Πέμπτη, 26 Μαΐου 2016

Γιώργος Αγερίδης: Ηλεκτροκίνηση και Υποδομές


Η ηλεκτροκίνηση των μεταφορών θεωρείται ως ένα από τα πλέον αποτελεσματικά «όπλα» για τον περιορισμό των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την αποφυγή της κλιματικής αλλαγής.

Και η εξήγηση είναι σχεδόν προφανής, αφού το 30% περίπου, σε παγκόσμιο επίπεδο των εκπομπών προέρχονται από τον τομέα των μεταφορών και από την ευρεία χρήση σε αυτές των προϊόντων του πετρελαίου.

Μία από τις αιτίες που περιορίζει την ευρεία χρήση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι η έλλειψη σχετικών υποδομών. Και η έλλειψη αυτή καλύπτει το σύνολο του πλαισίου που περιλαμβάνει ο όρος «υποδομές». 

Δηλαδή, τόσο την ακριβή έννοια των υποδομών - των κατασκευαστικών και τεχνικών μέσων υποστήριξης και εξυπηρέτησης των χρηστών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, όσο και την ευρύτερη έννοια που περιλαμβάνει το νομοθετικό και κανονιστικό πλαίσιο, το δίκτυο εκπαίδευσης και κατάρτισης επισκευαστών και διασωστών και τέλος το πλαίσιο ενημέρωσης των πολιτών για ότι σχετίζεται με τη αγορά και χρήση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Αυτό, ωστόσο, που είναι άμεσο και θα βοηθήσει σημαντικά στη διάδοση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι οι υποδομές φόρτισής τους. Σε αυτές περιλαμβάνονται οι εγκαταστάσεις οικιακής και δημόσιας φόρτισης - ο διαχωρισμός είναι ενδεικτικός και προκύπτει από τη συνήθη πρακτική, χωρίς να υπάρχει αποκλειστική χρήση των εγκαταστάσεων:

*Η οικιακή φόρτιση (επίπεδο-level 1) είναι σχετικά απλή, αφού αφορά μόνο τον ιδιοκτήτη του ηλεκτρικού αυτοκινήτου και η φόρτισή του μπορεί να θεωρηθεί ως μία πρόσθετη «συσκευή» που καταναλώνει ηλεκτρικό ρεύμα. 

Η απλουστευμένη αυτή θεώρηση εκφράζει μέρος της αλήθειας. Η απλή και άμεση σύνδεση του αυτοκινήτου με το ηλεκτρικό δίκτυο ενός κτιρίου με ένα συνηθισμένο καλώδιο (τρόπος-mode 1) είναι επικίνδυνη και στις Η.Π.Α. έχει απαγορευθεί, αφού ενέχει τον κίνδυνο βραχυκυκλώματος και ζημιών στο αυτοκίνητο και στο κτίριο. 

Η φόρτιση με τη χρήση ειδικού καλωδίου (που αποτελεί εξάρτημα κάθε αυτοκινήτου) (τρόπος-mode 2), συστήνεται από τους κατασκευαστές ηλεκτρικών αυτοκινήτων μόνο ως λύση ανάγκης, ενώ ο πλέον ενδεδειγμένος τρόπος φόρτισης (τρόπος-mode 3) είναι μέσω ειδικού φορτιστή που ενσωματώνει όλες τις διατάξεις προστασίας. 

Στην περίπτωση της οικιακής φόρτισης, οι φορτιστές αυτοί είναι μικρής ισχύος, χαμηλού κόστους και φορτίζουν το αυτοκίνητο σε περισσότερες από τρεις ώρες.

*Η δημόσια φόρτιση γίνεται μέσω φορτιστών εναλλασσόμενου ρεύματος (ac) (επίπεδο-level 2) ή συνεχούς ρεύματος (dc) (επίπεδο-level 3). Οι φορτιστές επιπέδου 2 ακολουθούν τα πρότυπα του τρόπου φόρτισης 3, αλλά μπορεί να διαφέρουν ως προς την εγκατεστημένη ισχύ. 

Η αύξησή της εγκατεστημένης ισχύος συνεπάγεται μείωση του χρόνου φόρτισης (για πλήρη φόρτιση των συσσωρευτών) ή, όπως προσδιορίζονται στις Η.Π.Α., για ίδιο χρόνο σύνδεσης/φόρτισης, ένα αυτοκίνητο εφοδιάζεται με ηλεκτρική ενέργεια που του επιτρέπει να διανύσει μεγαλύτερη απόσταση. 

