W ten sposób zarabia się pieniądze na szybkiej ładowarce samochodów elektrycznych.
Maksymalna moc ładowarki to tylko jedna z części równania. Dla operatora ważne jest to, ile samochodów może obsłużyć, ile energii sprzedaje oraz w jakim stopniu wykorzystuje dostępną moc.
Gdy firma ogłasza nową stację szybkiego ładowania, jedną z najważniejszych informacji jest moc jej ładowarek: 150, 200, 300, 350 lub nawet 400 kW.
Na pierwszy rzut oka wydaje się to proste – im więcej kW, tym lepsza stacja.
Aby jednak zrozumieć, jak naprawdę funkcjonuje biznes publicznego ładowania, trzeba spojrzeć na coś więcej niż tylko tę wartość. Stacja nie zarabia dzięki dużej liczbie kilowatów podanej na ładowarce. Potrzebuje, aby przyjeżdżały samochody, które mogą się podłączyć, pozostać pod ładowaniem i przede wszystkim zużywać energię.
I wtedy pojawia się kwestia, która znacznie zmienia sposób rozumienia tych instalacji: może być bardziej opłacalne mieć wiele punktów, które inteligentnie dzielą się określoną mocą, niż instalować niewiele ładowarek zdolnych do dostarczania ogromnych wartości w kW.
To właśnie pokazał niedawny analizę Kempower przeprowadzony na stacjach publicznych podłączonych do ich platformy ChargEye w Ameryce Północnej. Według ich danych liczba złączy ma stosunkowo trzy razy większy wpływ na wykorzystanie stacji niż całkowita zainstalowana moc.
Aby zrozumieć, dlaczego tak jest, należy najpierw odróżnić dwa podstawowe pojęcia.
kW wskazują prędkość; kWh to energia, którą ostatecznie sprzedaje stacja
Ładowarka o mocy 300 kW może, w określonych warunkach, dostarczać energię do samochodu z maksymalną mocą 300 kilowatów.
Jednak kW mierzą moc, czyli szybkość, z jaką można przenieść tę energię.
KWh natomiast mierzą ilość dostarczonej energii.
Mówiąc prościej, kW przypominają maksymalny przepływ wody z kranu, a kWh reprezentują ilość wody, która ostatecznie przez niego przepłynęła.
Dla firmy prowadzącej stację ładowania ta różnica jest kluczowa.
Podziałki biznesowe w dużej mierze zależą od energii, którą udaje się dostarczyć i sprzedać pojazdom przemieszczającym się przez obiekty. Ponadto konieczne jest pokrycie kosztów ładowarek, prac inżynieryjnych, transformatorów, elektroniki mocy, połączeń elektrycznych, konserwacji, wynajmu terenu oraz innych wydatków związanych ze stacją.
Dlatego posiadanie obiektu zdolnego do dostarczania dużej ilości mocy, ale wykorzystywania jej jedynie kilka godzin dziennie, może okazać się nierentownym przedsięwzięciem.
Analizy ekonomiczne National Renewable Energy Laboratory (NREL), jednego z czołowych ośrodków badawczych Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych zajmujących się energiami odnawialnymi, efektywnością energetyczną i zrównoważonym transportem, pokazują wyraźnie, że stopień wykorzystania jest jednym z kluczowych czynników wpływających na efektywność ekonomiczną infrastruktury do szybkiego ładowania. Im rzadziej wykorzystywana jest instalacja o dużej mocy, tym trudniej jest rozłożyć jej koszty na ilość kWh, którą ostatecznie dostarcza.
Załóżmy stację o mocy 600 kW
Tutaj najlepiej to zilustrować przykładem.
Załóżmy, że operator posiada instalację zdolną do dostarczenia łącznie 600 kW mocy.
Mógłby ją zaprojektować, w dużym uproszczeniu, na dwa sposoby.
Pierwszym byłby montaż dwóch punktów, z których każdy mógłby dostarczyć maksymalnie 300 kW.
