Trender inom laddningsinfrastruktur

Medan merparten av laddningsbehovet för närvarande tillgodoses av hemmaladdning, behövs det alltmer allmänt tillgängliga laddare för att ge samma nivå av bekvämlighet och tillgänglighet som för tankning av konventionella fordon. I tätbebyggda stadsområden, i synnerhet där tillgången till hemmaladdning är mer begränsad, är offentlig laddningsinfrastruktur en viktig möjliggörare för införandet av elbilar. I slutet av 2022 fanns det 2,7 miljoner offentliga laddstationer världen över, varav mer än 900 000 installerades 2022, en ökning med cirka 55 % jämfört med 2021 års bestånd, och jämförbar med tillväxttakten på 50 % före pandemin mellan 2015 och 2019.

Långsamma laddare

Globalt finns det fler än 600 000 offentliga laddningsstationer för långsam laddning.1installerades under 2022, varav 360 000 i Kina, vilket gör att beståndet av långsamma laddare i landet uppgår till mer än 1 miljon. I slutet av 2022 hade Kina mer än hälften av det globala beståndet av offentliga långsamma laddare.

Europa ligger på andra plats med totalt 460 000 långsamma laddare år 2022, en ökning med 50 % från föregående år. Nederländerna leder i Europa med 117 000, följt av cirka 74 000 i Frankrike och 64 000 i Tyskland. Beståndet av långsamma laddare i USA ökade med 9 % under 2022, den lägsta tillväxttakten bland de större marknaderna. I Korea har lagret av långsamma laddningsstationer fördubblats jämfört med föregående år och nådde 184 000 laddpunkter.

Snabbladdare

Allmänt tillgängliga snabbladdare, särskilt de som ligger längs motorvägar, möjliggör längre resor och kan minska räckviddsoro, ett hinder för införandet av elbilar. Liksom långsamma laddare erbjuder offentliga snabbladdare även laddningslösningar till konsumenter som inte har tillförlitlig tillgång till privat laddning, vilket uppmuntrar införandet av elbilar i större delar av befolkningen. Antalet snabbladdare ökade med 330 000 globalt under 2022, även om majoriteten (nästan 90 %) av tillväxten återigen kom från Kina. Utbyggnaden av snabbladdning kompenserar för bristen på tillgång till hemmaladdare i tätbefolkade städer och stöder Kinas mål för snabb utbyggnad av elbilar. Kina står för totalt 760 000 snabbladdare, men mer än 10 % av det totala beståndet av offentliga snabbladdningsstationer finns i bara tio provinser.

I Europa uppgick det totala antalet snabbladdare till över 70 000 i slutet av 2022, en ökning med cirka 55 % jämfört med 2021. Länderna med det största antalet snabbladdare är Tyskland (över 12 000), Frankrike (9 700) och Norge (9 000). Det finns en tydlig ambition i hela Europeiska unionen att vidareutveckla den offentliga laddningsinfrastrukturen, vilket framgår av den preliminära överenskommelsen om den föreslagna förordningen om infrastruktur för alternativa bränslen (AFIR), som kommer att fastställa krav på täckning av elladdning i det transeuropeiska transportnätet (TEN-T) mellan Europeiska investeringsbanken och Europeiska kommissionen. Över 1,5 miljarder euro kommer att finnas tillgängliga i slutet av 2023 för infrastruktur för alternativa bränslen, inklusive elektrisk snabbladdning.

USA installerade 6 300 snabbladdare under 2022, varav ungefär tre fjärdedelar var Tesla Superchargers. Det totala beståndet av snabbladdare nådde 28 000 i slutet av 2022. Utbyggnaden förväntas accelerera under de kommande åren efter regeringens godkännande av (NEVI). Alla amerikanska delstater, Washington DC och Puerto Rico deltar i programmet och har redan tilldelats 885 miljoner USD i finansiering för 2023 för att stödja utbyggnaden av laddare längs 122 000 km motorväg. Den amerikanska federala vägmyndigheten (Federal Highway Administration) har tillkännagivit nya nationella standarder för federalt finansierade elbilsladdare för att säkerställa konsekvens, tillförlitlighet, tillgänglighet och kompatibilitet. Som en del av de nya standarderna har Tesla meddelat att de kommer att öppna en del av sitt US Supercharger-nätverk (där Superchargers representerar 60 % av det totala beståndet av snabbladdare i USA) och Destination Charger för elbilar som inte kommer från Tesla.

