Elektriautode laadimistehnoloogiad Hiinas ja Ameerika Ühendriikides on laias laastus sarnased. Mõlemas riigis on juhtmed ja pistikud elektriautode laadimisel valdavalt domineerivad tehnoloogiad. (Juhtmevaba laadimine ja akude vahetamine on vaid vähesel määral levinud.) Kahe riigi vahel on erinevusi laadimistasemete, laadimisstandardite ja sideprotokollide osas. Neid sarnasusi ja erinevusi käsitletakse allpool.
A. Laadimistasemed
Ameerika Ühendriikides toimub suur osa elektriautode laadimisest 120-voldise pingega modifitseerimata koduste seinakontaktide kaudu. Seda tuntakse üldiselt 1. taseme ehk tilklaadimisena. 1. taseme laadimise korral kulub tüüpilisel 30 kWh akul 20%-lt peaaegu täislaadimisele umbes 12 tundi. (Hiinas ei ole 120-voldiseid pistikupesasid.)
Nii Hiinas kui ka Ameerika Ühendriikides toimub suur osa elektriautode laadimisest 220 voldi (Hiina) või 240 voldi (Ameerika Ühendriikide) pingel. Ameerika Ühendriikides nimetatakse seda 2. taseme laadimiseks.
Selline laadimine võib toimuda modifitseerimata pistikupesade või spetsiaalsete elektriautode laadimisseadmete abil ning tavaliselt kasutab see umbes 6–7 kW võimsust. 220–240 voldi juures laadimisel kulub tüüpilisel 30 kWh akul 20%-lt peaaegu täislaadimiseks umbes 6 tundi.
Lõpuks on nii Hiinal kui ka Ameerika Ühendriikidel üha kasvav alalisvoolu kiirlaadijate võrgustik, mis tavaliselt kasutavad 24 kW, 50 kW, 100 kW või 120 kW võimsust. Mõned jaamad võivad pakkuda 350 kW või isegi 400 kW võimsust. Need alalisvoolu kiirlaadijad suudavad sõiduki aku 20%-lt peaaegu täis laadida umbes ühest tunnist kuni 10 minutini.
Tabel 6:Kõige levinumad laadimistasemed USA-s
| Laadimistase | Sõiduki sõiduulatus lisandub laadimisaja kohta jaVõimsus | Toiteallikas |
| Kliimaseade 1. tase | 4 miili tunnis @ 1,4 kW 6 miili tunnis @ 1,9 kW | 120 V vahelduvvool/20 A (12–16 A pidev) |
| Kliimaseade 2. tase | 10 miili tunnis @ 3,4 kW 20 miili tunnis @ 6,6 kW 60 miili tunnis @ 19,2 kW | 208/240 V vahelduvvool/20–100 A (16–80 A pidev) |
| Dünaamilised ajapõhised laadimistariifid | 24 miili/20 minutit võimsusel 24 kW 50 miili/20 minutit võimsusel 50 kW 90 miili/20 minutit võimsusel 90 kW | 208/480 V vahelduvvool 3-faasiline (sisendvool on võrdeline väljundvõimsusega; ~20–400 A vahelduvvool) |
Allikas: USA energeetikaministeerium
B. Laadimisstandardid
i. Hiina
Hiinal on üks üleriigiline elektriautode kiirlaadimise standard. USA-l on kolm elektriautode kiirlaadimise standardit.
Hiina standard on tuntud kui China GB/T. (InitsiaalidGBtähistavad riiklikku standardit.)
