Serwis pod patronatem magazynu
Sieć stacji ładowania aut elektrycznych, nawet w krajach, które mocno w nią inwestują, pozostawia jeszcze wiele do życzenia. Jak polska infrastruktura wygląda na tle Europy? Jakich rozwiązań możemy spodziewać się w przyszłości?
Już to kiedyś przerabiano. W początkach motoryzacji właściciele powozów konnych na widok automobili pukali się w głowę i zastanawiali, co ci kierowcy zrobią, jak skończy im się paliwo? Gdzie znajdą stację do tankowania, zwłaszcza poza miastem? Kto będzie produkował paliwo dla tak niszowego środka transportu? No cóż, już po kilku latach okazało się, że o wiele łatwiej było znaleźć stację benzynową na pustkowiu niż kowala do podkucia koni.
Czy obecnie mamy do czynienia z podobną sytuacją, tylko rolę powozów konnych pełnią samochody spalinowe, a „elektryki” zwiastują nową erę w mobilności? Wysiłki producentów aut zmierzają w tym kierunku. Rozwojowi pojazdów musi też towarzyszyć skokowe ulepszanie infrastruktury.
Na dzisiaj samochodami elektrycznymi interesują się przede wszystkim fani elektromobilności. Często dobrze sytuowani, zatem dysponujący możliwością ładowania auta na swojej posesji oraz w miejscu pracy. Dla nich ograniczenia dostępności do punktów ładowania nie rzucają się tak bardzo w oczy (może do czasu wyjazdu w dalszą trasę). Aby auta elektryczne stały się masowe, konieczne jest stworzenie możliwości ładowania w miejscach dostępnych dla każdego.
Problemów jest mnóstwo. Punktów ładowania musi być znacząco więcej, niż mamy obecnie stacji benzynowych – wynika to z nieporównanie dłuższego czasu ładowania w odniesieniu do tankowania. Każdy taki punkt musi być podłączony do sieci energetycznej, trzeba zapewnić do niego dojazd itp. W ciasnej zabudowie miejskiej jest to często niemożliwe do zrealizowania. Czyli tam, gdzie to najbardziej potrzebne.
Skomplikowane są też procedury – branżowe organizacje od lat apelują o ich uproszczenie. Do tego prąd powinien pochodzić ze źródeł bezemisyjnych, w innym razie cała ta „zabawa” nie ma sensu. Co jeszcze warto wiedzieć?
Liczba aut elektrycznych na polskim rynku sukcesywnie rośnie – po naszych drogach jeździ już ponad 50 tys. pojazdów tego typu. Praktycznie drugie tyle to hybrydy typu plug-in, też wymagające doładowywania z sieci elektrycznej do wykorzystania ich możliwości. Łącznie to już prawie około 100 tys. egzemplarzy.
Rośnie też liczba ogólnodostępnych punktów ładowania. Teraz mamy ich około 6000 (liczba stacji ładowania jest oczywiście mniejsza, dochodzi do 3,3 tys.). 1/4 z nich to punkty szybkiego ładowania prądem stałym, reszta zapewnia ładowanie prądem zmiennym z mocą do 22 kW.
W zeszłym roku przybyło u nas półtora tysiąca ogólnodostępnych punktów ładowania, co jest rekordem tempa rozwoju sieci (15 proc. rok do roku). Branża liczy na szybkie zmiany prawne, ułatwiające rozwój siatki ładowarek, liczyła zresztą na znacznie lepszy wynik w 2023 r. Kluczowe jest ułatwienie procedur przyłączeniowych do sieci energetycznej, obecne są one zbyt skomplikowane i długotrwałe. Postulaty branży względem rządzących są znane, zebrano je w „Białej księdze nowej mobilności”.
Jak rozwój sieci wygląda np. w Niemczech? Oczywiście też narzekają. Obecnie jest tam około 105 tys. publicznych punktów ładowania (dla przypomnienia – u nas 6 tys.). Z tego tylko 20 500 to szybkie ładowarki. Dla nich to umiarkowany bilans.