Jeśli przyjadą dwa samochody, które mogą być ładowane z taką mocą, to teoretycznie mogłyby podzielić między siebie dostępne 600 kW.
Ale mogą być ładowane jednocześnie tylko dwa pojazdy.
Załóżmy teraz inną możliwość.
Ten sam operator zachowuje tę całkowitą moc 600 kW, ale instaluje sześć punktów ładowania i używa systemu zdolnego do dynamicznego rozdzielenia mocy pomiędzy nie.
Nie musi już być 100 kW zarezerwowanych trwale dla każdego samochodu.
System obserwuje, ile energii potrzebuje każdy pojazd w danym momencie, i rozdziela dostępne 600 kW pomiędzy wszystkie z nich.
Może się zdarzyć, że jeden samochód otrzymuje 180 kW, inny 140 kW, kolejny 100 kW, jeszcze inny 80 kW, a dwa pozostałe korzystają z mniejszych ilości mocy.
Konkretne liczby służą jedynie jako ilustracja, ale pomagają zrozumieć zasadę: moc należy do stacji, a system decyduje o tym, jak ją rozdzielić pomiędzy podłączone samochody.
Jeśli są tylko dwa pojazdy i oba mogą przyjąć dużą ilość mocy, mogą otrzymać znaczną część tych 600 kW.
Gdy przyjadą więcej samochodów, moc jest między nimi rozdzielana.
Kluczem jest to, że samochody nie muszą cały czas korzystać z maksymalnej mocy.
Tutaj pojawia się drugi podstawowy element.
Samochód, który deklaruje maksymalną moc ładowania 250 kW, niekoniecznie zużywa 250 kW od momentu podłączenia do zakończenia ładowania.
W rzeczywistości zazwyczaj tak nie jest.
Bateria może osiągnąć tę maksymalną moc w określonym momencie sesji ładowania, ale potem zaczyna ją zmniejszać.
To jest to, co nazywamy krzywą obciążenia.
Pojazd może początkowo otrzymywać 220 kW, następnie przechodzić na 180 kW, potem na 130 kW i w końcu korzystać z znacznie mniejszych mocy w miarę wzrostu poziomu naładowania baterii.
Temperatura, początkowy poziom naładowania baterii, jej system chłodzenia oraz architektura elektryczna pojazdu również wpływają na tę krzywą.
To powoduje ciekawą sytuację.
Jeśli stacja trwale rezerwuje 300 kW dla samochodu, który w danym momencie potrzebuje jedynie 100 kW, część tej dostępnej mocy może zostać zmarnowana.
Dzięki architekturze z rozproszoną mocą ta moc może zostać przydzielona innemu samochodowi.
A gdy ten drugi pojazd zacznie zmniejszać swoje zapotrzebowanie, ta moc może ponownie trafić do trzeciego pojazdu.
Zarzutnik przestaje być wyspą
To jedna z kluczowych różnic pomiędzy instalacją składającą się z niezależnych zarzutników a taką, która opiera się na architekturze współdzielonej mocy.
w pierwszym przypadku każdy zarzutnik może mieć własną elektronikę mocy oraz określoną pojemność.
w drugim przypadku kilka punktów ładowania może być zasilanych z wspólnej infrastruktury, która dystrybuuje dostępną moc w zależności od potrzeb poszczególnych samochodów.
Kempower na przykład obecnie sprzedaje systemy, w których jednostka mocy o mocy 600 kW może zasilać do 12 punktów ładowania, dynamicznie rozdzielając między nimi moc.
To nie oznacza, że dwanaście samochodów może jednocześnie otrzymywać po 600 kW każdy.
Oznacza dokładnie coś przeciwnego: istnieje określona ilość dostępnej mocy, która jest inteligentnie dzielona pomiędzy liczne pojazdy.
Z punktu widzenia operatora umożliwia to dłuższe wykorzystanie już zainstalowanej mocy.