Hiina GB/T lasti välja 2015. aastal pärast mitmeaastast arendustööd.124 See on nüüd kohustuslik kõigile Hiinas müüdavatele uutele elektriautodele. Rahvusvahelised autotootjad, sealhulgas Tesla, Nissan ja BMW, on oma Hiinas müüdavate elektriautode jaoks GB/T standardi kasutusele võtnud. GB/T võimaldab praegu kiirlaadimist maksimaalse väljundvõimsusega 237,5 kW (950 V ja 250 ampri juures), kuigi paljud
Hiina alalisvoolu kiirlaadijad pakuvad 50 kW laadimist. Uus GB/T tuleb välja 2019. või 2020. aastal, mis väidetavalt uuendab standardit, et lisada suurematele tarbesõidukitele kuni 900 kW laadimisvõimalus. GB/T on ainult Hiinas kasutatav standard: vähesed Hiinas toodetud elektrisõidukid, mida välismaale eksporditakse, kasutavad teisi standardeid.125
2018. aasta augustis teatas Hiina Elektrinõukogu (CEC) vastastikuse mõistmise memorandumist Jaapanis asuva CHAdeMO võrguga ülikiire laadimise ühiseks arendamiseks. Eesmärk on GB/T ja CHAdeMO ühilduvus kiirlaadimiseks. Need kaks organisatsiooni teevad koostööd, et laiendada standardit ka väljaspool Hiinat ja Jaapanit asuvatesse riikidesse.126
ii. Ameerika Ühendriigid
Ameerika Ühendriikides on alalisvoolu kiirlaadimiseks kolm elektriautode laadimisstandardit: CHAdeMO, CCS SAE Combo ja Tesla.
CHAdeMO oli esimene elektriautode kiirlaadimise standard, mis pärineb aastast 2011. Selle töötas välja Tokyo.
Electric Power Company ja see tähistab „Charge to Move” (jaapani keeles sõnamäng).127 CHAdeMO-d kasutatakse praegu Ameerika Ühendriikides Nissan Leafis ja Mitsubishi Outlander PHEV-s, mis on ühed enimmüüdud elektriautod. Leafi edu Ameerika Ühendriikides võib ollaELEKTRIAUTOD LAADIMINE HIINAS JA USA-S
ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | VEEBRUAR 2019 |
osaliselt tänu Nissani varajasele pühendumusele CHAdeMO kiirlaadimise taristu rajamiseks edasimüüjatele ja teistele linnapiirkondadele.128 2019. aasta jaanuari seisuga oli Ameerika Ühendriikides üle 2900 CHAdeMO kiirlaadija (lisaks üle 7400 Jaapanis ja 7900 Euroopas).129
2016. aastal teatas CHAdeMO, et uuendab oma standardit esialgsest laadimismäärast 70
kW, et pakkuda 150 kW.130 2018. aasta juunis teatas CHAdeMO 400 kW laadimisvõimaluse turuletoomisest, kasutades 1000 V, 400 amprit vedelikjahutusega kaableid. Suurem laadimisvõimsus on saadaval suurte tarbesõidukite, näiteks veoautode ja busside vajaduste rahuldamiseks.131
Teine laadimisstandard Ameerika Ühendriikides on tuntud kui CCS või SAE Combo. Selle andis 2011. aastal välja grupp Euroopa ja USA autotootjaid. Sõnakombonäitab, et pistik võimaldab nii vahelduvvoolu laadimist (kuni 43 kW) kui ka alalisvoolu laadimist.132 tolli
Saksamaal moodustati laadimisliidese algatuse (CharIN) koalitsioon, et propageerida CCS-i laialdast kasutuselevõttu. Erinevalt CHAdeMO-st võimaldab CCS-pistik alalis- ja vahelduvvoolu laadimist ühe pordi kaudu, vähendades sõiduki kerel vajalikku ruumi ja avade arvu. Jaguar,
CCS-i toetavad Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA ja Hyundai. Koalitsiooniga on liitunud ka Tesla, kes teatas 2018. aasta novembris, et tema Euroopa sõidukid varustatakse CCS-laadimisportidega.133 Chevrolet Bolt ja BMW i3 on Ameerika Ühendriikides populaarsete elektrisõidukite hulgas, mis kasutavad CCS-laadimist. Kui praegused CCS-kiirlaadijad pakuvad laadimist umbes 50 kW võimsusega, siis Electrify America programm hõlmab kiirlaadimist 350 kW võimsusega, mis võimaldaks peaaegu täieliku laadimise kõigest 10 minutiga.
