PODKAST: V Sloveniji imamo 300 polnilnic, kar zadostuje trenutnim potrebam

Ne glede na to, da so električni avtomobili vozili po cestah že v devetnajstem stoletju in da se je s koncem prejšnjega stoletja začel nov pohod električnih vozil na svetovne trge, nekatere ovire za širšo sprejetost tovrstnih vozil še vedno niso povsem razrešene. Ob ceni vozila in relativno skromnem dometu kot zavora za sprejetje električnih vozil deluje tudi skromna infrastruktura, ki je še vedno v povojih.

Pri tem ne gre zgolj za klasično vprašanje o kuri in jajcu – ali se bo infrastruktura razvila, ko bo na trgu dejansko dovolj potrebe, torej ko bodo električna vozila na cestah dejansko potrebovala velik obseg polnilnih postaj, ali pa je treba naprej zgraditi razvejano in dovolj gosto polnilno infrastrukturo ter tako odpraviti eno od ovir in prepričati kupce v nakup električnega avtomobila. Ne, vprašanje polnilne infrastrukture je večplastno in nerazrešenih ostaja še kar precej vprašanj.

Pojdimo lepo po vrsti. Skromen domet pri električnih vozilih ni ovira zaradi tega, ker terja pogoste postanke za polnjenje, pač pa zato, ker so ti postanki dolgotrajni, povsem neprimerljivi s postanki bencinskih in dizelskih vozil za polnjenje rezervoarja. Pri slednjih bi pol manjši domet za lastnike vozil pomenil zgolj manjšo neprijetnost zaradi pogostejšega ustavljanja na bencinskih servisih, ne pa resne ovire za splošno sprejetost tovrstne tehnologije.

A elektrike ne moremo preprosto 'natočiti' v akumulator v zgolj nekaj minutah, vsaj ne varno, učinkovito in poceni. Polnjenje akumulatorja električnega vozila zahteva svoj čas. Ta se sicer lahko razlikuje glede na način polnjenja, a zanemarljiv ni v nobenem primeru.
 

Zakaj sploh čakati na polnjenje?

Bi lahko čas od povsem praznega do povsem polnega akumulatorja v vozilu skrajšali do te mere, da bi bil primerljiv ali celo krajši od polnjenja običajnega rezervoarja z gorivom? Bili so poskusi, da bi to storili z manjšo spremembo sistema; družba Tesla je tako vzpostavila program zamenjave akumulatorja. Na 'črpalko' se pripeljete s skoraj praznim akumulatorjem, v minuti ali dveh vam ga tam zamenjajo s povsem napolnjenim akumulatorjem, in vi se odpeljete v sončni zahod kot zmagovalni kavboj na koncu vesterna.


Kot si lahko predstavljate, je Elon Musk za predstavitev koncepta pripravil privlačno demonstracijo menjave; avto Tesla S je zapeljal na mesto za menjavo, hkrati pa je filmska ekipa snemala voznika, ki je na bencinski servis pripeljal svoj Audi S8 in ga začel polniti z dizelskim gorivom. Vozniku tesle ni bilo potrebno storiti ničesar, lahko je ostal v vozilu med tem, ko se je pod avtomobilom odprla odprtina v tleh in je robotska roka odstranila prazen akumulator in ga nadomestila s polnim v manj kot treh minutah, medtem ko je voznik audija še nadaljnjo minuto polnil svoj 80-litrski rezervoar. Zmaga za industrijo električnih vozil? Niti ne, Tesla je namreč po treh letih ta program ukinila, saj je bil preprosto predrag in pretežaven. (Da niti ne omenjamo, da je Musk ob razglasitvi zmage za manj porabljenega časa ob polnitvi vozila z energijo 'pozabil' upoštevati, da tako napolnjeno vozilo Tesla S do naslednjega polnjenja lahko naredi zgolj tretjino toliko kilometrov kot Audi a8 s svojim velikim rezervoarjem in da bi čas tovrstnih postankov pri tesli pobral precej več časa zaradi trikrat pogostejših postankov).

Ne le, da je montaža akumulatorjev zahtevna in draga, saj tehtajo več sto kilogramov, pač pa so akumulatorji tudi izjemno dragi, zato se pojavi precejšnja težava, kako poskrbeti, da so stroški akumulatorjev pravično porazdeljeni med lastnike vozil; velika razlika je namreč, ali v svoje vozilo dobite skoraj nov, ali pa že močno izrabljen in načet akumulator. Pri tem seveda ni nepomembno, da mora biti akumulator ravno pravi za vaš tip vozila; prave standardizacije akumulatorjev za električna vozila še ni in je tudi še ni na vidiku – proizvajalci vozil namreč niso navdušeni nad standardizacijo, saj drug pred drugim ljubosumno skrivajo tehnične rešitve v svojih akumulatorjih.