Zgodnie z decyzją rządu federalnego do 2030 roku ma powstać rozległa i przyjazna użytkownikom sieć miliona publicznie dostępnych punktów ładowania. To ogromne przedsięwzięcie. W związku z tym w ciągu kolejnych sześciu lat musiałoby przybywać rocznie niemal 150 000 dodatkowych punktów ładowania, czyli około półtora raza więcej niż w ciągu ostatnich siedmiu lat.
Obecnie różnice regionalne w zakresie infrastruktury ładowania są nadal znaczne: obok wyraźnej różnicy między zachodnimi a wschodnimi landami rozbudowa w obszarach wiejskich nadal ma duże zaległości. Z kolei wokół „miast samochodowych”, takich jak Wolfsburg, Monachium, Ingolstadt, Stuttgart, Rüsselsheim i Berlin, gęstość punktów ładowania jest o dwa do trzech razy wyższa.
W naszym kraju rozwój odnawialnej energetyki czy elektromobilności jest sprawą ściśle polityczną, co utrudnia spokojną ocenę sytuacji – tak, aby na podstawie uzyskanych analiz można było wypracować sensowny plan działania. I to na lata, na pewno wykraczający poza jedną kadencję sejmu. Znowu o krok dalej są nasi zachodni sąsiedzi, możemy więc przyjrzeć się ich doświadczeniom, biorąc poprawkę na różnice rynkowe. Oczywiście oni też narzekają.
Aby osiągnąć ambitny cel, miesięcznie w Niemczech musiałoby być uruchamianych 12 500 dodatkowych punktów ładowania. Trudno sobie wyobrazić, że to się uda. Hildegard Müller, prezes Związku Przemysłu Samochodowego (VDA), skarży się: „Niemcy potrzebują teraz wreszcie większefo tempa i większej determinacji w zakresie rozbudowy”. I podaje minimalną liczbę niezbędnych stacji ładowania: jeśli w przyszłości w jednym punkcie ładowania miało być ładowanych 15 samochodów elektrycznych, co tydzień musiałoby powstać co najmniej 2200 nowych punktów ładowania. Dotychczas to jednak tylko 540. W tym tempie cel do 2030 roku nie zostanie osiągnięty nawet w jednej trzeciej.
Minister Transportu Volker Wissing (FDP) mocno przyspiesza i planuje zainwestować 6,3 miliarda euro w sieć ładowania. Szczególny nacisk zostanie położony na stacje ładowania prądem zmiennym (AC) w dzielnicach mieszkalnych i szybkie ładowarki prądem stałym (DC) na stacjach benzynowych oraz wzdłuż głównych dróg.
Problemy sprawiają jednak duże bariery biurokratyczne: niewiele miejsc parkingowych, skomplikowane prawo dojazdowe, urzędy budowlane i dostawcy sieci oraz decydenci na szczeblu federalnym i lokalnych urzędów obecnie hamują rozbudowę infrastruktury.
Coraz więcej zleceń otrzymują także zmagające się z brakiem specjalistów firmy budowlane i operatorzy sieci – co też nie pozostaje bez wpływu na realizację ambitnych założeń.
Z wyliczeń Niemieckiego Stowarzyszenia Energetyki i Wodociągów (BDEW) wynika, że wystarczająca byłaby nawet znacznie mniejsza liczba punktów ładowania. Jako uzasadnienie podaje się oczekiwany postęp technologiczny w zakresie mocy ładowania. W optymistycznym scenariuszu zarówno moc stacji ładowania, jak i możliwości pojazdów elektrycznych powinny nadal rosnąć dzięki rozwojowi technologii, co skróciłoby czasy ładowania.
