W różnych regionach świata państwa opracowują postanowienia, zgodnie z którymi w niedługiej perspektywie sprzedaż samochodów spalinowych będzie zakazana lub ograniczona. W 2022 roku takie działania podjęła Kalifornia. Tego samego roku Tesla była drugą najlepiej sprzedającą się marką samochodową w stanie. Z kolei Model Y i Model 3 – najczęściej nabywanymi autami.
W związku z tym przyszłość Kalifornii bez wątpienia będzie wiązać się z coraz większym zapotrzebowaniem na energię elektryczną w transporcie indywidualnym. Pojawia się więc pytanie, jak stan sobie z tym poradzi.
Kalifornia od dawna jest liderem technologicznym i prawdopodobnie ponownie nim zostanie, jeśli chodzi o przechodzenie na pojazdy elektryczne. Inne stany zapewne pójdą jej śladem. Z kolei wybrane kraje mają już podobne lub bardziej restrykcyjne ustawodawstwo. Rynki w tych regionach będą musiały zmierzyć się z liczniejszą rezygnacją mieszkańców z samochodów spalinowych na rzecz pojazdów napędzanych energią elektryczną.
Jeśli wyszukasz w internecie informacji na temat tego, jak zwiększone wykorzystanie pojazdów elektrycznych wpływa na sieć energetyczną, spotkasz się z zupełnie różnymi perspektywami. Prawdopodobnie żaden z artykułów nie uwzględni wszystkich aspektów tego tematu.
Po ogłoszeniu na początku 2021 r. przez General Motors informacji, że planuje całkowicie przejść na pojazdy elektryczne do 2035 r., „New York Times” opublikował artykuł, w którym wzbudził obawy dotyczące tego, co to oznacza dla sieci energetycznej.
Wniosek był taki: będzie potrzebne więcej stacji ładowania i elektrowni. Te drugie muszą być elektrowniami wytwarzającymi energię odnawialną. Wzrośnie też zapotrzebowanie na podstacje.
Konieczne jest, aby „przedsiębiorstwa użyteczności publicznej lepiej zarządzały momentem, w którym pojazdy elektryczne ładują akumulatory, tak aby nie wszystkie włączały się dokładnie w tym samym czasie i nie przeciążały w ten sposób urządzeń elektrycznych lub nie wymuszały budowy nowych kosztownych elektrowni”.
To dobre, proste podsumowanie, ale wskazuje jedynie na wierzchołek góry lodowej. Większość wspomnianych aspektów jest oczywistych. Prawdziwy szkopuł tkwi w szczegółach. W jaki sposób 5, 20, 30 lub 50% pojazdów elektrycznych będzie oddziaływać na sieć i jak przedsiębiorstwa użyteczności publicznej (i właściciele pojazdów elektrycznych) będą musiały zareagować? Jak na to odpowiemy?
Więcej pojazdów elektrycznych a sieć energetyczna
Zarówno korzyści, jak i wyzwania wynikają z tego samego podstawowego czynnika: pojazdy elektryczne mają duże akumulatory. Jeśli większość ludzi wraca z pracy do domu i chce podłączyć samochód do ładowania, znacznie wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną w sieci. W większości miejsc jest to już czas szczytu. Cena energii elektrycznej w takich okresach jest wyższa. Wynika to z faktu, że znaczne przekroczenie podstawowego zapotrzebowania może wymagać włączenia dodatkowych elektrowni, których eksploatacja jest bardzo kosztowna.
Ponadto ekonomia wskazuje na to, że w miarę zmniejszania się możliwości dostaw energii elektrycznej pozostali dostawcy mogą pobierać znacznie wyższe opłaty za dostarczone kWh.
Co więcej, elektrownie, które działają rzadko, muszą odzyskać swoje koszty i starać się osiągać zyski w ograniczonych okresach zapotrzebowania. Ich celem jest więc uzyskać dla siebie jak najwięcej.
Wniosek jest taki, że zwiększenie zapotrzebowania na energię elektryczną w momencie szczytowym oznacza wyższe koszty energii elektrycznej dla konsumentów, chyba że na te okresy zostanie dodana większa moc (co wymaga sporo czasu i pieniędzy).
Dobre jest to, że akumulatory można naładować w dowolnym momencie, gdy samochód jest zaparkowany (czyli faktycznie przez około 95% czasu) i podłączony do prądu. Tak więc, czy to w domu, czy w pracy, o ile jest dostęp do energii elektrycznej, a sieć energetyczna jest odpowiednio skonfigurowana, można skorzystać z ładowarki do samochodów elektrycznych.
Większość akumulatora pojazdów elektrycznych można zapełnić energią w okresach, gdy podaż na prąd jest znacznie większa niż popyt, a nie we wspomnianych wcześniej momentach rosnącego popytu i ograniczonej podaży. Dzięki temu przedsiębiorstwa energetyczne mogą łatwiej równoważyć podaż i popyt w ciągu dnia.
