Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych (PSPA) we współpracy z ambasadą Wielkiej Brytanii oraz Nissanem i Nexity przygotowało raport pt. „Pojazdy elektryczne jako element sieci elektroenergetycznych”. Opracowanie opisuje korzyści, jakie może przynieść wykorzystanie samochodów zero-i niskoemisyjnych jako mobilnych magazynów energii, pozytywnie wpływających na funkcjonowanie sieci elektroenergetycznej. Czym jest technologia V2G i jakie są perspektywy rozwoju systemów tego rodzaju?
Poniżej przedstawiamy wnioski wynikające z najnowszego raportu PSPA – największej organizacji branżowej związanej z elektromobilnością w Polsce.
WIĘCEJ ENERGII
W ostatnim czasie rozwój rynku samochodów nisko- i zeroemisyjnych na świecie ulega wyraźnemu przyspieszeniu, co według prognoz będzie stanowiło istotne wyzwanie dla systemów elektroenergetycznych. W raporcie „Electric Vehicle Outlook 2017” oszacowano, że globalne zapotrzebowanie na energię generowane przez pojazdy elektryczne wzrośnie z 6 TWh w 2016 r. do 1800 TWh w 2040 r. Przejście z silników spalinowych na elektryczne układy napędowe wymaga więc wypracowania odpowiedniej synergii pomiędzy sektorem elektroenergetycznym a branżą transportową. W Polsce hipotetyczna realizacja założeń rządu, zgodnie z którymi do 2025 r. po drogach ma jeździć milion EV, będzie się wiązała ze wzrostem zapotrzebowania na energię o ok. 4,3 TWh rocznie. Rodzi to obawy, czy obecny system elektroenergetyczny podoła zwiększonemu zapotrzebowaniu na moc.
Rozwiązaniem, które może odegrać istotną rolę w procesie budowania systemu energetycznego przyszłości, jest technologia Vehicle to Grid (V2G), która umożliwia dwukierunkowy przepływ energii pomiędzy pojazdem elektrycznym a siecią elektroenergetyczną. Dzięki V2G EV, oprócz funkcji transportowej, są w stanie odgrywać rolę mobilnych magazynów energii zintegrowanych z siecią. Dwukierunkowy przepływ energii pozwala na jej „zakup” w okresach niskiego zapotrzebowania i wyższej generacji ze źródeł odnawialnych, a następnie na „sprzedaż” do sieci w godzinach obowiązywania wyższej taryfy i szczytowego zapotrzebowania. W praktyce właściciele pojazdów elektrycznych, podłączając je do sieci, stają się aktywnymi uczestnikami rynku energii elektrycznej i mogą uzyskiwać z tego tytułu dodatkowy dochód.
Waga tego zagadnienia zwiększyła się wobec wzrostu udziału energii wytwarzanej ze źródeł odnawialnych, głównie wiatrowej i słonecznej, w bilansie energetycznym wielu państw. Rozwój OZE jest aktualnie jednym z zasadniczych celów polityki energetycznej i klimatycznej Unii Europejskiej, a także krajów spoza Wspólnoty. Dla sprawnego działania sieci stanowi on jednak duże wyzwanie. Wykorzystanie OZE jako alternatywny dla paliw kopalnych wpływa wprawdzie pozytywnie na stan środowiska, ale jednocześnie zmienia funkcjonowanie sieci elektroenergetycznej, powodując konieczność rozwiązywania problemów związanych z bezpieczeństwem jej pracy oraz zapewnieniem wymaganej przez odbiorców niezawodności i jakości zasilania.
NOWE INWESTYCJE
Pojazdy elektryczne wykorzystujące technologię V2G i pełniące funkcję mobilnych magazynów energii mogą stać się elementem stabilizującym pracę sieci elektroenergetycznej i zwiększającym jej elastyczność. Jednocześnie sprzyjają integracji OZE z siecią oraz mają korzystny wpływ na funkcjonowanie infrastruktury dostaw energii elektrycznej. W branży motoryzacyjnej i sektorze elektroenergetycznym inwestycje w dalszy rozwój technologii V2G i jej komercjalizację stają się ważnym elementem strategii wielu koncernów. W jej promowanie zaangażowane są również coraz częściej władze rządowe i samorządowe, w szczególności państw Europy, które wspierają kolejne projekty pilotażowe oraz wdrożeniowe dotyczące tej technologii.
Dzięki V2G rozwój elektromobilności i postęp technologiczny w branży energetycznej dają możliwość pełnej integracji pojazdów elektrycznych z systemem elektroenergetycznym. Technologia ta pozwala zatem na zagospodarowanie nadwyżek energii ze źródeł odnawialnych, co zwiększa elastyczność systemu oraz możliwości jego bilansowania. Wyposażenie pojazdu w dwukierunkowy przekształtnik pozwala na oddawanie zmagazynowanej w jego akumulatorze energii do systemu elektroenergetycznego. Warunkiem integracji rozproszonych samochodowych magazynów energii z siecią jest istnienie odpowiedniej stacji ładowania, stanowiącej interfejs elektryczny i komunikacyjny pomiędzy pojazdem i siecią zasilającą. Urządzenie musi umożliwiać dwukierunkowy przepływ energii oraz być wyposażone w system inteligentnego sterowania procesem ładowania i rozładowania akumulatora, tak aby samochód był dyspozycyjny z punktu widzenia kierowcy, a jednocześnie by energia zgromadzona w akumulatorze mogła być w czasie postoju samochodu udostępniona operatorowi sieci w zależności od potrzeb.
