Rozwój elektromobilności w aglomeracjach miejskich
a system elektroenergetyczny (część 2.)
Tab.1. Minimalna liczba punktów ładowania
Z zapisów Ustawy z 11 stycznia 2018 roku o elektromobilności i paliwach alternatywnych [9] gminy mają obowiązek opracowania Planu budowy ogólnodostępnych stacji ładowania. Ustawa określa zasady rozwoju i funkcjonowania infrastruktury służącej do wykorzystania paliw alternatywnych w transporcie, w tym wymagania techniczne, jakie ma spełniać infrastruktura, a także obowiązki podmiotów publicznych w zakresie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych.
Zobacz także
Redakcja Elektro.info.pl news Do końca marca 2021 r. w Gdańsku będzie 210 ogólnodostępnych punktów ładowania EV
Rada Miasta Gdańska przyjęła plan budowy ogólnodostępnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych. Do końca marca 2021 r. w mieście ma funkcjonować łącznie 210 punktów ładowania. Obowiązek rozbudowy infrastruktury...
Rada Miasta Gdańska przyjęła plan budowy ogólnodostępnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych. Do końca marca 2021 r. w mieście ma funkcjonować łącznie 210 punktów ładowania. Obowiązek rozbudowy infrastruktury dla EV wynika z zapisów Ustawy o elektromobilności i paliwach alternatywnych.
Redakcja Elektro.info.pl news Energia elektryczna jako opłata za parkowanie
Nissan wprowadził nową opłatę za parkowanie. Kierowcy pojazdów elektrycznych będą mogli oddać energię z akumulatora swojego samochodu, aby zapłacić za parkowanie podczas zwiedzania przestrzeni wystawowej...
Nissan wprowadził nową opłatę za parkowanie. Kierowcy pojazdów elektrycznych będą mogli oddać energię z akumulatora swojego samochodu, aby zapłacić za parkowanie podczas zwiedzania przestrzeni wystawowej Pawilonu Nissana w Jokohamie. Miejsce to zostało otwarte dla publiczności 1 sierpnia.
SONEL S.A. Ładowarki aut elektrycznych – jak wpływają na parametry jakości energii elektrycznej?
Dynamiczny rozwój elektromobilności wymusza błyskawiczną rozbudowę infrastruktury ładowania, co staje się jednym z największych wyzwań dla współczesnych systemów elektroenergetycznych. Instalacja stacji...
Dynamiczny rozwój elektromobilności wymusza błyskawiczną rozbudowę infrastruktury ładowania, co staje się jednym z największych wyzwań dla współczesnych systemów elektroenergetycznych. Instalacja stacji ładowania EV – odbiorników o znacznej mocy i nieliniowej charakterystyce – to proces znacznie bardziej złożony niż podłączenie standardowych urządzeń. Niesie on ze sobą ryzyko degradacji parametrów jakości zasilania (JEE), m.in. poprzez generację wyższych harmonicznych, asymetrię obciążeń oraz uciążliwe...
Zgodnie z zapisami ustawy plan ten powinien określać:
- lokalizację oraz liczbę planowanych ogólnodostępnych stacji ładowania wraz z liczbą planowanych do zainstalowania w nich punktów ładowania,
- moc każdego z punktów ładowania,
- proponowany harmonogram budowy ogólnodostępnych stacji ładowania.
