Wydajność sieci energetycznej – a nie energia – jest wąskim gardłem w dekarbonizacji transportu

Dane zebrane z ruchu ciężarówek Volvo w Szwecji zostały wykorzystane do stworzenia przejrzystego przeglądu obecnego i przyszłego zapotrzebowania na energię dla elektromobilności i rozwiązań transportowych w ramach projektu badawczego prowadzonego przez Volvo Group. Dane, które pokazują, gdzie wymagana będzie infrastruktura do ładowania elektrycznego, podkreślają również potrzebę merytorycznej dyskusji na temat inwestycji potrzebnych do rozwoju sieci elektrycznej zdolnej do sprostania wymaganiom generowanym przez infrastrukturę ładowania.
Trójtorowe podejście Volvo Group
Volvo Group prezentuje trójtorowe podejście do dekarbonizacji transportu
Volvo Group od pewnego czasu produkuje gamę elektrycznych ciężarówek. Produkty są już dostępne, a koncern przoduje pod względem udziału w rynku takich samochodów. To samo dotyczy sprzętu budowlanego, autobusów oraz rozwiązań morskich i przemysłowych. Zaprezentował już rozwiązania z wodorowymi ogniwami paliwowymi, które będą dostępne dla klientów do końca tej dekady. Podobnie jak wielu wytwórców OEM, zobowiązał się do przestrzegania Porozumienia Paryskiego, którego celem jest ograniczenie globalnego ocieplenia do 1,5°C. W ramach tego zobowiązania zainwestował w trójtorowe podejście do transportu bez paliw kopalnych, opartego na całkowicie elektrycznym akumulatorze (BEV), wodorowych ogniwach paliwowych (FCEV) i silnikach spalinowych zdolnych do pracy na biopaliwach odnawialnych.
Mobilność bez paliw kopalnych
W miarę jak to przesuwanie się w kierunku transportu i infrastruktury wolnej od paliw kopalnych trwa, a na drogach pojawia się coraz więcej elektrycznych ciężarówek, autobusów i maszyn budowlanych, zapotrzebowanie na ładowanie w celu ich utrzymania wzrośnie wykładniczo. Ale to nie jedyne wyzwanie, gdy przechodzi się na system mobilności bez paliw kopalnych. Energia, a co ważniejsze, jej dystrybucja, odgrywa kluczowe znaczenie dla całego tego równania. Bez zdolności do wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej w ilości wystarczającej do zaspokojenia rosnących potrzeb, pojawia się problem. Sama Szwecja jest obdarzona szeroką gamą źródeł energii wolnych od paliw kopalnych – od energii wodnej po jądrową, wiatrową i słoneczną. Tak więc w jej przypadku wytwarzanie energii bez paliw kopalnych samo w sobie nie stanowi problemu krótkoterminowego.
Volvo Group skupiło się na systemie transportu i infrastruktury bez paliw kopalnych. Produkty i rozwiązania już istnieją, ale aby zapewnić płynne wdrożenie, trzeba uwzględnić jeszcze jeden element – przesył energii do infrastruktury ładowania za pośrednictwem krajowej, regionalnej i lokalnej sieci elektrycznej. Bez wymaganej zdolności do wspierania rosnącej floty elektrycznych samochodów ciężarowych, autobusów i maszyn budowlanych, obok istniejących potrzeb zarówno przemysłu, jak i domów, przyjęcie rozwiązań elektrycznych nie wystarczy do ograniczenia emisji i utrzymania globalnego ocieplenie poniżej 1,5 st.
Praktyczne spostrzeżenia dotyczące władz
Teraz, dzięki przełomowemu projektowi przeprowadzonemu przez Volvo Group, na podstawie rzeczywistych danych można jasno określić, gdzie należy zbudować hotspoty do ładowania i jaka moc będzie do nich potrzebna. Anders Berger, dyrektor ds. Public Affairs w Volvo Group, powiedział „Dostrzegliśmy potrzebę dostarczenia przydatnych spostrzeżeń, opartych na solidnych, rzeczywistych zestawach danych, które będą wspierać wdrażanie i użytkowanie elektrycznych wózków widłowych. Zamiarem jest zapewnienie tego zarówno rządom, jak i przedsiębiorstwom użyteczności publicznej w Szwecji, ale także w całej UE, gdzie istnieją dane, oraz w innych częściach świata”.
