W Polsce elektromobilność rozwija się w coraz szybszym tempie. Według licznika elektromobilności w kraju zarejestrowanych jest już ponad 33 tys. pojazdów zeroemisyjnych. Prognozy na przyszłość są jeszcze bardziej optymistyczne. Zgodnie z najnowszym wydaniem „Polish EV Outlook” przygotowanym przez PSPA, do 2030 roku na terenie kraju zarejestrowanych będzie ponad 996 tys. samochodów elektrycznych.
– W kolejnych latach polski sektor e-mobility zdecydowanie przyspieszy. Zakładamy, że do 2030 r. łączna liczba nowo rejestrowanych (pochodzących z rynku krajowego i importu) w Polsce samochodów całkowicie elektrycznych (osobowych i dostawczych) zwiększy się do prawie 170 tys. szt. Podobny poziom rejestracji nowych, osobowych BEV jak w Belgii, Hiszpanii, czy we Włoszech w 2022 r. osiągniemy już w 2024 r., natomiast do ubiegłorocznego wyniku Niderlandów zbliżymy się w 2025 r. – mówi Maciej Mazur, dyrektor zarządzający PSPA.
Nieustanny wzrost rejestracji zeroemisyjnych pojazdów stawia przed sektorem e-mobility kolejne wyzwania. Dotyczą one głównie infrastruktury, która musi być powszechnie dostępna. Nie chodzi jednak wyłącznie o szybkie i ultraszybkie ładowarki, których liczba zwłaszcza przy trasach szybkiego ruchu znacząco się zwiększa. Kluczowe z punktu widzenia miast, a zwłaszcza firm, które odpowiadają za ponad 70 proc. nowych rejestracji pojazdów, są punkty ładowania prądem przemiennym (AC).
Zmieniająca się flota
„Wolne” ładowarki są rozwiązaniem dla osób, które większość dnia spędzają w pracy. |W tym czasie samochód po prostu stoi. Powstaje więc zasadne pytanie po co ma tylko stać, skoro w tym czasie może się ładować? Jest jednak na to rozwiązanie. Przykładem jest BMW Polska, które nieustannie elektryfikuje nie tylko swoje portfolio, ale też własną flotę pojazdów służbowych. W 2023 pracownicy biura w Warszawie będą jeździć m.in. 42 samochodami z napędem elektrycznym (BEV) lub hybrydowym (PHEV).
Są to dość zróżnicowane pojazdy, zwłaszcza pod względem ładowania. Modele elektryczne mogą się ładować nawet z mocą 22 kW. Z kolei hybrydy ładują się jednofazowo z mocą między 3,7 i 7,4kW. To wymusza stworzenie systemu, który będzie stanowił uniwersalne rozwiązanie pod względem ładowania i nie będzie wykluczał poszczególnych miejsc z ładowarką, ze względu na mniejszą moc ładowania.
Kolejnym ograniczeniem z punktu widzenia tworzenia sieci ładowania jest sam budynek (biurowiec). W przypadku BMW moc przyłączeniowa była wydzielona na parking. Niestety moc ta jest relatywnie niewielka. Dostępne było 200 kW, która musiało zostać rozdzielone na 42 miejsca postojowe. W Efekcie daje to zaledwie 4,7 kW na samochód. W tym miejscu warto postawić „przecinek” i podkreślić, że wiele budynków w Polsce nie ma nawet takiego zapasu mocy. Nie oznacza to jednak, że budynek, w którym mieści się siedziba firmy BMW jest w mniejszości. Nie. Jest on stosunkowo nowym obiektem, gdzie instalacja została w odpowiedni sposób przemyślana, mimo że w czasach jego budowy pojazdy elektryczne nie były rozpowszechnione.
