Moskwik/Wasilewski: Elektromobilność zmniejszy emisję CO2 w Polsce (ANALIZA)

ANALIZA

Kamil Moskwik, Gordon Wasilewski

Analitycy rynku energii, współpracownicy BiznesAlert.pl

Milion pojazdów elektrycznych na polskich drogach to bardzo ambitny cel, ale w pewnej perspektywie czasowej zdecydowanie wykonalny, biorąc pod uwagę dynamicznie zmieniający się świat technologii wykładniczych, w jakim szczęśliwie przyszło nam żyć. Często słyszy się jednak argumenty o zasadności upowszechniania pojazdów elektrycznych (EV) kwestionując ekonomiczność ich rozwiązań oraz przede wszystkim aspekty środowiskowe związane z emisyjnością pojazdu elektrycznego w warunkach Krajowego Systemu Elektroenergetycznego opartego głównie na węglu. W tym artykule dokonano analizy obecnej sytuacji emisyjności pojazdu elektrycznego w Polsce oraz prognozy zmian w perspektywie 2030.

Na wstępie należy spojrzeć na ocenę emisyjności pojazdu elektrycznego dokonaną na podstawie danych IEA dotyczących emisji dwutlenku węgla (IEA, 2015) dla wydajności EV na poziomie 0.2 kWh/km. Średnia emisyjność w krajach EU-27 znajduje się znacznie poniżej wymagań dyrektywy 443/2009 ustalającej emisyjność nowych pojazdów maksymalnie na 130 g CO2/km. Polska i Grecja znajdują się tutaj powyżej tej wartości.

Tabela 1. Emisyjność pojazdu elektycznego w systemach elektroenergetycznych poszczególnych krajów Unii Europejskiej (Jochem, Babrowski, & Fichtner, 2015).

Jak można zauważyć powyżej, dwa istotne czynniki mają wpływ na kształtowanie się poziomów emisyjności EV w danym systemie energetycznym:

1. Emisyjność systemu energetycznego (wyrażona w kg CO2e/kWh) jest wprost zależna od stopnia wykorzystywania w danym państwie paliw kopalnych generujących dwutlenek węgla.
2. Wydajność pojazdu elektrycznego (wyrażona w kWh/km) jest zależna od pojemności baterii EV [kWh] oraz średniego zasięgu, który można na niej pokonać [km].

Dla porównania wykorzystajmy analizę emisyjności pojazdów spalinowych (ICE) dokonaną przez Instituto Superior Técnico Uniwersytetu Lizbońskiego (Duarte, Gonçalves, & Farias, 2016). Zmierzono tam różnice pomiędzy certyfikowaną oraz rzeczywistą średnią emisyjnością nowych pojazdów wszystkich segmentów.

Tabela 2. Zestawienie szacowanych wartości zużycia paliwa i emisji dwutlenku węgla z certyfikowanymi wartościami zgodnie z europejskim cyklem NEDC

Zgodnie z danymi KOBiZE średnia roczna emisja jednego samochodu osobowego w Polsce w 2014 roku wynosiła około 1.32 t CO2e. Samochody osobowe ogółem wyemitowały wówczas 26.5 mln ton CO2e (KOBiZE, 2016). Zakładając, że nowe pojazdy ICE w Polsce o średnich parametrach zgodnych z Tabelą 2. będą emitować podobną wartość średnioroczną dwutlenku węgla, pokonywać będą dystans około 10,500 km/rok, co stanowi około 30 km/dzień i jest zgodne z obecnymi wzorami zachowań użytkowników EV (Weldon, Morrissey, Brady, & O’Mahoney, 2016).

Do obliczeń średniej wydajności pojazdu elektrycznego w 2016 roku wykorzystano grupę modeli przedstawioną w Tabeli 3.

Tabela 3. Średnie wartości pojemności baterii, zasięgu oraz wydajności wybranych EV

W dalszych rozważaniach przyjęto zatem średnią wartość wydajności wybranych modeli, którą uznano za średnią wydajność EV w 2016 roku. Jest ona niższa wobec wybranej do obliczeń Tabeli 1., a zatem średni pojazd elektryczny jest bardziej wydajny (konsumuje mniej energii elektrycznej na kilometr).

Tabela 4. Dane wejściowe do modelu prognozowego. Dane emisyjności sektora energetycznego na 2012 rok pochodzą z analizy naukowców Politechniki Narodowej w Atenach (Karmellos, Kopidou, & Diakoulaki, 2016). Dane dotyczące energii elektrycznej wyprodukowanej w Polsce pochodzą z rocznego raportu KSE (PSE, 2016), wykorzystano dane za 2012 rok. Przyjęto 7% poprawki emisyjności na przesył i dystrybucję.

Powyższa tabela przedstawia korzystne rezultaty emisyjności EV względem ICE. Mimo wykorzystania danych dotyczących emisyjności sektora elektroenergetycznego oraz produkcji energii elektrycznej za 2012 rok, które, biorąc pod uwagę dotychczasowy rozwój OZE, są mniej korzystne dla pojazdu elektrycznego, przekroczono granicę ‘emisyjności break-even’ na poziomie 760 g CO2e/kWh. Do 2016 roku pojazdy elektryczne wykorzystywane w Polsce są zatem średnio bardziej przyjazne środowisku niż pojazdy spalinowe, niezależnie od czasu ładowania baterii.

