Elektromobilių įkroviklių technologijos

Elektromobilių įkrovimo technologijos Kinijoje ir Jungtinėse Amerikos Valstijose yra labai panašios. Abiejose šalyse laidai ir kištukai yra dominuojanti elektromobilių įkrovimo technologija. (Belaidis įkrovimas ir akumuliatorių keitimas yra ne tokie dažni.) Tarp šių dviejų šalių yra skirtumų, susijusių su įkrovimo lygiais, įkrovimo standartais ir ryšio protokolais. Šie panašumai ir skirtumai aptariami toliau.

A. Įkrovimo lygiai

Jungtinėse Valstijose didelė dalis elektromobilių įkrovimo atliekama esant 120 voltų įtampai, naudojant nemodifikuotus namų sieninius lizdus. Tai paprastai vadinama 1 lygio arba „palaikomuoju“ įkrovimu. Įkraunant 1 lygiu, įprasta 30 kWh baterija nuo 20 % iki beveik pilno įkrovimo trunka maždaug 12 valandų. (Kinijoje nėra 120 voltų lizdų.)

Tiek Kinijoje, tiek Jungtinėse Valstijose daugelis elektromobilių įkrovimo vyksta 220 voltų (Kinija) arba 240 voltų (Jungtinės Valstijos) įtampa. Jungtinėse Valstijose tai vadinama 2 lygio įkrovimu.

Toks įkrovimas gali būti atliekamas naudojant nemodifikuotus lizdus arba specializuotą elektromobilių įkrovimo įrangą ir paprastai sunaudoja apie 6–7 kW galios. Įkraunant esant 220–240 voltų įtampai, tipinei 30 kWh baterijai nuo 20 % iki beveik pilno įkrovimo reikia maždaug 6 valandų.

Galiausiai, tiek Kinijoje, tiek Jungtinėse Valstijose auga nuolatinės srovės greitųjų įkroviklių tinklai, dažniausiai naudojantys 24 kW, 50 kW, 100 kW arba 120 kW galios. Kai kurios stotelės gali siūlyti 350 kW arba net 400 kW galią. Šie nuolatinės srovės greitieji įkrovikliai gali įkrauti automobilio akumuliatorių nuo 20 % iki beveik pilno įkrovimo laiko maždaug nuo vienos valandos iki vos 10 minučių.

6 lentelė:Dažniausiai pasitaikantys įkrovimo lygiai JAV

Šaltinis: JAV Energetikos departamentas

B. Įkrovimo standartai

i. Kinija

Kinija turi vieną nacionalinį elektromobilių greitojo įkrovimo standartą. JAV turi tris elektromobilių greitojo įkrovimo standartus.

Kinijos standartas žinomas kaip „China GB/T“. (InicialaiGBreiškia nacionalinį standartą.)

Kinijos GB/T buvo išleistas 2015 m. po kelerių metų kūrimo.124 Dabar jis privalomas visoms naujoms elektromobiliams, parduodamoms Kinijoje. Tarptautiniai automobilių gamintojai, įskaitant „Tesla“, „Nissan“ ir BMW, pritaikė GB/T standartą savo elektromobiliams, parduodamiems Kinijoje. Šiuo metu GB/T leidžia greitai įkrauti automobilius, kurių maksimali galia yra 237,5 kW (esant 950 V ir 250 amperų įtampai), nors daugelis

Kinijoje statomi nuolatinės srovės greitieji įkrovikliai siūlo 50 kW įkrovimą. Naujasis GB/T modelis bus išleistas 2019 arba 2020 m., ir, kaip pranešama, bus atnaujintas standartas, įtraukiant iki 900 kW įkrovimą didesnėms komercinėms transporto priemonėms. GB/T yra tik Kinijoje naudojamas standartas: nedaugelis Kinijoje pagamintų elektromobilių, eksportuojamų į užsienį, naudoja kitus standartus.125

2018 m. rugpjūtį Kinijos elektros taryba (CEC) paskelbė susitarimo memorandumą su Japonijoje įsikūrusiu CHAdeMO tinklu dėl bendro itin greito įkrovimo kūrimo. Tikslas – GB/T ir CHAdeMO suderinamumas greitam įkrovimui. Abi organizacijos bendradarbiaus, kad standartas būtų taikomas ne tik Kinijoje ir Japonijoje.126

ii. Jungtinės Valstijos

Jungtinėse Amerikos Valstijose yra trys elektromobilių įkrovimo standartai, skirti greitam nuolatinės srovės įkrovimui: CHAdeMO, CCS SAE Combo ir Tesla.