Pri Tesli seveda niso bili edini, ki so poskušali s tem konceptom; z njim eksperimentirajo tako zagonska podjetja kot tudi uveljavljeni proizvajalci avtomobilov, a še nikomur ni uspelo ustrezno razrešiti opisanih dilem. Kar seveda ne pomeni, da so podjetja čez ta način 'polnjenj' naredila križ (prav Tesla je v zadnjih letih pridobila še nekaj novih patentov za omenjeni sistem), a vsaj za zdaj še ni pravih rešitev.
 

Omrežje polnilnic

Običajno uporabljena metoda je torej vsakokratno polnjenje akumulatorja. Ob raznih nevšečnostih, ki jih to prinaša, pa ima vendarle tudi nekatere prednosti pred vozili na fosilna goriva. Doma namreč nimate pipice, iz katere bi tekel bencin, imate pa električno vtičnico. Za razliko od vozil na fosilna goriva namreč e-konjičke lahko nahranite na različne načine. Počasno polnjenje prek običajne enofazne vtičnice sicer res terja čas, a če je vozilo čez noč v garaži priklopljeno na elektriko, je to lahko precej praktičen način polnjenja.

A mnogim tistim, ki živijo v mestih, takšen način ni dostopen, zato potrebujejo polnilne postaje na primerni oddaljenosti, da lahko normalno opravljajo svoje poti in se vozijo v službo. Tam pa jih spet čakajo novi izzivi. Najprej so se pojavile težave zaradi različnih priključkov; teh namreč obstaja več vrst in vse med seboj niso kompatibilne. Ta težava se zdaj že precej dobro odpravlja, saj vsaj na tem področju prihaja do standardizacije. Dr. Marko Kovač, strokovnjak z Inštituta Jožef Stefan z dolgoletnim izkušnjami iz avtomobilske industrije in proizvodnje električnih komponent, pojasnjuje: »Evropska industrija povečini uporablja vtikač Mennekes, vzhodnjaki in evropske izjeme pa CHaDeMO. Da bi hitreje prišlo do standardizacije, je bil v Evropi celo sprejet odlok, da se priključek CHaDeMO po letu 2018 po Evropi sploh ne sme več montirati. Pozneje so to pravilo nekoliko omehčali in zapovedali, da se polnilnice CHaDeMO lahko montirajo samo v kombinaciji s CCS, torej s sprejetim standardom v Evropi.«

Za uporabo nekaterih sicer nezdružljivih vtikačev in vtičnic obstajajo tudi primerni vmesniki, predvsem pa je standardizacija v Evropi že tako daleč, da je dr. Kovač (tudi iz lastnih izkušenj z električnimi avtomobili) zatrdil, da se bo pri evropskih e-avtomobilih bolj verjetno zgodilo, da bo polnilnica zasedena, nedelujoča ali zaklenjena, kot pa da ne bi bila kompatibilna. »Edina nekompatibilnost v Sloveniji so Tesline super-polnilnice. Tam ni mogoče polniti nobenih drugih vozil kot Teslina,« izpostavlja dr. Kovač.

V Sloveniji je zdaj že več kot 300 polnilnic, kar po mnenju sogovornika zadostuje za osnovno mrežo. A za vse, ki živijo v večstanovanjskih zgradbah in vozila ne morejo preprosto polniti čez noč v domači garaži, te možnosti pa nimajo niti na primer v službi, med tem ko delajo, takšna mreža polnilnic vendarle še ne omogoča enostavne uporabe e-vozila.

Dr. Jurij Curk, svetovalec uprave Elektro Ljubljana, pravi, da ima Slovenija po statističnih kazalcih dovolj polnilnih mest, saj na eno polnilno mesto pride 5 do 6 električnih vozil v Sloveniji, siceršnji standard pa je nekje deset vozil na eno polnilno mesto. »Seveda pa je za uporabniško izkušnjo odvisno, kje lastnik električnega vozila živi. V urbanih središčih je polnilnic vsekakor dovolj, v ruralnih območjih pa te seveda še niso posejane tako na gosto, kot bi si uporabniki želeli.« Prav zato meni, da izgradnje omrežja ne moremo prepustiti zgolj prostemu trgu: »V marsikaterem delu Slovenije je izgradnja polnilnic s tržnega vidika zaenkrat nezanimiva, zato se bomo morali problema lotiti drugače, če ne želimo imeti električne mobilnosti zgolj v središčih mest.«

Dr. Kovač meni, da je za popularizacijo e-avtomobilov zelo pomembno vprašanje polnilne infrastrukture v večstanovanjskih stavbah: »Sedanja praksa, kjer se predvideva, da je 10 do 20 odstotkov novih parkirnih mest opremljenih z električnim priključkom, ni najboljša, sploh pa ne rešuje problemov tam, kjer so velika zunanja parkirišča. Pri slednjih je neka praksa v tujini (ali vsaj ideje), da se izkorišča obstoječo razsvetljavo in da bi imeli par res počasnih priključkov na vsakem kandelabru. Skratka kar najbolj izkoriščati obstoječo napeljavo.«

