Co się stanie, jeśli w jednym momencie włączycie w swoich mieszkaniach piekarnik, kuchenkę indukcyjną na pełnej mocy, pralkę, czajnik, zmywarkę, suszarkę, komputer gamingowy i elektryczny podgrzewacz wody? Zależnie od zaawansowania sieci energetycznej, prędzej czy później zabezpieczenie zadziała i pozbędziecie się dostępu do prądu, choć mówimy tutaj o mocy rzędu kilowatów. A teraz zastąpcie mieszkanie miastem, a urządzenia elektryczne setkami lub tysiącami stacji ładowania o mocy kilku, kilkudziesięciu, a nawet kilkuset kilowatów i… no cóż, problem jest jeszcze większy. Najnowsze badanie z Concordia University przykuło moją uwagę właśnie z tego powodu.
CityCharge pokazuje, że elektryki nie ładują się “średnio”
Możemy się zachwycać samochodami elektrycznymi, które ładują się mocą setek kilowatów, ale prawda jest taka, że powszechnie nie mamy czym takich sprzętów ładować. W sumie to dobra wiadomość dla samych akumulatorów, które są niszczone takimi wysokimi mocami ładowania (więcej o tym pisałem tutaj), ale cóż to za technologia, którą ogranicza infrastruktura? Od razu przypomina mi to przypadek sprzed jakichś dwóch dekad, kiedy znajomy rodziny kupił sobie samochód z instalacją nie LPG, a CNG. Wszystko byłoby dobrze, gdyby nie fakt, że najbliższa stacja CNG była wtedy oddalona o kilkadziesiąt kilometrów od jego miejsca zamieszkania, więc szybko stał się obiektem żartów.
Czytaj też: Pompy ciepła jednak nie takie straszne. Niemcy w ogóle się ich nie boją
Chcę tym samym pokazać, że nie trzeba mieć elektrycznego samochodu, żeby narzekać na infrastrukturę, ale z elektrykami jest ten problem, że nie wystarczy dla nich ot zbudować stacji i zbiorników paliwa. Trzeba też przyłączyć takie stacje ładowania do sieci elektrycznej i w to właśnie uderza model CityCharge, który został opracowany przez badaczy z Concordii. Symuluje on sposób przemieszczania się i ładowania samochodów elektrycznych w skali miasta. Nie jest to więc proste liczenie liczby aut razy średnie zużycie energii, bo taki rachunek może i z pozoru ma sens, ale w praktyce rozbija się od razu o niewzruszone niczym realia.
CityCharge to odpowiedź na pytanie, co elektryki zrobią z miastami
W modelu CityCharge pojawiają się dane o podróżach, zachowania kierowców, poziom naładowania akumulatora, dostępność ładowarek oraz ceny energii. Efektem jest godzinowy obraz popytu na energię wynikającego z ładowania aut elektrycznych. Jest to o tyle ważne, ze sieć energetyczna nie musi przetrwać problemów przez “średnią dobę”. Musi wytrzymać w skrajnych sytuacjach, więc problemy z nią zaczynają się zwłaszcza wtedy, gdy zbyt wielu odbiorców chce mocy w tym samym momencie.
Badacze sprawdzili model na przykładzie Montrealu i już tam wyszła najciekawsza rzecz – popyt na ładowanie nie rozkłada się równo ani w czasie, ani w przestrzeni. Większość kierowców ładuje dziś auta w domu wieczorem, czyli dokładnie wtedy, gdy wiele gospodarstw i tak zwiększa zużycie energii po powrocie z pracy. Samochód elektryczny dorzuca do tego kolejny pobór i to nie taki jak czajnik, laptop czy telewizor, tylko urządzenie z dużym akumulatorem i potężną wręcz na tle domowych urządzeń ładowarką pracującą przez dłuższy czas.
Czytaj też: Po tym pożarze inaczej patrzę na piękne dachy z ukrytą fotowoltaiką
Najbardziej przewrotne jest jednak to, że wystarczy zmienić zachowanie kierowców, a problem przesuwa się w inne miejsce. Według badania większa dostępność ładowania w pracy mogłaby zwiększyć poranny popyt o ponad 70 procent, jednocześnie zmniejszając presję na wieczorny szczyt. Chociaż jest to po prostu zamiana jednego profilu obciążenia na drugi, to akurat przesunięcie obciążenia z wieczora na poranek i południe oznacza możliwość wykorzystania większej ilości energii pochodzącej z OZE i wejścia w przedział czasu o znacznie niższym sumarycznym zapotrzebowaniu w rejonie. Ten temat przewija się praktycznie w każdym moim artykule na temat praktycznego wykorzystania paneli słonecznych oraz magazynów energii.