CHAdeMO buvo pirmasis elektromobilių greitojo įkrovimo standartas, sukurtas 2011 m. Jį sukūrė Tokijas.

„Electric Power Company“ ir reiškia „Charge to Move“ (japonų kalbos žodžių žaismas).127 CHAdeMO šiuo metu naudojamas Jungtinėse Valstijose „Nissan Leaf“ ir „Mitsubishi Outlander PHEV“ modeliuose, kurie yra vieni perkamiausių elektromobilių. „Leaf“ sėkmė Jungtinėse Valstijose gali būtiELEKTROMOBILIŲ ĮKROVIMAS KINIJOJE IR JUNGTINĖSE AMERIKOS VALSTIJOSE

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | 2019 M. VASARIS |

iš dalies dėl ankstyvo „Nissan“ įsipareigojimo diegti CHAdeMO greitojo įkrovimo infrastruktūrą prekybos vietose ir kitose miesto vietose.128 2019 m. sausio mėn. Jungtinėse Valstijose buvo daugiau nei 2900 CHAdeMO greitojo įkrovimo stotelių (taip pat daugiau nei 7400 Japonijoje ir 7900 Europoje).129

2016 m. CHAdeMO paskelbė, kad atnaujins savo standartą nuo pradinio 70 įkrovimo tarifo

kW, kad pasiūlytų 150 kW.130 2018 m. birželį CHAdeMO paskelbė apie 400 kW įkrovimo galimybę, naudojant 1 000 V, 400 amperų skysčiu aušinamus kabelius. Didesnės galios įkrovimas bus galimas, kad būtų patenkinti didelių komercinių transporto priemonių, tokių kaip sunkvežimiai ir autobusai, poreikiai.131

Antrasis įkrovimo standartas Jungtinėse Valstijose yra žinomas kaip CCS arba SAE Combo. Jį 2011 m. išleido grupė Europos ir JAV automobilių gamintojų. Žodis...derinysrodo, kad kištukas skirtas įkrovimui tiek kintamąja srove (iki 43 kW), tiek nuolatine srove. 132 colių

Vokietijoje buvo suformuota Įkrovimo sąsajos iniciatyvos (CharIN) koalicija, siekiant pasisakyti už platų CCS diegimą. Skirtingai nuo CHAdeMO, CCS kištukas leidžia įkrauti nuolatinę ir kintamąją srovę per vieną prievadą, taip sumažinant automobilio kėbule reikalingą erdvę ir angas. „Jaguar“,

„Volkswagen“, „General Motors“, BMW, „Daimler“, „Ford“, FCA ir „Hyundai“ remia CCS. „Tesla“ taip pat prisijungė prie koalicijos ir 2018 m. lapkritį paskelbė, kad jos transporto priemonės Europoje bus aprūpintos CCS įkrovimo prievadais.133 „Chevrolet Bolt“ ir „BMW i3“ yra vieni iš populiarių elektromobilių Jungtinėse Valstijose, kurie naudoja CCS įkrovimą. Nors dabartiniai CCS greitojo įkrovimo stotelės siūlo maždaug 50 kW įkrovimą, „Electrify America“ programa apima 350 kW greitąjį įkrovimą, kuris gali leisti beveik visiškai įkrauti automobilį vos per 10 minučių.

Trečiąjį įkrovimo standartą Jungtinėse Valstijose valdo „Tesla“, kuri 2012 m. rugsėjį Jungtinėse Valstijose pristatė savo patentuotą „Supercharger“ tinklą.134 „Tesla“

Įkrovikliai paprastai veikia esant 480 voltų įtampai ir siūlo įkrovimą maksimalia 120 kW galia.

