Скоростното развитие на електромобилността крие рискове за елекртическите мрежи

След производството на електроенергия и промишлеността, транспортният сектор е третият по големина замърсител с въглероден диоксид. На него се пада 20-процентен дял от излъчвания СО2. И макар от десетилетия, а в поселдните години изключително активно, да се работи върху повишаване на ефективността на превозните средства и двигателите им, излъчваните от тях вредни емисии към днешна дата са двойно повече в сравнение с 1970 г. Само във водещата европейска икономика – Германия, през 2019 г. са се движили 71% повече камиони и 31 на сто повече леки автомобили в сравнение с 1989 г. За тези 30 години тенденцията за по-големи, по-тежки и по-мощни превозни средства на практика парира повишаването на енергийната ефективност и "изчистването" на двигателите с вътрешно горене. И въпреки мащабната екологизация заради все по-строгите регулации в ЕС, през предкризисната 2019 г. 95% от новите превозни средства в страната се задвижват от двигатели на бензин или дизел.

Като най-голямата икономика в Европа, Германия може да играе важна роля за намаляване на вредните емисии в транспорта. Във връзка с Парижкото споразумение, чиято цел е да ограничи глобалното затопляне до 1.5 градуса и да постигне климатичен неутралитет до 2050 г., Германия се ангажира да намали емисиите на CO2 с 55 на сто до 2030 г. И въпреки че страната започна да работи устойчиво в тази посока, сегашните темпове и постигнатите резултати очевидно няма да бъдат достатъчно, ако Берлин иска да постигне целите, които си е заложил. За да се случи все пак желаният резултат, Германия ще трябва да свие вредните емисии от транспортния си сектор до 2030 г. с между 42 и 44%.

Електрическата мобилност, използваща зелена енергия, е един от начините за постигане на целите. Но това няма как да се случи от само себе си, защото са налице обективни пречки за устойчивото разпространение и увеличаване на електрическия автомобилен транспорт. Затова операторите на електропреносните и електроразпределителните мрежи, съвместно с регулаторните органи, подемат все по-широкообхватна дискусия за това как да увеличат капацитетите на мрежите им, за да може да продължи да се разраства електромобилността. Успешната интеграция на електрическата мрежа в електрификацията в транспорта е основен компонент за бъдещото нарастване на електрическите превозни средства, което от своя страна има нужда от все повече енергия и зарядни станции. Но все пак електропреносните и електроразпределителните мрежи имат нужда от балансиране и правилно управление, иначе нещата могат да станат рисковани. Едно скоростно изграждане на бързи зарядни станции, например, със сигурност ще увеличи товарите по мрежата. Същият ефект би имало и едно хаотично и неуправляемо масово зареждане на електромобили.

Сигурността на доставките на ток за бъдещия електромобилен автопарк ще зависи от сътрудничеството на редица субекти, сред които национални и местни власти, регулатори, доставчици на електроенергия, компании, изграждащи и управляващи зарядната мрежа, производители на електромобили и доставчици на части и оборудване за тях и др. Ситуацията обаче се усложнява предвид факта, че всеки от тях трябва да предвиди тенденциите в развитието на електромобилността и всички съпътстващи я подробности. За крайния успех от решаващо значение е да се определи как увеличаването на броя електромобили ще повлияе на средните и пиковите натоварвания на електрическите мрежи през следващите години. Очевидно е, че операторите ще трябва да наградят инфраструктурата си и да увеличат капацитета й, включително и чрез нови линии, подстанции, трансформатори и т.н. В същото време правилните прогнози и управление, както и точното планиране могат да изгладят до голяма степен флуктуациите на товарите във времето, а това от своя страна ще спести милиарди ненужни инвестиции в разширяването на капацитетите на мрежите.

Германия има сериозни традиции както по отношение на автомобилопроизводството, така и на екологичното мислене. Затова не са изненада очакванията разширяването на покритието на електромобилността да се случва сравнително по-бързо от други държави. Както вече бе отбелязано, тя се стреми да намали емисиите си CO2 с 55% до 2030 г. От една страна към 2020 г. спрямо 1990 г. Германия е успяла да редуцира излъчваните парникови газове с 41%, като така дори надхвърля заложената за този период цел от 40 на сто. Има обаче една подробност. Експерти изчисляват, че на ограниченията във връзка с пандемията от COVID-19 се дължи около една трета от общото намаление през 2020 г. спрямо предходната 2019-а. Отчитайки този фактор излиза, че Германия нямаше дори да достигне целта си, ако не беше коронавирусът.