Pri javnih polnilnicah se namreč pojavi dodatna težava, da za razliko od bencinskih črpalk pri električnih ni običajno, da bi bil lastnik vozila v hipu, ko je to napolnjeno z energijo, ob vozilu, da bi ga odklopil in odpeljal. Vsa polnilna mesta imajo močno nižji izkoristek pri tem, koliko vozil napolnijo v enem tednu, v primerjavi s tem, koliko bi jih lahko. Na parkiriščih ob stanovanjskih stavbah seveda ne moremo pričakovati, da bo lastnik ob dveh zjutraj odklapljal svoje vozilo s polnjenja in ga prestavljal drugam.
Dr. Curk priznava, da se predvsem v Ljubljani in v središčih še nekaterih mest, kjer vlada pomanjkanje prostih parkirišč, pojavlja težava zaradi predolgega puščanja vozil na polnilnih mestih. V Ljubljani zato mestni redarji že pregledujejo tudi ta mesta in kršitelje kaznujejo, če svoja vozila puščajo priključena več kot tri ure (voznik mora v avtomobilu jasno označiti začetek polnjenja). V Elektro Ljubljana so za reševanje tega problema uporabili bolj elegantno rešitev – po treh urah polnjenja začne teči opazno dražja tarifa. To uporabnike spodbuja, da ne puščajo vozil predolgo na polnilnih mestih. Z omenjenimi ukrepi torej skrbijo, da ustavljanje na električnih polnilnicah ni zgolj potuha za brezplačno ali poceni parkiranje.

Ob tem dr. Kovač opozarja še na en izziv, kjer bo potrebno doseči večjo enotnost; za polnjenje na različnih polnilnicah, potrebujete kartico, s katero se na polnilnici registrirate; ker je ponudnikov veliko, to pomeni, da bi morali imeti vrsto različnih kartic, da bi svoje vozilo lahko polnili kjerkoli. »Zaračunavanje polnjenja ostaja izziv,« pravi dr. Kovač: »Trenutni model, kjer ima praktično vsaka polnilnica svojo kartico, je neuporaben, potrebno bo ustvariti enoten način iskanja in uporabe vseh dostopnih polnilnic.«
 

Hitrost polnjenja

V Evropi so se standardizirali štirje načini polnjenja. Prva oblika je z izmeničnim tokom prek eno- ali trifaznih vtičnic, z največjo močjo polnjenja 3,7 kW. Za običajno električno vozilo bi to pomenilo 11-13 ur za polno polnjenje, kar pomeni, da je primerno za domače polnjenje čez noč.
Druga, še vedno počasno oblika polnjenja, je prav tako z izmeničnim tokom prek eno- ali trifaznih vtičnic z najvišjim tokom 32 A, z največjo močjo polnjenja 7,4 kW (22 kW pri trifaznem napajanju). Pri takšnem načinu polnjenje traja 3–8 ur.
Tretji način je srednje hitro polnjenje z izmeničnim tokom prek posebnih eno- ali trifaznih vtičnic, polnilna postaja in električno vozilo sta povezana s krmilnim vodom, ki omogoča krmiljenje moči polnjenja. Polnjenje traja od 1–3 ure. To je običajni način, ki je dostopen na javnih polnilnicah.
Ob tem obstaja še četrti način, hitro polnjenje, ki pa poteka z enosmernim tokom prek posebnih vtičnic, najvišji tok je 400 A, napetost do 250 V, tipična moč polnjenja med 20 kW in 150 kW. Polnilna postaja in električno vozilo sta povezana s krmilnim vodom, ki omogoča krmiljenje moči polnjenja. To so na primer priključki CHAdeMO, CCS, Tesla supercharger ... V 10 do 20 minutah lahko takšna polnilnica napolni več kot polovico akumulatorja. Za četrti način je značilna bistveno večja moč polnjenja, zato je takšna polnilna postaja neprimerno dražja, predvsem pa ima tudi veliko večje zahteve glede lokalnega električnega omrežja. Ob tem je vredno omeniti, da pogosta hitra polnjenja tudi precej slabšajo stanje akumulatorja; na ta način bo akumulator precej prej primeren za na odpad, kot pa če bi ga vedno polnili s počasnim polnjenjem.
 

Kaj pa sistem?

