Samochody z napędem elektrycznym na stałe wpisały się w krajobraz ulic europejskich miast. Z roku na rok wzrasta sprzedaż zarówno hybryd plug-in, jak i pojazdów całkowicie elektrycznych. Większa liczba pojazdów oznacza większe zainteresowanie publicznie dostępnymi stacjami ładowania akumulatorów trakcyjnych.

Ze statystyk wynika, że rynek odpowiada na to zapotrzebowanie. Ładowarki o różnych parametrach udostępniają urzędy, hipermarkety i stacje paliw. Statystyka rejestracji samochodów elektrycznych (EV) w Polsce wygląda następująco. W 2015 roku zarejestrowano 429 pojazdów, w 2016 nastąpił spadek zainteresowania – zarejestrowano ich tylko 311. W 2017 gwałtownie wzrosła liczba rejestracji, osiągając 858 sztuk, w 2018 zarejestrowano 1139 sztuk, a w 2019, w okresie od stycznia do maja, 1342 sztuki. To wciąż niewiele, zwłaszcza, jeśli zestawimy te dane ze statystyką rejestracji samochodów o napędzie spalinowym, ale dynamika wzrostu jest bardzo duża, co dobrze wróży na przyszłość.

Ładowarki w natarciu

Jeśli przyjmiemy, że liczba stacji ładowania pojazdów elektrycznych (EV) świadczy o dojrzałości tej technologii i zapotrzebowaniu rynku na całkowicie elektryczne pojazdy, to najlepszym prognostykiem rozwoju będą trendy na rynku niemieckim.
Według serwisu statista.com w październiku 2019 roku u naszych sąsiadów można było naładować akumulatory w 34 639 punktach. To dużo, ale weźmy pod uwagę, że chodzi o liczbę stanowisk do ładowania, nie o liczbę lokalizacji w sensie takim, jak stacja paliw. Na marginesie warto wspomnieć, że stacji sprzedających paliwa ciekłe było w tym czasie w Niemczech 14 459. A teraz kilka słów o planach na najbliższą przyszłość. Rząd Angeli Merkel chce, żeby w 2030 roku każdy Niemiec mógł naładować swój pojazd elektryczny w jednym z miliona punktów.

Tymczasem w Polsce… Cóż, lider na naszym rynku, firma Greenway Infrastructure Poland, zamierza do końca 2020 roku udostępniać około 200 stacji ładowania. Obecnie dostępnych jest około 150 ładowarek różnych operatorów, większość z nich to ładowarki wolne albo „półszybkie”, zapewniające naładowanie akumulatorów do 80% pojemności w czasie około 4 godzin.

Polska bez wodoru

W naszym kraju nie ma obecnie żadnej publicznie dostępnej stacji tankowania wodoru. Żaden producent nie oferuje też na naszym rynku samochodów zasilanych tym gazem. Co prawda rafineria Lotos deklaruje, że do końca 2021 roku uruchomi dwa punkty tankowania wodoru: w Gdańsku i Warszawie, ale zainteresowanie nimi będzie zapewne symboliczne, dla inwestora będą miały znaczenie wizerunkowe.

W Niemczech w październiku 2019 r. oddano do użytku kolejną, 76 stację tankowania wodorem, na początku 2020 roku ma ich być około 100. Stacje posiadają zapas około 200 kg sprężonego wodoru, co wystarczy do zatankowania 40–50 pojazdów dziennie. Zasięg pojazdów zasilanych wodorem to obecnie około 500–700 km po jednokrotnym napełnieniu zbiornika.

Tankowanie trwa około 4 minut, co sprawia, że ogniwa paliwowe w kategorii wygody i zasięgu biją akumulatory trakcyjne na głowę. Gorzej jest z ceną, ponieważ kilogram gazu kosztuje obecnie w Niemczech 11,29 euro netto i pozwala przejechać około 100 km. Jeśli weźmiemy pod uwagę ceny pojazdów (wodorowa Toyota Mirai kosztuje 79 000 euro, a Hyundai ix35 FC SUV 65 000 euro), to trzeba uznać, że rozwój tego rodzaju napędu jest jeszcze w bardzo wstępnym stadium, a prawdopodobieństwo obejrzenia któregoś z wymienionych pojazdów na polskich ulicach jest bardzo małe.