Offentliga laddstationer blir allt viktigare för att möjliggöra en bredare användning av elbilar

Utbyggnad av offentlig laddningsinfrastruktur i väntan på tillväxt i försäljningen av elbilar är avgörande för ett brett införande av elbilar. I Norge fanns det till exempel cirka 1,3 batterielektriska lätta bilar per offentlig laddstation år 2011, vilket stödde ytterligare användning. I slutet av 2022, med över 17 % av de lätta bilarna som var elbilar, fanns det 25 elbilar per offentlig laddstation i Norge. I allmänhet, i takt med att andelen batterielektriska lätta bilar ökar, minskar förhållandet mellan laddstationer och elbilar. Tillväxten i försäljningen av elbilar kan bara upprätthållas om laddningsefterfrågan möts av tillgänglig och prisvärd infrastruktur, antingen genom privat laddning i hemmen eller på jobbet, eller offentligt tillgängliga laddstationer.

Förhållandet mellan elektriska lätta fordon och offentlig laddningsstation

Offentliga laddstationer per förhållande mellan batteri-elektriska LDV och utvalda länder jämfört med aktier i batterielektriska LDV

Även om laddbilar är mindre beroende av offentlig laddningsinfrastruktur än laddbilar, bör beslutsfattande som rör tillräcklig tillgång till laddstationer inkludera (och uppmuntra) offentlig laddning av laddbilar. Om man beaktar det totala antalet elektriska lätta bilar per laddstation var det globala genomsnittet år 2022 cirka tio elbilar per laddare. Länder som Kina, Korea och Nederländerna har haft färre än tio elbilar per laddare under de senaste åren. I länder som är starkt beroende av offentlig laddning har antalet offentligt tillgängliga laddare expanderat i en takt som i stort sett matchar utbyggnaden av elbilar.

På vissa marknader som kännetecknas av utbredd tillgång till hemmaladdning (på grund av en hög andel enfamiljshus med möjlighet att installera en laddare) kan antalet elbilar per offentlig laddpunkt dock vara ännu högre. Till exempel i USA är förhållandet elbilar per laddare 24, och i Norge är det mer än 30. I takt med att marknadspenetrationen för elbilar ökar blir offentlig laddning allt viktigare, även i dessa länder, för att stödja införandet av elbilar bland förare som inte har tillgång till laddningsalternativ i privata hem eller på arbetsplatser. Det optimala förhållandet mellan elbilar per laddare kommer dock att variera beroende på lokala förhållanden och förarens behov.

Kanske viktigare än antalet tillgängliga offentliga laddare är den totala laddningskapaciteten per elbil, med tanke på att snabbladdare kan betjäna fler elbilar än långsamma laddare. Under de tidiga stadierna av införandet av elbilar är det rimligt att den tillgängliga laddningskapaciteten per elbil är hög, förutsatt att laddarutnyttjandet kommer att vara relativt lågt tills marknaden mognar och utnyttjandet av infrastrukturen blir mer effektivt. I linje med detta inkluderar Europeiska unionens AFIR krav på den totala laddningskapaciteten som ska tillhandahållas baserat på storleken på den registrerade fordonsflottan.

Globalt sett är den genomsnittliga laddningskapaciteten per elektrisk lättfordon för offentliga laddstationer cirka 2,4 kW per elbil. I Europeiska unionen är förhållandet lägre, med ett genomsnitt på cirka 1,2 kW per elbil. Korea har det högsta förhållandet på 7 kW per elbil, även om de flesta offentliga laddstationer (90 %) är långsamma laddstationer.

