Зарядни станции за електромобили

Видове станции и съвременни аспекти в технологичното им развитие

Както е известно, акумулаторната батерия е основен източник на електроенергия за задвижване на електромобилите и за осигуряване на нормалната работа на всички бордови устройства и системи. След изчерпване на електрическия й заряд, тя трябва да се презареди. Презареждането на акумулаторната батерия означава възстановяване на нейния първоначален електрически заряд и, съответно, на енергийната възможност за експлоатация на електромобила. При ”чисто” електрическите електромобили, това става технологично с електрически ток чрез включване към външен източник на електроенергия. Всички електромобили са оборудвани с бордови зарядни устройства, които преобразуват входното променливо напрежение от външния източник в постоянно напрежение. Между електромобила и външния източник на електроенергия има техническо средство, наречено зарядна станция, което адаптира електрическите параметри на захранващата електрическа мрежа към електрическите параметри на зарядното устройство на електромобила.

Презареждането е електрохимичен процес, който продължава определено време. „Продължителността и качеството на процеса са в пряка зависимост от капацитета на акумулаторната батерия и отдавания към нея електрически заряд. Ограничително условие за скоростта на презареждане е допустимият максимален ток за съответния вид акумулаторна батерия. Например, ако акумулаторна батерия с капацитет 200 А/ч, има ограничение за тока на зареждане 20% от капацитета, т. е. 40 А, то тя трябва да се презарежда минимум 5 ч., без отчета на к. п. д. на зарядното устройство. Ако ограничението е 100% и повече, тогава ограничението за времето на презареждане се лимитира от електропреносната мрежа и зарядното устройство”, твърди г-н Морев, управител на фирма Транспортна електроника 91, член на Индустриален Клъстер “Електромобили”.

В популярната практика зарядните станции се класифицират като станции на ниво 1, 2 и 3. Зарядните станции ниво 1 и 2 условно се наричат станции за конвенционален и ускорен заряд. Те не са преобразуватели на променливо напрежение в постоянно. Тези зарядни станции осигуряват необходимото променливо напрежение за бордовото зарядно устройство на електромобила с максимален товар 15 А за нива 1 и 3, и 2 А за ниво 2. „Станциите от ниво 1 основно са предназначени за домашна (гаражна) употреба. Ниво 2 включва зарядни станции, предназначени за обща употреба, които освен адаптацията на електрическите параметри на захранващата ел. мрежа към електрическите и конструктивни параметри на електромобила, осигуряват и изпълнението на допълнителни функции като отчет на потребяваната ел. енергия и остойностяването й; приемане на поръчки за презареждане на електромобили; охранителни функции; информационни справки за електромобила и състоянието на акумулаторната батерия; комуникационен диалог с доставчика на ел. енергия или оператора на зарядните станции и други. Станциите от ниво 2 са подходящи за обществено зареждане, например на обществени паркинги, паркинги на супермаркети, летища, гари, метростанции, фирмени паркинги и др. За ниво 1 и 2 не са необходими инвестиции в електропреносната мрежа и наличните резерви в електропреносната мрежа могат да осигурят необходимата им ел. мощност за захранване”, допълва г-н Морев.

Станциите от ниво 3 са предназначени за бързо зареждане. Времетраенето е от 10 до 30 минути. Основното различие между ниво 2 и ниво 3 е, че ниво 3 осигурява постоянно напрежение за презареждане на акумулаторната батерия на електромобила. Според г-н Морев, необходимата ел. мощност за захранване на такава зарядна станция е приблизително от 50 до 400 kW в зависимост от функционалната електрическа архитектура на зарядна станция - едноабонатни и многоабонатни. Това ел. осигуряване, обаче, не може да се осигури от наличната електропреносна мрежа и изграждането на този вид станции е съпроводено с ново проектиране и строителство. Зарядните станции от ниво 3 се оборудват с буферни акумулаторни батерии за поемане на пикови натоварвания. За осигуряване на допълнителна ел. енергия и намаляване на потреблението на ел. енергия от захранващата мрежа към тези зарядни станции работят и системи за доставка на ел. енергия от възобновяеми енергийни източници. Характерно за зарядните станции от 3 ниво е двупосочността на енергийния поток - от ел. мрежата към акумулаторната батерия и от акумулаторната батерия към енергийната мрежа. Тази техническа възможност позволява на зарядната станция да стане клетка на системата "смарт грид". Зарядните станции от ниво 3 заменят от 8 до 20 станции от ниво 2. Те са предназначени за поемане на големи потоци потребители.

