Avtomobil kot hranilnik električne energije, bo to kdaj sploh mogoče?

Zakaj že danes ne uporabljamo hranilnikov v električnih vozilih za ogrevanje pametnih domov in stabilizacijo energetskega sistema?

Na temo potenciala, prednosti in predvsem uporabne vrednosti dvosmernega polnjenja/praznjenja električnih vozil je bilo v reviji Monitor že veliko napisanega. Če povzamemo ali poenostavimo, lahko rečemo, da bo vozilo prihodnosti lahko pokrivalo potrebe po mobilnosti in tudi energetske potrebe uporabnika ter družbe kot celote.

Bistvena prednost, ki jo ima (bo imelo) tovrstno vozilo prihodnosti, je z energetskega pogleda integriran baterijski usmerniški sklop, ki nudi možnost integracije v obstoječo zasnovo električnega omrežja, s poslovnega stališča pa integracijo v tržišče električne energije. In seveda nudenje rezerve energije ob izpadih in prekinitvah dobave električne energije oziroma omogočanje delovanja avtonomnih otočnih energetskih mikrosistemov, ki niso vključeni v elektroenergetski sistem. Zapisov o takih vozilih prihodnosti je veliko, tokrat pa si bomo podrobneje ogledali, kaj je tehnološko mogoče že danes in kje so ovire, da se tehnologija, ki bo poganjala trajnostno transformacijo prometa, še ne uporablja.

Dvosmerno polnjenje/praznjenje je, s stališča omrežja, dvakrat bolj »koristno«, tudi za uporabnika.

Ključni »zamašek« pospeševanja zelene transformacije na področju mobilnosti se v tujini zapisuje kot interoperability, kar si bom upal posloveniti v interoperabilnost. Poenostavljeno to pomeni sodelovanje in povezovanje več različnih področij ali sistemov, ki težijo k skupnemu cilju in zasledujejo skupni interes.

Področja, ki so tu ključna, so avtomobilsko industrija, finančna industrija za razvoj plačilne infrastrukture, logistika, regulatorni organi, ki skrbijo za pravilno izvajanje in implementacijo takih poslovnih modelov ter energetska industrija, ki je odgovorna za prehod na nizkoogljične tehnologije. Na zadnjem se najbolj omenja mikroproizvodnja iz obnovljivih virov električne energije s podporo hranilnikov predvsem na distribucijskem omrežju ali jedrska tehnologija v kombinaciji z večjimi hranilniki in s pametnimi omrežji za učinkovito delitev energije.

V idealnem svetu bi se vsi akterji strinjali in povezali ter omenjene procese in storitve razvili na enotni platformi, z usklajenimi in definiranimi standardi. Vzpostavila bi se tekmovalnost, ki bi spodbujala izboljšave na posameznem področju, zaprti sistemi, ki bi jih onemogočali, pa bi odmrli. Kako pa je v resnici?

Standard!

Leta 2010 sta organizaciji ISO (International Organization for Standardization) in IEC (International Electrotechnical Commission) združili moči pri pripravi mednarodnega standarda za integracijo električnih vozil v pametni elektroenergetski sistem. To je bilo prvič, da sta skupaj nastopili avtomobilska in elektroenergetska industrija. Standard ima zdaj, po dveh iteracijah, oznako ISO 15118-20 in naj bi bil implementiran sredi leta 2020.

Standard pokriva ozka, a ključna področja s stališča e-mobilnosti, in sicer polnjenje in praznjenje električnih vozil, komunikacijo in izmenjavo podatkov med vozilom in drugimi sistemi (na tej sloni Plug & Charge način polnjenja in praznjenja električnega vozila ter izmenjave podatkov), informacije o energetskem stanju vozila in upravljanju polnjenja, izmenjavo podatkov za namene plačil in seveda področje uporabniške izkušnje. Te opredeljujejo različni načini polnjenja, tako AC (izmenični tok) kot DC (enosmerni tok) pa tudi brezžični načini in uporaba kontaktnih metod.

Vsestranskost ravni standarda ISO 15118-20.