Antal elektriska lätta fordon per offentlig laddstation och kW per elektrisk lätta fordon, 2022

Öppna

Antal elektriska LDV:er per laddstation kW offentlig laddning per elektriska LDV Nya Zeeland Island Australien Norge Brasilien Tyskland Sverige USA Danmark Portugal Storbritannien Spanien Kanada Indonesien Finland Schweiz Japan Thailand Europeiska unionen Frankrike Polen Mexiko Belgien Världen Italien Kina Indien Sydafrika Chile Grekland Nederländerna Korea 08162432404856647280889610400.61.21.82.433.64.24.85.466.67.27.8

• EV / EVSE (nedre axel)
• kW / EV (övre axeln)

I regioner där eldrivna lastbilar blir kommersiellt tillgängliga kan batteridrivna lastbilar konkurrera på total ägandekostnadsbasis med konventionella diesellastbilar för ett växande utbud av verksamheter, inte bara i stads- och regionaltrafik, utan även inom regionala och långdistanssegment för dragbilar med släp. Tre parametrar som avgör tidpunkten för detta är vägtullar, bränsle- och driftskostnader (t.ex. skillnaden mellan diesel- och elpriser som lastbilsförare står inför, och minskade underhållskostnader); och CAPEX-subventioner för att minska skillnaden i det initiala inköpspriset för fordonet. Eftersom eldrivna lastbilar kan erbjuda samma verksamhet med lägre livstidskostnader (inklusive om en rabatterad ränta tillämpas), är det i vilken utsträckning fordonsägare förväntar sig att återvinna de initiala kostnaderna en nyckelfaktor för att avgöra om man ska köpa en elektrisk eller konventionell lastbil.

Ekonomin för ellastbilar i långdistansapplikationer kan förbättras avsevärt om laddningskostnaderna kan minskas genom att maximera långsam laddning "off-shift" (t.ex. nattetid eller andra längre perioder av stillestånd), säkra bulkköpsavtal med nätoperatörer för "mitt i skift" (t.ex. under raster), snabb (upp till 350 kW) eller ultrasnabb (> 350 kW) laddning, och utforska smart laddning och möjligheter till fordonskoppling till elnät för extra intäkter.

Ellastbilar och bussar kommer att förlita sig på laddning utanför arbetspass för majoriteten av sin energi. Detta kommer till stor del att uppnås vid privata eller halvprivata laddningsstationer eller vid offentliga stationer längs motorvägar, och ofta över natten. Depåer för att möta den växande efterfrågan på elektrifiering av tunga fordon kommer att behöva utvecklas, och i många fall kan det krävas uppgraderingar av distributions- och överföringsnätet. Beroende på fordonens räckviddskrav kommer depåladdning att vara tillräcklig för att täcka de flesta operationer inom stadsbussar samt stads- och regional lastbilstrafik.

Regler som föreskriver viloperioder kan också tillhandahålla ett tidsfönster för laddning mitt i arbetspasset om snabb- eller ultrasnabba laddningsalternativ finns tillgängliga längs vägen: Europeiska unionen kräver 45 minuters rast efter var 4,5:e timmes körning; USA föreskriver 30 minuter efter 8 timmar.

De flesta kommersiellt tillgängliga likströmsladdningsstationer (DC) möjliggör för närvarande effektnivåer från 250–350 kW. Det som Europeiska rådet och parlamentet nått inkluderar en gradvis process för utbyggnad av infrastruktur för elektriska tunga fordon med början 2025. Nyligen genomförda studier av effektbehov för regionala och långdistanstransporter i USA och Europa visar att laddningseffekt högre än 350 kW, och så hög som 1 MW, kan krävas för att helt ladda elektriska lastbilar under en paus på 30 till 45 minuter.

Traton, Volvo och Daimler insåg behovet av att skala upp snabb- eller ultrasnabbladdning som en förutsättning för att göra både regional och, i synnerhet, långdistansverksamhet tekniskt och ekonomiskt hållbar, och etablerade därför 2022 ett oberoende joint venture. Med 500 miljoner euro i kollektiva investeringar från de tre tunga tillverkningsgrupperna syftar initiativet till att driftsätta mer än 1 700 snabba (300 till 350 kW) och ultrasnabba (1 MW) laddningsstationer över hela Europa.