StreszczenieObserwowany w ostatnich latach rozwój przemysłu motoryzacyjnego w obszarze samochodów elektrycznych charakteryzuje się znaczną dynamiką. W oczywisty sposób wpływa on także na branże powiązane z elektromobilnością. Rozwój elektromobilności będzie miał zasadniczy wpływ na zużycie energii elektrycznej. W chwili obecnej przy niewielkiej ilości pojazdów elektrycznych ich wpływ na pracę systemu elektroenergetycznego jest praktycznie niezauważalny, ale wraz ze wzrostem ilości pojazdów oraz punktów ładowania ich znaczenie dla pracy systemu będzie rosło. Pierwotne założenia Planu Rozwoju Elektromobilności w Polsce sugerowały, że w 2025 roku po polskich drogach poruszać się będzie milion pojazdów elektrycznych. Wielkość ta została już kilka razy zweryfikowana, jednak kiedy zostanie urzeczywistniona, to tak duża liczba pojazdów elektrycznych w oczywisty sposób będzie oddziaływać na system elektroenergetyczny. W referacie przedstawiono perspektywy, szanse, wyzwania oraz trudności związane z wprowadzaniem elektromobilności w aglomeracjach miejskich i wyzwania jakie w związku z tym będą przed operatorami systemów elektroenergetycznych. |
AbstractDevelopment of e-mobility in urban agglomerations and the power systemThe development of the automotive industry in the area of electric cars observed in recent years is characterized by considerable dynamics. It also clearly affects industries related to e-mobility. The development of e-mobility will have a major impact on electricity consumption. At present, with a small number of electric vehicles, their impact on the power system operation is practically imperceptible. But as the number of vehicles and charging points increases, their significance for the operation of the system will grow. The assumptions of the Electromobility Development Plan in Poland suggested that in 2025 there will be one million electric vehicles on Polish roads. This figure has already been verified several times, but when it becomes a reality, such a large number of electric vehicles will obviously impact the power system. The paper presents the prospects, opportunities, challenges and difficulties associated with the implementation of emobility in urban agglomerations and the challenges that will be faced by electricity system operators. |
Jednym z obowiązków wynikających z ustawy, który dotyczy firm oraz operatorów publicznego transportu zbiorowego, jest wymóg zapewnienia przez jednostki samorządu terytorialnego udziału autobusów zeroemisyjnych we flocie użytkowanych pojazdów. Udział ten wynosi odpowiednio:
- 5% – od 1 stycznia 2021 roku;
- 10% – od 1 stycznia 2023 roku;
- 20% – od 1 stycznia 2025 roku.
Obowiązek ten dotyczy jednostek samorządu terytorialnego, z wyłączeniem gmin i powiatów, których liczba mieszkańców nie przekracza 50 tys. Każda jednostka samorządu terytorialnego, o której mowa powyżej, została zobligowana do sporządzania co 36 miesięcy analizy kosztów i korzyści związanych z zapewnieniem świadczenia usług komunikacji publicznej przy wykorzystaniu autobusów zeroemisyjnych . Oznacza to, że jednostki samorządu są zwolnione z obowiązku osiągnięcia wymaganego udziału autobusów zeroemisyjnych tylko w okresie trzech lat od daty sporządzenia analizy. Jeśli samorząd odstąpi, na podstawie wykonanej analizy, od zapewnienia wymaganego ustawą o elektromobilności określonego udziału autobusów zeroemisyjnych we flocie pojazdów, skutkować to może koniecznością poniesienia w kolejnych okresach zwiększonych nakładów inwestycyjnych na zakup pojazdów, aby spełnić wymania w późniejszych latach. Ustawa o elektromobilności narzuca, aby analiza kosztów i korzyści obejmowała w szczególności:
- analizę finansowo-ekonomiczną;
- oszacowanie efektów środowiskowych związanych z emisją szkodliwych substancji dla środowiska naturalnego i zdrowia ludzi;
- analizę społeczno-ekonomiczną, która uwzględnia wycenę kosztów związanych z emisją szkodliwych substancji.
Planowanie i budowa infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych w miastach będzie kolejnym wyzwaniem stawianym samorządom. Będzie to również kolejny dokument o charakterze strategicznym, który powinien być włączony chociażby do planów urbanistycznych samorządów. Jeśli plany rozwoju elektromobilności nie będą uwzględniały innych planów rozwojowych na terenie gmin, wtedy takie podejście może powodować wzrost kosztów nieskoordynowanych i często powtarzających się działań.
Na chwilę obecną jedną z zasadniczych i podstawowych przeszkód w planowaniu decyzji inwestorskich dotyczących budowy miejskiej sieci ładowania pojazdów elektrycznych, zwłaszcza z punktu widzenia długoterminowego utrzymania inwestycji, jest brak jednolitych standardów stacji ładowania. Nadal nie wypracowano i nie oferuje się standardowych zestawów urządzeń ładujących pojazdy elektryczne. Zatem jednostki samorządowe, które planują wprowadzenie na swoim terenie systemów i punktów ładowania pojazdów elektrycznych, muszą mieć świadomość faktu, że istnieje wiele typów docelowych rozwiązań, w różnych zakresach. Pojazdy, które będą obsługiwały komunikację miejską lub wykonywały ciągłe usługi na terenie miasta, wymagają urządzeń szybkiego i bardzo szybkiego ładowania. Zatem rozwój elektromobilności w aglomeracjach miejskich musi rozpocząć się i opierać na realizacji budowy punktów ładowania. Wynika to również z zapisów ustawy o elektromobilności, która determinuje ich powstawanie. W ustawie określono kryteria budowy punktów ładowania w gminach do końca 2020 roku oraz wskazano wymogi dotyczące minimalnej liczby punktów ładowania. W tabeli 3 przedstawiono wymagania stawiane gminom w zależności od ilości mieszkańców [9]. Algorytm, który wykorzystano przy tworzeniu wytycznych, określający powstawanie infrastruktury punktów ładowania, uwzględnia ich budowę w dużych miastach i aglomeracjach ze względu na kryterium liczby ludności. Z tabeli wynika, że największą sieć ładowania musi mieć Warszawa, w dalszej kolejności znajdą się największe miasta wojewódzkie, czyli Wrocław, Kraków, Łódź, Poznań, Gdańsk, Szczecin, Bydgoszcz oraz Lublin.