Co więcej, jeśli kierowcy pojazdów elektrycznych udzielą operatorom sieci pozwolenie na pobieranie części energii elektrycznej z ich akumulatorów samochodowych, wówczas przedsiębiorstwa będą mogły korzystać nawet z tych dużych baterii pojazdów elektrycznych (które zapewniają ogromną pojemność magazynowania energii w skali sieci), aby uniknąć konieczności budowy kosztownych elektrowni szczytowych.
Do tego dochodzi kwestia szybkiego ładowania. Zamiast napełniać akumulator w domu mocą 3 kW lub 7 kW, podczas podróży pojazd elektryczny można ładować z maksymalną mocą 150 kW, 250 kW, 350 kW, a nawet 480 kW. To wiele energii, którą można pobrać dla jednego samochodu – nie mówiąc już o 10, 20 czy 50 autach. To tworzy ryzyko, że nastąpi ogromne obciążenie dla lokalnego przesyłu prądu, podstacji i – ponownie – elektrowni.
W wielu krajach sieci przesyłowe nie są dostosowane do dzisiejszych potrzeb, w tym zasilania pojazdów elektrycznych.
„Badanie przeprowadzone przez WIRES i The Brattle Group wskazuje, że inwestycje w przesył energii w USA muszą wzrosnąć (średnio) z 15 miliardów dolarów rocznie do aż 40 miliardów dolarów rocznie w latach 2031–2050 (skrajny przypadek), aby sprostać temu wyzwaniu dotyczącemu elektryfikacji. Wynika z niego również potrzeba odpowiedniego planowania przesyłu na poziomie regionalnym – teraz jest czas na planowanie potencjalnych przyszłych scenariuszy”.
Co więcej, prognozy te z pewnością bazują na przewidywaniach przyjęcia pojazdów elektrycznych zaniżonych w porównaniu do prognoz rynkowych. Biorąc pod uwagę wszystkie te kwestie, jedno jest jasne: oprócz modernizacji sieci wiele ładowarek do samochodów elektrycznych będzie musiało być wyposażonych w magazyny energii, aby wyrównać podaż i popyt.
Korzyści z obecności pojazdów elektrycznych
Pozostaje również jeszcze inna kwestia: zjawisko „krzywej kaczki”. Określenie wiąże się z wyglądem wykresu przedstawiającego produkcję energii elektrycznej w ciągu dnia. Pokazuje on dysproporcję między generowaniem prądu a jego zapotrzebowaniem.
W środku dnia w niektórych sieciach wytwarzana jest tak duża ilość energii słonecznej, że podaż znacznie przewyższa popyt. To obniża cenę hurtowej energii elektrycznej, przez co wytwórcom prądu trudniej uzyskać przychody i zyski niezbędne do przetrwania, przy jednoczesnych próbach równoważenia sieci dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej.
Dodajmy do tego net metering, w ramach którego prosumenci otrzymują określony ekwiwalent za energię elektryczną, którą wysyłają do sieci, nawet w okresach, gdy nie jest ona potrzebna. Wówczas sytuacja staje się szczególnie skomplikowana.
W tej sytuacji samochody elektryczne naprawdę przychodzą z pomocą. Dzięki inteligentnemu ładowaniu mogą wchłonąć całą energię słoneczną wygenerowaną w środku dnia, kiedy napływa jej najwięcej. Odciążają w ten sposób sieć popołudniami.
Ładowanie pojazdów elektrycznych może więc wspierać w utrzymaniu stabilności sieci przez wykorzystanie wysokich nadwyżek. Z kolei nadwyżki, które w takich sytuacjach jedynie by przepadały, są wykorzystywane do i tak koniecznego zasilania aut.
Przy odpowiednich cenach w okresach zwiększonej produkcji energii słonecznej mogłoby to potencjalnie nawet umożliwić kierowcom niepłacenie za paliwo, co stanowiłoby dobrą zachętę do ekologicznej jazdy na napędzie elektrycznym.
Do tej pory przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, które oferowały specjalne plany ładowania pojazdów elektrycznych, zazwyczaj zachęcały do uzupełniania baterii w środku nocy (kiedy podaż energii elektrycznej jest znacznie większa niż zapotrzebowanie). W miarę jak do sieci trafia więcej energii, mogą one jednak zachęcić kierowców pojazdów elektrycznych do ładowania w słonecznych porach dnia.
Bez wątpienia korzyści pojazdów elektrycznych dla sieci energetycznej wynikają z inteligentnego, elastycznego sposobu ładowania i bardziej innowacyjnych systemów cenowych. A być może nawet technologii, która umożliwia pobieranie energii z pojazdu.
Dużym, ale prostym wyzwaniem jest z kolei dodanie wystarczającej dodatkowej mocy wytwórczej i infrastruktury przesyłowej.
Jedynym prawdziwym negatywnym scenariuszem byłoby poleganie na „głupiej” technologii ładowania i strukturach motywacyjnych, które nie zarządzają ładowaniem w odpowiednich porach dnia i nie wykorzystują potencjału akumulatorów pojazdów elektrycznych do pomocy w stabilizacji sieci i obniżania kosztów.
Publikacja sponsorowana
