Artykuł ma na celu przedstawienie obecnej sytuacji rozwoju motoryzacji i rynku obsługi samochodów. Informacje z rynku pokazują, że powstają nowego rodzaju środki transportu, czekające na wdrożenie i akceptację społeczną. Są to ekologiczne samochody elektryczne.
Artykuł ma pomóc w ocenie sytuacji w Polsce w odniesieniu do infrastruktury pozwalającej na ładowanie takiego samochodu.
WSTĘP
Przemieszczanie się stanowi odwieczna potrzebę człowieka, a czynnikiem, który jest w stanie ją zaspokoić jest szeroko pojęty transport. Odkąd transport osobowy zdominowały samochody większość ludzi uważa, że jest to najwygodniejsza z możliwości przemieszczania sie. Olbrzymia ilość samochodów i autobusów generuje emisję dwutlenku węgla, co prowadzi do zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Ceny paliw od kilku lat ciągle rosną, ale to niestety nie przekonuje posiadaczy własnych środków transportu do zmiany środka transportu na miejski, lub chociaż na ekologiczny samochód elektryczny. Jedna rzecz jest pewna – epoka „łatwej” ropy się kończy. To co teraz zrobią producenci samochodów i kierowcy, zadecyduje na ile skutecznie zostaną zaspokojone potrzeby energetyczne świata.
W dzisiejszych czasach korzystanie z ekologicznych środków transportu jest bardzo ważne, ponieważ cały świat „walczy” z wciąż powiększającym się efektem cieplarnianym i zanieczyszczaniem środowiska. Samochody osobowe, których wciąż przybywa, wytwarzają najwięcej szkodliwych substancji. Motoryzacja jest ogromnym konsumentem energii oraz obecnie prawie całkowicie zależy od ropy naftowej. Środki transportu są odbiorcą 25% całkowitej światowej energii, przy czym globalna wartość natężenia ruchu ulega podwojeniu co 30 lat. Zakłada się, iż transport drogowy wzrośnie w stosunku do końca zeszłego wieku nawet dwukrotnie do 2030 roku oraz trzykrotnie do 2050 roku [1]. Zerowa emisja gazów i cząstek stałych oraz wyjątkowo cicha praca powoduje, że pojazdy elektryczne są obiecującą alternatywą dla pojazdów spalinowych – warto bowiem pamiętać, że aktualnie po drogach jeździ ponad miliard samochodów.
Tendencja wzrostu liczby eksploatowanych samochodów osobowych w najbliższej przyszłości jasno wskazuje na dalszy rozwój motoryzacji oraz dalsze zwiększanie konsumpcji energii. Unia Europejska opracowała plan działań zmierzających do poprawy jakości transportu, który obejmuje podjęcie kroków, dzięki którym transport będzie sprawniejszy i bardziej ekologiczny.
W ciągu najbliższych lat transport w obszarach miejskich ma być bardziej skuteczny i zgodny z zasadami zrównoważonego rozwoju. Unijny plan przewiduje między innymi zwiększenie praw osób korzystających z transportu publicznego oraz poszerzenie finansowania badań nad pojazdami o zerowej emisji zanieczyszczeń.
Porównanie samochodów z napędem elektrycznym i spalinowym
Wymagania ekologiczne oraz kryzys naftowy zmuszają producentów do zastanowienia się i poszukiwania nowych rozwiązań w przemyśle motoryzacyjnym, co wiąże się z powrotem do pojazdów elektrycznych. Samochody elektryczne to pojazdy ekologiczne, są ciche i nie emitują gazów spalinowych. Największym jednak wyzwaniem dla technologii napędów elektrycznych jest pojemność akumulatorów, stanowiących źródło energii, a co za tym idzie częstotliwość i czas ich ładowania. Pojazdy elektryczne (ekologiczne) zużywają minimum energii przy największej energetycznej sprawności i charakteryzują się najniższym poziomem hałasu.
