05 Εγκαταστάσεις Φόρτισης, ΗΟ & το Δίκτυο:
Επτά από τις πλέον καινοτόμες μεθόδους που χρησιμοποιούνται στη δημόσια και ιδιωτική φόρτιση των ηλεκτρικών οχημάτων είναι,
1. Για τη γειτονική, παρκάρισμα στο δρόμο υπάρχει το Urban Electric αναδυόμενες μονάδες φόρτισης (pop-up charging hubs)[1] που προσφέρουν γρήγορη φόρτιση 7kW με ελέγχω από εφαρμογή. Αναδεικνύεται η λειτουργεί του στο βίντεο[2]. Το καλό με αυτούς τους αναδυόμενους φορτιστές είναι ότι είναι ορατοί μόνο όταν χρησιμοποιούνται δηλαδή φόρτιση αυτοκινήτου. Το υπόλοιπο του χρόνου μπορεί να εσοχή κάτω από την επιφάνεια και εκτός δρόμου. Αυτό μπορεί να είναι σημαντικό σε παλαιότερες πόλεις όπως η Αθήνα, όπου τα πεζοδρόμια είναι ήδη πολύ στενά και γεμάτα.
2. Το «έξυπνο καλώδιο» της Ubitricity[3] είναι άλλη μια ελεγμένη από εφαρμογή λύση στάθμευσης δρόμου γειτονιάς. Τα σημεία φόρτισης Ubitricity μπορούν να εγκατασταθούν εύκολα σχεδόν οπουδήποτε[4], όπως σε τοίχους, στύλους ηλεκτρικού ρεύματος, στύλους λαμπτήρων δρόμου και ακόμη και σε στύλους / ράγες πεζοδρομίου. Αυτή η εύκολη ενσωμάτωση σε ήδη υπάρχουσες υποδομές σε συνδυασμό με το εξαιρετικά ασφαλές, εύχρηστο ευφυές καλώδιο πολλαπλών εργασιών, το καθιστά ιδανικό για δημόσια χρήση στις πόλεις.
3. Μια τρίτη λύση χρέωσης για λεωφορεία μαζικής μεταφοράς, ταξί και ιδιωτική χρήση είναι η «Ασύρματη επαγωγική φόρτιση»[5]. Η ασύρματη φόρτιση HO μπορεί εύκολα να εγκατασταθεί σε θέσεις (πιάτσες) ταξί ή τερματικούς σταθμούς λεωφορείων[6] (ώρα βίντεο 00:55), έτσι ώστε τα ηλεκτρικά ταξί και τα λεωφορεία να μπορούν εύκολα να φορτίζουν ασύρματα σε όλο το μήκος της κατάταξης[7], ενώ περιμένουν τον επόμενο πελάτη τους ή διαδρομή. Με μια στάση 5 λεπτών, πάνω από μια ασύρματη πλάκα φόρτισης, ένα BYD "K92 Ηλεκτροκίνητο Λεωφορείο" παίρνει αρκετή ηλεκτρική ισχύ για να ταξιδέψει 9-13Km[8]. Η πρωτεύουσα της Νορβηγίας το Όσλο θα γίνει μία από τις πρώτες πόλεις στον κόσμο[9] να εγκαταστήσει ασύρματη επαγωγική φόρτιση για τα ηλεκτρικά ταξί της. Εάν η τεχνολογία ασύρματης φόρτισης εγκαταστάθηκε κατά μήκος των αυτοκινητοδρόμων HO που ταξιδεύουν έως η και πάνω από 100km/h ή 60mi/h[10] (χρόνος βίντεο 16:19) θα μπορούσαν να φορτίζονται με ρυθμό 20kW ασύρματα.
4. Οι σταθμοί ταχείας φόρτισης της Fastned[11] περνούν το ρεύμα τους ταυτόχρονα από φωτοβολταϊκά στοιχεία και το δίκτυο. Οι σταθμοί τους παρέχουν 50, 175 και έως 300kW[12] ταχείας φόρτισης φορτιστές. Ένας σταθμός 8 σημείων φόρτισης[13] (χρόνος βίντεο 05:09) 4 x 50kW και 4 x 175kW σημεία φόρτισης, που λειτουργεί ταυτόχρονα, θα χρειαζόταν περίπου 1 MW. Αυτό το 1 έως 2MW προέρχεται κυρίως από το δίκτυο το οποίο μπορεί να το χειριστεί αυτήν τη στιγμή, αν ώμος η ζήτηση αυξηθεί πάρα πολύ, θα μπορούσαν να υπάρχουν πρόβλημα στο δίκτυο. Ωστόσο, καθώς οι μονάδες φόρτισης στεγάζονται κάτω από μια οροφή καλυμμένη με φωτοβολταϊκά στοιχεία που τροφοδοτούν απευθείας τους φορτιστές, αυτά μπορούν να παράγουν αρκετή ισχύ για τη φόρτιση έως και 3 ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων[14] (χρόνος βίντεο02: 40) ανεξάρτητα από το δίκτυο.