A vse omenjeno odkriva zgolj dileme posameznega lastnika električnega avtomobila, ne pa še celostnih sistemskih izzivov, ki jih takšna preobrazba voznega parka postavlja. Najbolj očitna je seveda močno povečana potreba po električni energiji (prav promet je tisti, ki predstavlja največji delež svetovne porabljene energije, celo več od industrije), a ob tem se bodo pojavljali tudi izzivi vsake mikrolokacije omrežja posebej – množica uporabljenih polnilnih postaj na določenem mestu namreč lahko preseže konično moč tistega odjemalnega mesta in lahko pride do preobremenitve tamkajšnjega distribucijskega omrežja.

Mag. Andreja Urbančič, ki se na Institutu Jožef Stefan posveča modeliranju energetskih sistemov in analizam v podporo odločanju o podnebni in energetski politiki, pravi: »Zagotavljanje zadostnih zmogljivosti omrežij za distribucijo električne energije bo precejšen izziv. V vsakem primeru bo potrebna nadgradnja omrežja. Vendar pa bo potrebno pri razvoju celotnega sistema polnjenja vozil (polnilnice, tarife ...) paziti in ga usmerjati tako, da se ne bo povzročalo velikih konic pri povpraševanju po električni energiji (da bodo polnjenja razporejena čim bolj enakomerno prek celega dne). Sicer bodo vlaganja v razvoj omrežij zelo velika.«

Dr. Kovač temu za ilustracijo dodaja zgovoren primer: »Vsekakor bo hitro polnjenje eden od izzivov, zahteval bo tudi dodajanje akumulatorjev k polnilnicam. Za ilustracijo, nekateri že govorijo o 250 kW polnilnicah, to pa zahteva že takšno opremo kot soliden rock koncert (ta terja okoli 60 kW za zvok in 250 kW za svetlobne učinke. In vse to za polnjenje le enega avtomobila naenkrat).«

Iz obeh odgovorov strokovnjakov lahko razberemo, da bo zelo pomembna tudi strategija, kako doseči čim bolj uravnoteženo polnjenje vozil; če bo velika večina vozila polnila ob istih urah, bo potrebna velikanska nadgradnja omrežja.
Drži pa, da se del prej omenjene težave, namreč da so vozila priklopljena precej dlje, kot pa traja polnjenje, lahko prelevi tudi v delček rešitve. Če bodo nekoč v prihodnosti našim cestam res vladala električna vozila, to pomeni, da bo v vsakem trenutku v omrežje priklopljena množica avtomobilov. To bi bilo možno izkoristiti kot ogromen akumulator, s pomočjo katerega lahko uravnavamo proizvodnjo in porabo električne energije; v primeru potrebe se lahko iz teh vozil del energije tudi vrača v omrežje. A to zahteva tudi precej bolj sofisticirano omrežje, kot pa ga imamo ta trenutek.

Dr. Jurij Curk se strinja, da čaka sistem polnilnic še kar nekaj izzivov: »Trajalo bo nekaj časa, da se prebije kritična masa polnilnic in da pridemo v stanje, ko bo razvejana mreža normalno stanje in voznikom ne bo treba pred vsakim odhodom natančno preučevati, kje so polnilnice, in načrtovati, kje morajo polniti svoje vozilo, da ne bodo obtičali na cesti. Potrebno bo tudi poceniti polnilnice, saj je zdaj investicija res velika – če upoštevamo še vzdrževanje polnilnice, potem po naših ocenah strošek porabljene energije na polnilnici v vsej njeni življenjski dobi znaša le 10 odstotkov celotnih stroškov polnilnice. Ob tem bo s prihodom močnejših polnilnic strošek investicije še večji, potrebne pa bodo tudi velike investicije v omrežje. A dejstvo je, da gre za novo tehnologijo in vse to je normalen proces. Jasno je, da se morajo nekatere stvari šele vzpostaviti, saj na začetku ni ne razvitih poslovnih modelov, ne primerne regulative, smo pa še v precej zgodnji fazi električne mobilnosti.«

Polnjenje brez priklopa

Polnjenje, opisano v članku, je tako imenovano konduktivno polnjenje akumulatorja iz omrežja, ki zahteva fizičen priklop vozila na električno polnilno postajo prek kabla: Vedno več pa se govori tudi o induktivnem, torej brezžičnem polnjenju, za katerega bo vozilo preprosto zapeljalo na za to predviden prostor in se začelo polniti. V razvoju so celo sistemi, ki bi omogočali kar polnjenje med vožnjo na zato prilagojeni cesti. A težave te tehnologije so zaenkrat še zelo velike, od prevelikega sevanja, občutne izgube energije ter seveda do visoke cene. Dr. Marko Kovač meni, da pri čakanju na to tehnologijo v splošni uporabi raje ne zadržujmo diha: »Glede na to, da se o brezstičnemu polnjenju telefonov govori že 5 do 10 let, pa še nismo tam, je uporaba v avtomobilih še toliko bolj oddaljena.«