W przypadku tworzenia systemów ładowania, wyzwaniem pozostaje jeszcze jedna kwestia – rozliczenia. Na co dzień z pojazdów wymagających ładowania ze źródła zewnętrznego korzystają pracownicy biura. Przeważnie ich pojazdy stoją na parkingu w godzinach pracy, na przypisanych miejscach. Może się jednak zdarzyć, że do biura przyjeżdżają goście bez miejsca parkingowego i czasem chcą skorzystać z ładowarki. W efekcie wymaganym jest, aby ładowarki miały kontrolę dostępu, dzięki czemu korzystać z nich będą tylko autoryzowani kierowcy.
Wyzwanie dla wykonawcy
Budową sieci dla BMW zajmował się E.ON Drive. Jak powiedział Kuba Jedliński, szef eMobility w E.ON Polska „zazwyczaj, a na pewno nie przy dużych flotach, nie dysponujemy dostępną mocą przyłączeniową. Procesy przyłączeniowe są długie i sądząc po rosnącym popycie jeszcze się wydłużą. Czasem zwiększenie mocy będzie zupełnie niemożliwe i wniosek w tej sprawie będzie leżał bez terminu rozpatrzenia. Zazwyczaj udaje się ją zwiększyć, ale nie o tyle ile potrzeba”. Dodał również, że „na parkingu BMW i tak mieliśmy luksus: 200kW dostępnej mocy i tylko dla naszych ładowarek. Ale to i tak było za mało, ponieważ łączna nominalna moc ładowarek to 924kW (42x22kW)”.
W efekcie stawianych przed instalacją wyzwań, ładowarki powinny być tak dobrane, aby dopasować się do samochodów we flocie. Część z nich to PHEV inne to BEV, przez to ładują się z efektywnie różną mocą, ale obciążają ładowarkę w podobny sposób. Do niedawna ładowarki pokładowe BMW nie przyjmowały mocy większej niż 11kW (trójfazowo), ale do oferty dołączają właśnie nowe modele, z zapotrzebowaniem na 22kW.
Ponadto z ładowarek będą korzystać nie tylko kierowcy flotowi BMW w Polsce, ale do parkingu będą mieli dostep też inni najemcy lub goście. Uruchamianie przy pomocy karty RFID to minimum ograniczenia dostępu. „Musimy wziąć pod uwagę, że czasem kierowca zmieni miejsce parkowania i będzie korzystał z innego punktu” – zaznaczył Kuba Jedliński z E.ON Drive. Na koniec miesiąca, BMW oczekiwało również rozliczeń kosztów pobranej energii w przeliczeniu na każdego kierowcę, ale bez przekazywania danych identyfikacyjnych pracowników. Oznacza to wskazania w raporcie miesięcznym podsumowania anonimowego konta z prostym numerem.
Rozkład mocy i ładowarek
Budowanie tak dużego hubu ładowania to nie tylko ładowarki (42 punkty ładowania w przypadku BMW), ale też kable, którymi należy rozprowadzić prąd. Na parkingu odległość między punktami z łatwością może przekroczyć 100m, a koszty przewodów potrafią być większe niż samych ładowarek. Dobry rozkład i planowanie instalacji to podstawa.
„Na wstępnym etapie planowania BMW przekazało informację o 200kW dostępnej mocy przyłączeniowej. To dało nam przestrzeń do instalacji, ale też ograniczyło całość projektu i narzuciło konkretne rozwiązanie” – wskazał Kuba Jedliński
Szef E.ON Drive w Polsce dodał, że kluczowa była deklaracja, że do tego licznika (punktu poboru energii, PPE) będą podłączone tylko te ładowarki i że dostępna moc jest stała i gwarantowana przez operatora sieci. To znaczy, że z tego licznika nie korzysta np. oświetlenie parkingu.