Kolmandat laadimisstandardit Ameerika Ühendriikides haldab Tesla, mis käivitas omaenda Superchargeri võrgu Ameerika Ühendriikides 2012. aasta septembris.134 Tesla
Ülelaadijad töötavad tavaliselt 480 voldi pingega ja pakuvad laadimist maksimaalse võimsusega 120 kW.
2019. aasta jaanuari seisuga oli Tesla veebisaidil loetletud 595 Superchargeri asukohta Ameerika Ühendriikides ja veel 420 asukohta lisandub „peagi“.135 2018. aasta mais pakkus Tesla välja, et tulevikus võivad tema Superchargerid ulatuda kuni 350 kW võimsuseni.136
Selle raporti jaoks tehtud uuringus küsisime USA intervjueeritavatelt, kas nad peavad ühtse riikliku alalisvoolu kiirlaadimise standardi puudumist elektriautode kasutuselevõtu takistuseks. Vähesed vastasid jaatavalt. Põhjused, miks mitut alalisvoolu kiirlaadimise standardit ei peeta probleemiks, on järgmised:
● Enamik elektriautode laadimisi toimub kodus ja töökohal 1. ja 2. taseme laadijatega.
● Suur osa avalikust ja töökoha laadimisinfrastruktuurist on seni kasutanud 2. taseme laadijaid.
● Saadaval on adapterid, mis võimaldavad elektriautode omanikel kasutada enamikku alalisvoolu kiirlaadijaid, isegi kui elektriauto ja laadija kasutavad erinevaid laadimisstandardeid. (Peamine erand, Tesla ülelaadimisvõrgustik, on avatud ainult Tesla sõidukitele.) Märkimisväärne on kiirlaadimisadapterite ohutuse osas teatav mure.
● Kuna pistik ja ühenduspesa moodustavad kiirlaadimisjaama maksumusest väikese osa, ei kujuta see jaamade omanikele endast erilist tehnilist ega rahalist väljakutset ning seda võiks võrrelda tanklas erinevate oktaanarvuga bensiinide voolikutega. Paljudel avalikel laadimisjaamadel on ühe laadimisposti külge kinnitatud mitu pistikut, mis võimaldab seal laadida igat tüüpi elektriautosid. Tegelikult nõuavad või soodustavad paljud jurisdiktsioonid seda.ELEKTRIAUTOD LAADIMINE HIINAS JA USA-S
38 | GLOBAALSE ENERGIAPOLIITIKA KESKUS | COLUMBIA SIPA
Mõned autotootjad on öelnud, et eksklusiivne laadimisvõrk kujutab endast konkurentsistrateegiat. BMW elektromobiilsuse juht ja CharINi esimees Claas Bracklo teatas 2018. aastal: „Oleme CharINi asutanud, et luua võimupositsioon.“137 Paljud Tesla omanikud ja investorid peavad selle patenteeritud ülelaadimisvõrku müügiargumendiks, kuigi Tesla väljendab jätkuvalt valmisolekut lubada teistel automudelitel oma võrku kasutada, tingimusel et nad panustavad rahastamisse proportsionaalselt kasutamisega.138 Tesla on samuti osa CharINist, mis edendab CCS-i. 2018. aasta novembris teatas ettevõte, et Euroopas müüdavad Model 3 autod on varustatud CCS-portidega. Tesla omanikud saavad osta ka adaptereid CHAdeMO kiirlaadijatele juurdepääsuks.139
C. Laadimise sideprotokollid Laadimise sideprotokollid on vajalikud laadimise optimeerimiseks vastavalt kasutaja vajadustele (laetuse oleku, aku pinge ja ohutuse tuvastamiseks) ja võrgu jaoks (sh
jaotusvõrgu läbilaskevõime, kasutusajapõhine hinnakujundus ja nõudlusele reageerimise meetmed).140 Hiina GB/T ja CHAdeMO kasutavad CAN-nimelist sideprotokolli, samas kui CCS töötab PLC-protokolliga. Avatud sideprotokollid, näiteks Open Charging Alliance'i väljatöötatud Open Charge Point Protocol (OCPP), on Ameerika Ühendriikides ja Euroopas üha populaarsemad.