Stacja z dwoma punktami o mocy 300 kW może obsłużyć maksymalnie dwa samochody jednocześnie.
Jeśli przyjadą cztery pojazdy, dwa będą musiały czekać, nawet jeśli samochody podłączone do ładowania nie korzystają stale z pełnych 300 kW, które mogą dostarczyć ładowarki.
W instalacji z sześcioma punktami o łącznej mocy 600 kW wszystkie cztery pojazdy mogłyby się podłączyć.
Prawdopodobnie żaden pojazd nie otrzymuje stale 300 kW, ale stacja może dostarczać znacznie większy udział swoich łącznych 600 kW.
A dla biznesu jest to bardzo ważne.
To pomaga wyjaśnić wyniki opublikowane przez Kempower. W amerykańskich stacjach zbadanych przez tę firmę te, które wykorzystywały ładowanie rozproszone, odnotowały średnio o 83% wyższe wykorzystanie niż obiekty z stałą konfiguracją mocy.
To właśnie jest argument biznesowy firmy: sprawienie, by ta sama infrastruktura elektryczna mogła jednocześnie obsługiwać więcej samochodów i dostarczać więcej energii.
Dla kierowcy może to również być lepsze, chociaż nie zawsze ładowanie odbywa się przy maksymalnej możliwej mocy.
Z punktu widzenia użytkownika sytuacja wygląda inaczej.
Załóżmy, że podróżujemy i możemy wybrać między dwoma stacjami.
Pierwsza ma dwa ładowarki o mocy 300 kW.
Druga posiada sześć punktów ładowania, które dynamicznie dzielą między siebie 600 kW.
Jeśli dotrzemy do pierwszej i obie ładowarki będą zajęte, posiadanie 300 kW nie pomoże nam w niczym. Będziemy musieli czekać.
W drugiej mamy znacznie większe szanse na znalezienie wolnego punktu i natychmiast rozpoczęcie ładowania.
Może się zdarzyć, że nasz samochód otrzyma 150 lub 180 kW zamiast 250 kW, które mogłby uzyskać w idealnych warunkach.
Ale natychmiastowe rozpoczęcie ładowania przy mocy 150 kW może sprawić, że skończymy naszą podróż szybciej, niż gdybyśmy czekali 15 minut, aby potem korzystać z ładowarki o mocy 300 kW.
Dlatego dla kierowcy maksymalna moc sama w sobie nie wyjaśnia, na jakim poziomie jest stacja ładowania.
Należy również wziąć pod uwagę, ile istnieje punktów ładowania, ile z nich jest sprawnych, ile jest zajętych oraz jaką moc faktycznie może zapewnić stacja, gdy kilka pojazdów ładowa się jednocześnie.
Ale to nie oznacza, że moc przestaje być ważna
Błędem byłoby doprowadzenie tego argumentu do skrajności przeciwnej.
Rozwiązaniem nie jest po prostu zainstalowanie dziesiątek gniazdek i rozdzielenie między nie niewystarczającej mocy.
Jeśli stacja ma do dyspozycji 600 kW, a jednocześnie przybywa wielu pojazdów zdolnych do odbierania dużej mocy, konieczne będzie rozdzielenie tej mocy, co może spowodować spadek indywidualnej prędkości ładowania.
Ponadto nowocześniejsze samochody elektryczne szybko poprawiają swoje parametry ładowania.
Architektury 800 voltów oraz nowe generacje baterii umożliwiają utrzymanie coraz wyższych mocy przez znaczną część sesji ładowania.
W obszarach o wysokim zapotrzebowaniu, szczególnie podczas długich tras, posiadanie wystarczającej łącznej mocy pozostaje niezbędne.
Dlatego kwestia ta nie powinna być postrzegana jako wybór pomiędzy mocą a liczbą punktów.
Kluczem jest znalezienie równowagi pomiędzy tymi dwoma czynnikami.
