W związku z rosnącą liczbą pojazdów elektrycznych i hybryd typu plug-in na ulicach niektóre osoby wyraziły obawy dotyczące wpływu zwiększonego stosowania takich pojazdów na sieć energetyczną. W artykule wymieniono główne twierdzenia dotyczące tematu, a następnie je omówiono.
Głównym pytaniem wydaje się być to, czy sieć elektryczna będzie w stanie nadążać za rosnącym popytem, ponieważ według projektu ekspertów pojazdy elektryczne będą stanowić 58% światowej sprzedaży pojazdów do 2040 r. w porównaniu z 10% obecnie. Najbardziej pesymistyczna prognoza wygląda mniej więcej tak – według Departamentu Transportu, jeśli weźmiemy za przykład Wielką Brytanię, na koniec 2020 r. było tam 32 697 000 samochodów. Gdyby wszystkie z nich były zasilane z baterii i ładowały się w tym samym czasie z typową szybkością domowej ładowarki wynoszącą 7 kW, potrzebowałyby 229 GW mocy – ponad dwukrotnie więcej niż obecna moc sieci krajowej wynosząca 101 GW.
Sieć po prostu nie jest w stanie obsłużyć wszystkich nadchodzących pojazdów elektrycznych!
Pozwól nam od razu Cię uspokoić – tak, sieci energetyczne poradzą sobie z dodatkowym obciążeniem pojazdów elektrycznych. Obliczenia takie jak te pokazane powyżej opierają się na błędnych założeniach i niepotrzebnie panikują. Powyższy przykład jest właściwie niemożliwy do odtworzenia w prawdziwym życiu. Po pierwsze, zakłada się masowe przyjęcie pojazdów elektrycznych z dnia na dzień.
Po prostu nie stanie się to z wielu powodów, ale przede wszystkim zwiększenie produkcji pojazdów elektrycznych nie może nastąpić w takim tempie. Po drugie, nie każda osoba na świecie (ani w jakimkolwiek konkretnym kraju) przejdzie na pojazd elektryczny w tym samym czasie. To po prostu nie ma sensu – ludzie na ogół będą trzymać swoje istniejące samochody przez kilka lat tak jak zwykle, a potem ich następnym zakupem może być pojazd elektryczny. A ponieważ nie wszyscy kupili w tym samym czasie swój obecny samochód ICE, nie wszyscy w tym samym czasie zastąpią go pojazdami elektrycznymi, nawet jeśli na świecie jest wystarczająca moc produkcyjna pojazdów elektrycznych, a tak nie jest.
Wszystkie będą ładować w tym samym czasie!
„Sceptyczny” punkt widzenia zakłada również, że wszystkie pojazdy elektryczne będą zawsze ładowane w tym samym czasie, co jest prawie niemożliwe. Po pierwsze, ponieważ nie będzie na to faktycznego zapotrzebowania ze strony właścicieli, a po drugie, ponieważ nie będzie wystarczającej liczby ładowarek – przynajmniej nie przez jakiś czas, kiedy to sieć będzie mogła dostosować swoją moc produkcyjną.
Zgodnie z tą samą logiką, gdyby każdy Brytyjczyk włączył pralkę o tej samej porze, wymagałby około 51,4 GW mocy, czyli wartości znacznie przekraczającej średnie dzienne zapotrzebowanie wynoszące 30 GW – i to jest całe średnie zużycie energii w Wielkiej Brytanii w ciągu pełnego dnia, czego oczywiście pralki stanowią tylko niewielką część.
Ale samochody dużo jeżdżą, a pojazdy elektryczne potrzebują dużo mocy!
Gdybyśmy chcieli podejść bardziej realistycznie, musielibyśmy zbadać średni dystans pokonywany przez samochody i średnie zużycie paliwa przez pojazd elektryczny. W 2019 r. samochody w Wielkiej Brytanii przejechały średnio około 6500 mil. Aby uprościć obliczenia, załóżmy, że średnie zużycie pojazdów elektrycznych wynosi 0,346 kWh na milę. Oznacza to, że roczne zużycie paliwa na samochód w Wielkiej Brytanii wyniesie 2249 kWh, jeśli wyobrazimy sobie, że wszystkie pojazdy w Wielkiej Brytanii są elektryczne. Mnożąc tę liczbę przez całkowitą liczbę samochodów, otrzymujemy odpowiedź: 73,5 TWh energii rocznie potrzebnej do zasilenia każdego samochodu w Wielkiej Brytanii. Odpowiada to około 22% krajowej produkcji energii elektrycznej w 2019 r. 22% dodatkowej mocy sieci z pewnością przedstawia inny obraz niż 200%.
