Електрическите превозни средства – възможност за балансиране на електроенергийните системи

Статия на Камен Василев – съпредседател на Българската Асоциация Електрически Превозни Средства пред сп. „Енергетиката – електроенергийни ракурси“

Днес емисиите от транспорта представляват около 25 % от общите емисии на парникови газове в ЕС,като тези емисии са се увеличили през последните години. Целта на Европейския съюз Европа да бъде неутрален по отношение на климата континент до 2050 г. изисква амбициозни промени в транспорта. Необходими са конкретни стъпки за намаляване с 90 % на свързаните с транспорта емисии на парникови газове до 2050 г.

Европейската комисия прие набор от предложения, чиято цел е политиките на ЕС в областта на климата, енергетиката, транспорта и данъчното облагане да бъдат адаптирани към целта за намаляване на нетните емисии на парникови газове с най-малко 55 % до 2030 г. в сравнение с равнищата от 1990 г. В областта на транспорта, Европейската комисия предлага амбициозни цели за намаляване на емисиите на CO2 за нови леки и лекотоварни автомобили:

- 55 % намаление на емисиите от леки автомобили до 2030 г.;

- 50% намаление на емисиите от лекотоварни автомобили до 2030 г.;

- нулеви емисии от нови автомобили до 2035 г.

Комисията също така насърчава разрастването на пазара на автомобили с нулеви и ниски емисии. По-специално тя се стреми да гарантира, че гражданите ще разполагат с необходимата инфраструктура за зареждане на тези автомобили за кратки и дълги пътувания.

Към днешна дата в България има регистрирани 2537 електромобила, 157 товарни електрически превозни средства и 52 електробуса. Тази бройка е очевидно нищожна на фона на общ автопарк от около 3,8 милиона регистрирани превозни средства, 87,6 % от които са на възраст над 10 години.

Как би се отразила електрификацията на автомобилния парк в България от гледна точка на консумацията на енергия и натоварването на електроразпределителните и електропреносните мрежи?

За да отговорим опростено на този въпрос, трябва да отбележим няколко важни специфики на електрическите превозни средства по отношение на използването на енергия.

1. Електромобилите са много по-енергоефективни от автомобилите с двигател с вътрешно горене.

Нека сравним каталожните данни на модели, които понастоящем се предлагат във варианти с двигател с вътрешно горене и електродвигател. Hyundai Kona 1,6 T-GDI двигател максимална мощност 145 кВт има разход при комбиниран цикъл от 6.2 л/100 км. При енергийна плътност на бензина от около 8,76 кВтч/л, използваната енергия за изминаване на 100 км по каталог е 54,3 кВтч. За сравнение, изцяло електрическият модел на Hyundai Kona с двигател с максимална мощност 170 кВт има разход от 14,3 кВтч/100 км.

2. Електромобилите изглеждат скъпи за закупуване, но са много по-изгодни при интензивна експлоатация от автомобилите с двигател с вътрешно горене.

Електромобилът от горния пример е с около 52 % по-скъп за закупуване от модела с бензинов двигател. Сметката за цената на използване обаче се променя с отчитане на цената на енергията за движение. Разходът на бензиновия автомобил за изминаване на 100 км при консумация по каталог би бил 14,26 лв., а енергията за електрическия модел при зареждане на нощна тарифа за битови клиенти би струвала 2,01 лв.

3. За ежедневно използване повечето електромобили могат да се зареждат практически навсякъде.

В ежедневието повечето интензивно използвани автомобили рядко изминават над 80-100 км дневно. Това означава, че за обичайно ползване електромобилът от горния пример спокойно може да се зарежда в рамките на няколко часа през нощта от обикновен домашен контакт без необходимост от изграждане на специализирана инфраструктура. Потребители, които редовно изминават по-дълги разстояния или искат да съкратят времето за ежедневно зареждане, инсталират домашни зарядни станции с мощност 6-7 кВт, като зареждането на електромобила може да бъде програмирано по време, когато сградните инсталации не са натоварени от други консуматори. При нарастването на капацитета на електромобилните акумулатори до стандартните към момента 40-80 кВтч, необходимост от бързи зарядни станции с мощност 50 кВт и повече възниква единствено при дневно пътуване на разстояния над 250-300 км.

4.  Последните тенденции и технологии при електромобилите и зарядната инфраструктура дават възможност за управление на пиковете в потреблението на електроенергия.

През последните години производители на електромобили и зарядна инфраструктура активно работят по възможностите електромобилите да бъдат използвани като подвижни акумулатори, които да поемат енергия от мрежата в периоди на ниско потребление и да я отдават обратно при необходимост от покриване на пикови натоварвания. Пример за цялостно търговско решение с такава функционалност е партньорството между EDF и Нисан, които съвместно предоставят на бизнес потребители двупосочна зарядна станция и електромобил с възможност за обратно подаване на енергия. Ползите за енергийната компания са разширени възможности за стабилизиране на мрежата и интеграция на ВЕИ в нея, а за потребителите – възможност да реализират спестявания, равняващи се на разхода за изминаване на около 14 000 км годишно.