Co stanie się z pojazdami elektrycznymi w Polsce po 2016 roku? Stworzono model prognostyczny realizujący następujące założenia:

1. Zgodnie z Krajowym Planem Działania emisyjność sektora elektroenergetycznego w Polsce spadnie do poziomu 700 g CO2e/kWh do 2020 roku.
2. Zgodnie z porozumieniem paryskim COP21 emisyjność sektora elektroenergetycznego w Polsce spadnie do poziomu 550 g CO2e/kWh do 2030 roku.
3. Średnia wydajność pojazdu elektrycznego rośnie zgodnie z mechanizmem learning rate na poziomie 15 lub 20 % rocznie.
4. Emisyjność nowych pojazdów spalinowych zostaje określona przez regulacje UE na 95 g CO2/km od 2021 roku oraz na 70 g CO2/km do 2030 roku (Thiel, et al., 2016).

Rysunek 1. Prognoza spadku emisyjności sektora elektroenergetycznego oraz wzrostu wydajności EV ze współczynnikiem learning rate 15 %. Opracowanie własne.

Realizując założenia otrzymuje się dane wejściowe w perspektywie 2030 przedstawione na Rysunku 1. Po zastosowaniu się do dalszych założeń i zestawieniu ich w całość, w zależności od scenariusza otrzymuje się rezultaty przedstawione na Rysunku 2.

Rysunek 2. Emisyjność pojazdów elektrycznych oraz norm pojazdów spalinowych przy różnych scenariuszach. Opracowanie własne.

Scenariusze przedstawione na Rysunku 2. należy rozumieć jako:

• EV 15 % learning rate – nałożenie się efektu spadku emisyjności KSE oraz wzrostu wydajności EV ze stopą 15 %;
• EV 20% learning rate – nałożenie się efektu spadku emisyjności KSE oraz wzrostu wydajności EV ze stopą 20 %;
• Stała emisyjność KSE – spadek emisyjności EV powodowany jest wyłącznie przez wzrost wydajności EV ze stopą 15 %;
• Stała wydajność EV – spadek emisyjności EV powodowany jest wyłącznie przez spadek emisyjności KSE;
• ICE – referencyjna prognoza spadku emisyjności pojazdów spalinowych przez wzrost standardów emisji spalin.

Scenariusz stałej wydajności EV jest nierealny w związku z wykładniczym charakterem rozwoju pojazdów elektrycznych i autonomicznych, które stosują się do prawa Moore’a oraz rozwijają się wzraz ze wzrostem efektywności energetycznej (Seba, 2014) (Diamandis & Kotler, 2012).

W perspektywie 2030 pojazdy elektryczne są bardziej konkurencyjne pod względem aspektów środowiskowych, nawet w przypadku zastosowania surowego scenariusza 95g/70g dla pojazdów spalinowych. Mechanizm learning rate również wykorzystano w konserwatywny sposób, bowiem już dziś wydajności niektórych pojazdów elektrycznych są na poziomie osiągalnym przez średni pojazd EV wg powyższej prognozy dopiero w roku 2020. Ponadto powyższy artykuł nie analizuje zastosowania rozwiązań smart grid dla ładowania-rozładowania EV w różnych porach dnia w celu uniknięcia przeciążenia systemu elektroenergetycznego w dzień oraz odciążenia systemu w nocy (load shifting), a który znacząco wpływa na ostateczny rezultat emisyjności (Thiel, et al., 2016). Prace nad tego typu rozwiązaniami są zaawansowane i w przypadku powszechnego stosowania VtG (vehicle to grid), innych sposobów magazynowania energii oraz prosumenckiej generacji, zmienią oblicze systemów elektroenergetycznych na całym świecie. Do czasu osiągnięcia poziomu miliona EV jest dużo czasu, aby przygotowano na to systemy energetyczne.

PRACE CYTOWANE

Diamandis, P., & Kotler, S. (2012). Abundance – the Future is Better Than You Think. New York: Free Press.
Duarte, G. O., Gonçalves, G. A., & Farias, T. L. (2016). Analysis of fuel consumption and pollutant emissions of regulated and alternative driving cycles based on real-world measurements. Transportation Research Part D 44, 50.
IEA. (2015). CO2 emissions from fuel combustion. Highlights. Paris: International Energy Agency.
Jochem, P., Babrowski, S., & Fichtner, W. (2015). Assesing CO2 emissions of electric vehicles in Germany. Transportation Research Part A 78, 77.
Karmellos, M., Kopidou, D., & Diakoulaki, D. (2016). A decomposition analysis of the driving factors of CO2 emissions from the power sector in the European Union countries. Energy 94, 690.
KOBiZE. (2016). Średnia emisyjność samochodu osobowego w Polsce. (K. zewnętrzna, Interviewer)
PSE. (2016). ZESTAWIENIE DANYCH ILOŚCIOWYCH DOTYCZĄCYCH FUNKCJONOWANIA KSE W 2015 ROKU. Warszawa: Polskie Sieci Elektroenergetyczne.
Seba, T. (2014). Clean Disruption of Energy and Transportation: How Silicon Valley Will Make Oil, Nuclear, Natural Gas, Coal, Electric Utilities and Conventional Cars Obsolete by 2030. Tony Seba.
Thiel, C., Drossinos, Y., Krause, J., Harrison, G., Gkatzofilias, D., & Donati, A. (2016). Modelling electro-mobility: an integrated modelling platform for assessing European policies. Transportation Research Procedia 14, 2550.
Thiel, C., Nijs, W., Simoes, S., Schmidt, J., van Zyl, A., & Schmid, E. (2016). The impact of the EU car CO2 regulation on the energy system and the role of electro-mobility to achieve transport decarbonisation. Energy Policy 96, 156.
Weldon, P., Morrissey, P., Brady, J., & O’Mahoney, M. (2016). An investigation into usage patterns of electric vehicles in Ireland. Transportation Research Part D 43, 214.