Wybór innego kraju lub regionu daje podobne wyniki. Na przykład w Unii Europejskiej średni dystans przejechany samochodem w 2019 r. wynosi 11 300 km (czyli około 7021 mil). Jeśli przyjmiemy założenie, że wszystkie samochody w UE przeszły na napęd elektryczny i zużywają średnio 0,346 kWh na milę, oznacza to roczne zużycie na poziomie 2429 kWh na samochód. Mnożąc tę liczbę przez całkowitą liczbę samochodów osobowych w regionie, otrzymujemy 589,5 TWh, czyli około 21% wytworzonej energii elektrycznej.
W Stanach Zjednoczonych liczby są nieco wyższe ze względu na większe odległości podróży, ale nadal nie są alarmujące. W 2019 r. Amerykanie przejechali średnio nieco ponad 24 000 mil na samochód, co daje średnie zużycie pojazdów elektrycznych na poziomie około 4844 kWh na samochód rocznie w naszym wyobrażonym scenariuszu, w którym wszystkie pojazdy są elektryczne – pomnożenie tego przez liczbę eksploatowanych pojazdów daje łącznie 1354,4 TWh, czyli 33% całkowitej produkcji sieci. Jest to zgodne z obliczonym o 30% wzrostem produkcji energii elektrycznej, który byłby niezbędny, gdyby wszystkie pojazdy napędzane benzyną w USA nagle stały się elektryczne.
Po prostu nie ma wystarczającej mocy, aby się poruszać!
Żadne z dostępnych danych nie daje nam realnych powodów do niepokoju. Ostatnia dekada to okres spadku zapotrzebowania na energię elektryczną ze względu na popularyzację wydajniejszej elektroniki użytkowej, spadek produkcji przemysłowej itp. W latach 2010-tych produkcja energii elektrycznej spadła o 3% w Stanach Zjednoczonych i aż o 18% w Wielkiej Brytanii.
Dodatkowo nie zapominajmy, że wraz z upowszechnieniem się pojazdów elektrycznych spadnie popyt na pojazdy z silnikami spalinowymi. To z kolei wpłynie na produkcję benzyny, przyczyniając się do trendu zmniejszania zużycia energii elektrycznej w ogólnej produkcji przemysłowej. W związku z tym do zasilania pojazdów elektrycznych można zamiast tego wykorzystać uwolnioną energię elektryczną z dowolnego sektora przemysłowego.
Zwiększanie produkcji energii elektrycznej w celu dopasowania jej do zapotrzebowania jest niemożliwe!
W rzeczywistości zwiększenie produkcji energii elektrycznej jest możliwe nawet bez radykalnych innowacji w sektorze. Norwegia jest tego doskonałym przykładem. Kraj nordycki należy do krajów najbardziej zaawansowanych we wdrażaniu pojazdów elektrycznych – obecnie 12% jego pojazdów to pojazdy elektryczne. Wydaje się, że Norwegia poradziła sobie ze zwiększonym zapotrzebowaniem na energię elektryczną bez żadnych problemów. Od 1990 r. konsumpcja wzrosła o 26%, ale produkcja była w stanie zaspokoić popyt, co pokazano na poniższym wykresie.
Stopniowy wskaźnik wdrażania to kolejny istotny powód, dla którego ludzie nie powinni martwić się tym, czy sieci elektryczne poradzą sobie z pojazdami elektrycznymi. W przeciwieństwie do naszych teoretycznych przykładów, nie możemy machnąć czarodziejską różdżką i od razu włączyć napęd elektryczny wszystkich pojazdów. W ciągu ostatnich 10 lat sprzedaż pojazdów elektrycznych gwałtownie wzrosła. W samej Wielkiej Brytanii liczba zarejestrowanych elektrycznych samochodów osobowych wzrosła z 1544 w 2010 r. do 314 966 w trzecim kwartale 2021 r., co stanowi wzrost o prawie 5000%, co brzmi niewiarygodnie, ale spójrz na liczbę bazową – wzrost ten rozpoczął się od zaledwie 1544 pojazdów, a 314 966 to wciąż kropla w morzu.
Eksperci przewidują dalszy wzrost wskaźników adopcji w najbliższej przyszłości. Na przykład EY i Eurelectric przewidują, że europejski park pojazdów osiągnie 65 milionów pojazdów elektrycznych do 2030 r. i 130 milionów do 2035 r. (ale w 2019 r. całkowity park pojazdów w UE wyniesie 242 miliony, więc nawet jeśli ta liczba pozostanie taka sama, pojazdy elektryczne będą stanowić jedynie 53% pojazdów na drogach). W porównaniu z dzisiejszymi skromnymi 3,2 milionami pojazdów elektrycznych poruszających się po europejskich drogach, oznacza to wzrost o ponad 2000% i 4000%, a jednak w tym scenariuszu nadal bylibyśmy bardzo daleko od tego, aby każdy samochód na drogach był pojazdem elektrycznym. Nic więc dziwnego, że z cytowanego raportu wynika, że sieć nie ulegnie zawaleniu i poradzi sobie nawet z przewidywanym masowym wzrostem liczby pojazdów elektrycznych.