Moc nominalna vs moc dostępna
W tym miejscu warto zaznaczyć, że moc nominalna to moc, z którą działa ładowarka, dla specyfikacji przyjmuje się, że to najwyższa moc, z jaką może działać. Ponieważ do rozwiązania dla BMW przyjęto 42 punkty ładowania, każdy o mocy do 22kW, to moc nominalna całej instalacji wynosi aż 924kW. Z kolei dostępna moc w tym wypadku jest stała i wynosi 200 kW. To znaczy, że aby uruchomić te wszystkie ładowarki konieczne było zmniejszenie ich mocy nominalnych (do 4,7kW – to nie ma sensu), albo ograniczyć ich liczbę (to powoduje problemy z dostępnością miejsc, rotacją i frustruje kierowców), albo zastosować jeszcze inne rozwiązanie. Ostatecznie, osiągnięto rewelacyjny wskaźnik 4,6 (moc nominalna ładowarek do mocy dostępnej).
Rozwiązaniem problemu okazał się system DLM. Jest on oparty o system do zarządzania energią i funkcji płynnej zmiany mocy ładowarki. To rozwiązanie w czasie rzeczywistym automatycznie obniża moc, jeśli jednocześnie ładuje się więcej samochodów. Z kolei, kiedy pojazdów jest mniej, lub są już naładowane, to ich moc jest uwalniana i inne auta mogą ładować się szybciej. „W chwili instalacji projekt rozwiązania dla BMW był najbardziej rozbudowanym DLM w Polsce. Nic dziwnego, że zdecydowała się na niego marka znana jako lider elektromobilności” – podkreśla Kuba Jedliński z E.ON Drive.
Co się dzieje, kiedy wszyscy ładują się jednocześnie?
Zapytaliśmy wykonawcę instalacji o kilka sytuacji hipotetycznych. Jedną z nich było ładowanie na raz wszystkich 42 pojazdów. „W takiej sytuacji, system IT do zarządzania DLM (Virta) odpowiednio obniża moc każdej z ładowarek do ok. 200÷42=4,7kW – wszystkie baterie ładują się z mniejszą mocą. W praktyce, od czasu instalacji DLM nie zdarzył się taki przypadek” – wyjaśnił Kuba Jedliński. System w każdej sekundzie odczytuje zużycie mocy i odpowiednio nią zarządza. „Zazwyczaj wpięta jest tylko część samochodów, ponieważ nigdy nie ładują się one „od zera”, a niektóre wciąż przyjmują maksymalnie 3,7 lub 11kW mocy (zależnie od modelu). Za to system nieustannie uśrednia wskazania ładowarek i kiedy zwalnia się limit mocy przekazuje go do urządzeń, które zwiększają swoją moc lub kiedy zapotrzebowanie jest większe, DLM odpowiednio ogranicza moc całego systemu” – dodał szef E.ON Drive w Polsce.
Zabezpieczenie przed awarią
Ładowarki posiadają liczniki MID, takie same jak te używane w stacjach ogólnodostępnych (w sensie technicznym, te urządzenia mogłyby pełnić rolę stacji ogólnodostępnych) – dzięki temu mamy pewność precyzyjnych pomiarów. Przed ewentualną awarią chroni konkretna kolejność akcji serwera. Zanim nowe urządzenie uruchomi ładowarkę, system „odpytuje” serwer od dostępną moc. Następnie DLM zmniejsza poziom mocy w działających w tej chwili ładowarkach i dopiero kiedy uzyska odpowiedź, że wszystkie zmniejszyły pobór energii, system pozwala na uruchomienie nowego punktu. Cała operacja zajmuje ułamek sekundy, ale w praktyce jej czas zależy od szybkości transferu danych (maksymalnie kilka sekund). Dlatego do DLM niezbędny jest dostęp do Internetu.
Wybór ładowarek
Ponieważ BMW ładować będzie samochody pracowników biura, w godzinach pracy to znaczy, że wszystkie samochody zjadą mniej więcej w tym samym czasie i będą podłączone do ładowarki ok 5-9 godzin. Dla takiego tzw. use case’u najbardziej odpowiednie są ładowarki AC, trójfazowe o mocy do 22kW (dla ładowania jednofazowego to będzie ok 7,4 kW).
