Samochód elektryczny jako magazyn energii – na czym to polega?

Magazyn prądu w samochodzie – o co w tym chodzi?

Na początku omawiania koncepcji magazynowania energii elektrycznej z wykorzystaniem w tym celu samochodów elektrycznych trzeba niestety zaznaczyć, że na polskim gruncie nie wprowadzono do tej pory regulacji umożliwiających systemowy rozwój tej technologii. Tym bardziej nie pojawiły się także żadne kampanie informacyjne w tym kontekście. Warto także dodać, że włączanie baterii trakcyjnych pojazdów elektrycznych do domowego, czy firmowego systemu energetycznego nie jest jeszcze szczególnie rozpowszechnionym rozwiązaniem w innych krajach europejskich. Najbardziej wyróżniają się pod tym względem wysoko rozwinięte kraje azjatyckie, a w szczególności Japonia. To tam w wyniku następstw gwałtownych zjawisk pogodowych korzystanie z energii elektrycznej zgromadzonej w bateriach samochodowych stało się dość popularne. Czy jednak akumulator trakcyjny w pojeździe EV może być rzeczywiście efektywnym źródłem prądu?

W potocznym rozumieniu spożytkowanie całego wolumenu energii elektrycznej zgromadzonej w baterii samochodu elektrycznego będzie miało sens jedynie wówczas, gdy jego użytkownik nie zamierza się nim przemieszczać w najbliższym czasie. W praktyce jednak samochody elektryczne służą zazwyczaj jako doraźne, awaryjne źródło zasilania oddające określony wolumen prądu na potrzymanie pracy strategicznych sprzętów lub instalacji. Docelowo akumulatory trakcyjne mają pełnić funkcję mobilnych magazynów energii, które po powrocie do miejsca garażowania pozostałą nadwyżkę prądu przesyłają do sieci lub do domowego systemu energetycznego w godzinach obowiązywania wyższych stawek za pobór. Jest to opłacalne szczególnie w przypadku ponownego ładowania samochodu w godzinach nocnych (niższe stawki za prąd w wybranych taryfach), a idealnym rozwiązaniem w tym kontekście jest ładowanie samochodu z fotowoltaiki.

Samochód elektryczny jako magazyn energii – skąd ta potrzeba?

Koncepcja wykorzystywania baterii w samochodach elektrycznych jako mobilnych magazynów energii powstała jako naturalna konsekwencja dążenia do rozwoju i popularyzacji rozwiązań technologicznych wspierających niezależność energetyczną odbiorców prądu. Obecnie można wskazać kilka przyczyn uzasadniających próby popularyzacji tej koncepcji. Należą do nich między innymi takie aspekty jak:

