP) батерија, које су трајније од литијум-никл-манган-кобалт-оксидних (NMC) батерија, оне су веома погодне за замену у смислу безбедности и приступачности.

Међутим, трошкови изградње станице ће вероватно бити већи за замену батерија код камиона с обзиром на већу величину возила и теже батерије, што захтева више простора и специјализоване опреме за обављање замене. Још једна велика препрека је захтев да батерије буду стандардизоване на дату величину и капацитет, што произвођачи оригиналне опреме (OEM) камиона вероватно доживљавају као изазов за конкурентност, јер су дизајн и капацитет батерија кључни фактор разликовања међу произвођачима електричних камиона.

Кина је предводница замене батерија за камионе захваљујући значајној политичкој подршци и коришћењу технологије дизајниране да допуни кабловско пуњење. Кинески Министарство индустрије и информационих технологија (MIIT) је 2021. године објавило да ће бројни градови пилотирати технологију замене батерија, укључујући замену батерија за тешка возила у три града. Скоро сви главни кинески произвођачи тешких камиона, укључујући FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile и SAIC.

Кина је предводница замене батерија за камионе

Кина је такође лидер у замени батерија за путничке аутомобиле. У свим видовима транспорта, укупан број станица за замену батерија у Кини износио је скоро на крају 2022. године, што је 50% више него крајем 2021. године. NIO, који производи аутомобиле са могућношћу замене батерија и пратеће станице за замену, послује са више станица него у Кини, извештавајући да мрежа покрива више од две трећине континенталне Кине. Половина њихових станица за замену инсталирана је 2022. године, а компанија је поставила циљ од 4.000 станица за замену батерија широм света до 2025. године. Њихове станице за замену могу да обаве преко 300 замена дневно, пунећи до 13 батерија истовремено снагом од 20-80 kW.

NIO је такође најавио планове за изградњу станица за замену батерија у Европи, како би њихови модели аутомобила са омогућеном заменом батерија постали доступни на европским тржиштима крајем 2022. године. Прва NIO станица за замену батерија у Шведској отворена је године, а до краја 2022. године отворено је десет NIO станица за замену батерија широм Норвешке, Немачке, Шведске и Холандије. За разлику од NIO, чије станице за замену сервисирају NIO аутомобиле, станице кинеског оператера станица за замену батерија Aulton подржавају 30 модела од 16 различитих компанија за возила.

Замена батерија би такође могла бити посебно атрактивна опција за возне паркове такси возила са малим диференцијалом, чије је пословање осетљивије на време пуњења него код личних аутомобила. Амерички стартап Ample тренутно управља са 12 станица за замену батерија у области залива Сан Франциска, углавном опслужујући возила Убера за превоз путника.

Кина је такође лидер у замени батерија за путничке аутомобиле

Референце

Спори пуњачи имају снагу мању или једнаку 22 kW. Брзи пуњачи су они са снагом већом од 22 kW и до 350 kW. „Пуњачке станице“ и „пуњачи“ се користе наизменично и односе се на појединачне утичнице за пуњење, што одражава број електричних возила која се могу пунити истовремено. „Пуњачке станице“ могу имати више пуњачких станица.

Предложени AFIR, који је раније био директива, након формалног усвајања постао би обавезујући законодавни акт, којим би се, између осталог, прописала максимална удаљеност између пуњача инсталираних дуж TEN-T мреже, главних и секундарних путева унутар Европске уније.

Индуктивна решења су даље од комерцијализације и суочавају се са изазовима у испоруци довољне снаге при брзинама на аутопуту.