Flera laddningsstandarder används för närvarande, och tekniska specifikationer för ultrasnabbladdning är under utveckling. Att säkerställa maximal möjlig konvergens av laddningsstandarder och interoperabilitet för tunga elbilar kommer att behövas för att undvika kostnader, ineffektivitet och utmaningar för fordonsimportörer och internationella operatörer som skulle skapas av tillverkare som följer olika vägar.

I Kina utvecklar medutvecklarna China Electricity Council och CHAdeMOs "ultra ChaoJi" en laddningsstandard för tunga elfordon på upp till flera megawatt. I Europa och USA håller specifikationer för CharIN Megawatt Charging System (MCS), med en potentiell maximal effekt på ... på att utvecklas av Internationella standardiseringsorganisationen (ISO) och andra organisationer. De slutliga MCS-specifikationerna, som kommer att behövas för kommersiell utrullning, förväntas vara klara 2024. Efter den första megawatt-laddningsplatsen som erbjuds av Daimler Trucks och Portland General Electric (PGE) 2021, samt investeringar och projekt i Österrike, Sverige, Spanien och Storbritannien.

Kommersialisering av laddare med en nominell effekt på 1 MW kommer att kräva betydande investeringar, eftersom stationer med sådana höga effektbehov kommer att medföra betydande kostnader för både installation och nätuppgraderingar. Att revidera affärsmodeller för offentliga elbolag och regler för kraftsektorn, samordna planering mellan intressenter och smart laddning kan alla bidra till. Direkt stöd genom pilotprojekt och ekonomiska incitament kan också påskynda demonstration och implementering i tidiga skeden. En nyligen genomförd studie beskriver några viktiga designöverväganden för att utveckla MCS-klassade laddningsstationer:

• Att planera laddstationer vid vägdepåer nära kraftledningar och transformatorstationer kan vara en optimal lösning för att minimera kostnader och öka laddningsutnyttjandet.
• Att tidigt dimensionera anslutningar med direkta anslutningar till kraftledningar, och därmed förutse energibehovet i ett system där en hög andel godstrafik har elektrifierats, snarare än att uppgradera distributionsnät på en tillfällig och kortsiktig basis, kommer att vara avgörande för att minska kostnaderna. Detta kommer att kräva strukturerad och samordnad planering mellan nätoperatörer och utvecklare av laddningsinfrastruktur över olika sektorer.
• Eftersom sammankopplingar av överföringssystem och uppgraderingar av nätet kan ta 4–8 år, måste lokalisering och byggnation av högprioriterade laddstationer påbörjas så snart som möjligt.

Lösningar inkluderar installation av stationär lagring och integrering av lokal förnybar kapacitet, i kombination med smart laddning, vilket kan bidra till att minska både infrastrukturkostnader relaterade till nätanslutning och elanskaffningskostnader (t.ex. genom att göra det möjligt för lastbilsförare att minimera kostnaderna genom att arbitragera prisvariationer under dagen, dra nytta av möjligheter mellan fordon och elnät etc.).

Andra alternativ för att förse tunga elektriska fordon med ström är batteribyte och elvägsystem. Elvägsystem kan överföra ström till en lastbil antingen via induktiva spolar i en väg, eller genom ledande anslutningar mellan fordonet och vägen, eller via kontaktledningar. Kontaktledningar och andra dynamiska laddningsalternativ kan vara lovande för att minska kostnaderna på systemnivå i övergången till utsläppsfria regionala och långdistanslastbilar, vilket ger en positiv resultat vad gäller totala kapital- och driftskostnader. De kan också bidra till att minska behovet av batterikapacitet. Batteriefterfrågan kan minskas ytterligare och utnyttjandet förbättras ytterligare om elvägsystem utformas för att vara kompatibla inte bara med lastbilar utan även med elbilar. Sådana metoder skulle dock kräva induktiva eller vägbaserade konstruktioner som medför större hinder när det gäller teknikutveckling och design, och är mer kapitalintensiva. Samtidigt innebär elvägsystem betydande utmaningar som liknar dem inom järnvägssektorn, inklusive ett större behov av standardisering av vägar och fordon (som illustreras med spårvagnar och trådbussar), kompatibilitet över gränserna för långdistansresor och lämpliga ägarmodeller för infrastruktur. De ger lastbilsägare mindre flexibilitet när det gäller rutter och fordonstyper, och har höga utvecklingskostnader totalt sett, vilket påverkar deras konkurrenskraft i förhållande till vanliga laddstationer. Med tanke på dessa utmaningar skulle sådana system mest effektivt installeras först på hårt trafikerade godskorridorer, vilket skulle kräva nära samordning mellan olika offentliga och privata intressenter. Demonstrationer på allmänna vägar hittills i Tyskland och Sverige har förlitat sig på förespråkare från både privata och offentliga enheter. Uppmaningar till pilotprojekt för elvägssystem övervägs också i Kina, Indien, Storbritannien och USA.