W STRONĘ WIELOFUNKCYJNOŚCI
V2G kreuje nowe modele biznesowe, w których użytkownicy EV odgrywają rolę dostawców energii, będąc jednocześnie jej konsumentami. W praktyce prowadzi to do obniżenia kosztów eksploatacji pojazdów elektrycznych, głównie z uwagi na możliwość osiągania dochodów ze sprzedaży zmagazynowanej energii lub udostępniania baterii do bilansowania systemu. Opłacalność korzystania z systemu V2G opiera się na założeniu, że EV będą ładowane w nocy albo w okresie wzmożonej produkcji energii z OZE. Daje to możliwość pobierania nadwyżki energii, która znajduje się w sieci, w czasie obowiązywania tańszej taryfy. Zgromadzoną w akumulatorze EV energię można wykorzystać w ciągu dnia na potrzeby gospodarstwa domowego w okresie obowiązywania wyższej taryfy albo odsprzedać z zyskiem do sieci. Dodatkowo za wcześniejszą deklarację gotowości oddawania energii do systemu elektroenergetycznego w określonym czasie użytkownik pojazdu EV mógłby otrzymywać wyższą kwotę za jej sprzedaż, a za niezawodne jej oddawanie, zgodnie z zaplanowanym wcześniej harmonogramem, uzyskiwać dodatkowe korzyści w formie punktów rekomendacyjnych.
Ponadto poprzez technologię V2G pojazdy elektryczne, jako mobilne i sterowalne źródła energii, mogą dostarczać na wielką skalę moc potrzebną do zarządzania generacją, jak i obciążeniem sieci. Dostęp do dodatkowego źródła energii elektrycznej ma szczególne znaczenie z punktu widzenia bilansowania sieci w okresach największego zapotrzebowania na energię. Jeśli na określonym obszarze wystąpi szczyt energetyczny, do jego zaspokojenia mogą zostać wykorzystane znajdujące się w jego obrębie i podłączone do sieci EV, które zostały naładowane w okresie „doliny nocnej”, w której występuje nadwyżka energii. Odpowiednie sterowanie procesami rozładowania i ładowania baterii daje możliwość przesunięcia obciążenia sieci (tzw. load shifting).
Możliwość dwukierunkowej wymiany energii, dzięki systemowi V2G, może zostać także wykorzystana do poprawy jakości energii dostarczanej do odbiorców. W dobie dominacji i rozwoju urządzeń elektronicznych niespełnienie parametrów jakościowych energii zasilającej ma niekorzystny, a w niektórych sytuacjach wręcz destrukcyjny wpływ na ich funkcjonowanie i żywotność. W sieciach z generacją rozproszoną, obejmującą źródła odnawialne, pojawiają się wahania napięcia, których efektem jest pogorszenie jakości energii. EV jako magazyny energii, współpracując z OZE, wpływają na ograniczenie tej zmienności, a w konsekwencji wahań napięcia zasilającego.
JESZCZE NIE TERAZ
Zgodnie z ekonomią skali i wciąż wysokimi kosztami technologii V2G dynamika jej komercjalizacji będzie stosunkowo niska do 2025 r. Dopiero ok. 2030 r. prognozowany jest wyraźny wzrost asymilacji systemów tego rodzaju. W perspektywie długoterminowej głównymi rynkami stosowania technologii V2G będą najprawdopodobniej Chiny oraz Europa Zachodnia i Środkowa (przede wszystkim Wielka Brytania, Niemcy i Francja). Coraz większe znaczenie samochodów elektrycznych jako magazynów energii związane jest z prognozowanym wzrostem liczby tych pojazdów. Według pierwszego scenariusza nakreślonego przez ekspertów Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) liczba EV na świecie wzrośnie w 2030 r. do 125 mln szt. Scenariusz ten zakłada, że aktualna polityka klimatyczna UE oraz związane z nią plany nie ulegną zmianie. Według drugiego scenariusza IEA, przewidującego realizację bardziej ambitnych założeń dotyczących ograniczenia emisji CO2, do 2030 r. po drogach świata będzie jeździło 228 mln pojazdów elektrycznych.
Podsumowując, dwukierunkowy przepływ energii między pojazdem elektrycznym a siecią to potencjalnie bardzo ciekawe rozwiązanie, które stwarza szansę na głęboką konwergencję systemu transportowego i elektroenergetycznego. V2G może się przyczynić do zoptymalizowania wykorzystania energii odnawialnej i stanowić efektywne narzędzie w zakresie bilansowania systemów elektroenergetycznych. Dzięki Vehicle to Grid nowa funkcjonalność pojazdów elektrycznych może być z powodzeniem wykorzystana przez uczestników procesu wytwarzania, przesyłu, dystrybucji i konsumpcji energii, a w szczególności przez operatorów systemów dystrybucyjnych i przesyłowych oraz ich właścicieli. Odpowiednie sterowanie mobilnymi źródłami energii tworzy warunki do eliminacji barier technicznych w rozwoju OZE, zrównoważonego i sprawnego działania sieci oraz uzyskania wymiernych efektów ekonomicznych. Wdrożone projekty obejmujące wykorzystanie technologii V2G oraz plany wsparcia rozwoju kolejnych programów, m.in. przez rząd Wielkiej Brytanii, otwierają kolejny etap rozwoju ekosystemu elektromobilności.