Объяснение перехода на электромобили: инфраструктура зарядных устройств

Возможность удобной зарядки электромобиля вдали от дома является главной проблемой для многих владельцев электромобилей. Опрос владельцев электромобилей 2022 года, проведенный Форбс указывает на то, что 62 процента респондентов настолько обеспокоены запасом хода своего электромобиля, что это повлияло на планы поездок. Хотя «беспокойство по поводу диапазона» может быть преувеличено, потребность в обширной и надежной внешней зарядной инфраструктуре — нет.

Терминология инфраструктуры сама по себе может сбивать с толку. Для ясности имейте в виду, что зарядная станция это конкретное физическое местоположение, которое имеет один или несколько зарядные посты. Сама зарядная станция может иметь один или несколько порты, где каждый порт может заряжать один электромобиль. Каждый пост может иметь несколько типов сервисных разъемов для поддержки различных стандартов разъемов для зарядки электромобилей. И порт может обеспечивать различные уровни мощности.

Чем больше подаваемой мощности, тем быстрее заряжается электромобиль. Время зарядки зависит от модели и состояния аккумулятора электромобиля. Ford говорит, что F-150 Lightning «использует быстрое зарядное устройство постоянного тока на 150 кВт +, стандартный аккумулятор на 98 кВтч может заряжаться от 15 до 80% примерно за 44 минуты», в то время как Hyundai заявляет, что его IONIQ 5 EV использует зарядное устройство на 350 кВт. «может заряжаться от 10 до 80 процентов всего за 18 минут».

Найти зарядный порт на 350 кВт непросто. По состоянию на эту весну 88 процентов из 46 000 общественных зарядных станций для электромобилей, имеющих около 115 000 плюс зарядных портов, которые поддерживают только зарядку L2, по данным Новости США и мировой отчет. Tesla модернизирует свои 1500 станций Supercharger в США до 300 кВт, а также проводит открытую зарядку для автомобилей сторонних производителей, но около 40 процентов быстрых зарядных устройств постоянного тока в настоящее время работают только на 50 кВт.

Прогнозы относительно количества необходимых зарядных устройств и типов сильно различаются в зависимости от предположений о количестве и типах электромобилей, находящихся в эксплуатации в США и других странах. Например, по оценкам Международного совета по чистому транспорту, к 2030 году в США будет 25 миллионов электромобилей на дорогах, и потребуется 1,3 миллиона рабочих мест L2, 900 000 общественных уровней 2 и 180 000 портов быстрой зарядки постоянного тока.

Большинство экспертов сходятся во мнении, что количество зарядных устройств, необходимых в США в течение десятилетия, по крайней мере в 20 раз больше, чем существует сегодня.

По оценкам Edison Electric Institute, в дороге будет 26 миллионов электромобилей, и предполагается, что потребуется 1,2 миллиона рабочих мест L2, 2 миллиона общедоступных L2 и 140 000 портов быстрой зарядки постоянного тока. С другой стороны, если США выполнят поставленную администрацией Байдена цель сделать половину всех новых автомобилей, проданных в 2030 году, автомобилями с нулевым уровнем выбросов, включая электромобили с аккумуляторными батареями, подключаемые гибридные электромобили или электромобили на топливных элементах, то есть 48 миллионов электромобилей, По данным McKinsey & Company, потребуется 553 000 рабочих мест L2, 675 000 общедоступных L2 и 533 000 портов быстрой зарядки постоянного тока.

Независимо от того, какие оценки наиболее точно отражают реальность, большинство экспертов сходятся во мнении, что количество зарядных устройств, необходимых в США в течение десятилетия, по крайней мере в 20 раз больше, чем существует сегодня. Это означает установку сотен зарядных портов каждый день, по крайней мере, в течение следующего десятилетия. Некоторые страны, такие как Ирландия, считают, что им нужно в 50 раз больше портов для быстрой зарядки, чем сейчас, в то время как Австралии потребуется во много раз больше этого числа, учитывая то, что у нее есть в настоящее время.

