Esimerkkejä sähköajoneuvoista

1. Sähköautojen ja plug-in hybridien vaikutukset sähköverkkoihinAntti MutanenTTY / Sähköenergiatekniikka

2. Esimerkkejä sähköajoneuvoista Tesla Roadster • Sähköauto • Toimintasäde: 350 km • Teho: 185 kW (248 hp) • Huippunopeus: 201 km/h • Akku: 53 kWh litium-ioni • Hinta (US): $ 100 000 Chervolet Volt • Ladattava hybridi (PHEV40) • Toimintasäde sähköllä: 64 km • Teho: 111 kW (151 hp) • Huippunopeus: 160 km/h • Akku: 16 kWh litium-ioni • Markkinoille: 2010 • Arvioitu hinta (US): $ 35 000 - $ 40 000

3. Esimerkkiajoneuvojen vaatimat lataustehot Kotilataus • Normaalin yksivaiheisen 230 voltin ja 16 ampeerin sulakkeella varustetun pistorasian maksimiteho on 3,68 kW. • Kun lataukseen jätetään 20 % turvamarginaali, saadaan tehoksi n. 3 kW • Kun edelleen huomioidaan laturin hyötysuhde n. 90 % ja akun hyötysuhde n. 90 % jää varsinaiseksi lataustehoksi 2,4 kW. • Tällä teholla Teslan akkujen lataus kestää 22 h ja Voltin lataus 7 h

4. Esimerkkiajoneuvojen vaatimat lataustehot Pikalataus • Viime aikoina monet akkuvalmistajat ovat kertoneet uusista akkuteknologian kehitysaskelista, jotka mahdollistavat jopa 10 minuutin pikalataukset. • Suurien akkujen pikalataus vaatii kuitenkin valtavia sähkötehoja. • Esimerkiksi: • Teslan 53 kWh akun lataus 10 minuutissa (SOC 0-80 %) vaatisi 314 kW ottotehoa sähköverkosta. • Voltin 16 kWh akun lataus 10 minuutissa (SOC 0-80 %) vaatisi 95 kW tehoa. • Liikenneasema, joka haluaa tarjota pikalatausmahdollisuuden 20 autolle (10xTesla + 10xVolt) tarvitsisi vähintään 4 MW sähkönsyötön. • Vertailun vuoksi: normaalilla huoltoasemalla bensapumppu siirtää energiaa tankkiin 20 MW teholla!

5. Verkostovaikutukset Kiinteistöverkot • Kotitalouksissa nopea lataus tai lataus pelkällä yösähköllä saattaa vaatia autotallien ja lataustolppien sulakekokojen kasvattamista tai jopa kolmivaiheisen sähkönsyötön järjestämistä. • Kolmivaiheinen lataus saattaa vaatia myös pääsulakekoon kasvattamista. • Suurilla parkkipaikoilla sähköverkot ja niiden sähkönsyötöt voidaan joutua uusimaan kokonaan. Sähkön laatu • Latauksen aikana kuluttajan kokema jännitetaso voi laskea. • Yksivaiheinen lataus voi kasvattaa kuluttajan kokemaa jännite-epäsymmetriaa. • Latureiden tasasuuntaajat aiheuttavat yliaaltoja verkkoon. Erityisesti yksivaiheiset laturit aiheuttavat paljon yliaaltoja.

6. Verkostovaikutukset Jakeluverkot • Asiakkaiden huipputehojen kasvaessa pj-verkon jännitehäviöt kasvavat ja verkkoyhtiöt joutuvat kasvattamaan joidenkin johtojen siirtokykyä pitääkseen jännitteenalenemat sallituissa rajoissa. • Jakelumuuntajien kuormitusrajat tulevat vastaan odotettua aikaisemmin. Pienillä jakelumuuntamoilla jo muutama samanaikaista ”pikalatausta” saattaa aiheuttaa muuntajan ylikuormittumisen. • Ongelmaksi muodostuu verkon vahvistusinvestointien kohdentaminen. Verkkoyhtiöllä ei ole tietoja asiakkaiden autotyypeistä tai niiden lataustehoista => esim. muuntajien kunnonvalvontaa pitää tehostaa. • Keskijännitetasolla sähköajoneuvojen vaikutus näkyy jo tasaisempana kuormituksen kasvuna => normaalit verkon vahvistustoimenpiteet kuorman kasvaessa.