• Optymalizacja zarządzania energią elektryczną – korzystanie z nadwyżek energii elektrycznej zgromadzonej w samochodzie do pokrycia części zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa domowego, a także równoważenia obciążenia sieci w szczytach poboru przyczynia się do optymalizacji funkcjonowania zarówno prywatnych, jak i krajowych systemów energetycznych;
• Oszczędności w zakresie płatności za energię elektryczną – ceny prądu nie tylko w Polsce stanowią spore obciążenie dla budżetu odbiorców energii elektrycznej. Użytkowanie samochodu elektrycznego w charakterze magazynu energii pozwala generować istotne oszczędności w tym obszarze. Chodzi tu oczywiście o ładowanie akumulatorów trakcyjnych podczas obowiązywania niższych stawek w taryfach dwustrefowych i oddawania nadwyżek energii, kiedy prąd jest najdroższy;
• Zabezpieczenie na wypadek awarii sieci – samochody z funkcją V2L (ang. Vehicle to Load) mogą znaleźć zastosowanie w charakterze awaryjnego źródła zasilania jako alternatywa dla stacjonarnego magazynu energii czy agregatu prądotwórczego. Niespodziewane zaniki dostaw prądu z sieci zdarzają się nie tylko na terenach słabo zurbanizowanych, ale coraz częściej muszą sobie z nimi radzić także mieszkańcy miast. Sytuacje takie w związku z coraz większym obciążeniem sieci elektroenergetycznych będą się prawdopodobnie powtarzać;
• Dostęp do energii elektrycznej w miejscach bez zasilania – samochody elektryczne, które na przykład w połączeniu z przenośną dwukierunkową stacją ładowania mają możliwość oddawania energii, można wykorzystywać w miejscach bez dostępu do innego źródła energii elektrycznej. Są to między innymi domki rekreacyjne, kampery, przyczepy kempingowe, czy lokalizacje, w których potrzebne jest zasilanie dla na przykład elektronarzędzi. Jeżdżący magazyn energii może okazać się w takich sytuacjach niezastąpiony;
• Możliwość odsprzedaży nadwyżek energii elektrycznej do sieci – w krajach, w których funkcjonują regulacje wymiany handlowej pomiędzy operatorami systemu dystrybucyjnego, a właścicielami pojazdów elektrycznych, którzy chcieliby oddawać nadwyżki prądu z akumulatora do sieci, kierowcy mogą zarabiać na tego typu transakcjach. Jest to jeden z docelowych aspektów dynamizujących rozwój technologii wspierającej wykorzystywanie samochodów elektrycznych w charakterze mobilnych magazynów energii;
• Wymiana prądu pomiędzy samochodami – jednym z zastosowań, dla których samochody elektryczne mogą funkcjonować jako magazyny energii jest funkcja V2V (ang. Vehicle to Vehicle). Chodzi tu o możliwość ładowania jednego samochodu z akumulatora trakcyjnego innego pojazdu. Istnieje oczywiście wiele sytuacji, w których funkcja ta będzie szczególnie przydatna dlatego w branży widać dążenia do rozwoju tego typu technologii;
• Ekologiczne aspekty użytkowania EV jako ME – elektromobilność to jeden z filarów na drodze do wdrażania zmian mających przysłużyć się poprawie jakości powietrza i ochronie środowiska naturalnego. Użytkowanie akumulatorów w samochodach elektrycznych jako magazynów energii dodatkowo odciąża sieci elektroenergetyczne i może przyczyniać się choćby w niewielkim stopniu do redukcji negatywnego wpływu nieekologicznych elektrowni na postępujące zmiany klimatyczne.

Samochód elektryczny jako magazyn prądu – jakie koncepcje?

Mogłoby się wydawać, że w regionach Europy i świata, w których elektromobilność cieszy się sporą popularnością, a auta elektryczne są najchętniej wybieranymi w przypadku inwestycji w nowy pojazd, koncepcja wykorzystywania ich dodatkowo w charakterze magazynów energii nie jest niczym zaskakującym. Okazuje się jednak, że nawet przy najbardziej pozytywnym nastawieniu kierowców, na przeszkodzie wciąż stoją ograniczenia technologiczne w infrastrukturze ładowania zarówno w obszarze domowych stacji ładowania, jak i pokładowych ładowarek dwukierunkowych instalowanych w pojazdach. Zanim przedstawimy koncepcje, jakie w zakresie rozwoju idei użytkowania samochodów elektrycznych jako magazynów energii mają ich producenci, warto usystematyzować technologie ładowania pojawiające się w tym kontekście w branżowych publikacjach:

• V2G (ang. Vehicle to Grid) – energia z samochodu przekazywana jest z powrotem do sieci elektroenergetycznej;
• V2H / V2B (ang. Vehicle to Home / Vehicle to Building) – prąd z akumulatorów trakcyjnych zasila system energetyczny w domu lub innej nieruchomości np. siedziby firmy;
• V2L (ang. Vehicle to Load) – funkcja pozwalająca zasilać z akumulatora samochodu elektrycznego inne odbiorniki np. rowery elektryczne, elektronarzędzia itp. za pomocą protokołu dwukierunkowego ładowania;
• V2V (ang. Vehicle to Vehicle) – technologia “dzielenia” się energią elektryczną pomiędzy samochodami elektrycznymi, np. w awaryjnej sytuacji na trasie przejazdu bez dostępu do stacji ładowania;
• V2X (ang. Vehicle to Everything) – koncepcja zakładająca wymianę informacji pomiędzy samochodami elektrycznymi a innymi elementami infrastruktury ruchu drogowego.