Dotychczasowe publiczne punkty ładowania mogłyby w idealnych warunkach dostarczyć ogółem do 4,5 gigawata mocy – co według BDEW jest więcej niż wystarczające. Ponieważ jednak punkty ładowania były w przeszłości średnio zajęte tylko w 11,6 procentach – w zależności od punktu „zajętość” wynosiła od trzech do maksymalnie 25 procent w ciągu dnia. Jednak w tej teoretycznej analizie nie uwzględniono wielu uszkodzonych lub nadmiernie obciążonych zainteresowaniem kierowców punktów ładowania w popularnych miejscach (w mieście, na parkingach przy autostradach).
Czy na powyższych danych można polegać, czy jest to jednak tylko upiększanie rzeczywistości? Kalkulacja związku branżowego opiera się na dotychczasowym zachowaniu klientów tzw. pierwszej godziny, zazwyczaj dobrze sytuowanych idealistów, fanów elektromobilności zwykle posiadających wallbox i instalację fotowoltaiczną na dachu własnego domu, a często też możliwość ładowania u pracodawcy.
Dla tej klienteli korzystanie z publicznych stacji ładowania jest prawdopodobnie drugorzędne. To się jednak zmieni, gdy elektromobilność zostanie szeroko wdrożona i rzeczywiście nabierze tempa. Wtedy punkty ładowania staną się zatłoczone.
Rzadko kiedy trzeba stać w kolejce do dystrybutora na zwykłej stacji benzynowej. A jeśli tak, to można oczekiwać szybkiego skracania się „ogonka”. Proces tankowania, wliczając w to płatność, kończy się po czterech do ośmiu min. Ogólnie rzecz biorąc, nowoczesne stacje są bardzo wydajne.
W Polsce jest blisko 8 tys. stacji paliw, w Niemczech – nieco ponad 14 tys. Średnio na jednej jest sześć dystrybutorów, można więc tam zatankować około 170 000 samochodów co osiem minut. Jednak sytuacja wygląda inaczej w przypadku elektrostacji: w przypadku większości miejskich punktów ładowania o mocy 11 kW pełne ładowanie może zająć nawet 8 godzin, a na szybkiej ładowarce o mocy 135 kW wciąż potrzeba ok. 30-40 minut, aby podładować akumulator z 10 do 80%.
Ponieważ producenci samochodów elektrycznych zalecają korzystanie tylko z pojemnościowego zakresu akumulatora między 10 a 80 procent, rzeczywisty zasięg między przerwami ładowania wynosi od 170 do 290 kilometrów, w zależności od modelu samochodu i rozmiaru akumulatora. Z tego powodu samochód elektryczny odwiedza stację ładowania cztery do pięciu razy częściej niż auto z nowoczesnym silnikiem Diesla. W związku z tym gęstość stacji ładowania musi być proporcjonalnie większa w porównaniu do tradycyjnych stacji benzynowych. Dlatego rząd federalny zakłada konieczność osiągnięcia do 2030 roku miliona punktów ładowania w Niemczech.
Zachowując wspomniane proporcje w naszym kraju, dodatkowo uwzglądniając fakt, że przeciętna stacja niemiecka ma więcej dystrybutorów, na jeden z nich przypada więc znacząco mniej pojazdów niż u nas, potrzebujemy ich ponad 600 tysięcy (6 tys. już mamy).
Podróże zagraniczne samochodem elektrycznym należy dobrze zaplanować. Tylko Holandia i Luksemburg mają gęstość stacji ładowania znacznie większą niż w Niemczech. Ze 114 000 punktów ładowania, co daje 47,5 ładowarek na 100 kilometrów, Holandia ma ich nawet dwukrotnie więcej niż Niemcy.
Francja jest przygotowana podobnie jak Niemcy, ale poza dużymi, dobrze zaopatrzonymi w stacje miastami istnieją tam ogromne białe plamy na mapie. Gorzej jest z dostawą prądu dla samochodów elektrycznych w wielu innych krajach sąsiadujących.
W Austrii dostępne jest tylko około 17 500 punktów ładowania, w Szwajcarii niecałe 10 900, w Polsce – jak wspominaliśmy – zaledwie 3387, a w Grecji skromne 981.