Laddningsbehov för tunga fordon

En analys från International Council on Clean Transportation (ICCT) tyder på att batteribyte för elektriska tvåhjulingar i taxitjänster (t.ex. cykeltaxi) erbjuder den mest konkurrenskraftiga totala kostnaden jämfört med punktladdande elfordon eller förbränningsmotordrivna tvåhjulingar. När det gäller leverans den sista milen via en tvåhjuling har punktladdning för närvarande en fördel med total kostnaden jämfört med batteribyte, men med rätt politiska incitament och skala kan byte bli ett genomförbart alternativ under vissa förutsättningar. I allmänhet, i takt med att den genomsnittliga dagliga körsträckan ökar, blir den batterielektriska tvåhjulingen med batteribyte mer ekonomisk än punktladdnings- eller bensinfordon. År 2021 grundades Swapable Batteries Motorcycle Consortium i syfte att underlätta batteribyte av lätta fordon, inklusive två-/trehjulingar, genom att arbeta tillsammans kring gemensamma batterispecifikationer.

Batteribyte av elektriska två- och trehjulingar får särskilt stor framgång i Indien. Det finns för närvarande över tio olika företag på den indiska marknaden, inklusive Gogoro, en elscooter och ledande teknikföretag för batteribyte baserat i Kina, Taipei. Gogoro hävdar att deras batterier driver 90 % av elscooterna i Kina, och Gogoros nätverk har mer än 12 000 batteribytesstationer för att stödja över 500 000 elektriska tvåhjulingar i nio länder, mestadels i Asien och Stillahavsområdet. Gogoro har nu ingått ett partnerskap med Indien-baserade Zypp Electric, som driver en EV-as-a-service-plattform för leveranser på sista milen. Tillsammans driftsätter de 6 batteribytesstationer och 100 elektriska tvåhjulingar som en del av ett pilotprojekt för leveranser på sista milen mellan företag i staden Delhi. I början av 2023 samlade de in pengar, vilka de kommer att använda för att utöka sin flotta till 200 000 elektriska tvåhjulingar i 30 indiska städer fram till 2025. Sun Mobility har en längre historia av batteribyte i Indien, med fler än bytesstationer över hela landet för elektriska två- och trehjulingar, inklusive elrickshaws, med partners som Amazon India. Thailand ser också batteribytestjänster för motorcykeltaxi och leveransförare.

Även om batteribyte för elektriska tvåhjulingar är vanligast i Asien, sprider sig det även till Afrika. Till exempel driver ett rwandiskt startupföretag för elmotorcyklar batteribytesstationer, med fokus på att betjäna motorcykeltaxiverksamheter som kräver långa dagliga räckvidder. Ampersand har byggt tio batteribytesstationer i Kigali och tre i Nairobi, Kenya. Dessa stationer utför närmare 37 000 batteribyten per månad.

Batteribyte för två-/trehjulingar ger kostnadsfördelar

Särskilt för lastbilar kan batteribyte ha stora fördelar jämfört med ultrasnabb laddning. För det första kan bytet krävas så lite tid, vilket skulle vara svårt och dyrt att uppnå genom kabelbaserad laddning, vilket kräver en ultrasnabb laddare ansluten till mellan- till högspänningsnät samt dyra batterihanteringssystem och batterikemi. Att undvika ultrasnabb laddning kan också förlänga batteriets kapacitet, prestanda och livslängd.