Виждайки всичко това, федералното правителство започна допълнително да насърчава развитието на алтернативни видове транспорт, както и създаването на инфраструктура за тях. От една страна чрез програмата си за действие срещу климатичните промени до 2030 г. правителството инвестира милиарди евро в електрификацията на транспорта чрез директни субсидии и данъчни стимули. Паралелно с това срещу кризата с COVID-19 Берлин създаде пакет от стимули, включващи мерки за насърчаване на електромобилността чрез широк спектър от безвъзмездно предоставяни субсидии, данъчни облекчения и други предимства при закупуване на електромобил или зарядно устройство за дома или офиса. Един от тях бе удвояването на т.нар. екологичен бонус – предоставянето на 9000 евро за покупка на електромобил, както и намали данъчните ставки за служебните коли на ток.

Към днешна дата в Германия се движат 48.2 млн. леки и 3.4 млн. тежкотоварни автомобила. Според сценария, разработен от компанията McKinsey & Company в публикувания от тях анализ, озаглавен „Въздействието на електромобилите върху германската електрическа мрежа“, до 2030 г. по пътищата на страната ще се движат около 20 млн. електрически превозни средства, сред които преобладаващата част ще бъдат леките, но ще има немалка част и лекотоварни, автобуси и камиони. Според програмата на федералното правителство за климата до 2030 г., за да се постигнат заложените цели, в страната трябва да има минимум 7 до 10 млн. електрически превозни средства. За сравнение, Германия е регистрирала 194 000 електромобила през януари 2021 г. (395 000, ако към тях се включат и плъг-ин хибридите). За да се постигнат целите от правителствения план, от McKinsey & Company изчисляват, че 7-10 млн. електромобила означава около 15% от автопарка в Германия, а за да се постигне тази цел, 40 до 60 на сто от продажбите към края на срока трябва да бъдат именно на автомобили на ток. Паралелно с това обаче ще трябва да се развива и зарядната инфраструктура. Планът на правителството предвижда до края на настоящото десетилетие да има и мрежа от 1 млн. обществени зарядни станции. За изграждането им до 2025 г. се предвиждат субсидии, от които могат да се възползват както гражданите, така и фирмите.

От друга страна през 2019 г. потреблението на електроенергия в Германия е било 568 тераватчаса (TWh), като за десет години то е намалявало средно с 0.4% ежегодно. Но въпреки че тенденцията е низходяща, тя може да се обърне поради усилията за декарбонизация в транспорта. Освен това той, заедно с отоплението, остават единствените два сектора, в които Германия изостава в енергийния си преход.

Заради увеличаването на броя и употребата на електрически превозни средства, консумацията на електроенергия ще се увеличава. Според различните сценарии и прогнози за техния брой към 2030 г., това може да доведе до консумация на допълнителни между 23 и 43 TWh годишно в страната.Взимайки предвид поведението на водачите, шофиращи електромобили към момента, отчитайки местоположението и времето на зареждане на автомобила с електричество, може да се види ясна картина за това къде и каква част от необходимата за електромобилите ел.енергия ще се употребява. С нарастването на броя на колите на ток, около 40% от енергията, която те ще консумират, ще се случва в домовете на хората. Други 14 на сто ще се дължат на зареждане по работните места, 11% - по улици, междуградски пътища и магистрали и около 5% - по паркингите на търговските центрове, супермаркетите и др. Оставащите 30 на сто ще бъдат необходими по ТИР-паркингите и гаражите на транспортни, спедиторски и други подобни компании.

Според прогнозите именно последните, заедно с публичните зарядни станции в градовете, ще се развиват с най-бързи темпове. Причината – електрическите лекотоварни и товарни превозни средства ще започнат да набират все по-голяма популярност. Което, естествено, ще доведе до нови предизвикателства за електрическата мрежа. Защото в сравнение съ зареждането у дома в контакта или в битова зарядна станция, големите автопаркове зареждането по обществени места е по-трудно за управление от страна на оператора на мрежата поради естеството на използването на тежки превозни средства и произлизащата от това нужда от концентрация на точките за зареждане на много такива транспортни средства, както и нуждата от бързото им зареждане и голямата мощност на станцията. 