Семья ждет в изнуряющую жару, пока их автомобиль Tesla заряжается, 17 июля 2022 года в Нефи, штат Юта. Джордж Фрей / Getty Images

Размещение зарядных устройств имеет решающее значение. Приведенные выше оценки предполагают, что большая часть зарядки электромобилей будет производиться дома. Министерство энергетики США уже давно считает, что около 80 процентов зарядки электромобилей будет производиться по месту жительства владельца электромобиля в США. Другие исследования показывают, что эта доля может приближаться к 60 процентам, при этом только около половины автомобилей в США имеют надежную внеуличную парковку в собственном доме. Кроме того, по данным Национальной ассоциации домостроителей, около 31,4 процента (или 44 миллиона жилых домов) домохозяйств проживают в многоквартирных домах (т. е. в многоквартирных домах, кондоминиумах, таунхаусах и комплексах смешанного использования), которые могут не иметь удобных вариантов зарядки. . Устранение «зарядных пустынь» в сельских районах и городах, особенно в районах проживания меньшинств с низким доходом, является приоритетной задачей, которую необходимо решить. По крайней мере, в следующем десятилетии во всех типах жилых домов необходимо будет установить десятки миллионов зарядных устройств для электромобилей L2, если электромобили будут масштабироваться в США, что проверит надежность местных систем распределения электроэнергии.

Общественная зарядка

В настоящее время реализуется множество инициатив, направленных на увеличение количества общественных зарядок для электромобилей. GM, компания по зарядке электромобилей EVgo, а также туристические центры Pilot и Flying J объединились для установки 3250 быстрых зарядных устройств постоянного тока по всей стране к 2025 году. GM также собирается предоставить 40 000 зарядных устройств L2 в своих дилерских центрах в США и Канаде. Недавно созданная Национальная коалиция по электрическим автомагистралям (NEHC), объединяющая около 50 коммунальных предприятий в США, обязалась к концу 2023 года установить тысячи быстрых зарядных устройств вдоль автомагистралей США.

Администрация Байдена также обязалась выделить 5 миллиардов долларов в рамках федерального Закона об инфраструктуре, инвестициях и рабочих местах (IIJA) штатам, чтобы помочь им создать частную сеть зарядки электромобилей, насчитывающую до 125 000 зарядных станций с минимум 4 быстрыми зарядными устройствами постоянного тока, расположенными примерно каждые пятьдесят миль вблизи, но не на автомагистралях между штатами США. Закон оплатит до 80 процентов стоимости станции и поможет поддерживать бизнес в течение пяти лет. В соответствии с правилами финансирования IIJA могут поддерживаться только непатентованные зарядные порты, информация о времени ожидания и скорости зарядки должна быть общедоступной, а инфраструктура зарядки также должна быть спроектирована с учетом будущих технологических достижений, таких как автономные транспортные средства и электрические грузовики с полуприцепом. .

Получение одобрения зонирования, разрешений и работа с местными коммунальными службами, т. е. «мягкие расходы», могут быстро увеличить стоимость и время, необходимое для строительства станции.

Кроме того, средства IIJA на зарядные станции выделяются в течение пяти лет. Поскольку большая часть строительства начнется в следующем году, система взимания сборов заработает в 2028 году. Однако это может занять еще больше времени, поскольку еще одно требование федерального финансирования IIJA заключается в том, что сами зарядные устройства для электромобилей должны быть произведены в Америке. Поскольку несколько поставщиков зарядных устройств для электромобилей отвечают этому требованию, штаты уже предупреждают о возможных задержках, поскольку все конкурируют за одни и те же ресурсы. Программное обеспечение станций электромобилей также должно быть безопасным, тем более что сейчас они становятся целью хакеров.

Еще одно требование IIJA заключается в том, что зарядные станции должны содержаться в хорошем состоянии. Сломанные или неисправные зарядные станции для электромобилей становятся серьезной проблемой, за исключением нагнетателей Tesla. Исследование (pdf), проведенное в Калифорнии, показало, что при проверке 657 разъемов для обслуживания электромобилей на 181 общественной станции быстрой зарядки DF в районе залива Сан-Франциско более 20 процентов из них «не работали». Недавний опрос JD Power подтверждает исследование, показывая, что владельцы электромобилей все больше разочаровываются в «осажденной инфраструктуре зарядки общественных транспортных средств… (где) владельцы электромобилей продолжают сталкиваться с неработающим оборудованием зарядных станций».

Ford настолько обеспокоен, что берет на себя проверку станций электромобилей, и если он находит неработающие сервисные разъемы, он диагностирует проблему и сообщает владельцу станции. Если проблема не будет устранена, программное обеспечение определения местоположения станций электромобилей Ford удалит станцию ​​из рекомендаций по зарядке.