Težav z medsebojno povezljivostjo sistemov torej naj ne bi bilo – imamo enotno platformo električnega vozila, ki zmore avtonomno vožnjo, se lahko priključi kjerkoli in kakorkoli, samostojno plačuje in izvaja sistemske storitve uravnavanja stabilnosti električnega omrežja. Tako teorija. Pa si oglejmo stanje pobliže. Če vzamemo avtomobil kot tehnološko napravo izzivi ne predstavljajo težav.

Usmerniška tehnologija je že dobro razvita, predvsem zahvaljujoč izrednemu napredku solarne industrije. Na strojni, komunikacijski in upravljavski ravni izmenjave podatkov med polnilnico in vozilom ter oblikami priključkov sta se uveljavila dva protokola, standarda, ki podpirata dvosmerno polnjenje hranilnikov električnih vozil. To sta Chademo in CCS (Combined Charging System). Prvi zagotavlja enosmerno polnjenje (DC) na način, da se razsmernik nahaja v polnilni napravi, ta pa nudi tudi komunikacijo in upravljanje. CCS poleg tega dopušča možnosti tudi polnjenje z izmeničnim tokom (AC).

Dva standarda za proizvajalce avtomobilov seveda pomenita negotovost – s stališča izbire tehnologije in s tem povezanimi stroški za implementacijo se lahko razsmernik integrira v vozilo ali polnilnico, pri kombiniranih sistemih pa celo v oboje. Proizvajalci bolj stremijo k uporabi priključka CCS, vključno s Teslo (ki velja za enega najbolj zaprtih sistemov). Očitno je torej, da ne želijo tvegati ob regulatornih spremembah direktiv in standardov, ki jih bo zahtevala Evropska unija, in na neki način izbirajo pristop »implementirajmo vse«. Vedeti pa moramo, da tak pristop (DC – hitro polnjenje in praznjenje z razsmernikom v polnilnici, AC – počasno polnjenje in praznjenje z razsmernikom v avtomobilu) ne draži le vozil, ampak tudi zapleta implementacijo zaradi pravil v elektroenergetski industriji.

Pregled nad različnimi tipi priključkov.

Dosedanje pilotne izvedbe »vozila kot hranilnika« večinoma temeljijo na protokolu in priključku Chademo. Pretvornik AC/DC se nahaja v polnilni napravi, zato je vozilo potencialno cenejše, a žal cena izvedbe celotnega sistema ostaja enaka, kot če bi bil v avtomobilu. Lažji sta le implementacija in prilagoditev različnim elektroenergetskim zahtevam za priključevanje naprav. Nissanova rešitev ima tudi integriran enofazni polnilec za AC-polnjenje prek priključka Mennekes Type 2, a ta žal ne omogoča dvosmernega polnjenja. Tesla in evropski proizvajalci avtomobilov kot potencialno univerzalno rešitev izbirajo CCS2, ki ravno tako omogoča počasno polnjenje z uporabo priključka Mennekes Type 2. CCS2 potencialno omogoča dvosmerno polnjenje tako prek integriranega pretvornika v avtomobilu kot pretvornika v sami polnilni postaji.

Pravne težave

Vozilo je s stališča elektroenergetskega sistema premična naprava, ki nastopa tako v režimu porabnika kot proizvajalca električne energije. Lahko spreminja lokacijo ne samo znotraj ene države, ampak prosto prehaja prek meja. Priključevanje naprav na omrežje pa urejajo zahtevne in striktne direktive, pravila in akti. V EU so to t. i. Grid Code. Ti opredeljujejo režime proizvodnje, porabe pa tudi ustrezne zaščite in odzive ter pogoje za priključitev naprav na električno omrežje.

Kljub relativno poenotenim pravilom v prenosnem delu omrežja se pojavljajo večja razhajanja in nacionalne različice na distribucijski ravni, kar pomeni, da vsaka naprava, sploh pa pretvornik v primeru dvosmernega polnjenja/praznjenja AC v avtomobilu, zahteva sprotno prilagajanje in konfiguracijo različnih Grid Code ter spreminjanje režima delovanja glede na lokacijo in državo. V Sloveniji, denimo, to regulira SONDO – Sistemska obratovalna navodila za distribucijsko omrežje električne energije.