На настоящия етап зарядните станции от ниво 2 са достатъчно разработени технологично и софтуерно. Цената им се колебае между 2000 и 7000 американски долара”, твърди г-н Морев. За зарядните станции от ниво 3 има индустриални прототипи. „Тези станции са инвестиционни съоръжения, които всеки производител изпълнява в зависимост от конкретните инвеститорски договорености. Цената варира между 40 и 70 хил. долара. Икономическите анализи показват, че за постигане на рентабилност или жизнеспособен бизнес, надценката на електроенергията, доставяна чрез такива станции, трябва да е около 50% - 70% за ниво 2 и около 120% - 160% за ниво 3, според степента на използване (колко часа в денонощието и колко дни в годината ще се ползват), според цената на станцията, разходите по инсталирането и други”, допълва той.

Съществуват зарядни станции от ниво 2 и 3, които освен централно електрозахранване имат инсталирани и слънчеви колектори и/или вятърни генератори и буферни акумулаторни батерии. Тези допълнителни източници на ел. енергия са в различно съотношение спрямо потреблението на ел. енергия от централното ел. захранване за всеки конкретен обект. По този начин се осигурява енергийна автономност на зарядните станции до определено ниво на потребление. Тази практика за проектиране и изграждане на енергийно автономни зарядни станции се налага като по-перспективната.

Ако зарядните станции осигуряват зареждането на електромобили, които са предназначени за експлоатация в отговорни и рискови дейности, при проектирането на зарядната станция трябва да се предвиди 100% резервиране на ел. захранването или необходимия допълнителен брой електромобили за горещ резерв, както се практикува в подобни случаи за тези производства и дейности.

Според мнението на експерта, ако ползването на зарядните станции се обвърже с предварителен годишен абонамент и консумираната ел. енергия се заплаща по номинални цени, зарядната станция може да бъде рентабилна. Технологията на производство на зарядните станции е достатъчно известна и много от тях се предлагат на пазара като готови продукти. Това, което липсва, са единни договорени международни стандарти, на които зарядните станции и техни елементи като куплунги, кабели, цветове, спецификации на напрежение и други, да отговарят. Освен това липсват регламенти за продажба на електроенергия от такива станции, несигурност по отношение на общинските инвестиции в такава (зарядна) инфраструктура, неизвестна правителствена политика по отношение на инвестициите в зарядна инфраструктура, тромав и скъп процес на издаване на разрешителни за зарядни устройства.

„Освен посочената по-горе технология за възстановяване на енергийната обезпеченост на електромобила, чрез включване към външен енергиен източник съществува и технология за смяна на акумулаторните батерии на електромобила. Смяната се осъществява автоматично на специализирани станции за смяна на акумулаторните батерии на електромобилите. Смяната става за около 3 - 10 минути. За осъществяването й се изисква спазването на следните ограничения - акумулаторните батерии да имат еднакви механични и електрически характеристики - тегло, размери, начин на монтаж и присъединяване, напрежение, ел. свързване. Ако има различие се оборудват съответният брой монтажни работни места. Станциите за смяна са предварително обезпечени със съответните батерии, както и с места за зареждането на свалените акумулаторни батерии. Тази технология е много удобна за собствениците на електромобили, но цената й е доста висока. Освен това, масовото й популяризиране е неясно на този етап, защото поставя сериозни конструктивни ограничения пред производителите на електромобили”, допълва г-н Морев.