Stacja ładowania coraz mniej przypomina stację benzynową
Istnieje również zasadnicza różnica w porównaniu z tradycyjnym tankowaniem.
Gdy samochód wjeżdża na stację benzynową, pompka dostarcza paliwo w stosunkowo stałym i przewidywalnym tempie.
Przy ładowaniu elektrycznym każdy samochód zachowuje się inaczej.
Jeden może żądać 250 kW.
Ten obok niego jedynie 80 kW.
Pięć minut później pierwszy może mieć już tylko 150 kW, podczas gdy przyjeżdża trzeci pojazd gotowy na otrzymanie ponad 200 kW.
Stacja musi ciągle zarządzać tymi wymaganiami, starając się jednocześnie maksymalnie wykorzystać dostępną moc połączenia.
To sprawia, że zarządzanie energią i oprogramowanie stają się coraz ważniejszymi elementami szybkiej stacji ładowania.
To nie chodzi po prostu o zainstalowanie słupów zdolnych do dostarczenia określonej ilości mocy.
Chodzi o to, jak rozdzielić ograniczoną moc elektryczną pomiędzy liczne samochody, których potrzeby mocy stale się zmieniają.
I tu właśnie leży sedno sprawy
Wiadomości o Kempower można znacznie lepiej zrozumieć z tej perspektywy.
Firma nie twierdzi, że ładowarka o mocy 100 kW jest lepsza od tej o mocy 350 kW, ani że samochody powinny ładować się wolniej.
Zamiast tego stwierdza, że z punktu widzenia operatora posiadanie większej liczby podłączonych pojazdów oraz inteligentne rozdzielenie dostępnej mocy może umożliwić lepsze wykorzystanie bardzo kosztownej inwestycji.
A to może przekładać się na większą ilość dostarczanej energii, więcej sesji ładowania oraz szybszy zwrot z inwestycji.
Należy pamiętać również, że Kempower ma oczywisty interes komercyjny w tym wniosku.
Firma sprzedaje właśnie systemy rozproszonego ładowania, a analiza pochodzi ze stacji w Ameryce Północnej podłączonych do jej własnej platformy ChargEye. Jej wyniki pokazują ponadto korelację, a nie to, że zainstalowanie większej liczby punktów ładowania automatycznie prowadzi do wyższego wykorzystania.
Stacja z ośmioma punktami może rejestrować większe obciążenie po prostu dlatego, że znajduje się w miejscu o znacznie większym popycie niż stacja z dwoma punktami.
Dlatego dane te nie powinny być interpretowane jako uniwersalne rozwiązanie.
Służą jednak do poruszenia kwestii, która będzie coraz ważniejsza w miarę rozwoju floty samochodów elektrycznych.
Najlepsza stacja nie musi być tą, która podaje najwyższą wartość w kW.
150 kW.
250 kW.
350 kW.
400 kW.
Jednak stacja ładowania jest znacznie bardziej złożona.
Aby sprawdzić, czy jest dobrze zaprojektowana, trzeba znać również jej całkowitą dostępną moc, liczbę gniazdek, sposób rozdzielenia tej mocy, co się dzieje, gdy wszystkie są zajęte, jej rzeczywistą dostępność oraz ilość energii, którą może dostarczyć w ciągu dnia.
Dla operatora te zmienne określają, jak dobrze wykorzystuje on swoją inwestycję.
Dla użytkownika mogą one decydować o czymś jeszcze prostszym: czy może podjechać, podłączyć się i kontynuować podróż, czy musi czekać, aż inny samochód skończy ładowanie.
I to wyjaśnia, dlaczego stacja z sześcioma lub ośmioma prawidłowo skalibrowanymi punktami może w określonych warunkach okazać się bardziej przydatna, a także bardziej opłacalna niż inna z zaledwie dwoma ładowarkami zdolnymi do osiągnięcia imponującej wartości mocy maksymalnej.