Wykorzystano pokładowy system zarządzania flotą pozycjonowania ciężarówek Volvo w Szwecji, który monitoruje pozycję, czas, zużycie paliwa i inne parametry. Na tej podstawie analitycy danych z Volvo Group stworzyli jasny obraz tego, gdzie powinny znajdować się stacje ładowania i ile energii będą trzeba dostarczać codziennie. Rezultatem jest mapa wymaganych punktów ładowania, wymaganej mocy i energii, którą będą musiały dostarczyć w miarę wzrostu floty elektrycznej w nadchodzących latach.
Inwestycje w infrastrukturę sieciową
Wyniki tego projektu podkreślają rodzaj inwestycji potrzebnych do zapewnienia, że szwedzka sieć elektryczna może przesyłać moc wymaganą do utrzymania szwedzkiej floty elektrycznych ciężarówek z akumulatorami, do 2030 roku szacowanej na około 15-20% całej floty na drogach. Te rzeczywiste dane pomogą szwedzkiemu rządowi i przedsiębiorstwom użyteczności publicznej w ocenie wymagań inwestycyjnych i stworzeniu solidnego planu wdrożenia wymaganej infrastruktury ładowania i sieci w skali krajowej. Korzystając z dostępnych już danych Volvo Group, można by generować raporty dla dowolnego kraju z wystarczająco dużą flotą samochodów ciężarowych Volvo, Renault lub Mack, aby zapewnić podobny plan planowania inwestycji infrastrukturalnych.
Współpraca
Martin Lundstedt, prezes i dyrektor generalny Volvo Group, ocenia „Nasze podejście do przejścia na transport wolny od paliw kopalnych i infrastruktury wymaganej do jego urzeczywistnienia opiera się na współpracy i partnerstwie. Chcemy napędzać dobrobyt i pomagać społeczeństwu w dążeniu do zerowej emisji netto w najbliższej przyszłości. Możemy tylko to zrobić, jeśli w pełni zrozumiemy wymagania, jakie będzie to nakładało na infrastrukturę krajową, producentów OEM i oczywiście naszych klientów, którzy skorzystają z dobrze zaprojektowanej sieci ładowania. Ten projekt to tylko kolejny krok, który podejmujemy, aby zapewnić płynne przejście na elektryczne ciężarówki w Szwecji i na naszych głównych rynkach na całym świecie”.
Ambicją jest rozszerzenie w najbliższej przyszłości zakresu tego projektu na kraje w całej Europie, w oparciu o dostępne dane i w miarę upływu czasu o dodatkowe lokalizacje. Projekt ten pozostaje otwarty na wspieranie zarówno przedsiębiorstw użyteczności publicznej, jak i krajowych decydentów za pomocą dostępnych anonimowych zestawów danych, aby wspomóc terminowe opracowanie solidnej infrastruktury ładowania.

Fakty dotyczące projektu

Wprowadzenie/przyjęcie elektrycznych ciężarówek, autobusów i sprzętu budowlanego będzie następować stopniowo;
Dane użyte w tej symulacji opierają się na samochodach ciężarowych wykorzystujących gromadzenie danych i działających w Szwecji.
Dane i lokalizacja/trasa zaczerpnięte z oprogramowania tych ciężarówek oraz zużyty olej napędowy jako źródło zapotrzebowania na energię uwzględniają dzienny przebieg, masę pojazdu, topografię itp.
Te dane o lokalizacji i zużyciu energii stanowią mapę oczekiwanego zapotrzebowania na energię w czasie i lokalizacji, w oparciu o oczekiwane przyjęcie elektrycznych ciężarówek głównie do przewozów regionalnych i budowlanych, ale także do niektórych przewozów międzyregionalnych i długodystansowych.
Obliczenia zakładają, że ciężarówki wyjeżdżają z magazynu w pełni naładowane, a następnie ładują minimalną liczbę razy potrzebną do wykonania codziennej misji transportowej.