Poprawa jest w zasięgu wzroku: Parlament Europejski przyjął teraz ustawę o obowiązkowej rozbudowie infrastruktury ładowania dla samochodów elektrycznych w całej Europie, która – zgodnie ze swoją nazwą – nakazuje ową rozbudowę. Do 2026 roku wzdłuż głównych dróg w Unii Europejskiej co najmniej co 60 kilometrów powinny być dostępne publiczne stacje ładowania. Musi być ich wiele, bo pobór prądu jest czasochłonny. Na szybkiej ładowarce o mocy 50 kW potrzeba średnio 40 minut, aby osiągnąć wynoszący 80 procent poziom energii w akumulatorze trakcyjnym auta.
Wielu potencjalnych nabywców samochodów elektrycznych marzy o darmowym „tankowaniu” za pomocą instalacji fotowoltaicznej na dachu własnego domu. Jednak to działa tylko wtedy, gdy powierzchnia dachu jest wystarczająca, dobrze skierowana ku słońcu i nie zacieniają jej drzewa ani inne budynki.
Ważne jest również, aby auto było ładowane w ciągu dnia, gdy świeci słońce. Kto ładuje w nocy, korzysta z konwencjonalnej energetyki – chyba że posiada drogi system magazynowania energii w domu. Wtedy przynajmniej część własnych zasobów może również płynąć do akumulatora samochodu w nocy. Jednak ilość energii w domowym magazynie jest ograniczona.
W przypadku standardowych instalacji fotowoltaicznych o mocy 10 do 15 kWp (kilowatów szczytowych) na dom jednorodzinny, są dostępne magazyny o pojemności 10 do 15 kWh. Biorąc pod uwagę, że większość samochodów elektrycznych jest wyposażona w baterie o pojemności od 54 do 78 kWh, a duże SUV-y – w znacznie większe, szybko staje się jasne, że nocne ładowanie w warunkach braku światła słonecznego działa obecnie tylko z istotnym udziałem „brudnego” prądu węglowego – w efekcie samochód elektryczny emituje znacznie więcej CO2 niż auto z nowoczesnym i oszczędnym dieslem.
Ważne dla rzeczywistej produkcji energii za pomocą paneli fotowoltaicznych są również lokalizacja, pora roku i warunki pogodowe. Średnio instalacja fotowoltaiczna o mocy 10 kWp w naszych szerokościach geograficznych generuje około 27,4 kWh energii słonecznej dziennie. Aby naładować akumulator, samochód musi pozostać „podłączony” odpowiednio długo. Samodzielni producenci energii muszą więc mieć dużo cierpliwości.
Ładowanie Indukcyjne: wygodny sposób na doładowanie samochodu elektrycznego bez podłączania do gniazdka. Wystarczy zaparkować nad ładowarką.
Firma Rheinmetall z Düsseldorfu obecnie testuje interesującą technologię ładowania w Kolonii: zamiast standardowych stacji ładowania firma instaluje tzw. krawężniki ładowania – gniazda do podłączenia auta elektrycznego rzeczywiście umieszczone są w ulicznych krawężnikach. Ta nowa technologia może być zainstalowana praktycznie wszędzie, sprawdza się nawet w ciasnych obszarach miejskich o ograniczonej przestrzeni i okazuje się praktycznie niewidoczna dla miejskiego krajobrazu. Jest to uważane za doskonałe rozwiązanie, zwłaszcza dla historycznych centrum miast – eliminujemy rzucające się w oczy „słupki”.
Modułowe krawężniki działają z mocą ładowania do 22 kW prądu zmiennego. Protokół Open Charge Point Protocol (OCPP) umożliwia nawet integrację krawężnikowych punktów ładowania w istniejące struktury systemów ładowania.