Η πολύ του Νταντί (Ανατολική Σκωτία) εφάρμοσε δημιουργικά ένα τέτοιο σύστημα[15] (χρόνος βίντεο 06:42). Χρησιμοποίησαν μια μονάδα αποθήκευσης μπαταρίας 90kW συνδεδεμένη ταυτόχρονα στο δίκτυο και σε μια συστοιχία φωτοβολταϊκών στοιχείον 40kW που καλύπτει την οροφή του σταθμού φόρτισης. Ως αποτέλεσμα, τα γρήγορα φορτισμένα HO φορτίζονται από τη μονάδα αποθήκευσης μπαταριών, η οποία η ίδια επαναφορτίζεται από τα φωτοβολταϊκά στοιχεία και το δίκτυο.
Εάν τα φωτοβολταικά στοιχεία που χρησιμοποιούνταν στο σημείο φόρτισης του Νταντί ήταν διφασικά ηλιακά πάνελ και χρησιμοποιούσαν ηλιακή ανίχνευση τότε σε μια καθαρή ημέρα και με σχετικά καλές ανακλαστικές επιφάνειες θα μπορούσαν να παράγουν 20% έως 50% περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια[16] (χρόνος βίντεο00). Διφασικά πάνελ σημαίνη ότι μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια τόσο από την κορυφή όσο και από το ανακλώμενο φως από κάτω[17].
Τα ηλιακά πάνελ δεν είναι το μόνο σύστημα ανανεώσιμης ενέργειας που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε αυτούς τους σταθμούς φόρτισης. Σχετικά μικρές[18] Ωστόσο, ισχυρές ανεμογεννήτριες[19] όπως αυτές που παράγονται από την Britwind[20], μπορούν να παράγουν από 1 έως 80 kW ισχύος.
Αυτή η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, είτε ηλιακή είτε αιολική, σε συνδυασμό με κάποιο σύστημα μπαταρίας αν χρειαστεί, καθιστά την ιδέα της Fastned ή του Νταντί ιδανικό για χώρους στάθμευσης η Σ.Ε.Α. (Σταθμός Εξυπηρέτησης Αυτοκινητιστών), όπως ακριβώς ήδη χρησιμοποιούνται.
5.Ορισμένοι οικιακή μεμονωμένοι φορτιστές ηλεκτροκινήτων αυτοκινήτων, όπως το Myenergi Zappi[21] ή το Wallbox[22], μπορούν να φορτίσουν ένα αυτοκίνητο με ταχύτητα 7-22 kW. Το Zappi μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ισχύ που παρέχεται από το δίκτυο, κάποιο είδος ανανεώσιμης ενέργειας (ηλιακή, αιολική) ή με συνδυασμό των δύο. Το Zappi είναι πλήρως προγραμματιζόμενο με λειτουργίες Γρήγορη, Οικολογική & Οικολογική + (Fast, Eco & Eco +). Γρήγορη για συνεχή φόρτιση χρησιμοποιώντας το δίκτυο και ανανεώσιμη ενέργεια ταυτόχρονα. Οικολογική με έμφαση στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οικολογική + όπου η φόρτιση γίνεται μόνο με ανανεώσιμη ενέργεια. Το Zappi είναι ένας έξυπνος φορτιστής καθώς χρησιμοποιεί δυναμική εξισορρόπηση φορτίου[23] (χρόνος βίντεο 02:55) που σημαίνει ότι λαμβάνει υπόψη τη μέγιστη συμφωνημένη ισχύς (ΣΙ) του (Τιμολογίου Παροχής) και το μέγεθος της κεντρικής ασφαλείας παροχής. Κάνοντας αυτό, το Zappi ρυθμίζει τη φόρτιση ενός ηλεκτροκινήτου αυτοκινήτου επιβραδύνοντας ή ακόμα και παύοντας την, αν χρειαστεί, ανάλογα με το είδος κατανάλωσης ενέργειας που συμβαίνει στο σπίτι. Αυτό θα το έκανε εάν λειτουργούσε ο βραστήρας, θερμαντήρας, πλυντήριο ρούχων / πιάτων, φούρνος, θερμοσίφωνο ή οποιοδήποτε άλλο είδος οικιακής συσκευής που λειτουργεί εκείνη την στιγμή[24] (ώρα βίντεο 12:46). Αυτό γίνεται έτσι ώστε η φόρτιση του αυτοκινήτου να μην υπερφορτώσει το δίκτυο του σπιτιού και έτσι να καεί μια ασφάλεια. Όλη αυτή η παρακολούθηση ισχύος εύκολα δείχνει πόσο κοστίζει η φόρτιση του αυτοκινήτου σας στο σπίτι. Εάν υπήργε κάποιο είδος ανανεώσιμης ενέργειας στο σπίτι, η χρέωση του αυτοκινήτου μπορεί και να γινόταν δωρεάν.