Jeśli chodzi o Stany Zjednoczone, firma U.S. Drive przeprowadziła wnikliwe badanie, w którym porównano pojazdy z różnymi urządzeniami elektrycznymi pod kątem ich względnej prędkości adaptacji, zakładając w ten sposób trzy scenariusze wprowadzenia pojazdów elektrycznych – niski, średni i wysoki. We wszystkich trzech scenariuszach doszli do wniosku, że sieć amerykańska będzie w stanie obsłużyć nowy popyt, ponieważ w przeszłości radziła sobie z podobnymi wyzwaniami.
Szczytowe zużycie gwałtownie wzrośnie!
Nie oznacza to jednak, że nie ma problemów z prognozowanym zwiększonym zapotrzebowaniem na energię elektryczną w związku z masowym przyjęciem pojazdów elektrycznych. Największym zmartwieniem jest to samo, co w przypadku innej elektroniki użytkowej, a mianowicie przeciążenie sieci w godzinach szczytu. Niezarządzane ładowanie może bezpośrednio wpłynąć na jakość zasilania i prowadzić do wahań napięcia i strat mocy.
Dystrybutorzy energii elektrycznej będą musieli inwestować w większą moc na „ostatniej mili”, a zwłaszcza w wyższą moc szczytową, ale mogliby również zachęcać konsumentów do ładowania poza godzinami szczytu, obniżając koszty, na przykład w środku nocy. W wielu krajach praktykuje się to już w przypadku niższych stawek za noc, ale można to jeszcze ulepszyć, aby przyciągnąć w szczególności użytkowników pojazdów elektrycznych.
Innym rozwiązaniem jest dalsza integracja inteligentnych sieci, która poprawi efektywność infrastruktury energetycznej i wprowadzi lepsze sposoby radzenia sobie z zapotrzebowaniem w godzinach szczytu. Wiąże się z tym pomysł rozwiązań typu pojazd-sieć (V2G), które można wprowadzić w przyszłości. V2G to technologia, która umożliwia akumulatorom samochodowym ładowanie sieci w przypadku zbyt dużego zapotrzebowania na moc.
Oczywiście nie może się to zdarzyć w dzisiejszym świecie, ponieważ V2G stwarza wiele problemów. Wśród nich jest dalsze wyczerpywanie się akumulatorów Li-Ion w pojazdach poprzez wymuszanie na nich dodatkowych cykli. Istnieje również problem ludzi, którzy na ogół chcą kupować pojazdy elektryczne, aby móc używać ich jako pojazdów elektrycznych, a nie akumulatorów wzmacniających sieć. Jednak takie rozwiązanie można zastosować w połączeniu z technologią inteligentnych sieci, szczególnie w systemie zamkniętym, np. w domu zasilanym ekologicznie, w którym pojazd elektryczny mógłby odegrać integralną rolę jako źródło energii w sytuacjach awaryjnych lub w nocy.
Wszystko dzieje się tak szybko!
Ostatecznie wszystko wskazuje na to, że sieć radzi sobie całkiem nieźle z pojazdami elektrycznymi, biorąc pod uwagę stopniowy charakter wzrostu adopcji (i nadal jest on stopniowy, nawet jeśli najbardziej optymistyczne oceny okażą się prawdą). Co więcej, kolejne badania wykazały, że wpływ masowego wprowadzenia pojazdów elektrycznych do sieci jest więcej niż możliwy do kontrolowania.
Nie zapominajmy, że w przeszłości musieliśmy stawić czoła podobnym wyzwaniom związanym z istniejącą infrastrukturą elektryczną, wprowadzając liczne urządzenia elektryczne, bez których nie możemy żyć w dzisiejszym świecie. Sto lat temu przeciętny konsument korzystał z energii elektrycznej jedynie do włączenia światła, a obecnie w coraz większym stopniu jesteśmy od niej uzależnieni w pracy, wypoczynku i oczywiście w podróżach.
Czasami może się wydawać, że adopcja pojazdów elektrycznych może postępować zbyt szybko, o wiele szybciej niż adopcja któregokolwiek z tych urządzeń kiedykolwiek wcześniej, ale wydarzyło się to w XX wieku, a nas już tam nie ma. Energia wiatrowa, energia słoneczna, inteligentne sieci, baterie – żadna z tych rzeczy nie była dostępna, gdy nastąpiła rewolucja w urządzeniach, i jest teraz.
Zatem wszyscy wspólnie weźmy głęboki oddech i przestańmy się martwić katastrofami, które się nie wydarzą. I może, *tylko może* - cieszyć się wszystkimi zaletami, jakie dają nam pojazdy elektryczne w porównaniu z samochodami ICE, bez ciągłego niepokoju o to, „co to oznacza dla sieci” lub czegoś podobnego.
TL;DR
Istnieje wiele wyzwań stojących na drodze do powszechnego przyjęcia pojazdów elektrycznych, ale nie zalicza się do nich produkcji energii elektrycznej ani sieci energetycznej.