Прогнозите на експертите на McKinsey & Company сочат, че към 2030 г. зарядната инфраструктура ще претърпи сериозни промени заради нуждите към онзи момент. По-конкретно бавните и с по-слаб ток зарядни станции ще отстъпват все повече място на бързите и мощните. А тази трансформация неминуемо ще увеличава предизвикателствата при управление на мрежите и моментните товари, което от своя страна увеличава нуждата операторите на мрежи да прогнозират все по-точно средните и пиковите натоварвания.

И в момента в Германия през зимния период обикновено между 18:00 и 20:00 ч. товарът по мрежата достига своя пик. Около 19:00 ч. той дори надхвърля 27 гигавата. Това време обаче напълно съвпада с прибирането у дома на средностатистическия гражданин, който, притежавайки електромобил, именно в този момент ще я включи в мрежата, за да се зареди.

Съответно от това се появява нуждата да се ограничи зареждането на електрическите превозни средства във времето на пиковите товари по мрежата. Създаването на такава практика дава възможност за гъвкавост относно това кога и колко дълго крайните потребители ще зареждат автомобилите си. За целта може да помогнат както регулации, така и въвеждане на нови тарифни планове, благодарение на което по естествен път клиентите ще променят поведението си.

В противен случай, при напълно неуправляемо зареждане на електрическите превозни средства, към пиковите моменти ще трябва да се прибави товар до 730 GW, което е увеличение в рамките на 8% спрямо сегашните пикове в Германия. Но въпреки това операторите на мрежите все пак ще трябва да направят инвестиции в тях, тъй като и при най-благоприятния сценарий към 2030 г. както средното, така и пиковото натоварване по мрежата ще бъде увеличено.

От друга страна обаче чрез подходящи устройства за управление на домашните зарядни станции и стимули (например ценови) за използването им по време на слабонатоварените периоди, може да се постигне сериозна оптимизация по мрежата. Така например вместо в 19:00 ч., ако зареждането на личния електромобил бъде изместено в периода между 22:00 ч. до 4:00 ч. сутринта, ще се постигне значително по-голям баланс на мрежовите товари. Такъв сценарий ще смекчава до голяма степен въздействието на клиентите върху електрическата мрежа, като същевременно ще остави свободни капацитети за зареждането на електрически автомобили и камиони около търговските центрове и ТИР-паркингите, където потокът трудно би могъл да се управлява. В резултат на това кривата на пиковите натоварвания ще се изравни приблизително на 80%. Но все пак мрежите ще имат нужда от подсилване и инвестиции.

Основните инфраструктурни компоненти, които ще изискват инвестиции, са трансформаторите в жилищните райони. Заради преминаването от бавни към бързи зарядни устройства, сегашните с техните параметри ще бъдат претоварвани, поради което ще се наложи подмяната. Паралелно с това зарядните станции, които ще обслужват големите и тежки камиони, също ще бъдат предизвикателство за стабилността на съществуващата мрежа. Заради тях може да се наложи в определени райони (например край ТИР-паркингите и транспортните компании) да бъдат изградени специални подстанции или да бъдат основно ремонтирани и реновирани съществуващите. Напълно възможно е да се появи нужда и от подмяна на кабелните трасета с нови, издържащи на по-голямо натоварване. Например проект за зареждане на големи камиони на компанията CharIN със средно напрежение, които се зареждат на 1500 волта и така си осигуряват значителен пробег само в рамките на 20 минути. Такава станция с 10 точки за зареждане, от които 7 с постоянен ток от 350 kW изисква подстанция, осигуряваща на 10 мегаволт ампера, би струвала няколко милиона евро, ако трябва да се изгради от нулата.

При разглеждане на споменатия сценарий за неуправляемо зареждане само за леките електромобили, общите разходи за модернизация на мрежата в жилищните райони биха могли спокойно да надминат 5 млрд. евро до 2030 г. Но тези разходи могат значително да се намалят при въвеждането на съответните регулации и стимули за избягване на зареждането на автомобили в часовете с пиково натоварване на мрежите. Потенциална възможност е и отдавна дискутираната идея в такива моменти включените електромобили да отдават, вместо да приемат енергия. Тогава свързването им към мрежата може да се превърне от проблем във възможност за по-доброто й балансиране. Такава практика е установена още преди 4 години в Дания със съответните стимули. И от въвеждането й насам натоварването по мрежата на Копенхаген е много по-балансирано.