Dotychczas wirtualne elektrownie (virtual power plants) kojarzyły się przede wszystkim z agregacją potencjału chwilowego ograniczania zużycia energii elektrycznej przez dużych konsumentów takich, jak zakłady przemysłowe czy budynki wielkokubaturowe. Perspektywy dynamicznego rozwoju elektromobilności kreują nową percepcję zagrożeń i szans związanych z bilansowaniem sieci energetycznej. Jak grzyby po deszczu wyłaniają się nowe inicjatywy uwzględniające również wykorzystanie baterii samochodów w funkcji magazynów energii – pisze Grzegorz Nowaczewski stojący na czele Virtual Power Plant.
Każde 10 tysięcy samochodów elektrycznych może zwiększać zapotrzebowanie na moc z krajowego systemu elektroenergetycznego na poziomie około 9,5 MW lub przeciwnie udostępniać kilka MW mocy z energii zmagazynowanej w samochodach elektrycznych przy zastosowaniu ładowarek dwukierunkowych w trybie Vehicle-To-Grid (V2G). Skąd takie szacunki?
Przyjmijmy założenia:
- samochód elektryczny przejeżdża rocznie 14 tysięcy km
- 18 kWh to średnie zużycie energii na przejechanie 100 km,
- 25% przebiegu odbywa się dzięki ładowaniu poza godzinami nocnymi ze średnią mocą 22 kW, sesje trwają średnio po 60 minut
- ładowarki obłożone są 33% czasu w ciągu 8 godzin każdego z 242 dni w ciągu roku.
Z prostych obliczeń uzyskamy wyniki:
- 29 sesji ładowania w ciągu roku dla pojedynczego samochodu
- 435 ładowarek jest potrzebne dla floty 10 tysięcy samochodów
O ile wprowadzimy bieżącą kontrolę jednoczesnego ładowania, to uzyskamy około 9,5 MW mocy regulacyjnej. Wartość ta może być istotnie powiększona o ile zastosujemy metodykę V2G.
Ile powinno kosztować ładowanie samochodów elektrycznych w ciągu dnia?
Wykonując uproszczone analizy dla floty 100 tysięcy samochodów elektrycznych bez implementacji skutecznego zarządzania pracą ładowarek – potrzebne może być nawet około 95 MW dodatkowej mocy, którą mogłaby zapewnić elektrownia gazowa. Koszt inwestycji w budowę takiej elektrowni o mocy kilkuset MW to około 180 mln zł na każde 100 MW. Doliczmy koszty eksploatacyjne elektrowni, koszty rozbudowy sieci dystrybucyjnej, bilansowania krótkoterminowych pików wynikających z ładowania samochodów elektrycznych.
Zarządzanie ładowaniem samochodów elektrycznych (smart charging) najpełniej można zrealizować ładowarkami z funkcjonalnością V2G (Vehicle-To-Grid). Tego typu ładowarki umożliwiają przepływ energii elektrycznej w dwóch kierunkach: z sieci energetycznej do samochodu i z samochodu do sieci energetycznej. V2G umożliwia napełnianie elektronami baterii samochodu energią, gdy jest tania, a w okresie szczytowego zapotrzebowania i/lub wysokich cen hurtowych energia elektryczna może być oddawana do sieci energetycznej kosztem rozładowanej baterii przy jednoczesnym skróceniu zasięgu samochodu elektrycznego.
W ten sposób uzyskujemy zdolność do akumulowania w bateriach samochodów energii elektrycznej w okresach nadwyżek podaży w stosunku do popytu. Można wyobrazić sobie nawet w przyszłości taką sytuację, że właściciel samochodu uzyskuje wynagrodzenie za wykonaną przez jego pojazd usługę magazynowania energii elektrycznej. To, co jeszcze kilka lat temu było wyłącznie teoretycznym konceptem, dziś staje się rzeczywistością.
USA i Wielka Brytania już wprowadzają V2G
Przykładem udanego wdrożenia V2G jest projekt realizowany w Kalifornii przez eMotorWerks, będący częścią grupy Enel. Został tam uruchomiony wirtualny magazyn energii o mocy 30MW, na który składa się ponad 6000 ładowarek rozmieszczonych na gęsto zaludnionych obszarach stanu. Ładowarki są połączone za pomocą systemu informatycznego działającego w chmurze, a kierowcy są zachęcani do udziału w programie poprzez system wynagradzania.
eMotorWerks, dzięki ładowarkom połączonym systemem informatycznym, ma możliwość oferowania operatorowi sieci elektroenergetycznej energii elektrycznej na żądanie (Demand Side Response) bez potrzeby inwestowania w dodatkową infrastrukturę: elektrownie lub magazyny energii. Niezbędna do bilansowania sieci energia pochodzi z już dostępnych, rozproszonych magazynów energii, jakimi są baterie samochodów elektrycznych.
