S tím, jak na silnicích přibývá elektromobilů, přibývá i vrásek na čelech inženýrů, kteří projektují distribuční sítě nízkého elektrického napětí. Vzorce nabíjení elektromobilů, s nimiž musejí pracovat, jsou totiž čím dále složitější a méně předvídatelné. Tým výzkumníků ze Stanfordské univerzity v Kalifornii proto sestavil pravděpodobnostní model vývoje poptávky po nabíjecích kapacitách, který údajně dokáže zohlednit širokou škálu faktorů, takže je aplikovatelný na různé situace.
V Kalifornii se s pomocí tohoto modelu podařilo zjistit, že do roku 2030 bude za předpokladu, že většina majitelů elektromobilů bude nabíjet svá vozidla vždy večer po návratu domů, špičková poptávka po nabíjení více než dvakrát vyšší, než kdyby řidiči nabíjeli na různých místech v průběhu celého dne. To není nijak překvapivé zjištění, protože lze předpokládat, že ve většině ekonomicky vyspělých zemí bude do roku 2030 nabíjení elektromobilů tvořit významnou část poptávky po elektřině, takže udržení špičkové poptávky na co nejnižší úrovni bude klást vysoké nároky na instalaci nových energetických zdrojů, úložišť i přenosových sítí.
Bez dlouhodobých plánů to nepůjde
„Chtěli jsme vytvořit modelový rámec pro dlouhodobé plánování, který zachycuje skutečné vzorce chování řidičů, co se týče nabíjení, a bere v potaz i určitou míru nejistoty,“ řekl Ram Rajagopal, hlavní autor studie, která byla zveřejněna na počátku března v časopise Applied Energy.
Vědci očekávají, že do roku 2040 se počet elektromobilů na celém světě zvýší ze současných zhruba 7 milionů na 400 milionů. Aby bylo možné zvládnout tento téměř šedesátinásobný nárůst, bude nutné provést zásadní posílení distribuční infrastruktury, aby bylo k dispozici zhruba 300 milionů nabíjecích stanic.
Přechod od vozidel se spalovacími motory k elektromobilům je nepochybně jedním z klíčů k dekarbonizaci lidských činností. Možnosti nabíjení proto podle vědců musejí být pokud možno komfortní. Bude tedy velmi záležet na tom, zda a jakou měrou budoucí politická rozhodnutí přispějí k pohodlnému a cenově dostupnému nabíjení.
„Předpokládáme, že náš simulační nástroj budou používat lidé pracující v oblasti veřejných služeb nebo vládní činitelé, kteří chtějí mít k dispozici data umožňující přípravu budoucích scénářů,“ řekla Siobhan Powell, spoluřešitelka zmíněné studie.
Model kalifornských výzkumníků si klade za cíl poskytnout projektantům distribučních sítí a politikům klíčové informace, tedy kde, kdy, jakým způsobem, v jaké výši a jak často budou řidiči svá elektrická vozidla nabíjet. Na běžném počítači by model mohl nasimulovat data o nabíjení pro zhruba 100 milionů elektromobilů za přibližně 10 minut, uvedli vědci.
Riziko přetížení poroste
Dnes se v Kalifornii většina nabíjení elektromobilů odehrává v rodinných domech. Vědci však předpovídají, že s tím, jak i lidé s horším přístupem k domácímu nabíjení – jako jsou například nájemníci v bytech – přejdou na elektromobily, síťová kapacita pro domácí nabíjení se ještě sníží. Zároveň by se však mohly výrazně rozšířit nabíjecí kapacity na pracovištích a i dodavatelé elektřiny by mohli motivovat k nabíjení v různé denní doby, myslí si autoři nového simulačního nástroje.
„V modelu zohledňujeme chování řidičů, tedy například kdy nabíjí nebo kolik elektrické energie čerpají. Zaznamenáváme také jejich polohu, tedy zda nabíjejí doma nebo na pracovišti,“ řekl Gustavo Cezar, který se na projektu rovněž podílel.
Někteří řidiči také používají při nabíjení automatické časovače. Ty sledují ceny elektřiny a zahajují nabíjení ve chvíli, kdy je to pro majitele elektromobilu nejlevnější. Pokud by však pracovalo velké množství těchto časovačů souběžně, mohly by způsobit skokový nárůst poptávky po elektřině. V roce 2030 by tak v některých dnech večer, třeba kolem 23. hodiny, mohla kalifornská poptávka po nabíjení elektromobilů dosahovat až hodnot okolo 8,7 GW. Typická denní špičková poptávka po veškeré elektřině je v současné době v Kalifornii kolem 25 GW, takže nabíjení elektromobilů by představovalo její podstatnou část. To by samozřejmě mohlo způsobit řadu problémů, zejména pokud síť nebude na zvládání takovýchto kritických situací náležitě připravena. Pro srovnání: podle scénáře neuvažujícího ovládání nabíjení časovači a pracujícího s nabíjením rozloženým do celého dne by špičková poptávka podle provedené modelace nedosahovala ani 4 GW.
„Provozovatelé sítí se musí starat o jejich spolehlivost a náklady. Bez pečlivého plánování by mohlo dojít v krajním případě až k rozsáhlým výpadkům elektřiny, případně – při zachování obsluhy veškeré poptávky – ke značnému navýšení nákladů na elektřinu,“ uvedla Siobhan Powell.
Dojde nakonec i na fosilní zdroje?
Politická rozhodnutí, která k těmto poznatkům přihlédnou, by měla podněcovat k tomu, aby nabíjení probíhala distribuovanějším způsobem, což by mohlo přispět k optimalizaci nutných investic do rozvoje elektrické infrastruktury při zachování její spolehlivosti. Rámec vytvořený kalifornskými výzkumníky je přitom možné podle dalších potřeb rozšířit, aby zahrnoval i další faktory, jako je třeba den v týdnu, roční období, svátek nebo region.
Podle Gustava Cezara však nesmíme zapomínat na to, z jakých zdrojů se elektřina k nabíjení elektromobilů vyrábí. „Tady v Kalifornii přes den primárně využíváme solární energii, takže budeme muset zajistit dostatečnou výrobu z fosilních zdrojů, abychom mohli nabíjet i přes noc, zejména pokud se zaměříme na nabíjení v domácnostech,“ upozornil.
Jeho tým nyní model dále rozvíjí, aba byl aplikovatelný na konkrétní městské čtvrti či různé kampusy a pomohl tak plánovačům již v rané fázi projekčních prací eliminovat možnost přetížení místních distribučních systémů.