6.Φορητοί σταθμοί ταχείας φόρτισης. Το ΗΠΑ SparkCharge[25] είναι ένας πολλαπλός μονάδων (στοιχείων) φορητός σταθμός ταχείας φόρτισης. Στην πιο βασική του διαμόρφωση έχει μια μπαταρία 3,5kWh και φορτιστή ισχύος 20kW[26] (ώρα βίντεο 08:40), καθιστώντας το ισοδύναμο στο να έχεις ένα μπετόνι (Ντεπόζιτο) 5-10 λίτρων στο πορτμπαγκάζ ενός αυτοκινήτου. Μπορούν να προστεθούν άλλες 4 μονάδες μπαταρίας σε αυτό, κάνοντας συνολικά 5 μονάδες μπαταρίας και 17,5 kWh.
Όταν η Οδική Βοήθεια είναι εξοπλισμένη με ένα φορτιστή Spark Charge, οι οδηγοί HO μπορούν να τους καλέσουν για να δοθούν αρκετή ισχύ έως ότου το HO να μπορεί να πάει να φορτιστεί πλήρως. Τα συστήματα SparkCharge μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ιδιωτικά.
Τα κινεζικά "NIO Power Mobile"[27] ηλεκτροκίνητα βαν (ώρα βίντεο 10:02) είναι άλλη μια παρόμοια ειδικά κατασκευασμένη φορητή λύση ταχείας φόρτισης για οδική βοήθεια οδηγών HO.
7.Ανταλλαγής μπαταριών. Οι εγκαταστάσεις ανταλλαγή μπαταρίας «NIO Power Swap» είναι μια καινοτομία που μπορεί να βοηθήσει, όπως υποδηλώνει το όνομα, αντικαθιστώντας μια άδεια μπαταρία με μια γεμάτη σε περίπου 3 λεπτά[28] (ώρα βίντεο 06:05). Η κινεζική NIO[29] κατασκευάστρια αυτοκινήτων έχει ήδη πουλήσει πάνω από 50.000 HO, ολοκλήρωσε 650.000 ανταλλαγές μπαταρίας και όλα αυτά τα HO έχουν συνολικά κάλυψη μια αποστάσεις περίπου 800 εκατομμυρίων μιλίων (1.287475 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα)[30] (χρόνος στο βίντεο 01:29). Η ανταλλαγή μπαταριών στις ΗΠΑ και την Ευρώπη καθίσταται πολύ δύσκολη λόγω της πληθώρας στην χωρητικότητα μπαταρίας, των διαστάσεων και σχημάτων μονάδων μπαταριών που χρησιμοποιούνται από της διάφορες εταιρείες της αυτοκινητοβιομηχανίας. Η μπαταρίες τους δεν ανταλλάσσονται εύκολα έως καθόλου[31].
HO και το δίκτυο
Σε πολλές χώρες η κύρια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι μέσω ενός συστήματος τροφοδοσίας που είναι γνωστό ως «το δίκτυο».
Το ηλεκτρικό δίκτυο λειτουργεί με τη συχνότητα του συστήματος[32] (χρόνος βίντεο 00:59), εξισορροπώντας την παραγωγή ισχύος με την ζήτηση. Η παρεχόμενη ηλεκτρική ενέργεια πρέπει πάντα να διατηρείται σε συγκεκριμένη συχνότητα τον 50 ή 60 Hz και η επιτρεπόμενη ανοχή στη διακύμανση είναι κοντά στα 0,050 Hz[33].