Porównując samochody elektryczne ze spalinowymi należy zwrócić uwagę, że pojazdy z napędem elektrycznym cechują się wysoką sprawnością, przez co pokonanie określonej drogi odbywa się taniej [2]. Pojazdy elektryczne są bardziej ekonomiczne i przyjazne dla otoczenia niż tradycyjne samochody, przez co stanowią idealną odpowiedź na konieczność ograniczenia wpływu środków transportu na środowisko naturalne. Sprawność pojazdu z napędem elektrycznym jest około 3 razy większa niż samochodu z silnikiem spalinowym, ale w praktyce ma on ponad 10 –krotnie mniejszy zasięg jazdy z jednego „ładowania” w porównaniu z samochodem klasycznym. Pojazdy ekologiczne muszą więc być wykorzystywane racjonalnie i w określonych warunkach transportowych np. w obrębie aglomeracji przy limitowanych mocach i prędkościach jazdy. Dla popularyzacji tego typu rozwiązań kluczowe znaczenie ma dostęp do infrastruktury pozwalającej na naładowanie samochodu. Odpowiednio rozmieszczona liczba punktów do ładowania pozwoli na komfortowe korzystanie z pojazdów elektrycznych. Dlatego też idealnie nadają się one do jazdy po mieście, gdzie odległości są niewielkie, a zatem i infrastruktura może być rozmieszczona najbardziej efektywnie. Przy zaawansowanej technologii ładowania, nawet krótkotrwałe uzupełnienie stanu akumulatora wystarcza na przejazd z domu do pracy lub na zakupy nie obciążając portfela właściciela samochodu elektrycznego.
Aktualnie stale trwają badania w celu otrzymania bardziej wydajnych oraz coraz tańszych akumulatorów. Duże zainteresowanie wszystkich producentów baterii oraz rozwój napędów elektrycznego do różnych kategorii samochodów dowodzą o ugruntowaniu przekonania, iż napęd elektryczny będzie miał znaczącą rolę w rozwoju dużej części środków transportu przyszłości.
Sposób ładowania akumulatorów jest jedną z cech samochodów elektrycznych. Występują dwa sposoby – pierwszy polega na użyciu instalacji elektrycznej domowej oraz czerpaniu prądu z sieci AC. Ten sposób ładowania baterii akumulatorów jest możliwy poprzez zasilacz znajdujący się w samochodzie (zasilacz własny). Drugi sposób ładowania baterii akumulatorów jest wykorzystywany na specjalnych stacjach ładowania (ładowanie prądem DC).
W celu uzyskania przez pojazdy elektryczne ogólnej akceptacji, należy spełnić różne warunki, aczkolwiek najważniejszym jest dostępność punktów ładowania, czyli zapewnienie użytkownikom łatwego dostępu do energii zawsze i wszędzie. Chociaż koszt eksploatacji samochodów już wystarczająco oddziaływuje na wyobraźnię człowieka. Auto spalinowe zużywa średnio 8-9 litrówpaliwa na100 kmi jest to wydatek ok. 50 zł. Przejechanie takiego samego dystansu samochodem elektrycznym ma kosztować tylko 5 zł [3].
W Polsce aktualnie wprowadzany jest projekt budowy systemu ładowania samochodów elektrycznych, który jest również jednym z elementów branych pod uwagę przy budowie polskich inteligentnych sieci Smart Grid(inteligentne sieci elektroenergetyczne, gdzie istnieje komunikacja między wszystkimi uczestnikami rynku energii, mająca na celu dostarczanie usług energetycznych przy zapewnieniu obniżenia kosztów i zwiększenia).
W projekcie Smart Grid zamierza się opracować inteligentne systemy energetyczne „współpracujące” z samochodami elektrycznymi i ich akumulatorami trakcyjnymi („włączenie” samochodowych akumulatorów do takich systemów). Pierwszym krokiem w celu upowszechnienia ekologicznych samochodów jest zapoczątkowanie oraz umożliwienie rozwoju rynku samochodów elektrycznych w Polsce i również rozwinięcie się firm, które zajmą się tworzeniem infrastruktury do ładowania pojazdów elektrycznych, co ułatwi konstruowanie stacji ładujących.
Przy konstruowaniu oraz budowaniu systemów infrastruktury należy wziąć pod uwagę kryteria, które będą miały znaczny wpływ na przyspieszenie rozwoju elektryfikacji transportu, a są to między innymi:
- powszechność – należy zastosować takie rozwiązanie, by z powstałych terminali mieli możliwość korzystania wszyscy odbiorcy bez znaczenia na typ oraz rodzaj pojazdu, umowę z określonym operatorem lub sposób płatności, jak również możliwość korzystania z określonego terminala o każdej porze,
- uniwersalność – terminale powinny zapewniać możliwość obsługiwania każdego ze standardów ładowania występujących na rynku, co umożliwi ładowanie wszystkich samochodów elektrycznych, bez znaczenia na rodzaj, markę lub typ zastosowanej baterii,
- niski koszt instalacji – przy opracowywaniu lokalizacji instalowanych terminali, należy wziąć pod uwagę koszty instalacji z koniecznością zachowania łatwej dostępności,
- niski koszt obsługi –powstanie specjalnego do zarządzania terminalami zdalnego systemu monitorowania ma zapewnić możliwość prostej obsługi terminali. Urządzenia zaopatrzone powinny być w moduły komunikacyjne, które umożliwią komunikację w zależności od występującej technologii w danej lokalizacji (GSM/GPRS, WLAN, Ethernet). System monitorowania opierać się będzie na aplikacji internetowej i wykonywać funkcje rozliczeniowe, zarządzania procesem ładowania i kontrolę poprawności funkcjonowania,
- wysoka jakość urządzeń – konieczne jest, aby terminale były projektowane w taki sposób, aby ich obsługa była możliwie intuicyjna oraz nie sprawiała problemów przyszłym użytkownikom samochodów elektrycznych.