Ponadto do zarządzania mocą niezbędne jest połączenie z Internetem. Z tego względu każda ładowarka posiada tego typu połączenie. „Ten element – niespodziewanie – stanowił największe wyzwanie. Ponieważ garaż znajduje się pod ziemią, w chwili projektowania nie było w nim dostępu do sieci LTE (ładowarki komunikują się przez kartę SIM)” – podkreślił Kuba Jedliński Mimo projektowanego połączenia siecią LAN okazało się, że ze względów bezpieczeństwa przewód do Internetu nie może zostać doprowadzony do pomieszczenia z serwerami w budynku. Istniało ryzyko, że do parkingu niezbędne będzie doprowadzenie dedykowanego łącza. Szczęśliwie, zarządca budynku w międzyczasie zainstalował przekaźniki LTE i ostatecznie ładowarki uruchomione zostały metodą plug&play.
Monitorowanie ładowania
Wszystkie ładowarki stale połączone są z tzw. CPMS (ChargePoint Management System) marki Virta, fińskiego startupu którego niemiecka grupa E.ON jest inwestorem. System nie tylko pozwala na rejestrację sesji ładowania, kontrolę dostępu czy raporty, ale też umożliwia dynamiczne sterowanie mocą zintegrowanych z nim urządzeń.
Za „wpięcie” do usługi CPMS klienci płacą miesięczną opłatę. W zamian, E.ON Drive rejestruje indywidualne sesje do późniejszego raportu i w czasie rzeczywistym ma podgląd na stan techniczny ładowarek i przebieg ładowania.
Jak przygotowano instalację?
W przypadku instalacji elektrycznej w budynku, w którym znajduje się biuro BMW, wymagana była współpraca kilku stron. Często, na podstawie umowy ramowej, wszystkie instalacje w budynkach wykonują dedykowane zespoły. Tak było w tym przypadku. „Zarządca budynku, po konsultacji z ekspertami E.ON Foton samodzielnie wykonał instalację i zabezpieczenia” – powiedział Kuba Jedliński Do rozprowadzonego okablowania monterzy E.ON dociągnęli ostatni metr przewodu i zawiesili ładowarki. Na koniec E.ON i zarządca budynku wspólnie potwierdzili prawidłowy montaż i instalację.
Zabezpieczenia instalacji
Przy takiej instalacji stosuje się co najmniej dwa zabezpieczenia: jedno dla każdej ładowarki (tutaj dla mocy 22kW, czyli 40A), na wypadek awarii jednego punktu ładowania, oraz jednego wspólnego dla całej instalacji, tuż za licznikiem energii odpowiednio dla 200kW (wkładka bezpiecznikowa 300A). Nominalna moc ładowarek jest ponad 4-krotnie większa, ale ponieważ urządzenia mają pracować w trybie dynamicznym, nigdy nie mogą przekroczyć łącznego zapotrzebowania na 200 kW mocy. Operator Sieci Dystrybucyjnej i tak ma swoje własne zabezpieczenie przedlicznikowe, ale zadziała ono tylko w sytuacji awaryjnej, której powinniśmy unikać właściwie projektując instalację.
„Instalację elektryczną warto projektować tak, żeby można było do niej dodać kolejne urządzenia w przyszłości, np. już na pierwszym etapie przygotowując odpowiednio „gruby pień” (żeby nie wymieniać kosztownego przewodu w przyszłości) i instalując odpowiednio wyższe zabezpieczenie. Mimo rekordowego stosunku mocy nominalnej do mocy dostępnej, na parkingu BMW zmieści się jeszcze 6-12 punktów ładowania” – podkreśla Kuba Jedliński z E.ON Drive.
Wyzwania infrastrukturalne
Planując podobną (mniejszą czy większą) instalację trzeba zacząć od pytania o dostępną moc: jaka jest jej wartość, czy do tego samego licznika (PPE) przyłączona jest fotowoltaika i czy z tego licznika korzystać będą tylko ładowarki czy też inne urządzenia? Wszystko to będzie stanowić o wartości granicznej instalacji. „Warto pamiętać, że sytuacja na parkingu BMW jest dość komfortowa, bo z licznika korzystają tylko ładowarki i taką instalację można z powodzeniem zrealizować w na tzw. 1 poziomie DLM” – wskazuje Kuba Jedliński. Kiedy dostępną mocą trzeba się podzielić z resztą budynku lub kiedy chcemy skorzystać z benefitu zwiększonej mocy z paneli fotowoltaicznych czy magazynu energii, trzeba wejść na bardziej zaawansowane poziomy tzw. 2. lub 3. DLM.
