Elektromobilność – problem czy lekarstwo dla systemu elektroenergetycznego?

Część ekspertów często podnosi argument o ogromnym obciążaniu sieci w chwili ładowania pojazdów, co może prowadzić do występowania niedoborów energii, a w skrajnym przypadku nawet do blackoutu. Pozostali twierdzą natomiast, że efektywna i racjonalna kosztowo integracja pojazdów z systemem jest możliwa i przyniesie mu szereg wymiernych korzyści, takich jak większa elastyczność oraz możliwość magazynowania nadmiarów energii. Kto ma rację?

Samochody elektryczne a rozwój sieci

Na koniec września w Polsce zarejestrowanych było 15812 pojazdów elektrycznych – 14 788 osobowych, 679 ciężarowych i dostawczych, a także 345 autobusów[1]. Jednak, biorąc pod uwagę dzisiejsze tempo i rozwój elektromobilności w 2030 r. liczba pojazdów elektrycznych wyniesie około 700 tys. [2]. Ładowanie takiej liczby pojazdów będzie wymagało wyprodukowania dodatkowych 3 TWh energii, czyli 1,7% obecnego zapotrzebowania na energię. Z punktu widzenia całego krajowego systemu nie będzie to problem, jednak lokalnie może stanowić wyzwanie, ze względu na duży pobór mocy przez pojazdy ładowane w tym samym czasie. Aby zarządzić tym wyzwaniem, kluczowe są inwestycje w rozwój infrastruktury sieciowej w najbliższych latach. Do 2025 r. najwięksi krajowi operatorzy planują zainwestowanie prawie 52 mld zł w rozbudowę, modernizację i odtworzenie majątku sieciowego[3]. Ale to nie wszystko – rozwój rynku pojazdów elektrycznych wymaga także inwestycji w inteligentne liczniki – umożliwią one pomiar energii pobieranej i oddawanej do sieci, a także optymalne wykorzystanie ich potencjału w kontekście systemu elektroenergetycznego. Do końca 2028 r. co najmniej 80% łącznej liczby punktów pomiarowych u odbiorców końcowych ma zostać w nie wyposażone.

Samochód może współpracować z systemem energetycznym i go wspierać

Samochody elektryczne mogą współpracować z systemem na kilka sposobów:

1. Magazyn energii
Samochód elektryczny może nie tylko energię elektryczną pobierać, ale także oddawać ją do sieci. Umożliwia to koncepcja Vehicle-to-Grid (V2G). Samochody, których baterie są naładowane, mogą oddawać energię do sieci w momencie, kiedy system jest najbardziej obciążony (na przykład w momencie szczytów popołudniowych) i odwrotnie – pobierać energię w okresie dolin nocnych, kiedy zapotrzebowanie jest znacznie mniejsze, albo w chwilach zwiększonej produkcji energii z OZE. To pokazuje, że samochód elektryczny może działać jako mobilny zasobnik energii, przyczyniając się do zagospodarowania nadwyżek energii, zwiększając elastyczność i stabilność systemu oraz możliwości jego bilansowania.

Warto także spojrzeć na aspekt ekonomiczny V2G – koncepcja ta daje możliwość tworzenia nowych modeli biznesowych. Biorąc pod uwagę fakt, że średnio przez więcej niż 90% czasu w ciągu doby samochód elektryczny stoi zaparkowany, zgromadzoną w akumulatorze pojazdu EV energię można wykorzystać w ciągu dnia na potrzeby gospodarstwa domowego w okresie obowiązywania wyższej taryfy albo sprzedać ją z zyskiem do sieci, osiągając dodatkowe dochody. Wykorzystanie koncepcji V2G na szeroką skalę będzie zależne od wprowadzenia dynamicznych taryf, które wpłyną na zmianę zachowań użytkowników EV.

2. Dostawca regulacyjnych usług systemowych
Możliwość dwukierunkowego przepływu zgromadzonej w akumulatorach energii elektrycznej pozwala na wykorzystanie pojazdów do stabilizacji systemu, regulowania mocy w systemie, podtrzymania zasilania sieci lokalnej, a także kompensacji mocy biernej oraz regulacji częstotliwości[4]. Innymi słowy, mogą one być swego rodzaju dostawcami regulacyjnych usług systemowych. Inteligentny proces ładowania pojazdu elektrycznego pozwala na spłaszczenie krzywej popytu na energię, czyli tzw. load shifting[5], co wiąże się z ograniczoną koniecznością rozbudowy sieci przesyłowej i dystrybucyjnej, a także dodatkowych jednostek wytwórczych. Pojazdy elektryczne są także w stanie zapewniać bilansowanie energii ze zmiennych, rozproszonych lokalnych OZE; nie sprawdzą się jednak raczej w kontekście regulacji wtórnej[6] SEE, z powodu dużej niepewności odnośnie miejsca ładowania/rozładowywania się pojazdu oraz jego przyłączenia do sieci3. Istotny jest także aspekt jakościowy energii – w sieciach z rozproszonymi OZE często występują wahania napięcia, które wpływają na funkcjonowanie oraz żywotność odbiorników podłączonych do sieci. Auta elektryczne działające jako mobilne magazyny energii współpracując z siecią, będą mogły istotnie wpływać na jakość energii dostarczanej do odbiorców końcowych.