Selle aruande jaoks läbi viidud uuringus nimetasid mitmed USA intervjueeritavad avatud sideprotokollide ja tarkvara poole liikumist poliitilise prioriteedina. Eelkõige toodi välja, et mõned avaliku laadimise projektid, mis said rahastamist Ameerika Ühendriikide majanduse elavdamise ja reinvesteerimise seaduse (ARRA) alusel, valisid müüjaid, kellel olid patenteeritud platvormid, kuid kellel tekkisid hiljem rahalised raskused, mille tagajärjel tekkisid katkised seadmed, mis vajasid väljavahetamist.141 Enamik linnu, kommunaalteenuseid pakkuvaid ettevõtteid ja laadimisvõrke, kellega selle uuringu raames ühendust võeti, avaldasid toetust avatud sideprotokollidele ja stiimulitele, mis võimaldaksid laadimisvõrgu haldajatel sujuvalt pakkujat vahetada.142
D. Kulud
Kodulaadijad on Hiinas odavamad kui Ameerika Ühendriikides. Hiinas müüakse tüüpilist 7 kW seinale paigaldatavat kodulaadijat veebis hinnaga 1200–1800 RMB.143 Paigaldamine nõuab lisakulusid. (Enamik eraisikutelt ostetud elektriautosid on varustatud laadija ja paigaldusega.) Ameerika Ühendriikides maksavad 2. taseme kodulaadijad 450–600 dollarit, millele lisandub paigalduse keskmine hind umbes 500 dollarit.144 Alalisvoolu kiirlaadimisseadmed on mõlemas riigis oluliselt kallimad. Kulud on väga erinevad. Üks selle aruande jaoks intervjueeritud Hiina ekspert hindas, et 50 kW alalisvoolu kiirlaadimisposti paigaldamine Hiinas maksab tavaliselt 45 000–60 000 RMB, kusjuures laadimispost ise moodustab umbes 25 000–35 000 RMB ning ülejäänu moodustavad kaabeldus, maa-alune taristu ja tööjõukulud.145 Ameerika Ühendriikides võib alalisvoolu kiirlaadimine maksta kümneid tuhandeid dollareid posti kohta. Alalisvoolu kiirlaadimisseadmete paigaldamise maksumust mõjutavad peamised muutujad on kaevetööde vajadus, trafode uuendamine, uute või uuendatud vooluringide ja elektripaneelide paigaldamine ning esteetilised uuendused. Lisaks tuleb arvestada ka sildistamise, lubade ja puuetega inimeste juurdepääsuga.146
E. Juhtmevaba laadimine
Juhtmevaba laadimine pakub mitmeid eeliseid, sealhulgas esteetikat, aja kokkuhoidu ja kasutusmugavust.
See oli saadaval 1990. aastatel EV1 (varajane elektriauto) jaoks, kuid tänapäeval on see haruldane.147 Veebis pakutavate juhtmevabade elektriautode laadimissüsteemide hind jääb vahemikku 1260–3000 dollarit.148 Juhtmevaba elektriautode laadimine toob kaasa efektiivsuskaristuse, kusjuures praegused süsteemid pakuvad umbes 85% laadimise efektiivsust.149 Praegused juhtmevabad laadimistooted pakuvad energiaülekannet 3–22 kW; juhtmevabad laadijad, mis on saadaval mitme elektriauto mudeli jaoks alates pistikupesast, pakuvad kas 3,6 kW või 7,2 kW võimsust, mis vastab 2. taseme laadimisele.150 Kuigi paljud elektriautode kasutajad peavad juhtmevaba laadimist lisakulude väärt mitte,151 on mõned analüütikud ennustanud, et tehnoloogia levib peagi laialt ja mitmed autotootjad on teatanud, et pakuvad juhtmevaba laadimist tulevaste elektriautode jaoks lisavõimalusena. Juhtmevaba laadimine võiks olla atraktiivne teatud sõidukitele, millel on kindlad marsruudid, näiteks ühistranspordi bussid, ja seda on pakutud ka tulevaste elektriliste maanteede jaoks, kuigi kõrge hind, madal laadimise efektiivsus ja aeglane laadimiskiirus oleksid puudusteks.152
F. Patareide vahetamine
Akude vahetamise tehnoloogia abil saaksid elektriautod oma tühjenenud akud täielikult laetud akude vastu vahetada. See lühendaks oluliselt elektriauto laadimiseks kuluvat aega, mis tooks juhtidele kaasa märkimisväärset potentsiaalset kasu.