2019 m. sausio mėn. „Tesla“ svetainėje buvo išvardytos 595 „Supercharger“ stotelės Jungtinėse Valstijose, o dar 420 vietų „netrukus“ atsiras.135 2018 m. gegužės mėn. „Tesla“ užsiminė, kad ateityje jos „Supercharger“ stotelės gali pasiekti net 350 kW galią.136

Šios ataskaitos tyrime JAV respondentų paklausėme, ar, jų manymu, vieningo nacionalinio nuolatinės srovės greitojo įkrovimo standarto nebuvimas yra kliūtis elektromobilių diegimui. Nedaugelis atsakė teigiamai. Priežastys, kodėl keli nuolatinės srovės greitojo įkrovimo standartai nelaikomi problema, yra šios:

● Dažniausiai elektromobiliai įkraunami namuose ir darbe, naudojant 1 ir 2 lygio įkroviklius.

● Didžioji dalis iki šiol buvusios viešojo ir darbo vietų įkrovimo infrastruktūros naudojo 2 lygio įkroviklius.

● Yra adapterių, leidžiančių elektromobilių savininkams naudoti daugumą nuolatinės srovės greitųjų įkroviklių, net jei elektromobilis ir įkroviklis naudoja skirtingus įkrovimo standartus. (Pagrindinė išimtis – „Tesla“ įkrovimo tinklas, atviras tik „Tesla“ transporto priemonėms.) Pažymėtina, kad kyla tam tikrų abejonių dėl greitojo įkrovimo adapterių saugumo.

● Kadangi kištukas ir jungtis sudaro nedidelę greitojo įkrovimo stotelės kainos dalį, stočių savininkams tai nesukelia didelių techninių ar finansinių iššūkių ir galėtų būti palyginta su skirtingo oktaninio skaičiaus benzino žarnomis degalinėse. Daugelyje viešųjų įkrovimo stotelių prie vieno įkrovimo stulpelio yra prijungti keli kištukai, leidžiantys jose įkrauti bet kokio tipo elektromobilius. Iš tiesų, daugelyje jurisdikcijų tai reikalaujama arba skatinama.ELEKTROMOBILIŲ ĮKROVIMAS KINIJOJE IR JUNGTINĖSE AMERIKOS VALSTIJOSE

38 | PASAULINĖS ENERGETIKOS POLITIKOS CENTRAS | KOLUMBIJA, SIPA

Kai kurie automobilių gamintojai teigia, kad išskirtinis įkrovimo tinklas yra konkurencinė strategija. BMW elektromobilumo vadovas ir „CharIN“ pirmininkas Claasas Bracklo 2018 m. pareiškė: „Įkūrėme „CharIN“, kad sukurtume įtakingą poziciją.“137 Daugelis „Tesla“ savininkų ir investuotojų mano, kad jos patentuotas įkroviklių tinklas yra pardavimo argumentas, nors „Tesla“ ir toliau reiškia norą leisti kitiems automobilių modeliams naudoti jos tinklą, jei jie prisidės prie finansavimo, proporcingo naudojimui.138 „Tesla“ taip pat yra „CharIN“ dalis, skatinanti CCS. 2018 m. lapkritį ji paskelbė, kad Europoje parduodami „Model 3“ automobiliai bus aprūpinti CCS prievadais. „Tesla“ savininkai taip pat gali įsigyti adapterius, kad galėtų prisijungti prie CHAdeMO greitųjų įkroviklių.139

C. Įkrovimo ryšio protokolai Įkrovimo ryšio protokolai yra būtini norint optimizuoti įkrovimą pagal vartotojo poreikius (įkrovos būsenai, akumuliatoriaus įtampai ir saugumui nustatyti) ir tinklui (įskaitant

skirstomojo tinklo pajėgumas, kainodara pagal naudojimo laiką ir paklausos reguliavimo priemonės).140 Kinijos GB/T ir CHAdeMO naudoja ryšio protokolą, žinomą kaip CAN, o CCS veikia su PLC protokolu. Atviri ryšio protokolai, tokie kaip „Open Charging Alliance“ sukurtas atvirojo įkrovimo taškų protokolas (OCPP), tampa vis populiaresni Jungtinėse Amerikos Valstijose ir Europoje.