Ładowanie samochodów elektrycznych
Stacja ładowania pojazdów elektrycznych może posiadać jeden albo kilka punktów ładowania oraz mieć wbudowane funkcje inteligentnego zarządzania energią, między innymi takie jak optymalizacja mocy ładowania w stosunku do potrzeb samochodu oraz dostępność mocy w sieci. Stacja może „kontaktować” się z ładowanym samochodem jak i również siecią energetyczna wykorzystując do tego GSM/GPRS, co sprawi iż użytkownicy będą mieli możliwość sprawdzenia dostępności stacji oraz postęp ładowania. System ma również możliwość wysłania do użytkownika informacji, gdy samochód będzie w pełni gotowy do jazdy. W celu zapewnienia komfortu użytkowania oraz niezawodności systemu, niezbędna jest rozbudowa infrastruktury, która umożliwi łatwy dostęp do stacji ładujących na osiedlach mieszkaniowych, w domach jednorodzinnych oraz przede wszystkim w lokalizacjach komercyjnych, takich jak budynki biurowe czy centra handlowe. Stacje można zainstalować na ścianie garażu albo jako zewnętrzne dystrybutory.
Zakłada się, iż pierwszymi użytkownikami pojazdów elektrycznych powinni być właściciele domów jednorodzinnych, którzy mają możliwość ładowania samochodu wykorzystując własną instalację elektryczną. Ładowanie baterii trakcyjnej pojazdu elektrycznego na terenie domu może trwać dość długo, nawet około 10 godzin. Jeśli pojazd jest wykorzystywany do poruszania się do pracy oraz jako środek do przewożenia zakupów, to wówczas nocne ładowanie w domu w zupełności wystarczy. Wolne ładowanie baterii trakcyjnej umożliwia ładowarka o niedużej mocy zabudowana w pojeździe elektrycznym, którą można podłączyć do domowego jednofazowego gniazda elektrycznego. W sytuacji gdy dzienne przebiegi przekraczają 100 km, wówczas konieczne jest skorzystanie ze specjalistycznych terminali, które posiadają dużo większą moc i tym samym cechują się o wiele krótszym czasem ładowania.
W celu wyeliminowania czasochłonnego ładowania baterii można skorzystać z systemu wymiany akumulatorów na określonych stacjach ładowania. W tym projekcie zakłada się, iż samochód „otrzymuje” naładowany akumulator, natomiast wymontowana z pojazdu bateria trakcyjna jest kierowana do ładowania. Niektórzy producenci proponują także taki model eksploatacji, w którym użytkownik posiada samochód, natomiast bateria trakcyjna jest leasingowana. Budowane są także specjalistyczne pojazdy pomocy drogowej, które umożliwiają doładowanie akumulatorów trakcyjnych w pojazdach elektrycznych. Taki samochód oferuje różne tryby ładowania – prądem zmiennym, jak również szybkie ładowanie prądem stałym.
W Polsce dużym zainteresowaniem cieszą się urządzenia do ładowania samochodów elektrycznych firmy Ekoenergetyka – Zachód. Firma do chwili obecnej wykonała instalację kilkunastu terminali w Polsce oraz kilkudziesięciu w Niemczech [6].
W Polsce rozwojem sieci punktów ładowania pojazdów elektrycznych zajmuje się również firma e+. Firma należy do Polenergii, a udziałowcem jest izraelska firma Alva Technologies, która dostarcza urządzeń do ładowania baterii. Budowa ogólnopolskiej sieci punktów ładowania jest powiązana z dalszymi planami firmy e+, która w przyszłości będzie oferować krótko – oraz długo – terminowy wynajem pojazdów elektrycznych. Istotną częścią tych usług będzie dostęp do sieci punktów ładowania na podstawie specjalnej karty.