Bardzo obiecująco zapowiada się także technologia bezprzewodowego uzupełniania prądu (nazywana także ładowaniem indukcyjnym), która w przyszłości może znacząco zwiększyć komfort użytkowania pojazdów. Przesył energii odbywa się za pomocą cewek, podobnie jak w przypadku bezprzewodowego ładowania smartfonów. Dotychczas uważano, że ta technologia jest bardzo stratna i mało wydajna. Jednak w ramach projektu badawczego grupy Volkswagen Group of America badacze za pomocą prototypu zoptymalizowanej technologii ładowania byli w stanie bezprzewodowo naładować Porsche Taycana nawet do 98 procent pojemności akumulatora. To napawa optymizmem, że kiedyś można będzie całkowicie zrezygnować z kłopotliwego ładowania za pomocą wtyczki.
W przyszłości samochody elektryczne mają nawet pobierać energię podczas jazdy. Badacze ze Stuttgartu we współpracy z izraelską firmą już teraz realizują tę futurystyczną ideę. W „dynamicznym ładowaniu indukcyjnym” energia jest przesyłana poprzez stale zmieniające się pola magnetyczne. Działa to podobnie do silnika liniowego – stosowanego np. w pociągach typu Maglev. Pod asfaltem ulicy umieszczone są silne cewki magnetyczne, które przesyłają energię za pomocą odpowiednika pod samochodem. Oprócz obniżenia kosztów rozbudowy odpowiedniej infrastruktury badacze skupiają się na efektywności. Ostatnio udało się zwiększyć sprawność z początkowych maksymalnych 36 procent do imponujących 92 procent.
Dynamiczne ładowanie indukcyjne: budowane są pierwsze trasy testowe, tutaj układanie płaskich cewek. Auto będzie mogło być ładowane w trakcie jazdy np. po autostradzie.
Główną zaletą tej technologii jest możliwość znacznego ograniczenia rozmiarów i masy zestawu akumulatorów montowanych w samochodzie. Jeżeli akumulator może być ładowany w trakcie podróży – na przykład na miejskich drogach szybkiego ruchu lub na skrzyżowaniach – nie musi być tak duży i ciężki jak w przypadku konwencjonalnych samochodów elektrycznych. To drastycznie obniżyłoby ceny samochodów elektrycznych i sprzyjałoby zrównoważonej produkcji, redukując jednocześnie ogromny klimatycznie szkodliwy ślad CO2 samochodów elektrycznych, powstający podczas produkcji baterii. O ograniczeniu zapotrzebowania na rzadkie metale też warto pamiętać.
Nie, i jeszcze długo nie zadziała. Inteligentne sterowanie siecią elektroenergetyczną (Smart Grid), które pozwala zarządzać i optymalizować produkcję, przechowywanie i zużycie energii, działa jak dotąd tylko na papierze.
Wykorzystanie Smart Grid miałoby ogromne korzyści dla równomiernego obciążenia sieci i optymalnego rozprowadzania energii odnawialnej. Samochody mogłyby być ładowane preferencyjnie i ekonomicznie, gdy dysponujemy nadmiarem energii odnawialnej, a w zamian mogłyby dostarczać niewielkie ilości energii (około 1,5 do 2,5 procent pojemności baterii), gdy zapotrzebowanie na prąd nagle wzrasta, na przykład podczas zmierzchu w domach.
Aby zrealizować to w publicznych punktach ładowania, dostawcy energii, operatorzy stacji ładowania, producenci samochodów i organy regulacyjne musiałyby ścisłe współpracować. Jednak dotychczas tego nie czynią.
Bateria ze stałym elektrolitem uważana jest za wielką nadzieję producentów samochodów elektrycznych. Powinna być lżejsza, zajmować mniej miejsca i być mniej podatna na pożary niż akumulatory litowo-jonowe. Baterie stałe mogłyby również złagodzić problemy z kosztami i zasięgiem samochodów elektrycznych.
Stawiają one jednak inne wymagania w zakresie technologii ładowania. Wytrzymałość cykliczna, zachowanie poboru energii, profile i właściwości ładowania nie są porównywalne z bateriami litowo-jonowymi. Technologia ładowania musi być więc inaczej zaprojektowana, aby wykorzystać potencjał szybkiego uzupełniania energii, zapewnić optymalną moc ładowania i przede wszystkim zagwarantować bezpieczeństwo procesu przy dużych prądach ładowania.