Šios ataskaitos tyrime keli JAV apklaustieji įvardijo perėjimą prie atvirų ryšio protokolų ir programinės įrangos kaip politikos prioritetą. Visų pirma, buvo nurodyta, kad kai kurie viešojo įkrovimo projektai, gavę finansavimą pagal Amerikos ekonomikos atkūrimo ir reinvestavimo įstatymą (ARRA), pasirinko tiekėjus su patentuotomis platformomis, kurie vėliau patyrė finansinių sunkumų, todėl įranga sugedo ir ją reikėjo pakeisti.141 Dauguma miestų, komunalinių paslaugų įmonių ir įkrovimo tinklų, su kuriais buvo susisiekta atliekant šį tyrimą, išreiškė paramą atviriems ryšio protokolams ir paskatoms, kad įkrovimo tinklo administratoriai galėtų sklandžiai keisti tiekėjus.142

D. Išlaidos

Kinijoje namų įkrovikliai pigesni nei Jungtinėse Valstijose. Kinijoje tipiškas 7 kW sieninis namų įkroviklis internetu kainuoja nuo 1 200 iki 1 800 RMB.143 Įrengimas reikalauja papildomų išlaidų. (Dauguma privačių elektromobilių pirkimų kainuoja su įkrovikliu ir montavimu.) Jungtinėse Valstijose 2 lygio namų įkrovikliai kainuoja nuo 450 iki 600 USD, plius vidutiniškai apie 500 USD už įrengimą.144 Nuolatinės srovės greitojo įkrovimo įranga abiejose šalyse yra gerokai brangesnė. Kainos labai skiriasi. Vienas šiai ataskaitai apklaustas Kinijos ekspertas apskaičiavo, kad 50 kW nuolatinės srovės greitojo įkrovimo stotelės įrengimas Kinijoje paprastai kainuoja nuo 45 000 iki 60 000 RMB, o pati įkrovimo stotelė kainuoja maždaug 25 000–35 000 RMB, o likusią dalį – kabelių tiesimas, požeminė infrastruktūra ir darbas.145 Jungtinėse Valstijose nuolatinės srovės greitasis įkrovimas gali kainuoti dešimtis tūkstančių dolerių už stotelę. Svarbiausi kintamieji, darantys įtaką nuolatinės srovės greitojo įkrovimo įrangos įrengimo kainai, yra tranšėjų kasimas, transformatorių atnaujinimas, naujų arba atnaujintų grandinių ir elektros skydų įrengimas bei estetiniai patobulinimai. Papildomi aspektai yra ženklinimas, leidimai ir prieiga neįgaliesiems.146

E. Belaidis įkrovimas

Belaidis įkrovimas suteikia keletą privalumų, įskaitant estetiką, laiko taupymą ir paprastą naudojimą.

Jis buvo prieinamas 1990-aisiais EV1 (ankstyvojo elektromobilio) modeliui, tačiau šiandien yra retas.147 Internetu siūlomų belaidžių elektromobilių įkrovimo sistemų kaina svyruoja nuo 1 260 iki maždaug 3 000 USD.148 Belaidis elektromobilių įkrovimas turi prastesnį efektyvumą – dabartinės sistemos siūlo apie 85 % įkrovimo efektyvumą.149 Dabartiniai belaidžio įkrovimo produktai siūlo 3–22 kW energijos perdavimą; belaidžiai įkrovikliai, skirti keliems elektromobilių modeliams, yra belaidžiai, įkraunami 3,6 kW arba 7,2 kW galia, tai atitinka 2 lygio įkrovimą.150 Nors daugelis elektromobilių naudotojų mano, kad belaidis įkrovimas nevertas papildomų išlaidų,151 kai kurie analitikai prognozuoja, kad ši technologija netrukus bus plačiai paplitusi, o keli automobilių gamintojai paskelbė, kad ateities elektromobiliams siūlys belaidį įkrovimą kaip papildomą variantą. Belaidis įkrovimas galėtų būti patrauklus tam tikroms transporto priemonėms su nustatytais maršrutais, pavyzdžiui, viešiesiems autobusams, ir jis taip pat buvo siūlomas ateities elektra varomų greitkelių eismo juostoms, nors didelė kaina, mažas įkrovimo efektyvumas ir lėtas įkrovimo greitis būtų trūkumai.152

F. Baterijų keitimas

Dėl akumuliatorių keitimo technologijos elektromobiliai galėtų pakeisti išsikrovusius akumuliatorius pilnai įkrautais. Tai gerokai sutrumpintų elektromobilio įkrovimo laiką, o tai suteiktų didelės naudos vairuotojams.