Kolejnym istotnym wyzwaniem jest łączność z Internetem. W praktyce to rozwiązanie IT steruje naszym ładowaniem (dostępy, zarządzanie mocą, rejestr sesji). Jeśli w garażu brakuje zasięgu sieci komórkowej, trzeba zabezpieczyć dostęp do Internetu przez sieć LAN (kabel) lub WLAN (WIFI).
Należy też pamiętać, że przy tworzeniu sieci ładowania konieczne jest planowanie na przyszłe lata. Warto od razu zaplanować instalację „do granic jej możliwości” i włączać do niej pierwsze i kolejne ładowarki, kiedy zajdzie taka potrzeba.
– Rozbudowa infrastruktury ładowania biurowa jest niezbędna ze względu na potrzeby wykorzystywania zeroemisyjnej floty pojazdów przez pracowników. Ponadto niezbędne jest przyspieszenie rozbudowy publicznej infrastruktury ładowania. Zakładamy, że rok 2023 będzie rokiem kolejnych wzrostów. Pozytywną dynamikę obserwujemy także na rynku infrastruktury ładowania. Powstało kolejnych kilka setek stacji ładowania. Widzimy oczywiście pozytywne sygnały płynące z rynku – ale także musimy sobie szczerze powiedzieć, że jest bardzo wiele w tym obszarze do zrobienia. Dlatego szczególnie mocno liczymy na rok 2023 – by zdynamizować rozwój infrastruktury i uniknąć sytuacji, w której zabraknie wsparcia wobec coraz większej liczby pojazdów – dodaje Maciej Mazur, dyrektor zarządzający PSPA.
Wnioski po pierwszym kwartale użytkowania
Chcąc zelektryfikować naszą flotę pojazdów służbowych mieliśmy prawie wszystko – pozytywne nastawienie pracowników, modele w pełni elektryczne o zasięgach ponad 400km – jak nowe BMW iX1, modele hybrydowe plug-in o zasięgach w trybie elektrycznym ponad 80km – jak nowe BMW X1 xDrive30e. Brakowało nam jedynie adekwatnej infrastruktury do ładownia w biurze – wyjaśnił Mateusz Grupa, e-Mobility Manager BMW Group Polska.
Dzięki budowie sieci ładowania rozszerzyliśmy naszą flotę do 30 aut w pełni elektrycznych oraz 30 hybryd plug-in. Mamy zatem więcej aut niż ładowarek (60 vs 42), nie stanowi to jednak problemu, ponieważ auta w pełni elektryczne potrzebują zazwyczaj od 1 do 2 sesji ładowania w tygodniu. Miesięczne zużycie prądu wynosi około 6000 kWh i kosztowo stanowi około 50% oszczędności względem ceny paliwa.
Pracownicy, poza możliwością ładowania w biurze, mogę również korzystać z sieci ładowarek publicznych skupionych w naszej usłudze BMW Charging. Dzięki temu uzyskaliśmy kompleksowe rozwiązanie mobilności użytkowników, a przy okazji cieszymy się największą siecią ładowarek biurowych w Polsce.
Usługi E.ON Polska udostępniliśmy również naszym klientom, którzy wybierając zelektryfikowany pojazd u każdego autoryzowanego dealera BMW i MINI, mogą jednocześnie w prosty sposób zamówić usługę montażu ładowarki u siebie w domu czy biurze, niezależnie czy potrzebują 1 wallboxa czy budowy bardziej rozbudowanego rozwiązania – zaznaczył Mateusz Grupa.