Toyota – integracja samochodów elektrycznych z systemami energetycznymi

Japoński gigant motoryzacyjny od lat pracuje nad rozwinięciem funkcji samochodów elektrycznych poza ich oczywistym przeznaczeniem. Już w 2016 roku Toyota przedstawiła pierwsze modele samochodów wyposażonych w funkcję V2X, która skupiała się przede wszystkim na komunikacji z innymi elementami infrastruktury drogowej, a także pomiędzy pojazdami elektrycznymi i hybrydowymi (V2V). W 2017 roku natomiast za przykładem Toyoty poszli także inni producenci, którzy zaczęli wprowadzać na rynek (szczególnie japoński) własne propozycje samochodów elektrycznych oferujących funkcję V2X. Z biegiem lat rozwój technologii doprowadził do momentu, w którym motoryzacyjni giganci tacy jak Toyota coraz silniej skupiają się na możliwościach czynnego włączenia pojazdów elektrycznych w komercyjne i prywatne systemy energetyczne.

W 2021 roku amerykański oddział Toyoty i EV Charging Solutions opracował system, w którym wybrane modele samochodów tej marki będą mogły zasilać domowe systemy energetyczne (V2H), a także aktywnie uczestniczyć w łagodzeniu szczytów zapotrzebowania na prąd w krajowych sieciach elektroenergetycznych. Technologia ta ma także dodatkowe, niezwykle istotne znaczenie. Jej systemowe zastosowanie w przypadku znaczącej liczby pojazdów elektrycznych może mieć realny wpływ na zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w gospodarce energetycznej danego kraju i tym samym przyczynić się do pozytywnych zmian w kontekście ochrony środowiska. Obecnie modelami Toyoty, które umożliwiają odsyłanie energii elektrycznej do sieci lub domowego systemu energetycznego są na przykład Toyota Prius Prime, Toyota bZ4X, Toyota RAV4 Prime oraz Toyota Mirai.

Źródło: wyborcza.biz na podstawie toyota.com

Volkswagen – dwukierunkowe ładowanie z ograniczeniami

Swoje propozycje w zakresie funkcji dwukierunkowego ładowania wspierającej jednocześnie wykorzystywanie samochodów elektrycznych jako magazynów energii, przygotowuje także Grupa Volkswagen. Niestety wdrażane obecnie nowe oprogramowanie VW ID. Software 3.x, które udostępnia kierowcom opcję dwukierunkowego ładowania pojazdów tego producenta nie daje jeszcze szansy na regularne wykorzystywanie samochodu w charakterze magazynu energii. Dlaczego? Przez ograniczenia, które w tym obszarze wprowadził Volkswagen.

Okazuje się bowiem, że pojazdy wyposażone w najnowszą wersję oprogramowania rzeczywiście udostępniają funkcję dwukierunkowego ładowania, ale jedynie do 4000 godzin lub 10 000 kWh przekazywanej energii. Oznacza to, że samochody elektryczne niemieckiej marki mogą zasilać inne odbiorniki lub systemy, ale raczej w doraźnym, okazjonalnym trybie. Prawdopodobną przyczyną wprowadzenia takich ograniczeń przez Volkswagena jest zapobieganie szybszej degradacji akumulatorów trakcyjnych instalowanych w pojazdach producenta.

Ford – zabezpieczenie energetyczne na wypadek awarii

Zaniki dostaw prądu z sieci oraz zapotrzebowanie na energię w miejscach bez doprowadzonego źródła zasilania, to bolączka wielu obszarów i lokalizacji w Stanach Zjednoczonych. Nie dziwi zatem, że Ford również pracuje nad doskonaleniem technologii oddawania energii przez samochody wyposażone w akumulatory trakcyjne. Takim modelem w portfolio amerykańskiego producenta jest Ford F-150 Lighting, który może zmagazynować nawet 131 kWh energii elektrycznej, a to oznacza wiele dni zasilania dla przeciętnego gospodarstwa domowego.