System zarządzania Galactico [7] jest systemem monitorowania, zarządzania oraz raportowania. Jest tym samym jedną z najbardziej zaawansowanych aplikacji internetowych, pozostawszy jednocześnie dla użytkownika łatwym w obsłudze. Galactico cechuje się intuicyjną obsługą, prostym wyszukiwaniem terminali oraz ich rezerwowaniem, pozwala na wyszukiwanie terminali wszystkich operatorów, informuje o statusie zajętości gniazd w czasie rzeczywistym, co jest bardzo istotne dla osób pokonujących dłuższe trasy i którym zależy na czasie. Użytkownik po zarejestrowaniu się na stronie systemu dostaje drogą pocztową indywidualną, dostępową kartę zbliżeniową. Każdy terminal działający w ramach Galactico posiada odpowiedni czytnik, przez co użytkownicy mają możliwość ładowania pojazdów także poza granicami własnego miasta. Zarejestrowane osoby mogą wyszukać i zarezerwować odpowiednią stację przy wykorzystaniu strony internetowej albo przy pomocy specjalnej aplikacji zainstalowanej na urządzeniu typu smartphone. Urządzenia wyposażone w funkcję GPS same pokierują użytkownika do najbliższej stacji ładowania. Galactico posiada kilka modułów: m.in. moduł zarządzania, moduł raportowania, moduł zarządzania energią oraz moduł serwisowo diagnostyczny.
”]
”]
Zapraszamy do zapoznania się z drugą częścią artykułu tutaj.
Literatura:
- Jastrzębska G.: Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne, WNT Warszawa, 2007
- 2. Ocioszyński J.: Zespoły elektryczne i elektroniczne w samochodach, WNT Warszawa, 2000
- strona internetowa http://www.motofakty.pl/artykul/wroclaw-chce-zbudowac-siec-ladowania-dla-pojazdow-elektrycznych.html , dostęp 19.05.2012
- strona internetowa http://www.smartgrid.agh.edu.pl , dostęp 19.05.2012
- strona internetowa http://energetyka.e-bmp.pl/gdzie-zaladowac-elektryczny-samochod,3637,art.html , dostęp 20.05.2012
- strona internetowa, http://www.ekoenergetyka.com.pl dostęp 20.05.2012
- strona internetowa http://www.galactico.pl, dostęp 20.05.2012
- strona internetowa http://www.samochodyelektryczne.org , dostęp 20.05.2012
- strona internetowa http://www.samochodyelektryczne.org/kategorie/punkty_ladowania.html, dostęp 21.05.2012
- strona internetowa http://www.ecomoto.info/ , dostęp 21.05.2012
- strona internetowa http://www.samochodyelektryczne.org/wroclawska_siec_punktow_ladowania_liczy_10_terminali.htm , dostęp 21.05.2012
- strona internetowa http://www.samochodyelektryczne.org/kalkulatory/kalkulator_zasiegu_pojazdu_elektrycznego.htm , dostęp 20.0.52012
- strona internetowa http://www.wirtualneoslo.pl/?p=1687 , dostęp 22.05.2012
- strona internetowa http://www.samochodyelektryczne.org/w_lutym_po_warszawie_zaczna_jezdzic_elektryczne_taksowki.htm , dostęp 22.05.2012
- strona internetowa http://www.samochodyelektryczne.org/galerie/samochody_elektryczne_w_wypozyczalni_express_rent_a_car/index.htm , dostęp 20.05.2012
O autorze:
Dr hab. inż. Jerzy Mikulski prof. nzw. Politechniki Śląskiej – kierownik Zespołu Automatyki w Transporcie jest absolwentem Wydziału Automatyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach, specjalność Kompleksowe Systemy Sterowania. Pełni funkcję prezesa Polskiego Stowarzyszenia Telematyki Transportu. Jest także członkiem Sekcji Sterowania Ruchem w Transporcie, Komitetu Transportu Polskiej Akademii Nauk. Pełni funkcję przewodniczącego Komitetu Naukowo-Programowego międzynarodowej konferencji „Transport Systems Telematics”. Jest redaktorem Wydawnictw Konferencyjnych, w tym w Springer Verlag. Jest członkiem wielu Komitetów Naukowych konferencji krajowych i zagranicznych. Jest także członkiem dyplomowej komisji egzaminacyjnej Uniwersytetu w Žilinie na Słowacji.