3. Element usług DSR
Pojazdy elektryczne mogą być także częścią mechanizmu DSR, polegającego na ograniczeniu zużycia w okresach np. zagrożenia stabilności systemu elektroenergetycznego. Potencjał DSR w kontekście elektromobilności wynikał będzie z ciągłego wzrostu wykorzystania tego typu pojazdów. Istotne są koszty aktywacji usługi, które dla odbiorców indywidualnych (skupionych poprzez agregatora, czyli podmiot rynkowy skupiający odbiorców i inne podmioty oferujące tego typu usługi) są niższe w porównaniu z analogicznymi kosztami, które występują przy oferowaniu takich usług przez odbiorców przemysłowych i komercyjnych, jak ma to miejsce teraz.

Jest jednak pewne „ale”

Istnieją jednak bariery, z którymi trzeba będzie się zmierzyć przy wdrażaniu elektromobilności na szeroką skalę i wykorzystaniu pełni jej potencjału. Są to bariery zarówno mentalne, ilościowe, kosztowe, jak i technologiczne. Na przykład koncepcję V2G wspiera obecnie standard ładowania CHAdeMO[7] (który występuje na ledwie 15% wszystkich ogólnodostępnych punktów ładowania w Polsce). Koncepcja V2G wymaga implementacji w pozostałych standardach ładowania, a najlepiej globalnego ujednolicenia standardu, co może być jednak dość problematyczne, ze względu na różnorodność modeli pojazdów oraz ładowarek. Kolejny aspekt to dyspozycyjność energii z samochodu. Można ją wykorzystać, kiedy pojazd jest podłączony do sieci. To oznacza, że infrastruktura musiałaby być rozwinięta na tyle, by zapewnić podłączenie praktycznie każdego pojazdu do infrastruktury w każdym miejscu postoju (oczywiście mowa o postoju dłuższym). Wiąże się to z jednej strony z koniecznością instalacji ogromnej liczby punktów ładowania (ładowarki dwukierunkowe są jednak obecnie nawet 3-krotnie droższe od ładowarek jednokierunkowych, ale wraz ze wzrostem ich popularności i rozwojem technologicznym cena zapewne spadnie), a z drugiej zmniejsza rotację aut i blokuje ich dyspozycyjność dla większej liczby użytkowników pojazdów elektrycznych. Nie należy także zapominać o tym, że redukcja szczytowego zapotrzebowania na moc w systemie osiągnięta dzięki wykorzystaniu EV będzie widoczna dopiero przy kilkuset tysiącach pojazdów pobierających energię w sposób zsynchronizowany – obecna liczba pojazdów elektrycznych w Polsce, jak i wielu europejskich krajach jest za mała. Model infrastruktury zmierza teraz raczej do maksymalizacji wykorzystania domowego ładowania w porze nocnej, kiedy potrzeby systemu w kontekście wsparcia i redukcji mocy szczytowej są najmniejsze. Dlatego też koncepcja V2H (Vehicle to Home), czyli integracji pojazdu z budynkiem, który może działać jak lokalny magazyn energii, może być mniej problematyczna i jednocześnie działać poprzez aspekt lokalny na korzyść całego systemu elektroenergetycznego. Nic nie zadzieje się jednak bez wzrostu świadomości wśród zwykłych obywateli oraz zmiany ich zachowań. Stworzenie przyjaznego ekosystemu dopłat/ulg podatkowych dla pojazdów elektrycznych, w połączeniu z dedykowanymi taryfami dla ich użytkowników, które pozwolą na zoptymalizowane użytkowanie takiego pojazdu, jest w tym kontekście kluczowe.

Wnioski

Pojazdy elektryczne mogą być dużym wsparciem dla rozwiązania problemów przyszłości, z jakimi KSE będzie się borykał w kolejnych latach, jednak pod pewnymi warunkami. Aby optymalnie zintegrować pojazdy elektryczne z systemem elektroenergetycznym, ważne jest odpowiednie planowanie rozwoju infrastruktury, które pozwoli systemowi na czerpanie korzyści, w zależności od jego potrzeb związanych z szybkim rozwojem generacji rozproszonej OZE. Tu zderzają się dwie koncepcje – infrastruktura oparta na hubach z szybkimi ładowarkami DC vs. oparta na bardzo dużej ilości wolnych ładowarek AC (przydomowe garaże, parkingi w miejscu pracy) z hubami DC tylko przy trasach. Z punktu widzenia KSE, ta druga koncepcja jest bardziej optymalna. Świadczenie usług systemowych i bilansowania nie będzie możliwe bez dynamicznego rozwoju punktów ładowania, co z kolei uda się tylko dzięki modernizacji i zwiększonym inwestycjom w sieć dystrybucyjną. Rozwój e-mobility przyczyni się także do opanowania problemu emisji gazów cieplarnianych, których sektor transportu jest ogromnym źródłem (w Polsce odpowiada prawie za 1/6 całkowitych emisji GHG). Elektromobilność nie jest już mrzonką – jest megatrendem, który rozsądnie implementowany może przynieść szereg wymiernych korzyści zarówno KSE, jak i społeczeństwu.