Одной из распространенных причин ненадежных зарядных станций для электромобилей является нехватка денег и квалифицированных специалистов по обслуживанию. Установка быстрых зарядных устройств постоянного тока стоит дорого и может стоить от 470 000 до 750 000 долларов за станцию ​​​​быстрой зарядки с четырьмя портами, построенными полностью с нуля; такой зарядной станции требуется около 9 клиентов в день, чтобы покрыть свои эксплуатационные расходы. В сельской местности это число может быть очень трудно удовлетворить. Исследования показывают, что станции быстрой зарядки постоянного тока нередко теряют деньги. Как БлумбергВ статье говорится, что те, кто занимается зарядкой электромобилей, делают все, кроме получения прибыли. Сообщается, что новый и широко разрекламированный стартап по зарядке электромобилей Volta уже испытывает финансовые трудности.

Построить станцию ​​для электромобилей тоже непросто. Получение одобрения зонирования, разрешений и работа с местными коммунальными службами, т. е. «мягкие расходы», могут быстро увеличить стоимость и время, необходимое для строительства станции. Семь лет назад Калифорния приняла закон штата, упрощающий выдачу разрешений на электромобили. Тем не менее, местные юрисдикции широко игнорируют закон, поэтому штат предпоследний по времени для получения разрешения (медленнее только Нью-Джерси, еще один штат, объявленный дружественным к электромобилям). Даже у такого опытного человека, как Тесла, есть проблемы. Рохан Патель, старший глобальный директор по государственной политике и развитию бизнеса в Tesla, заявил в прошлом году на семинаре Национальной академии электромобилей, что, поскольку Tesla строит гигафабрику площадью десять миллионов квадратных футов в Техасе, из-за проблем с разрешениями и подключением коммунальных услуг, «мы собираемся построить эту штуку быстрее, чем мы сможем построить Supercharger (станцию) прямо по дороге».

Зарядные станции для будущих электрических тракторных прицепов станут серьезной проблемой как для поддержки складских и распределительных центров, так и в дороге. Согласно недавнему исследованию, проведенному американской коммунальной компанией National Grid, согласно недавнему исследованию, проведенному американской коммунальной компанией National Grid, подсчитано, что потребность в электроэнергии на автомагистрали и остановке для грузовиков, адаптированных для электромобилей, будет эквивалентна небольшому городу.

Национальная сеть

В исследовании изучались будущие требования к зарядным станциям для электромобилей в Нью-Йорке и Массачусетсе, чтобы понять, как они потенциально повлияют на их сетевую инфраструктуру. Было установлено, что к 2030 году типичным местам зарядки электромобилей на шоссе потребуется более двадцати быстрых зарядных устройств для поддержки пассажирских электромобилей, которые начнут достигать максимального предела нагрузки межсетевого соединения. После этого многие зарядные станции должны будут подключиться к системе высоковольтной передачи, а также провести модернизацию электрических подстанций.

В исследовании National Grid говорится, что некоторые существующие и планируемые автомагистрали и стоянки для грузовиков должны будут начать процесс модернизации сейчас, до того, как в этом возникнет необходимость. В исследовании отмечается: «Хотя установка зарядного устройства может быть завершена в течение нескольких месяцев, на строительство более крупных межсетевых соединений и модернизацию может уйти до восьми лет». Кроме того, в нем говорится, что его результаты «показывают, что минимальная конфигурация объекта, требуемая руководством по финансированию формулы программы NEVI (четыре зарядных устройства мощностью 150 кВт), будет превзойдена ожидаемым спросом на многих участках автомагистралей в ближайшем будущем». Это означает, что многие станции зарядки электромобилей, финансируемые IIJA, почти с самого начала будут иметь недостаточный размер.

В исследовании National Grid также отмечается, что «к счастью» многие автомагистрали Массачусетса и Нью-Йорка и высоковольтные линии электропередачи параллельны друг другу, что упрощает обеспечение будущих требований к электрической нагрузке. Другим штатам может не повезти.

По мере увеличения количества зарядных станций для электромобилей важно будет достичь «золотого» числа из них. Если слишком много будет построено слишком рано, многие станции не будут обслуживаться, модернизироваться или будут закрыты из-за отсутствия рентабельности. Это происходит в Японии. Слишком мало, и общественное недовольство электромобилями будет расти, что, возможно, замедлит внедрение электромобилей. Подстановочный знак заключается в том, произойдут ли экономически целесообразные прорывы в области аккумуляторов для электромобилей, которые могут в конечном итоге снизить спрос на общественные зарядные станции для электромобилей.

В следующей статье серии мы начнем изучать социальные проблемы перехода на электромобили в больших масштабах.