Въвеждането на електромобилите в масова употреба основно ще бъде стимулирано от необходимостта от намаляване на високия процент парникови газове, отделян от големите градове, и влиянието му върху изменението на климата. За обезпечаването на нормалната работа на електромобилите се налага изграждането на адекватна инфраструктура от зарядни станции. „Темповете на навлизането на електромобилите и изграждането на съответната инфраструктура могат да се повлияят от участието на централната и местна власт в зависимост от целите, които те си поставят”, твърди г-н Морев. ”Приоритетните цели трябва да бъдат насочени към подобряване на екологичната картина на определени градове, където е установено трайно отклонение от нормите на допустима замърсеност. Също така биха могли да се създадат екологични зони за живеене и работа, туризъм и отдих без автомобили с двигатели с вътрешно горене (ДВГ). Трябва да се използва предстоящата благоприятна обстановка за изграждане на инфраструктура за зареждане на електромобили, за създаване на нови работни места и производства, обезпечаващи този процес с техническо оборудване и необходимото строителство”.

С оглед на съществуващата в страната урбанистична инфраструктура, при която преобладават жилищни блокове в големите градове и липса на гаражи за домуване на МПС, и относително концентрираното застрояване, г-н Морев предлага следния вариант на решение на въпросите със строителството на зарядните станции за един начален етап до 2013- 2015 г: изграждане на зарядни станции от ниво 2 към паркинги за домуване, фирмени паркинги, големи супермаркети и изграждане на зарядни станции от ниво 3 - не повече от 2 до 3 за градове като Пловдив, Сливен, Русе, Плевен и 4-6 за София, Варна и Бургас.

В отговор на въпроса смята ли , че е възможно установяването на единен световен стандарт по отношение на производството и експлоатацията на зарядните станции, г-н Морев заяви: „На настоящия етап има много технологични неясноти относно перспективите на развитие на акумулаторните батерии. Сега се наблюдава процес на интензивни търсения, съпроводени с огромни парични инвестиции на НИРД. Това се катализира и от търсенето на заместители на петрола и намирането на начини за съхранение на произведената ел. енергия. Има сведения за разработка на литиеви батерии на базата на нанотехнологиите с енергийна плътност 2000 ВТЧ /Л и 45 000 цикъла заряд/разряд. Считам, че ще се утвърдят стандарти за физическото присъединяване на акумулаторните батерии към зарядните станции; за комуникационен протокол между зарядната станция и доставчиците на ел. енергия и собственика на електромобила; за комуникационен протокол между зарядната станция и електромобила и за включване и следене на работата и управление на зарядната станция, когато е в мрежа към системата „смарт грид” в перспектива”.

Според прогнозни данни, за 2020 г се очаква броят на електромобилите да достигне до 10% от годишното производство в света - 6 млн. електромобила. „С течение на годините, сегашните ограничения за използване на автомобили с ДВГ в големите градове вероятно ще се увеличат. Основният фактор е ниската енергийна ефективност на ДВГ - за 100 км пробег един автомобил с ДВГ изразходва 66 КВтЧ при разход 6л/100 км, а при разход 12л за един джип, енергийният разход е 132 КВтЧ. На електромобила са необходими 15 КВтЧ за 100 км (в тези 15 КВтЧ не е включен енергийният разход за производство на ел. енергията от електростанцията). На настоящия етап първоначалната цена на електромобила е по-висока от 30% до 50 % спрямо цената на автомобил с ДВГ на същото купе, което е сериозен възпиращ фактор за масовото му търсене. Към този факт се наслагват и неизвестните на този етап от експлоатацията на електромобилите и липсата на развита зарядна инфраструктура. С цел насърчаване на закупуването на електромобили, в много страни на Западна Европа, САЩ, Канада и Австралия се предлагат различни финансови и данъчни стимули, както и непарични привилегии за ползващите електромобили. За България на настоящия етап навлизането на електромобилите е свободна територия. Към горепосочените причини се добавя и липсата на достатъчна информираност сред населението, както и липсата на фирми, които да предлагат електромобили. При една добре организирана разяснителна кампания, съпроводена с реално присъствие на пътищата на пилотни електромобили, ангажиране на фирми с доставка на нови и фирми за конверсиране на автомобили с ДВГ в електромобили, предлагане на финансови инструменти за лизинг на акумулаторна батерия и/или целия електромобил, както и местни или национални стимули за ползващите електромобили, може да се очаква до 2013 г броят на електромобилите за страната да достигне 2000-3000, и до 2015 - 6000 броя”, заяви в заключение г-н Морев.