Η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να καταναλώνεται τη στιγμή που παράγεται, αλλιώς χάνεται και δημιουργούνται διακοπές ρεύματος. Η συχνότητα πρέπει να διατηρηθεί[34]. Εάν η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας ξαφνικά αυξηθεί και η παραγωγή της δεν ακολουθεί σχεδόν αμέσως, η ηλεκτρική συχνότητα μειώνεται και υπάρχουν προβλήματα και το αντίστροφο. Η συχνότητα θα αυξηθεί εάν υπάρχει πτώση στην κατανάλωση ενέργειας, αλλά η παραγωγή ενέργειας παραμείνει ίδια. Η καμπύλη ζήτησης μοιάζει συνήθως με ένα ψηλό (μεγάλου υψος) ημιτονοειδές κύμα (ένα οριζόντιο επαναλαμβανόμενο S). Κατά τη διάρκεια της ημέρας η ζήτηση παροχής ηλεκτρικού ρεύματος αυξάνεται, δημιουργώντας την κορυφή και κατά τη διάρκεια της νύχτας όταν όλοι κοιμούνται και οι επιχειρήσεις είναι κλειστές, η ζήτηση ενέργειας μειώνεται δημιουργώντας μια γούρνα. Το πρόβλημα με την γούρνα της κατανάλωση ενέργειας είναι ότι για να μην υπερφορτωθεί το δίκτυο και να το κάψει, οι διαχειριστές δικτύου πρέπει συνήθως να κλείσουν μια μονάδα παραγωγής ενέργειας ή να απενεργοποιήσουν ορισμένες ανεμογεννήτριες[35] (τρέχοντα χρόνο στο βίντεο 4:42 έως 5:44) κάτι που είναι πολύπλοκο και ακριβό. Η ιδανική κατάσταση είναι όταν το εύρος στην καμπύλη ζήτησης είναι μικρό που σημαίνει ότι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ίδια με τη ζήτηση (κατανάλωση) τής.
Εδώ μπαίνει η αμφίδρομη φόρτιση. Η αμφίδρομη φόρτιση, είναι όταν ένα συνδεδεμένο (σε φορτιστή) ή ασύρματα φορτιζώμενο αυτοκίνητο παύει μόνο να αντλεί ενέργεια από το ηλεκτρικό δίκτυο και αρχίζει να έχει μια πιο συμβιωτική σχέση με αυτό και τα αυτοκίνητα δίνουν ισχύ πίσω στο δίκτυο όταν αυτό το χρειάζεται.
Κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν η ζήτηση ενέργειας είναι χαμηλή και οι διαχειριστές του δικτύου προσπαθούν να αποφύγουν το κλείσιμο μιας μονάδας παραγωγής ενέργειας ή ανεμογεννήτρια κάτι που όπως έχει ήδη αναφερθεί, είναι ένα ακριβό και δύσκολο πράγμα να γίνει, τα ηλεκτροκίνητα οχήματα, είτε πρόκειται για αυτοκίνητα, λεωφορεία ή φορτηγά θα μπορούσαν να φορτίζονται και έτσι να λειτουργούν ως σύστημα αποθήκευσης ενέργειας ή ισοστάθμισης δικτύου.
Στο Ηνωμένο Βασίλειο, το δίκτυο τροφοδοσίας μερικές φορές πληρώνει καταναλωτές[36] (ώρα βίντεο 16:00) για να φορτίζουν τα HO τους τη νύχτα, επειδή είναι φθηνότερο να κάνουν αυτό πάρα να κλείσουν μια ανεμογεννήτρια. Τα ιδιωτικά αυτοκίνητα που είναι επίσης η πλειοψηφία των αυτοκινήτων μπορεί να είναι χρήσιμα για τους ιδιοκτήτες τους, αλλά είναι ένα σπάταλο αγαθό. Ένα άνθρωπος ξοδεύει πολλά χρήματα για να αγοράσει ένα μηχάνημα το οποίο για τις περισσότερες ώρες του 24ώρου κάθεται σε ένα γκαράζ ή χώρο στάθμευσης. Το Ηνωμένο Βασίλειο σχεδιάζει να κατασκευάσει τεράστιες μπαταρίες για την αποθήκευση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας[37] - αλλά υπάρχει μια πολύ φθηνότερη λύση[38]. Κατά τη πολύ μεγάλη διάρκεια χρόνου που ένα HO κάθεται σε αδράνεια, θα μπορούσε να κερδίσει χρήματα πωλώντας ένα προκαθορισμένο ποσό ισχύος πίσω στο δίκτυο όταν χρειαζόταν. Το ποσό που πουλάει μπορεί να καθορίζετε από τον ιδιοκτήτη του HO, λαμβάνοντας υπόψη τις τρέχουσες ταξιδιωτικές ανάγκες τους. Όσο περισσότερα HO κάνουν αυτό, ενδεχομένως εκατοντάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια, τόσο λιγότερη ενέργεια ανά αυτοκίνητο ή μπαταρίες οικιακού / δικτυακές μονάδες «εμπορευματοκιβώτια (containers)» που θα χρησιμοποιούσε το δίκτυο για να διατηρηθεί σταθερό και να λειτουργεί αποτελεσματικά και χωρίς να χρειάζεται να κλείσει μονάδες παραγωγής.