Ze skalą wyzwania związanego rozwojem elektromobilności w miastach jest konieczna w najbliższych latach wymiana taboru transportu publicznego, która została przedstawiona w tabeli 1. Łącznie 10 największych aglomeracji miejskich w Polsce obsługiwanych jest przez ponad 5000 autobusów z napędem spalinowym. Zgodnie z zapisami Ustawy z 11 stycznia 2018 roku o elektromobilności i paliwach alternatywnych do 2028 roku podmiot świadczący usługi publicznego transportu zbiorowego będzie musiał posiadać co najmniej 30% autobusów zeroemisyjnych w całym eksploatowanym taborze na rzecz danej jednostki samorządu terytorialnego. Zatem tylko dla tych największych aglomeracji konieczna będzie wymiana ponad 1500 pojazdów na zeroemisyjne.
Tab.1. Minimalna liczba punktów ładowania
Koszt stworzenia floty autobusów elektrycznych jest obecnie znacznie większy niż autobusów spalinowych. Ceny autobusów elektrycznych nadal są znacznie wyższe od porównywalnych wielkością autobusów spalinowych i wydaje się, że jeszcze długo ten trend się utrzyma. Koszty eksploatacji autobusów elektrycznych zależą od cen energii, a te są zmienne w czasie i zależą od bardzo wielu czynników. Przy obecnej sytuacji cen na rynku w czasie użytkowania autobusu elektrycznego uzyskuje się spore oszczędności w stosunku do autobusów tradycyjnych, jednak prognozowany wzrost kosztów energii elektrycznej sprawi, że również koszty eksploatacji pojazdów elektrycznych wzrosną.
Ważnym aspektem, który również będzie decydował o tempie rozwoju elektromobilności w miastach, będzie optymalne wyznaczenie lokalizacji, w której budowane będą stacje ładowania. Istnieje szereg czynników branych pod uwagę przy wyznaczaniu miejsca, mających zapewnić przyjazny dla użytkowników charakter lokalizacji. Wśród wielu aspektów można wymienić [17,18]:
- dostępność – dostępne miejsca zwiększają szansę częstego korzystania z infrastruktury ładowania, mogą to być np. preferencyjne miejsca parkingowe;
- zapotrzebowanie – warto rozważyć, ile potencjalnie miasto chce wybudować punktów ładowania, ze względu na jego strukturę, demografię, ilość osób przyjeżdżających do miasta itp.;
- dostępność do innej infrastruktury – warto zwrócić uwagę na lokalne ograniczenia na ulicach, mogą to być na przykład miejsca, gdzie pojawiają się śmieciarki, zamiatarki uliczne, pługi śnieżne itp.;
- wpływ na sieć drogową – źle zlokalizowane punkty ładowania mogą ograniczać ruch, powodować niebezpieczeństwo kolizji;
- dostępność dla osób z niepełnosprawnością – założenie, że punkty ładowania muszą być ogólnodostępne oznacza, że również osoby z niepełnosprawnością, które są pełnoprawnymi uczestnikami ruchu, muszą mieć zapewniony dostęp do punktów ładowania. Dotyczy to na przykład lokalizacji punktu ładowania, odległości od krawężnika, wysokości i umieszczenia gniazd punktów ładowania itd.;
- dostępność do sieci elektroenergetycznej – jest to oczywiście warunek konieczny, bez którego trudno podejmować decyzję o lokalizacji punktów ładowania. Połączenie elektryczne ładowarki z siecią elektroenergetyczną wymagać będzie znacznej ilości prac ziemnych związanych z ułożeniem niezbędnego okablowania. Decydując zatem o konkretnej lokalizacji warto rozważyć bliskość potencjalnych źródeł energii, np. linii kablowych, stacji transformatorowo-rozdzielczych, sygnalizacji świetlnej, oświetlenia drogowego itp.