Οι φορτιστές επιπέδου 3 ακολουθούν διαφορετικά πρότυπα (του τρόπου φόρτισης 4) και στοχεύουν σε γρήγορη (ταχεία) ή πολύ γρήγορη (υπερταχεία) φόρτιση των αυτοκινήτων. Στους φορτιστές αυτούς όλες οι διατάξεις φόρτισης, ελέγχου και προστασίας βρίσκονται στην εγκατάσταση και όχι στο αυτοκίνητο. 

Αυτό σημαίνει ότι η γρήγορη ή πολύ γρήγορη φόρτιση συνεχούς ρεύματος των ηλεκτρικών αυτοκινήτων γίνεται μόνο εάν προβλέπεται από τον κατασκευαστή.

Είναι προφανές ότι η εγκατάσταση οποιουδήποτε φορτιστή σε ιδιωτικό επίπεδο (αυτό που αναφέρθηκε ως οικιακή φόρτιση) αφορά στον κάθε ιδιοκτήτη του ηλεκτρικού αυτοκινήτου και συνδέεται κατά κύριο λόγο με το κόστος της εγκατάστασης που είναι διατεθειμένος να επιβαρυνθεί.

Στην περίπτωση, όμως, της δημόσιας φόρτισης, δηλαδή στη δυνατότητα φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων σε δημόσιους χώρους, όπως είναι οι χώροι στάθμευσης και τα πρατήρια καυσίμων, το μέγεθος της εγκατεστημένης ισχύος, η χωροθέτηση, η λειτουργία και η συντήρηση των φορτιστών, καθώς και ο τρόπος χρέωσης της διατιθέμενης ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν παραμέτρους επιχειρηματικών μοντέλων που διαμορφώνονται, δοκιμάζονται και βελτιστοποιούνται συνεχώς. 

Το πρόβλημα διαμόρφωσης των μοντέλων αυτών είναι η συνεχής εξέλιξη της τεχνολογίας των συσσωρευτών, κατά κύριο λόγο και των αυτοκινήτων δευτερευόντως, που μεταβάλλουν τις κύριες παραμέτρους διαμόρφωσής τους. 

Έτσι, στα κύρια θέματα νέων υποδομών, όπως ποιοι θα εμπλακούν και με ποιον τρόπο, πώς θα γίνει η χρηματοδότησή τους, με ποιον οδικό χάρτη θα προχωρήσει η υλοποίησή τους, ποιο θα είναι το σχήμα εκμετάλλευσή τους, ποιο θα είναι το μακροπρόθεσμο ιδιοκτησιακό καθεστώς τους, ποιες θα είναι οι υποχρεώσεις του κάθε εμπλεκόμενου μέρους βραχυπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα, έρχεται η εξέλιξη της τεχνολογίας και η συνεπαγόμενη μεταβολή της αντιμετώπισης και του τρόπου χρήσης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων σε ιδιωτικό και επαγγελματικό επίπεδο, να προσθέσει νέες παραμέτρους στη διαδικασία λήψης αποφάσεων.

Διατυπώνεται συνεχώς το δίλημμα αν πρώτα πρέπει να αναπτυχθούν οι υποδομές φόρτισης, δηλαδή ένα πυκνό δίκτυο φορτιστών που θα εξυπηρετούν τους χρήστες ηλεκτρικών αυτοκινήτων, ή πρώτα πρέπει να αναπτυχθεί η αγορά των αυτοκινήτων αυτών και στη συνέχεια, αφού προκύψει η ανάγκη δημόσιας φόρτισης, να δημιουργηθούν οι σχετικές υποδομές. 

Η διαφορά έγκειται στο ποιος θα αναλάβει το κόστος των δικτύων των φορτιστών, καθώς και της ανάπτυξης των σχετικών εφαρμογών ενημέρωσης των οδηγών για τη χωροθέτηση και τη διαθεσιμότητα των φορτιστών σε κάθε περιοχή. Η πυκνότητα, όμως, του δικτύου φορτιστών επηρεάζεται από τρεις παράγοντες:
  • Την ακτίνα δράσης των αυτοκινήτων με κάθε φόρτιση (για δεδομένο τρόπο οδήγησης), σε συνδυασμό με τη χρήση ή τα διανυόμενα χιλιόμετρα μεταξύ δύο φορτίσεων
  • Τον πλήθος των οχημάτων που θα φορτίζουν δημόσια, μη λαμβάνοντας υπόψη την οικιακή φόρτιση
  • Τον απαιτούμενο χρόνο φόρτισης, διάστημα κατά το οποίο ο φορτιστής δεσμεύεται και δεν είναι διαθέσιμος για άλλο όχημα
Ο οποιοσδήποτε σχεδιασμός και κατασκευή δικτύου και η ανάπτυξη του σχετικού επιχειρηματικού σχεδίου λειτουργίας και εκμετάλλευσης επηρεάζεται μεν από τον αριθμό των ηλεκτρικών αυτοκινήτων που αναμένεται να εξυπηρετεί (τους πελάτες του), αλλά εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την τεχνολογία των συσσωρευτών που καθορίζει την ακτίνα δράσης του αυτοκινήτου, τον απαιτούμενο χρόνο φόρτισης και το κόστος του συσσωρευτή. 