Статистиката на МВР показва, че в България към момента има регистрирани 2 839 182 леки автомобила. Според изследване на DEKRA, цитирано от Аутомедия, средният пробег на един автомобил в Германия е 15,000-20 000 километра годишно, т.е. 40-55 км среднодневно. Ако направим нереалистичното предположение, че всички регистрирани в България автомобили изминават ежедневно това разстояние, при посочената по-горе консумация, необходимата за използването им електроенергия при преминаване към пълно електрическо задвижване би се равнявала на приблизително 16,2-22,3 ГВтч дневно. Противно на опасенията, че широкото навлизане на електромобилите ще изисква многократно увеличаване на инсталираните генериращи мощности, графиката на товара на електроенергийната система от сайта на ЕСО от 28.08.2021 г. показва, че зареждането на всички тези електромобили от 8 часа вечерта до около 10 часа на следващия ден на практика би запазило товара на системата почти постоянен в рамките на денонощието.

Тези изчисления са силно опростени, но те демонстрират, че пълната електрификация на леките автомобили няма да изисква значително увеличение на инсталираните към момента генериращи мощности.

За улесняване използването на електрически превозни средства на дълъг път е необходимо изграждането на бързи зарядни станции с достатъчен капацитет и налични точки на зареждане.

В зависимост от мощността на зарядната инфраструктура и възможностите на конкретния електромобил, една сесия на дозареждане на дълъг път може да продължи от 10 до 50 минути. Това означава, че разполагането на повече от една точки за зареждане в хъбове на една локация увеличава пропорционално използваемостта ѝ и стимулира пътуването на електромобили по съответния маршрут. Същевременно, изградената към такива хъбове свързваща инфраструктура може да бъде използвана за разполагането на допълнителни съоръжения за енергопроизводство и балансиране на товара на електропреносната система.

До края на тази година във Великобритания предстои да влезе в експлоатация най-големият към момента хъб с бързи зарядни станции в Европа. Energy Superhub Oxford ще бъде присъединен директно към националната електропреносна мрежа и ще консумира до 10 МВт мощност. Локацията ще разполага с 10 правотокови зарядни станции с мощност 300 кВт, 12 променливотокови зарядни станции с мощност 7-22 кВт и 12 250-киловатови суперчарджъра за използване ексклузивно от собственици на Тесла.

Това е първата от 40 подобни локации, които се планира да осигурят захранването за дълъг път на очакваните 36 милиона електрически превозни средства във Великобритания към 2040 година. На площадката ще бъдат инсталирани и стационарни батерии за балансиране на товара и честотата на мрежата. Специално разработена софтуерна платформа ще позволи търгуване на съхранената в батериите енергия в рамките на деня и в пазарен сегмент „ден напред“. Началото на този проект е поставено през 2019 година. В България през 2015 година пловдивският автобусен оператор Хеброс Бус кандидатства неуспешно за финансиране на подобен проект, насочен към електрификация на един от обслужваните от фирмата маршрути на градския транспорт в Пловдив.

Паралелен поглед върху структурата на електропреносната и пътната мрежа на България показва близост и точки на пресичане между най-натоварените транспортни коридори и електропреносната мрежа.  

Това прави възможно разполагането в тези точки на подобни хъбове, които ще обслужват не само местния, но и транзитния трафик през европейските транспортни коридори. Не е задължително хъбовете да бъдат разположени точно на основните транспортни артерии. Разполагането им в близост до тях, но с удобен достъп както от магистралите, така и от околната пътна мрежа, може да предостави дори повече възможности за интензивното им използване и съответно за по-добра възвръщаемост на направените в тях инвестиции.

Настоящото изложение дори не докосва възможностите, произтичащи при интензивна електрификация на обществения и товарния транспорт. Подобно на електромобилите, енергийната ефективност на електробусите е петкратно по-добра от тази на автобусите с двигател с вътрешно горене. Разходът на електроенергия на експлоатираните в София електробуси е около 110 кВтч/100 км, еквивалентно на консумация на дизелово гориво от 11,3 л/100 км. Еквивалентен дизелов автобус би консумирал 35-50 л/100 км гориво по каталожни данни. Обичайният дневен пробег на градски автобус е в границите 120-250 км, като например само Столичен автотранспорт разполага с 621 автобуса в автопарка си. Предимно дневното използване на автобусите и обичайният им и предсказуем дневен пробег по фиксирани маршрути ги прави много добър консуматор на нощна електроенергия. Същото важи и за товарните автомобили за градска логистика.

Развитието на процесите по масова електрификация на превозните средства в световен мащаб демонстрира перспективите, които навлизането на новите технологии в електропроизводството и електроразпределението от една страна, и транспорта - от друга, създават за участниците в тези отделни икономически сфери. Критична маса компании от електроенергийния сектор в България разполагат с технологичния и пазарен капацитет, необходим за ефективно управление на прехода към разпределена енергийно-транспортна система със съществен дял на ВЕИ в енергийния микс. В страната вече има и значителни за условията ни опит и компетенции в използването на електрически превозни средства и в изграждането и експлоатацията на зарядна инфраструктура.

Ще бъдат необходими инвестиции в пасивно и активно оборудване, позволяващи управление на разпределена енергийна система, но в европейски мащаб са налице много от необходимите финансови механизми, които да намалят неизбежните сътресения при фундаменталната промяна на установени от десетилетия парадигми. Като цяло, при въвеждане на необходимите технологии и адекватни бизнес модели, широкото навлизане на електромобили може да има благоприятен ефект за развитието на електроразпределителните и електропреносната мрежа. При наличие на дългосрочна визия и политическа воля от страна на българското правителство и местните власти, амбициозните цели на Европейската комисия могат да бъдат изпълнени в България в значителна степен с ключовия принос на Електроенергийния системен оператор и електроразпределителните дружества.