Keletas Kinijos miestų ir įmonių šiuo metu eksperimentuoja su akumuliatorių keitimu, daugiausia dėmesio skirdamos didelio panaudojimo elektromobilių, tokių kaip taksi, parkams. Hangdžou miestas įdiegė akumuliatorių keitimą savo taksi parke, kuriame naudojami vietoje pagaminti „Zotye“ elektromobiliai.155 Pekinas pastatė keletą akumuliatorių keitimo stočių, remiamas vietos automobilių gamintojo BAIC. 2017 m. pabaigoje BAIC paskelbė planą iki 2021 m. visoje šalyje pastatyti 3000 keitimo stočių.156 Kinijos elektromobilių startuolis NIO planuoja diegti akumuliatorių keitimo technologiją kai kuriose savo transporto priemonėse ir paskelbė, kad Kinijoje pastatys 1100 keitimo stočių.157 Keli Kinijos miestai, įskaitant Hangdžou ir Čingdao, taip pat naudojo akumuliatorių keitimą autobusams.158

Jungtinėse Valstijose diskusijos apie akumuliatorių keitimą išblėso po 2013 m. bankroto Izraelio akumuliatorių keitimo startuolio „Project Better Place“, kuris planavo lengvųjų automobilių keitimo stočių tinklą.153 2015 m. „Tesla“ atsisakė savo keitimo stočių planų, pastatiusi tik vieną demonstracinę įstaigą, kaltindama vartotojų susidomėjimo stoka. Šiandien Jungtinėse Valstijose vykdoma nedaug arba iš viso atliekama eksperimentų, susijusių su akumuliatorių keitimu.154 Baterijų kainų mažėjimas ir galbūt mažesniu mastu nuolatinės srovės greitojo įkrovimo infrastruktūros diegimas greičiausiai sumažino akumuliatorių keitimo patrauklumą Jungtinėse Valstijose.

Nors akumuliatorių keitimas turi keletą privalumų, jis turi ir pastebimų trūkumų. Elektromobilio akumuliatorius yra sunkus ir paprastai yra transporto priemonės apačioje, sudarydamas neatsiejamą konstrukcinį komponentą su minimaliais inžineriniais suderinimo ir elektros jungčių nuokrypiais. Šiandienos akumuliatoriams paprastai reikalingas aušinimas, o aušinimo sistemų prijungimas ir atjungimas yra sudėtingas.159 Atsižvelgiant į jų dydį ir svorį, akumuliatorių sistemos turi puikiai tikti, kad išvengtų barškėjimo, sumažintų nusidėvėjimą ir išlaikytų transporto priemonę centre. Šiuolaikinėse elektromobiliuose įprasta riedlenčių akumuliatorių architektūra pagerina saugumą, sumažindama transporto priemonės svorio centrą ir pagerindama apsaugą nuo smūgių priekyje ir gale. Išimami akumuliatoriai, esantys bagažinėje ar kitur, neturėtų šio pranašumo. Kadangi dauguma transporto priemonių savininkų daugiausia įkrauna automobilius namuose arba...ELEKTROMOBILIŲ ĮKROVIMAS KINIJOJE IR JUNGTINĖSE AMERIKOS VALSTIJOSEDarbe akumuliatorių keitimas nebūtinai išspręstų įkrovimo infrastruktūros problemas – tai tik padėtų spręsti viešojo įkrovimo ir nuvažiuojamo atstumo problemas. Kadangi dauguma automobilių gamintojų nenori standartizuoti akumuliatorių blokų ar jų konstrukcijos (automobiliai projektuojami atsižvelgiant į jų akumuliatorius ir variklius, todėl tai yra pagrindinė patentuota vertė160), akumuliatorių keitimui gali prireikti atskiro keitimo stočių tinklo kiekvienai automobilių įmonei arba atskiros keitimo įrangos skirtingiems transporto priemonių modeliams ir dydžiams. Nors buvo pasiūlyti mobilūs akumuliatorių keitimo sunkvežimiai,161 šis verslo modelis dar nėra įgyvendintas.