Η εξέλιξη των συσσωρευτών είναι ραγδαία και οποιοσδήποτε σχεδιασμός δικτύου φορτιστών σήμερα ενδεχομένως σε ένα με δύο χρόνια να είναι ανεπίκαιρος. 

Η βελτίωση των τεχνικών/ενεργειακών χαρακτηριστικών των συσσωρευτών και η μείωση του κόστους τους θα επιτρέψει σε περισσότερους κατασκευαστές ηλεκτρικών αυτοκινήτων να εφοδιάσουν περισσότερα προϊόντα τους με δυνατότητες γρήγορης ή πολύ γρήγορης φόρτισης, εξαλείφοντας ένα σημαντικό μειονέκτημα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων που είναι ο χρόνος φόρτισης.

Ενδεικτικό της τάσης αυτής στην εξέλιξη των υποδομών φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι οι τρεις «κατηγορίες» που ήδη έχουν διαμορφωθεί: 

Στην πρώτη εντάσσονται οι χρήστες που διανύουν σε μία ημέρα συνολικά λιγότερα χιλιόμετρα από την ακτίνα δράσης των συσσωρευτών και φορτίζουν τα οχήματά τους το βράδυ στο χώρο στάθμευσης. 

Στη δεύτερη περιλαμβάνονται οι δράσεις υποστήριξης της ηλεκτροκίνησης από φορείς της τοπικής αυτοδιοίκησης και η ανάπτυξη πιλοτικών προγραμμάτων «κοινόχρηστου αυτοκινήτου» (car sharing). 

Μελέτες τεκμηριώνουν ότι τα σχήματα αυτά και οι σκοποί που επιδιώκουν, επιτυγχάνουν βέλτιστη λειτουργία με τη χρήση μικρών ευέλικτων ηλεκτρικών αυτοκινήτων πόλης. 

Τα αποτελέσματα και την εμπειρία αυτή αξιοποιούν πλέον και επιχειρηματικά σχήματα που αναπτύσσονται σε αρκετές πόλεις της Ευρώπης. 

Η τρίτη κατηγορία αφορά, προς το παρόν, συγκεκριμένο επιχειρηματικό φορέα που αναπτύσσει στις Η.Π.Α. και στην κεντρική Ευρώπη δίκτυο ταχυφορτιστών για τους χρήστες των αυτοκινήτων του φορέα. 

Ήδη τα αυτοκίνητα αυτά διασχίζουν τις Η.Π.Α. από τη δυτική μέχρι την ανατολική ακτή και στην Ευρώπη μπορούν να κινούνται από τη Βιέννη μέχρι το Αμβούργο και το Άμστερνταμ χωρίς πρόβλημα και χωρίς πολύωρες στάσεις για επαναφόρτιση των συσσωρευτών.

Η μέχρι τώρα εμπειρία δείχνει ότι το άμεσο μέλλον της ηλεκτροκίνησης και των απαραίτητων υποδομών της βρίσκεται στα μικρά οχήματα πόλης που θα μπορούν να φορτίζουν σε μέσους ή μεγάλους χρόνους κατά τα διαστήματα πολύωρης στάθμευσής τους το βράδυ ή την ημέρα κατά τη διάρκεια της εργασίας των χρηστών τους, και στα οχήματα που θα έχουν τη δυνατότητα ταχείας ή/και υπερταχείας φόρτισης και θα μπορούν να διανύσουν πολλά χιλιόμετρα μεταξύ διαδοχικών φορτίσεων, οι οποίες σε χρονική διάρκεια δεν θα διαφέρουν από τη σύγχρονη πλήρωση της δεξαμενής υγρών ή αέριων καυσίμων ενός συμβατικού αυτοκινήτου. 

Η ανάπτυξη τέτοιων υποδομών θα σηματοδοτήσει την ευρεία χρήση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων και τη γρήγορη ανάπτυξη της αγοράς τους.

O Δρ. Γιώργος Αγερίδης είναι Μηχανολόγος Μηχανικός, Διευθυντής Ενεργειακής Αποδοτικότητας στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών και Εξοικονόμησης Ενέργειας(Κ.Α.Π.Ε.) και Πρόεδρος στο Ελληνικό Ινστιτούτο Ηλεκτροκίνητων Οχημάτων (ΕΛ.ΙΝ.Η.Ο.) 

Αποκλειστικό άρθρο του Γιώργου Αγερίδη στο ypodomes.com