Można zatem zauważyć, jak ważną rolę w procesie decyzyjnym związanym z budową punktów ładowania ma ich potencjalna lokalizacja. Położenie punktów ładowania musi być dokładnie rozważone.
Przyszły rozwój infrastruktury ładowania będzie w dużej mierze uzależniony od jakości systemu elektroenergetycznego na danym obszarze. Ładowanie pojazdów elektrycznych spowoduje wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną oraz co za tym idzie, zwiększenie obciążenia sieci elektroenergetycznych. Problem ten nie wpłynie znacząco na funkcjonowanie sieci przesyłowych najwyższych napięć, natomiast będzie dotyczyć przede wszystkim sieci dystrybucyjnych średniego i niskiego napięcia. Zakłócenia w pracy tych sieci powodowane mogą być szczególnie w momentach ładowania pojazdów wymagających dużych mocy lub dużej liczby pojazdów z akumulatorami o stosunkowo małej mocy, ale zlokalizowanych w bliskim sąsiedztwie, w godzinach szczytu zapotrzebowania na energię.
Możliwy wzrost zapotrzebowania na moc i energię przez wprowadzenie pojazdów elektrycznych powinien jednocześnie wiązać się z działaniami zmierzającymi do zapewnienia bezpieczeństwa systemów elektroenergetycznych. Będzie to szczególnie istotne w dużych aglomeracjach miejskich. W tym przypadku konieczna będzie z pewnością rozbudowa stacji elektroenergetycznych oraz sieci rozdzielczych tak, aby zapewnić możliwość budowy miejskich stacji ładowania. Pojedyncze stacje ładowania nie powinny znacząco wpływać na działanie sieci dystrybucyjnych, jednak powstanie gęstej sieci ładowarek w bliskim sąsiedztwie musi skutkować planowaniem inwestycji w rozbudowę systemu elektroenergetycznego [18].
Tab.2. Liczba autobusów obsługujących komunikację miejską na terenie największych aglomeracji w Polsce [5]
Wnioski
Ciągły rozwój obszarów miejskich generuje wzrost zapotrzebowania na sprawne, szybkie, a przede wszystkim bezpieczne formy podróżowania. Jednocześnie uciążliwości środowiskowe oraz ekonomiczne generowane przez wzmożony ruch w miastach są najbardziej dotkliwymi czynnikami powodującymi pogorszenie stanu środowiska miejskiego oraz jakości życia w mieście. W celu ograniczenia tych negatywnych konsekwencji podjęto w ostatnich latach próbę rozwoju elektromobilności miejskiej, która ma zapewnić bezpieczny i ekologiczny transport.
Rozwój elektromobilności to także nowe wyzwania, z którymi zmierzyć się muszą zarówno obywatele, ustawodawca, jak i podmioty odpowiedzialne za budowę i utrzymanie infrastruktury. Wydaje się, że w początkowym okresie rozwoju to transport publiczny będzie trzonem sektora elektromobilności w Polsce. Jednak ceny autobusów elektrycznych znacznie przekraczają ceny spalinowych, stąd samorządy, aby sprostać wyzwaniu, szukają dotacji. Wydaje się, że przerzucenie na barki samorządów idei rozwoju pojazdów elektrycznych bez wsparcia ich w postaci dotacji celowych spowoduje, że samorządy, realizując zapisy ustawy, będą zmuszone szukać pieniędzy kosztem innych ważnych inwestycji.
Wraz ze wzrostem udziału pojazdów elektrycznych oraz rozwojem budowy punktów ładowania, których według szacunków ma być około 8500, zmniejszać się będzie popyt na ropę naftową, ale wzrastać będzie zapotrzebowanie na energię elektryczną. Wzrost zapotrzebowania na energię może spowodować podniesienie cen dla użytkowników systemu elektroenergetycznego, dlatego już na etapie budowy systemu elektromobilności ważne jest stworzenie odpowiedniego systemu, który będzie zachęcał do ładowania pojazdów elektrycznych poza szczytami zapotrzebowania, aby przenieść odbiorców pojazdów elektrycznych w ten okres poboru energii i nie spowodować wzrostu cen energii dla pozostałych uczestników rynku energii elektrycznej.