Problemem nie jest tylko liczba ładowarek
CityCharge pokazuje, że rodzaj infrastruktury ma znaczenie równie duże jak jej liczba. Szybsze ładowarki prądem stałym klasy drugiej, które są typowe dla domów i miejsc pracy w Ameryce Północnej, mogą wyraźnie podnosić szczytowe zapotrzebowanie względem wolniejszych rozwiązań. Innymi słowy, powolne ładowanie z gniazdka może i jest dłuższe, ale bardziej łagodne dla stanu lokalnej sieci energetycznej. Oczywiście to nie znaczy, że szybciej znaczy gorzej. Szybsze ładowanie daje bowiem kierowcom wygodę, skraca czas postoju i może zmniejszać psychologiczną barierę przed zakupem elektryka. Sęk w tym, że infrastruktura ładowania jest jednocześnie usługą dla kierowcy oraz elementem systemu energetycznego.
Czytaj też: Największy problem nowoczesnej technologii nie dotyczy procesorów. Nieskończona energia czai się pod wodą
Podobny problem widać przy stacjach ładowania pełniących rolę elastycznego elementu sieci, gdzie infrastruktura przestaje być wyłącznie punktem poboru energii, a zaczyna reagować na potrzeby systemu. Jest to zresztą kierunek, który uważam za znacznie dojrzalszy niż samo mnożenie słupków z kablami. Jeżeli ładowarki mają być częścią miasta, to muszą umieć współpracować z miastem. Inaczej będą tylko kolejnym miejscem, w którym infrastruktura dogania zachowania ludzi z opóźnieniem… ale tu znów wchodzi problem zużycia akumulatorów.
Centrum i przedmieścia będą miały inne szczyty zapotrzebowania
Co ciekawe, badanie rozbija temat na typy dzielnic. Gęsto zaludnione obszary Montrealu wedle tej symulacji mają poranne i wieczorne skoki zapotrzebowania, bo ładują się tam auta powiązane zarówno z pracą, jak i domem. Z kolei przedmieścia, takie jak Laval, West Island czy miejscowości na północnym i południowym brzegu Montrealu, mają przede wszystkim wieczorny szczyt po powrocie mieszkańców z pracy, więc w praktyce jest to różnica między dwiema zupełnie innymi strategiami.
W śródmieściu sens może mieć większa rola ładowania w miejscach pracy, ładowania przy biurach, systemów rezerwacji, taryf dynamicznych i ograniczania mocy w godzinach przeciążenia. Z kolei na przedmieściach ważniejsza może być koordynacja domowego ładowania, zachęcanie do startu po północy i takie sterowanie mocą, żeby samochody nie tworzyły jednego wielkiego, wieczornego impulsu.
Nie oznacza to jednak, że taki oto jeden model da się przenieść z Montrealu do Warszawy, Krakowa, Wrocławia czy Gdańska, ale sam mechanizm jest bardzo czytelny – elektromobilność nie uderza w krajową sieć, a w konkretne transformatory i konkretne osiedla w konkretnych godzinach. Jest to szczególnie istotne w polskich miastach, gdzie mamy mieszankę bloków z wielkiej płyty, nowych osiedli z garażami podziemnymi, przedmieść z domami jednorodzinnymi i biurowców, które w dzień potrafią skupiać tysiące aut.
Miasto przyszłości będzie zarządzać nie tylko ruchem, ale też poborem mocy
Najważniejszy wniosek z CityCharge jest dla mnie prosty – elektromobilność wymaga planowania zachowań, a nie tylko infrastruktury. Można postawić dużo ładowarek i nadal mieć problem, jeśli wszystkie będą pracować w “złych godzinach”. Można promować ładowanie w pracy i złagodzić wieczorny szczyt, ale przy okazji stworzyć niepotrzebnie szczyt poranny. Można zwiększyć moc punktów ładowania i poprawić komfort kierowców, ale tym samym podnieść wymagania wobec lokalnej sieci. Innymi słowy, ten temat ma wiele problemów i właśnie dlatego jest tak ciekawy, bo elektryczne samochody nie są tylko zamiennikiem spalinowych, w którym spalinowy silnik i bak zastąpiono jednostką elektryczną oraz akumulatorem. Są częścią większego systemu, w którym transport, energetyka, mieszkalnictwo i urbanistyka zaczynają nachodzić na siebie mocniej niż wcześniej.
Źródła: TechXplore, Concordia University