Mapa pokazuje wszystkie potrzeby związane z ładowaniem: zarówno ładowanie nocne, jak i ładowanie „dodatkowe” lub oparte na opcjonalnych okazjach podczas przerw kierowcy.
Wyniki tej analizy są przeskalowane z Volvo Group do floty pojazdów wszystkich producentów, w oparciu o udziały w rynku i reprezentację w danych. W przypadku rynku szwedzkiego skala jest około dziesięciokrotna.
Mieszanka pojazdów w analizie obejmuje dwie różne specyfikacje pojazdów w zakresie magazynowania energii oraz możliwą i dostępną moc ładowania, aby odzwierciedlić różne segmenty transportu, wzorce ruchu i dzienny zasięg itp.
Wykorzystując Szwecję jako bazę do zrozumienia, w jaki sposób te dane można zastosować w prawdziwym życiu, Volvo Group stworzyło „mapę popytu” kraju, aby zidentyfikować punkty ładowania, które będą wymagały infrastruktury (zarówno stacji ładowania, jak i dostarczania energii przez wzmocnioną sieć elektryczną). Wyniki pokazują nie tylko oczekiwane zapotrzebowanie na dostawę mocy, ale także szczytowe momenty, w których będzie ona wymagana w większych ilościach (profil obciążenia).
Zgodnie z oczekiwaniami duże miasta z dużymi populacjami miejskimi wyróżniały się jako hotspoty popytu, a szczytowe czasy ładowania rozpoczynały się po południu, kiedy ciężarówki wracały do bazy między 15:00 a 16:00, i trwały do około 4:00. Gdy metoda została zastosowana do wzrostu oczekiwanej floty pojazdów elektrycznych z akumulatorami o 20%, możliwe było określenie oczekiwanej energii, która będzie wymagana z sieci i gdzie powinna być dostarczana w celu zaspokojenia potrzeb związanych z ładowaniem.
Mapy wskazują, gdzie infrastruktura zasilania i ładowania będzie najbardziej pożądana, przy czym Göteborg, Malmö, Sztokholm, Uppsala i Sundsvall wyróżniają się jako hotspoty ładowania nocnego.
Dzień lub „opłata za możliwość” została wskazana w szerszym zakresie lokalizacji, które można by założyć, że reprezentują punkty w połowie drogi na trasach dostaw do innych głównych skupisk ludności. Biorąc pod uwagę pewną elastyczność lokalizacji ładowania, zbadano możliwość wykorzystania infrastruktury ładowania i dostępnej mocy w nieco bardziej rozproszony sposób, który nadal spełniałby wymagania. Oznaczałoby to jednak, że ciężarówki musiałyby jeździć, aby uzyskać dostęp do ładowania (do około 16 km). Założenie możliwości takich objazdów skutkowało zmniejszeniem liczby potrzebnych punktów ładowania nawet o 50%.
Znając zasięg, masę, topografię, zużycie energii, dostępność zasilania i idealną lokalizację punktów ładowania, można pomóc przedsiębiorstwom użyteczności publicznej, operatorom stacji ładowania i władzom zrozumieć wymagania dotyczące energii i przesyłu mocy, które będą musiały być spełnione jako elektryczne ciężarówki kontynuować wymianę istniejącej floty diesli. W przypadku Szwecji odpowiada to zapotrzebowaniu na około 4 GWh energii do ładowania w typowy dzień powszedni (3 GWh w nocy, 1 GWh do ładowania okazjonalnego).
Według Statistics Sweden całkowite zużycie energii w Szwecji nie wzrosło dramatycznie w latach 2001-2021 – z 168 799 GWh do prawie 177 000 GWh przez cały rok, co oznacza zapotrzebowanie na średnio 485 GWh dziennie.
Biorąc pod uwagę te liczby, podkreśla się potrzebę zwiększenia całkowitej produkowanej energii o nieco ponad 1%, ze szczególnym naciskiem na rozbudowę zdolności przesyłowych sieci na określonych obszarach, aby wesprzeć przejście na transport elektryczny. Tekst: Jarosław Brach Zdjęcia: Producent