Znaczenie publicznych stacji ładowania

We wczesnej fazie rozwoju rynku samochodów z napędem całkowicie elektrycznym, a także obecnie, gęstość i dostępność infrastruktury do ładowania pojazdów ma ogromne znaczenie. Ograniczona pojemność akumulatorów sprawia, że wielu zainteresowanych kupnem pojazdu elektrycznego ostatecznie rezygnuje z planów obawiając się, że utkną „gdzieś w trasie”.
Właściciele hybryd, w tym hybryd plug-in, umożliwiających doładowanie akumulatorów z sieci energetycznej, nie mają takich obaw, wiedząc, że zawsze mogą zatankować paliwo na zwykłej stacji benzynowej. Jeśli jednak przewidujemy całkowite zastąpienie napędu spalinowego elektrycznym, powinniśmy przyjąć, że hybrydy są rozwiązaniem skrojonym na czasy przejściowe. Przyszłość należy do pojazdów elektrycznych.

Rozbudowa sieci ładowarek na stacjach paliw, w hipermarketach, miejscach obsługi podróżnych przy autostradach pozwala pokonać lęk przed dłuższą podróżą, ale nie zmniejszy zainteresowania ładowarkami domowymi. Spora część właścicieli samochodów elektrycznych przejeżdża dziennie nie więcej niż 100–150 km, więc nie muszą doładowywać akumulatorów po drodze. Mniejsze znaczenie ma też szybkość ładowania, ponieważ samochód może być podłączony do ładowarki nawet ponad 10 godzin, co zupełnie wystarcza do pełnego naładowania akumulatorów trakcyjnych.

Akceptacja dłuższego czasu ładowania ułatwi wybór stacji ładowania. Ultraszybkie, wysokoprądowe ładowarki wymagają dostosowania przyłącza domu do sieci energetycznej i zmiany umowy z dostawcą prądu. Właściciele obiektów usługowych, którzy zechcą udostępnić ładowarki swoim klientom, nie będą mieli wyjścia, ale użytkownicy indywidualni prawdopodobnie nie zechcą ponosić dodatkowych kosztów.
Należy oczekiwać, że właściciele pojazdów elektrycznych z czasem zaczną inwestować we własne źródła energii elektrycznej pochodzącej z zasobów odnawialnych. Zmniejszenie kosztów eksploatacji pojazdu przez bardzo tanie ładowanie sprawi, że mimo stosunkowo wysokich kosztów początkowych (auta elektryczne wciąż są relatywnie drogie, budowa elektrowni wiatrowej lub słonecznej również), całkowity koszt posiadania samochodu elektrycznego będzie niższy, niż w przypadku pojazdów z silnikami spalinowymi i hybryd.
Ładowanie pojazdów elektrycznych z własnych paneli fotowoltaicznych stwarza pewien istotny problem: to źródło energii osiąga największą wydajność w porze silnego nasłonecznienia, w okolicy południa. W tym czasie wiele osób pracuje, a ich samochody stoją na parkingach przed biurowcami. Po powrocie do domu nie można liczyć na tanią energię elektryczną, bo Słońce znajduje się zbyt nisko nad horyzontem. W takim przypadku istnieją dwie możliwości: sprzedaż energii z paneli do sieci elektroenergetycznej i pomniejszenie w ten sposób kosztów ładowania wieczorem i w nocy albo budowa własnego magazynu energii.

To drugie rozwiązanie jest jeszcze mało popularne i zwiększa koszt budowy instalacji fotowoltaicznej, ale zapewnia dużą swobodę w dysponowaniu energią o każdej porze dnia i nocy.