Batteri som en tjänst (BaaS), som separerar köpet av lastbilen och batteriet, och upprättar ett leasingavtal för batteriet, minskar den initiala inköpskostnaden avsevärt. Eftersom lastbilar tenderar att vara beroende av litiumjärnfosfat (LFP)-batterikemi, som är mer hållbara än litium-nickel-mangan-koboltoxid (NMC)-batterier, är de dessutom väl lämpade för byte vad gäller säkerhet och överkomliga priser.

Kostnaden för att bygga en station kommer dock sannolikt att vara högre för batteribyte till lastbilar med tanke på den större fordonsstorleken och de tyngre batterierna, vilket kräver mer utrymme och specialutrustning för att utföra bytet. Ett annat stort hinder är kravet att batterier ska standardiseras till en given storlek och kapacitet, vilket lastbilstillverkare sannolikt kommer att uppfatta som en utmaning för konkurrenskraften eftersom batteridesign och kapacitet är en viktig differentieringsfaktor bland tillverkare av ellastbilar.

Kina ligger i framkant när det gäller batteribyte för lastbilar tack vare betydande politiskt stöd och användning av teknik utformad för att komplettera kabelladdning. År 2021 tillkännagav Kinas MIIT att ett antal städer skulle testa batteribytesteknik, inklusive batteribyte för tunga fordon, i tre städer. Nästan alla större kinesiska tillverkare av tunga lastbilar, inklusive FAW, CAMC, Dongfeng, Jiangling Motors Corporation Limited (JMC), Shanxi Automobile och SAIC.

Kina ligger i framkant när det gäller batteribyte för lastbilar

Kina är också ledande inom batteribyte för personbilar. Över alla transportsätt låg det totala antalet batteribytesstationer i Kina nästan i slutet av 2022, 50 % högre än i slutet av 2021. NIO, som tillverkar bilar med batteribyte och tillhörande bytesstationer, har fler batterier än i Kina och rapporterar att nätverket täcker mer än två tredjedelar av Kinas fastland. Hälften av deras bytesstationer installerades 2022, och företaget har satt ett mål på 4 000 batteribytesstationer globalt till 2025. Företagets bytesstationer kan utföra över 300 byten per dag och ladda upp till 13 batterier samtidigt med en effekt på 20–80 kW.

NIO tillkännagav också planer på att bygga batteribytesstationer i Europa i takt med att deras bilmodeller med batteribyte blev tillgängliga på europeiska marknader mot slutet av 2022. Den första NIO-batteribytesstationen i Sverige öppnades och i slutet av 2022 hade tio NIO-batteribytesstationer öppnats i Norge, Tyskland, Sverige och Nederländerna. Till skillnad från NIO, vars bytesstationer betjänar NIO-bilar, stöder den kinesiska batteribytesstationsoperatören Aultons stationer 30 modeller från 16 olika fordonsföretag.

Batteribyte skulle också kunna vara ett särskilt attraktivt alternativ för lätta lastbilar, vars verksamhet är mer känslig för laddningstider än personbilar. Det amerikanska startup-företaget Ample driver för närvarande 12 batteribytesstationer i San Francisco Bay-området, främst för Ubers samåkningsfordon.

Kina är också ledande inom batteribyte för personbilar.

Referenser

Långsamma laddare har en effekt på högst 22 kW. Snabbladdare är de med en effekt på mer än 22 kW och upp till 350 kW. ”Laddpunkter” och ”laddare” används synonymt och hänvisar till de enskilda ladduttagen, vilket återspeglar antalet elbilar som kan laddas samtidigt. ”Laddstationer” kan ha flera laddpunkter.

Det föreslagna AFIR, som tidigare var ett direktiv, skulle, när det formellt godkänts, bli en bindande lagstiftningsakt som bland annat föreskriver ett maximalt avstånd mellan laddstationer installerade längs TEN-T, primära och sekundära vägar inom Europeiska unionen.

Induktiva lösningar är längre ifrån kommersialisering och står inför utmaningar att leverera tillräcklig kraft vid motorvägshastigheter.