Εάν όλο και περισσότεροι άνθρωποι εγκαθιστούν ηλιακούς συλλέκτες στις στέγες των σπιτιών, των γραφείων, των επιχειρήσεων ή των εργοστασίων τους και ή έχουν μια ανεμογεννήτρια στις εγκαταστάσεις τους και χρησιμοποιούν τα αυτοκίνητά τους ή τις ολοένα φθηνότερες οικιακές μπαταρίες που αναπτύσσονται, τότε η ζήτηση για το κεντρικό δίκτυο θα μειωθεί και το κεντρικό δίκτυο θα αλλάξει από το να είναι η κύρια ή μοναδική πηγή ισχύος σε συμπληρωματική πηγή. Ακόμη πιο σημαντικό όμως με το δίκτυο να γίνεται όλο και λιγότερο συγκεντρωτισμένω (εξαρτώμενο από τους μεγάλους παραδοσιακούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας ή από τεράστια αιολικά, ηλιακά πάρκα) και όλο και περισσότερο τοπικό η ανάγκη για πολύ υψηλής ισχύος ηλεκτροφόρα καλώδια, τα οποία δεν είναι φιλικά προς το περιβάλλον και άνθρωπο, θα μειωθούν.
Ένας άλλος νέος τρόπος για την εξισορρόπηση του πλεονάσματος του ηλεκτρικού δικτύου επεδείχθη από την Lightsource BP[39], μια κατασκευαστική και διαχειριστής εταιρεία ηλιακόν έργων. Τον Νοέμβρη του 2019[40] η Lightsource δήλωσε ότι με μια σχετικά φθηνή ρύθμιση στους μετατροπείς “inverters” (τα μηχανήματα που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ρεύμα) σε ένα από τα ηλιακά πάρκα τους στο Ανατολικό Σάσεξ (East Sussex UK)[41] βοήθησαν στη σταθεροποίηση του δίκτυο μέσω άεργης ισχύος[42]. Η άεργη ισχύς είναι η ικανότητα διατήρησης των επιπέδων τάσης μειώνοντας ή αυξάνοντάς την στο δίκτυο[43]. Αυτό επιτεύχθηκε στο ηλιακό πάρκο από τους μετατροπείς του.
Όπως συζητήθηκε σε μεγαλύτερο βάθος στης εκπομπές του “Fully Charged Show”[44] τουλάχιστον 8 από τα YouTube βίντεο που αναφέρθηκαν προηγούμενος, όλα οδηγούν πίσω στη λύση ταχείας φόρτισης του Fastned ή της πολύς του Νταντί, η οποία είναι η χρήση ανανεώσιμης ενέργειας για τη φόρτιση μονάδων αποθήκευσης η μπαταριών όπως το Tesla 'Powerpack'[45], το ESS Inc 'EW'[46], το NEC Energy[47] και το Ambri[48] Μπαταρίες υγρού μετάλλου (Liquid Metal Battery) η της RedFlow's[49] Μπαταρία ροής ψευδαργύρου-βρωμίου (zinc-bromine flow battery) και στη συνέχεια σε συνδυασμό με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ίσως μια μικρή συνεισφορά από το δίκτυο, καθίσταται δυνατή η φόρτιση μερικών HΟ.
Η αναδυόμενες μονάδες φόρτισης της Urban Electric, η Ubitricity και το έξυπνο καλώδιο της, η ασύρματη επαγωγική φόρτιση τον WiTricity, Electroad και Qualcomm το Zappi της myenergy και το Wallbox[50] είναι όλες ή θα μπορούσαν να καταστούν ικανές για αμφίδρομη φόρτισης. Η αμφίδρομη φόρτιση είναι μια πιθανή μελλοντική πηγή για την απαιτούμενη επιπλέον ισχύ δικτύου.