Pochodzenie energii

Rosnąca gęstość rozmieszczenia stacji ładowania prądem elektrycznym i tankowania wodorem świadczą o popularności alternatywnych sposobów zasilania pojazdów, ale nie przesądzają o ochronie środowiska naturalnego. Decydujące znaczenie ma sposób produkcji energii elektrycznej i wodoru, a z tym wiele krajów, wśród nich Polska, ma spore problemy.
W naszym kraju energia elektryczna produkowana w elektrowniach zawodowych niemal w całości pochodzi ze spalania węgla kamiennego i brunatnego. Elektrownie wodne uzupełniają ten system, natomiast elektrownie wiatrowe i słoneczne są zaledwie kroplą w morzu potrzeb. W tych warunkach wzrost liczby samochodów z napędem elektrycznym jedynie nieznacznie poprawi stan środowiska naturalnego.
Załóżmy, że osiągamy kilkudziesięcioprocentowy udział pojazdów z napędem elektrycznym w liczbie wszystkich samochodów osobowych. Usuwamy w ten sposób istotną część źródeł emisji niskiej, odpowiedzialnych za fatalną jakość powietrza w dużych miastach i za powstawanie smogu. Zmniejszamy znacząco zapotrzebowanie na paliwa płynne – pochodne ropy naftowej. Jednocześnie wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną, w konsekwencji rośnie jej produkcja, a więc także spalanie węgla i emisja wysoka pyłów oraz dwutlenku węgla.
W całej Unii Europejskiej udział produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych wynosił w 2018 roku 17,5%.
Plany zakładają osiągnięcie w 2020 roku progu 20%, reszta to w dalszym ciągu energia jądrowa oraz energia uzyskana ze spalania paliw kopalnych, głównie węgla i gazu ziemnego. Połączenie tych działań z rozwojem transportu bezemisyjnego ma sens, bo faktycznie pomaga chronić środowisko naturalne.
Rewelacyjny rozwój energetyki odnawialnej obserwuje się w Norwegii, której bogactwo paradoksalnie pochodzi w znacznej części z wydobycia ropy naftowej. Mimo obfitości złóż, około 70% energii pozyskuje się tam ze źródeł odnawialnych. Norwegowie przodują również w udziale pojazdów o napędzie elektrycznym (EV). Jeszcze lepiej sytuacja wygląda na Islandii. Francuzi produkują energię elektryczną przede wszystkim w elektrowniach jądrowych, ale systematycznie zwiększają udział źródeł odnawialnych. Niemcy oficjalnie wycofują się z energetyki jądrowej stawiając przede wszystkim na źródła odnawialne. Polska… buduje kolejne bloki energetyczne na węgiel.
Podobne zastrzeżenia można mieć w stosunku do zasilania samochodów wodorem. Teoretycznie można wyprodukować wodór, wykorzystując zjawisko elektrolizy albo pirolizy wody, i jest to proces całkowicie czysty pod warunkiem wykorzystania energii elektrycznej pochodzącej z elektrowni wiatrowych lub słonecznych. W praktyce prawie cała produkcja wodoru sprzedawanego dzisiaj dla celów przemysłowych, w tym do tankowania pojazdów z ogniwami paliwowymi, pochodzi z produkcji chemicznej, pozostawiającej względnie duży ślad CO2. W rezultacie z pozoru całkowicie czyste paliwo (pozostałością reakcji katalitycznej jest czysta woda) nie jest obojętne dla środowiska, bo jego produkcja powoduje emisję zanieczyszczeń.

Problemy z infrastrukturą energetyczną

Jak pokazują wyniki badań przeprowadzonych w Norwegii – kraju, który bezsprzecznie jest liderem rozwoju elektromobilności, większość właścicieli pojazdów elektrycznych ładuje swoje samochody w domu, podczas nocnego postoju. Jedynie około 4% właścicieli takich pojazdów nigdy nie ładowało ich w domu, korzystając wyłącznie z ładowarek dostępnych publicznie albo zamontowanych w miejscu pacy. Podobnych preferencji możemy oczekiwać w Polsce, a to oznacza znaczny wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną zarówno tam, gdzie dominuje zabudowa jednorodzinna, jak i w dużych skupiskach ludzkich.

Obecnie dostępne są stacje ładowania o zróżnicowanej mocy. Można w uproszczeniu przyjąć, że gradacja wygląda następująco: 2,5 kW, 7,5 kW, 22 kW, 50 kW. Popularne ładowarki ścienne o mocy rzędu 22–23 kW często spotykane w domach pobierają z sieci energetycznej prąd przemienny o natężeniu od 10 do około 30A, w zależności od konfiguracji. Czas ładowania, a więc i poboru prądu z sieci energetycznej waha się od kilku do kilkunastu godzin. Naturalnie największe zapotrzebowanie na energię powstaje po południu i w nocy, kiedy większość użytkowników wraca do domu i ładuje akumulatory na następny dzień. Ta kumulacja zapotrzebowania może doprowadzić do przeciążenia segmentów sieci elektroenergetycznej na wsi i w mniejszych miastach. O problemach z siecią dystrybucji energii elektrycznej i dalekim od ideału stanie sieci przesyłowej mówi się od lat. Być może wzrost zainteresowania pojazdami elektrycznymi spowoduje, że zostanie osiągnięty punkt, w którym żaden z dystrybutorów nie będzie mógł dłużej odwlekać remontów i rozbudowy infrastruktury.

Piotr Kołaczek