Mitmed Hiina linnad ja ettevõtted katsetavad praegu akude vahetamist, keskendudes suure koormusega elektrisõidukitele, näiteks taksodele. Hangzhou linn on oma taksopargis kasutusele võtnud akude vahetamise, mis kasutab kohalikke Zotye elektrisõidukeid.155 Peking on ehitanud mitu akude vahetusjaama, mida toetab kohalik autotootja BAIC. 2017. aasta lõpus teatas BAIC plaanist ehitada 2021. aastaks üle riigi 3000 vahetusjaama.156 Hiina elektrisõidukite idufirma NIO plaanib võtta akuvahetustehnoloogia kasutusele mõne oma sõiduki puhul ja teatas, et ehitab Hiinasse 1100 vahetusjaama.157 Mitmed Hiina linnad – sealhulgas Hangzhou ja Qingdao – on kasutanud akude vahetust ka bussides.158
Ameerika Ühendriikides hääbusid arutelud akude vahetamise üle pärast Iisraeli akude vahetamisega tegeleva idufirma Project Better Place pankrotti 2013. aastal, mis oli kavandanud sõiduautode vahetusjaamade võrgustikku.153 2015. aastal loobus Tesla oma vahetusjaama plaanidest pärast vaid ühe demonstratsioonirajatise ehitamist, süüdistades tarbijate huvi puudumist. Tänapäeval on Ameerika Ühendriikides akude vahetamisega seotud katsetusi vähe või üldse mitte.154 Akude hinna langus ja võib-olla vähemal määral alalisvoolu kiirlaadimise infrastruktuuri kasutuselevõtt on tõenäoliselt vähendanud akude vahetamise atraktiivsust Ameerika Ühendriikides.
Kuigi akude vahetamine pakub mitmeid eeliseid, on sellel ka märkimisväärseid puudusi. Elektriauto aku on raske ja asub tavaliselt sõiduki allosas, moodustades lahutamatu konstruktsioonielemendi, mille joondamise ja elektriühenduste tehnilised tolerantsid on minimaalsed. Tänapäeva akud vajavad tavaliselt jahutamist ning jahutussüsteemide ühendamine ja lahtiühendamine on keeruline.159 Arvestades nende suurust ja kaalu, peavad akusüsteemid ideaalselt sobima, et vältida ragistamist, vähendada kulumist ja hoida sõidukit keskel. Tänapäeva elektriautodes levinud rula-akude arhitektuur parandab ohutust, langetades sõiduki raskuskeset ja parandades kokkupõrkekaitset ees ja taga. Pagasiruumis või mujal asuvatel eemaldatavatel akudel see eelis puudub. Kuna enamik sõidukiomanikke laeb peamiselt kodus võiELEKTRIAUTOD LAADIMINE HIINAS JA USA-STöökohal ei lahendaks akude vahetamine tingimata laadimisinfrastruktuuri probleeme – see aitaks ainult avaliku laadimise ja sõiduulatuse probleemidega toime tulla. Ja kuna enamik autotootjaid ei ole valmis akupakke ega disaini standardiseerima – autod on disainitud akude ja mootorite ümber, mistõttu on see oluline patenteeritud väärtus160 –, võib akude vahetamine nõuda iga autofirma jaoks eraldi vahetusjaamade võrgustikku või eraldi vahetusseadmeid erinevate mudelite ja suuruste sõidukite jaoks. Kuigi mobiilseid akude vahetamise veoautosid on pakutud,161 pole seda ärimudelit veel rakendatud.
Postituse aeg: 20. jaanuar 2021