Zakładając dynamiczny rozwój floty pojazdów elektrycznych, we wszystkich segmentach transportu samochodowego, w perspektywie najbliższych lat mogą pojawić się niedobory mocy i energii w systemie elektroenergetycznym. Związane to jest przede wszystkim z planowanym wycofaniem znacznych mocy wytwórczych i brakiem planów budowy nowych. Przy skrajnie niekorzystnych warunkach pogodowych sytuacja braku energii pojawi się znacznie wcześniej. Jak wiadomo, od kilku lat Polska jest importerem energii elektrycznej i z roku rok kupujemy coraz więcej energii elektrycznej. Zatem obciążenie wszystkich największych elektrowni w kraju pełną mocą może nie wystarczyć do zbilansowania systemu elektroenergetycznego. Będzie to szczególnie niebezpieczne w okresie letnich upałów. Jeśli dodamy do tego potrzeby energetyczne sektora transportu opartego na pojazdach elektrycznych, może spowodować to powstanie stanu zagrożenia dla funkcjonowania KSE.
Literatura
- https://www.forum-energii.eu/pl/blog/elektromobilnosc-kse [dostęp: 15.12.2020].
- https://rozladowani.pl/rynek-w-niemczech-2020/ [dostęp: 02.06.2020].
- https://wrc.net.pl/niemcy-maja-gdzies-rzadowe-doplaty-do-elektrykow-ich-zainteresowanie-autami-na-baterie-jest-ponizej-oczekiwan [dostęp: 02.06.2020].
- Plan Rozwoju Elektromobilności w Polsce „Energia do przyszłości”, Ministerstwo Energii, 2017.
- P. Kwiatkiewicz, R. Szczerbowski, W. Śledzik, Elektromobilność – Środowisko infrastrukturalne i techniczne wyzwania polityki intraregionalnej, Wydawnictwo FNCE, 2020.
- Sustainable Urban Mobility in the UE: No substantial improvment is possibile without Member State’s commitment, doi:10.2865/1094.
- Heidrich, O., Hill, G., Neaimeh, M., Huebner, Y., Blythe, P. i Dawson, R. How do cities support electric vehicles and what difference does it make?; Technological Forecasting & Social Change, no. 123, 2017
- S. Krawiec, K. Krawiec, Rozwój elektromobilności w Polsce. Uwarunkowania, cele i bariery. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Katowicach, nr 332, 2017.
- Ustawa z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych, Dz.U. 2018 poz. 317
- Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 18 lutego 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, Dz. U. z 2008 r. Nr 30, poz. 178
- M. Kłos, Elektromobilność w Polsce – rozwój elektromobilności i związane z tym wyzwania dla systemu elektroenergetycznego, „Sektor elektroenergetyczny”, 1/2018
- https://www.pse.pl/dane-systemowe/funkcjonowanie-rb/raporty-roczne-z-funkcjonowania-kse-za-rok/ [dostęp: 25.05.2020].
- Zapewnienie mocy wytwórczych w elektroenergetyce konwencjonalnej, Departament Gospodarki, Skarbu Państwa i Prywatyzacji, KGP-4101-001-00/2014, Nr ewid. 17/2015/P/14/018/KGP.
- Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Large Combustion Plants, JOINT RESEARCH CENTRE Institute for Prospective Technological Studies Sustainable Production and Consumption Unit European IPPC Bureau, Final Draft, 2016.
- Plan rozwoju w zakresie zaspokojenia obecnego i przyszłego zapotrzebowania na energię elektryczną na lata 2016–2025, Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A., Konstancin-Jeziorna, 10 listopada 2015.
- R. Szczerbowski, D. Kornobis, The proposal of an energy mix in the context of changes in Poland’s energy policy. Propozycja miksu energetycznego w kontekście zmian polityki energetycznej Polski. Polityka Energetyczna, tom 22, z. 3. Wyd. Instytutu GSMiE PAN, Kraków, s. 5 – 18. PL ISSN 1429-6675. 2019.
- K. Kuczyński, Podstawowe wymagania dla stacji ładowania pojazdów elektrycznych, „elektro.info”, 12/2018.
- Electric vehicles: driving the transition, Fourteenth Report of Session 2017–19, House of Commons Business, Energy and Industrial Strategy Committee, 2018, www.parliament.uk/beis [dostęp: 25.05.2020].
- http://pie.net.pl/wp-content/uploads/2019/10/PIE-Raport_Elektromobilnosc.pdf.