O innym przykładzie wdrażania koncepcji V2G mogliśmy dowiedzieć się zaledwie kilku dni temu z Wielkiej Brytanii. EDF Energy, jeden z największych dostawców energii elektrycznej dla biznesu, zawarł porozumienie z innowacyjną spółką Nuvve. Obie firmy planują instalację do 1500 ładowarek samochodów elektrycznych z obsługą V2G. Skala tego przedsięwzięcia umożliwi stworzenie magazynu energii o pojemności do mocy 15MW, szacunkowo ilości energii niezbędnej do jednoczesnego zasilania kilku tysięcy gospodarstw domowych.
Warto dodać, że projekty obu firm wpisują się w strategię podnoszenia efektywności energetycznej oraz integracji źródeł energii odnawialnej (słońce i wiatr) z tradycyjną infrastrukturą energetyczną.
Oczywiście, funkcjonowanie takich systemów, jak te w USA i Wielkiej Brytanii, jest możliwe przy odpowiednio dużej liczbie samochodów elektrycznych będących w sieci. Dlatego potrzebni są agregatorzy (eMotorWerks w Kalifornii, EDF Energy i Nuvve w Wielkiej Brytanii), którzy poprzez systemy teleinformatyczne budują wirtualne elektrownie agregujące potencjał magazynowania energii przez obecne w sieci pojazdy.
Czy jest możliwa w Polsce sieć ładowania samochodów elektrycznych w oparciu o V2G?
Według danych podawanych m.in. przez portal WysokieNapięcie.pl po drogach Europy jeździ ponad milion samochodów elektrycznych, a w całym 2018 r. ich sprzedaż będzie o ok. 40 proc. wyższa niż rok wcześniej i wyniesie 430 tys. sztuk na całym kontynencie. Przy tych danych Polska wybada blado. Przez pierwsze 3 miesiące br. w naszym kraju zarejestrowano po raz pierwszy zaledwie 152 całkowicie elektryczne samochody oraz 188 hybryd plug-in z możliwością ładowania z gniazdka. Znacznie lepiej wypadamy w przypadku elektryfikacji transportu zbiorowego. Według danych Polskiego Funduszu Rozwoju, na koniec sierpnia w polskich miastach jeździło 109 autobusów elektrycznych i 340 było w realizacji z datą do końca 2019 roku. Program Niskoemisyjnego Transportu przewiduje, że do 2023 roku tabor bezemisyjnego transportu autobusowego będzie liczył około 1500 pojazdów.
Liczba samochodów elektrycznych w Polsce jest obecnie niska. Wzrost nastąpi prawdopodobnie w wyniku ulg oraz przywilejów dla kierowców poruszających się elektrykami. Wówczas na polskie drogi wyjadą setki tysięcy samochodów elektrycznych. Dodatkowym bodźcem będzie moment, gdy cena samochodu tradycyjnego zrówna się z ceną elektryka. Według ekspertów, o czym mówił niedawno Marcin Korolec podczas zorganizowanego przez DELab seminarium, które odbyło się na Uniwersytecie Warszawskim – takie zrównanie cen nastąpi w ciągu zaledwie kilku lat.
Choć samochodów elektrycznych na naszych drogach jeździ wciąż niewiele, to dziś jesteśmy na początku drogi tworzenia infrastruktury ładowania. Póki co wielkie zainteresowanie budzi niemal każdy publicznie dostępny punkt ładowarka umożliwiający ładowanie szybkie. Moim zdaniem warto przygotowywać infrastrukturę ładowania do pracy dwukierunkowej – zwłaszcza w przypadku lokalizacji takich jak biurowce lub osiedla podmiejskie. Pierwszym krokiem, jeśli rozważamy optymalizację ładowarek pod biurowcami, może być optymalizacja szybkiego ładowania samochodów elektrycznych w taki sposób, aby moc ładowania samochodów była skorelowana ze zdolnościami sieci energetycznej budynków, do których ładowarki są bezpośrednio podłączone. Bezpośrednią korzyścią jest wtedy brak konieczności ponoszenia dodatkowych opłat za większą moc zamówioną lub jej przekroczenia przez najemców.