Najlažje bi bilo to urediti na način, da bi platforma vozila s prostim dostopom omogočala konfiguracijo in nastavljanja parametrov delovanja ter prilagajanja operaterjem omrežij. Predvsem v povezavi s fleksibilnostjo mikroodjema/proizvodnje v sodelovanju z dobavitelji električne energije. Tehnološko za to ni nobenih omejitev. To lahko izvedemo na daljavo (kar prek ustrezno implementiranega programskega protokola API) ali lokalno. Glede na vrsto priključitve vozila lahko v primeru žičnega polnjenja izvedemo izmenjavo podatkov kar neposredno prek komunikacije PLC oziroma Wi-Fija v primeru brezžičnega.

Žal se zaplete pri samih proizvajalcih vozil. Prosti dostop in nastavitev parametrov za zdaj nista mogoča, področje ni regulirano in proizvajalec zunanjim partnerjem ne dovoli vpogleda, kaj šele nastavitev parametrov in njihovo upravljanje. Kar je razumljivo predvsem s stališča odgovornosti za delovanje vseh sklopov vozila, tudi energetskega, ter seveda garancije za nemoteno delovanje v celotni življenjski dobi vozila. Še posebej, ker gre za hranilnike z uporabo litijeve tehnologije in njene (ne)varnosti ob neprimernem ravnanju.

Uporabniki, banke in še kaj

Omenili smo tudi uporabniško izkušnjo. Uporabnik si želi priključitev vozila in odvijanje storitev na način, ki bo čim bolj prikrito. Uporabnik se s tem noče obremenjevati, v primeru avtonomnih vozil je to celo ključni predpogoj. Za izvajanje vseh procesov avtonomne vožnje je poleg avtonomne izvedbe same priključitve in polnjenja ključna ravno izmenjava vrednosti energije. Verjetno si ne želimo, da bi bili stevardi za polnjenje avtonomnih vozil, mar ne?

Če želimo polno izkoristiti potencial standarda, ga je treba integrirati tudi v informacijske sisteme bank. Naprave bodo morale namreč tudi samodejno izvajati plačila. Stroj stroju. Zaradi potencialno velikega prometa in zato morebitnih zastojev bi bilo to najbolje izvesti trenutno. In, seveda, plačilni promet bi bilo treba povezati tudi z informacijskimi sistemi dobaviteljev električne energije Zaradi avtomatizacije izmenjave sistemskih in drugih vrednosti, ki so povezane s storitvami trga električne energije.

Shematski prikaz avtonomnega delovanja avtomobila kot dela omrežja.

Brez strahu lahko še enkrat zapišemo – za vse to tehnološko ni prav nobenih omejitev. Potencialne storitve uvajanja novih storitev, ki jih ponujajo električna vozila, bi lahko bile že danes realnost. Menim, da imamo celo izjemno priložnost, da te kmalu poženejo energetsko, avtomobilsko in finančno transformacijo k trajnostnim rešitvam. Žal pa bo preteklo še veliko časa, da bo za to dosežen širši konsenz, ki bo odpravil omenjene ovire za implementacijo. Misija nemogoče?

Morebiti, a del rešitve se skriva v inovacijah na področju, ki je izmed vseh najbolj regulirano. V mislih imam trenutna plačila in tehnologije tipa »stroj stroju«, tehnologije izmenjave vrednosti prek tehnologije veriženja blokov ali z uporabo kriptovalut.

Morebiti se bodo tudi v energetski in avtomobilski industriji odvili podobni inovacijski preskoki. Navsezadnje električno vozilo ni samo hranilnik električne energije, temveč omogoča tudi njen prenos. Morebiti se rešitev skriva v osnovni napačni zastavitvi koncepta in imenu Vehicle to Grid (V2G). Sam menim, da je ključ v kratici VasG (avtomobil kot omrežje).