7. Tarvittavan sähköenergian määrä PHEV40 • Suomessa on n. 2,5 miljoona henkilöautoa, yhdellä autolla ajetaan keskimäärin 18 000 km vuodessa => keskimäärin 50 km päivässä. • Kerran päivässä ladattavalla PHEV40 hybridiautolla voidaan ajaa 60 % kilometreistä pelkällä sähköllä. • Ladattava hybridiauto kuluttaa sähköllä ajettaessa 0,16 kWh/km. • Hybridiauton vuotuiseksi sähkönkulutukseksi saadaan: 0.6 x 18 000 km x 0,16 kWh/km = 1 730 kWh Huomioidaan latauksen hyötysuhde => 1 440 kWh/(0,9 x 0,9) = 2 130 kWh • Mikäli 25 % Suomen autokannasta olisi PHEV40 hybridejä vaatisi niiden lataaminen 1,3 TWh sähköenergiaa vuodessa (tämä on 1,5 % Suomen tämän hetken sähkönkulutuksesta). • Sähkön tuotannossa tarvittavan huipputehon lisääntyminen riippuu lataustavasta.

8. Lataustehon ajallinen vaihtelu Kontrolloimaton lataus • Autoilijat lataavat ajoneuvonsa kerran päivässä silloin kun heille parhaiten sopii => suurin osa aloittaa lataamisen saavuttuaan töistä kotiin. • Latauksen huipputeho osuu ikävästi iltaan, jolloin kuormitus on muutenkin huipussaan *Ladataan 7,2 kWh PHEV20 1,4 kW latausteholla

9. Lataustehon ajallinen vaihtelu Lataus yösähköllä • Sähköautojen lataus aloitetaan vasta klo 22. • Aiheuttaa kytkeytyessään suuren tehopiikin yhdessä muiden ajastettujen kuormien kanssa => Latauksen alkamisajankohtaa olisi hyvä porrastaa, siten että latausten alkamisaika jakautuisi pidemmälle aikavälille. *Ladataan 7,2 kWh PHEV20 1,4 kW latausteholla

10. Lataustehon ajallinen vaihtelu Lataus minimikuormituksen aikana • Ladataan akut silloin kun verkon kuormitus on pienimmillään. • Optimaalinen ratkaisu sähkön tuottajien ja jakelijoiden näkökulmasta. Minimikuormituksen aikana sähköä on halvin tuottaa eikä huipputeho nouse => ei tarvetta sähköverkon vahvistamiselle. • Vaatii lataustehon nostamista ja älykkäitä latureita *Ladataan 7,2 kWh PHEV20 3,2 kW latausteholla

11. Lataustehon ajallinen vaihtelu Lataus useita kertoja päivässä • Sähköautoja ladataan kodin lisäksi myös työpaikoilla ja julkisilla latauspisteillä • Mahdollistaa sähköllä ajettavien kilometrien osuuden lisäämisen => myös sähköenergian tarve kasvaa. • Paras vaihtoehto ympäristön ja polttoainelaskun kannalta. • Huonoin vaihtoehto sähköverkon kannalta. Suurin latausteho osuu maksimikuormituksen aikaan ja minimikuormituksen aikana on jopa vähemmän latauskuormaa kuin kontrolloimattomassa latauksessa. *Ladataan 7,2 kWh PHEV20 1,4 kW latausteholla

12. Vaikutus koko Suomen sähkönkulutukseen Case 1: kontrolloimaton lataus • 25 % autokannasta PHEV40 hybridejä • => Huipputeho lisääntyy 387 MW* *Latauksen kuormitus lisätty vuoden 2008 tammikuun 1. viikon perjantain kuormitukseen (vuoden 2008 huippukuorma)

13. Vaikutus koko Suomen sähkönkulutukseen Case 2: lataus yösähköllä • 25 % autokannasta PHEV40 hybridejä • => Huipputeho lisääntyy 427 MW* *Latauksen kuormitus lisätty vuoden 2008 tammikuun 1. viikon perjantain kuormitukseen (vuoden 2008 huippukuorma)

14. Vaikutus koko Suomen sähkönkulutukseen Case 3: lataus minimikuorman aikana • 25 % autokannasta PHEV40 hybridejä • => Huipputeho lisääntyy 0 MW* *Latauksen kuormitus lisätty vuoden 2008 tammikuun 1. viikon perjantain kuormitukseen (vuoden 2008 huippukuorma)

15. Vaikutus koko Suomen sähkönkulutukseen Case 4: lataus useita kertoja päivässä • 25 % autokannasta PHEV40 hybridejä • => Huipputeho lisääntyy 469 MW* *Latauksen kuormitus lisätty vuoden 2008 tammikuun 1. viikon perjantain kuormitukseen (vuoden 2008 huippukuorma)

16. End of the showkiitoksia mielenkiinnostanne!