Komunikacja między samochodem a punktem ładowania także przebiega w inny sposób. Dlatego konieczne jest zaktualizowanie lub dostosowanie istniejącej infrastruktury ładowania. To kolejne wyzwanie na drugą połowę tego dziesięciolecia, związane oczywiście z kolejnymi dużymi inwestycjami.
Równie istotne jak gęsta siatka stacji ładowania są transparentne koszty zakupionej energii. Tutaj również jest jeszcze wiele do zrobienia. Obecny chaos z kartami i taryfami nie jest przyjazny dla konsumentów. Zasadniczo dostawca usługi ładowania określa cenę na publicznych stacjach ładowania. Usługodawcy starają się przyciągnąć klientów ofertami z umowami w połączeniu z odpowiednimi kartami ładowania.
W Polsce podstawowe stawki za ładowanie auta z sieci AC, bez żadnych rabatów czy abonamentów, wahają się w granicach od ok. 1,2 do 2 zł za kWh. Ładowanie prądem stałym jest dużo droższe – ceny, w zależności od sieci, wynoszą od 2 do ponad 3,5 zł za kWh. Kwoty oczywiście często się zmieniają, głównie w zależności od wahań na giełdach energii. Operatorzy muszą dodatkowo brać pod uwagę pozostałe koszty, np. rozwoju sieci, podatkowe itp. Stawki prądu kontraktowane są często z dużym wyprzedzeniem – to wszystko sprawia, że koszt ładowania nie zawsze podąża za tym samym trendem, co ceny energii na giełdach.
Znowu odnieśmy się do Niemiec. W zależności od wybranej taryfy koszty w tym samym punkcie ładowania wahają się od 35 do 109 centów za kilowatogodzinę. Pionier ładowania szybkiego, Ionity, a także ADAC ze swoją taryfą Smart i Tribber (dla punktów ładowania wallbox) eksperymentują z dynamicznymi taryfami energii – podobnie jak Tesla ze swoimi Superchargerami. Według tego modelu, w zależności od rzeczywistej ceny energii na giełdzie, konsument mógłby czasowo oszczędzać. Istnieją jednak również drogie okresy pobierania – zawsze wtedy, gdy popyt na energię jest duży i zasoby są ograniczone.
Jednak właśnie przy szybkim ładowaniu, na przykład na stacjach benzynowych i parkingach na autostradach, zakup energii jest kosztowny. Coraz więcej dostawców energii podkręca swój model biznesowy tzw. opłatami blokującymi. Ktoś, kto ładował swoje auto elektryczne na stacji ładowania w centrum miasta dłużej niż na przykład dozwolone dwie lub trzy godziny, płaci dodatkowo za czas postoju, oprócz pokrycia kosztów energii. Za nocne ładowanie może to wynieść nawet 60 euro dodatkowo (zazwyczaj 10 centów za minutę!). Operatorzy argumentują, że miejsce ładowania powinno być szybko zwolnione dla następnego klienta.
Ktoś, kto zaparkował, ale nie podłączył swojego samochodu do sieci, nie może być obciążony przez dostawcę energii. Jednak tu wchodzą do gry ogólne przepisy drogowe – możemy zostać ukarani mandatem drogowym, pozostaje kwestia ujęcia tego typu przypadków w przepisach.
Większość punktów ładowania znajduje się pod gołym niebem (oczywiście z wyjątkiem tych umieszczonych w krytych garażach, np. galerii handlowych). Klienci narażeni są więc na deszcz czy wiatr – holenderski operator stacji ładowania Fastned promuje się obiektami z zadaszeniem przypominającym panele słoneczne. Czyżby prąd do ładowania pochodził z fotowoltaiki? Nie, to jedynie projekt marketingowy, dość oryginalny, ale jednak tylko naśladujący prawdziwe „solary”.