Ford opracował cały system, dzięki któremu wspomniany model będzie automatycznie zasilał domową instalację energetyczną w przypadku wystąpienia awarii sieci (Ford Intelligent Backup Power). Funkcje te Ford F-150 Lighting zyskuje we współpracy ze stacją ładowania Ford Charge Pro oraz Home Integration System. Amerykanie z pewnością doceniają również liczne opcje ładowania zewnętrznych odbiorników z portów zainstalowanych w pojeździe.

Ford F-150 Lighting jako magazyn energii; Źródło: elektrowoz.pl

Jakie samochody mogą być magazynami energii?

Czy każdy samochód elektryczny lub hybrydowy może być wykorzystywany w charakterze magazynu energii dla sieci, domu czy innych odbiorników prądu? Niestety nie. Pojazd taki musi dysponować bowiem funkcją dwukierunkowego ładowania lub przynajmniej posiadać wbudowane gniazdo 230 V. Okazuje się zatem, że nadwyżek energetycznych z akumulatorów nie są w stanie oddać choćby Tesle (wszystkie modele), czy tak popularne wśród zamożniejszych inwestorów “elektryki” jak Audi eTron i BMW i4. Aut elektrycznych tego typu jest zdecydowanie najwięcej. Na polskim rynku można jednak nabyć samochody, które umożliwiają zasilanie różnych odbiorników prądu z gniazda 230 V i są to na przykład:

• Mitsubishi Outlander PHEV;
• KIA e-Niro oraz KIA Niro Plug-in;
• Mazda MX-30;
• Honda e.

Technologię V2L oferują także takie modele jak Hyundai Ioniq 5 czy KIA EV6, które dzięki zastosowaniu opcjonalnego adaptera do portu ładowania są w stanie zasilać odbiorniki o mocy do 3,6 kW, co daje już spore możliwości w zakresie użytkowania akumulatora trakcyjnego jako magazynu energii dla domowych sprzętów. Nie jest to oczywiście automatyczny system jak w przypadku Forda F-150, ale dobry początek na drodze do popularyzacji tej koncepcji. Do pełnego wykorzystania możliwości najbardziej zaawansowanych technologicznie opcji V2G oraz V2H potrzebne jest natomiast współdziałanie kilku systemów: dwukierunkowej ładowarki pokładowej w samochodzie, dwukierunkowej ładowarki przekazującej energię do sieci lub domowego systemu oraz przystosowana w tym celu instalacja wraz z regulacjami formalnymi. Obecnie prace nad wdrożeniem lub doskonaleniem dwukierunkowego ładowania w swoich samochodach prowadzą między innymi Audi, BMW, Volkswagen oraz oczywiście Toyota.

Samochód elektryczny jako magazyn energii – realne w Polsce?

Idea wykorzystywania samochodów elektrycznych jako magazynów energii nie jest jeszcze tak rozwinięta, jak mogłoby to się niektórym wydawać. Oczywiście są państwa, które wyraźnie wyprzedzają inne we wdrażaniu tej koncepcji, ale nadal potrzebna jest intensywna popularyzacja w tym obszarze, gdyż jak się okazuje włączenie samochodów elektrycznych do ogólnokrajowych i prywatnych systemów energetycznych może nieść ze sobą wiele korzyści. Czy na polskim gruncie można liczyć na szybki rozwój tej koncepcji?

Z pewnością w pierwszej kolejności należałoby się jednak skupić na intensyfikacji inwestycji w elektromobilność oraz uruchomieniu zachęt w postaci na przykład dofinansowań do stacji ładowania dla prywatnych konsumentów. Na obecnym etapie ciężko byłoby sobie także wyobrazić wypracowanie przez OSD regulacji pozwalających na odpłatne oddawanie nadwyżek energetycznych z samochodów do sieci. Niemniej jednak wielu ekspertów z branży uważa, że regularne wykorzystywanie samochodów elektrycznych jako magazynów energii oraz dwukierunkowe ładowanie wyznaczają kierunek rozwoju dla elektromobilności na świecie.