Ograniczony dostęp do punktów ładowania w początkowej fazie rozwoju rynku pojazdów elektrycznych sprawia, że pierwszymi użytkownikami samochodów elektrycznych w segmencie klientów indywidualnych będą głównie osoby mieszkające w domkach jednorodzinnych

Wstęp

Ograniczony dostęp do punktów ładowania w początkowej fazie rozwoju rynku pojazdów elektrycznych sprawia, że pierwszymi użytkownikami samochodów elektrycznych w segmencie klientów indywidualnych będą głównie osoby mieszkające w domkach jednorodzinnych. W niniejszym artykule przyjrzymy się temu, czy zakup pojazdu elektrycznego będzie wiązał się z koniecznością zwiększenia mocy przyłączeniowej oraz jaki wpływ na zużycie energii elektrycznej będzie miało posiadanie auta elektrycznego, a także jak zmieni się rachunek za energię elektryczną dla kilku wybranych wariantów.

Zanim przejdziemy do omówienia typowego zużycia energii elektrycznej warto zastanowić się, jaki procent społeczeństwa mieszka w domkach jednorodzinnych. Z danych Eurostatu z 2009r. wynika, że w Polsce we własnych domach mieszka około 51,9% społeczeństwa (około 47% w domach wolnostojących i około 4,9% w bliźniakach i szeregowcach). Średnia dla 27 krajów Unii Europejskiej jest nieco wyższa i wynosi około 57,3% (około 34,3% w domach wolnostojących i około 23% w bliźniakach i szeregowcach) [1].

Typowe zużycie energii elektrycznej domów jednorodzinnych

Zużycie energii elektrycznej przez domki jednorodzinne jest bardzo zróżnicowane i zależy między innymi od liczby, typu i mocy odbiorników oraz częstości ich używania. Według danych firmy Vattenfall zazwyczaj waha się ono od około 3000 kWh do około 8000 kWh rocznie [2], ale w skrajnych przypadkach (ze względu na ogrzewanie elektryczne) może być znacznie wyższe. Szacunkowe zużycie energii elektrycznej naszych domów i mieszkań w zależności od używanych urządzeń możemy sprawdzić na przykład przy pomocy kalkulatora energii Vattenfall www.kalkulator.vattenfall.pl.

Na potrzeby niniejszej analizy przyjmiemy trzy profile domków jednorodzinnych, z których drugi wydaje się najbardziej zbliżony do typowego w Polsce - około 4000 kWh rocznie.

Typowa moc zainstalowana domów jednorodzinnych

W Polsce domy jednorodzinne najczęściej wyposażone są w instalację trójfazową z zabezpieczeniem 25 A, co daje nam moc przyłączeniową na poziomie 17,25 kVA (3x 230 V, 25 A). Moc taka w zupełności pokrywa zapotrzebowanie niezbędne do prawidłowego funkcjonowania nowocześnie wyposażonej kuchni i powinna również wystarczyć dla podgrzewania wody użytkowej w ogrzewaczu pojemnościowym, czyli popularnym bojlerze. W niewielkiej ilości przypadków występują instalacje jednofazowe, najczęściej z zabezpieczeniem 25 A, co odpowiada mocy przyłączeniowej na poziomie 5,75 kVA (230 V, 25 A).

Naścienny terminal ładowania firmy Vattenfall, z którego w projekcie One Tonne Life ładuje się Volvo C30 BEV

Istnieje możliwość zwiększenia mocy przyłączeniowej. Wiąże się to z poniesieniem jednorazowej opłaty przyłączeniowej obliczanej najczęściej (jeżeli nie ma konieczności budowania nowego przyłącza) jako iloczyn dodatkowej mocy i opłaty przyłączeniowej. W przypadku firmy Vattenfall jest to 96,09 zł/kW dla przyłącza napowietrznego i 118,70 zł/kW dla przyłącza kablowego (stawki netto zgodnie z Taryfą dla energii elektrycznej obowiązującą na terenie Vattenfall Distribution Poland S.A. w 2011 roku) [2].

Przykładowo chcąc zwiększyć moc przyłączeniową z wartości 5,75 kVA (jedna faza) do 17,25 kVA (trzy fazy, dodatkowe 11,5 kVA) zapłacimy 1 105,04 zł lub 1 365,05 zł zależnie od rodzaju przyłącza (podane kwoty są kwotami netto). Inny sposób wyliczenia opłaty może wystąpić w szczególnych przypadkach, gdy zachodzi konieczność budowy przyłącza przekraczającego 200 m bądź przebudowy istniejącego [2].

W rzeczywistości ze względu na to, że wypadkowy współczynnik mocy odbiorników jest zazwyczaj nieco niższy od jedności, moc czynna, którą możemy pobierać jest również nieco niższa od mocy pozornej podanej w tabeli.

Typowa moc i typ ładowarek na pokładzie aut elektrycznych

Dobierając moc przyłącza należy mieć na uwadze maksymalną moc i typ ładowarki na pokładzie auta elektrycznego. Zazwyczaj w samochodach elektrycznych stosuje się ładowarkę jednofazową o mocy kilku kW (np. Mitsubishi i-MiEV, Nissan Leaf, Ford Focus Electric) ale występują także ładowarki jednofazowe o mocy nawet kilkunastu kW (np. Tesla Roadster, MINI E) lub trójfazowe (np. Audi A3 e-tron), mogące ładować akumulatory zarówno z jednej jak i trzech faz (mocą np. 3,3 lub 9,9 kW).

Obecnie osobom posiadającym instalację trójfazową z zabezpieczeniem 25 A, do ładowania samochodu elektrycznego typu Mitsubishi i-MiEV lub Nissan Leaf będzie potrzebna jedynie jedna faza, którą ładowanie obciąży na około 60% jej możliwości.

Audi A3 e-tron

W przypadku większych mocy, lepiej aby auta były wyposażone w ładowarki trójfazowe, co nie tylko nie będzie wymagało nadmiernego podnoszenia wartości zabezpieczenia przedlicznikowego (większa opłata stała), ale także pozwoli na równomierne obciążanie wszystkich faz. Dla przykładu, Audi A3 e-tron mogłoby być ładowane w nocy mocą 9,9 kW, stanowiącą około 60% możliwości typowej instalacji trójfazowej z zabezpieczeniem 25 A. Gdyby zastosować ładowarkę jednofazową 9,9 kW, zabezpieczenie przedlicznikowe musiałoby wynieść przynajmniej 50 A i z tej fazy praktycznie nie byłoby już można zasilać żadnego innego urządzenia (z kolei dwie pozostałe fazy byłyby w nocy zupełnie niewykorzystywane). Problem ten w największym stopniu dotyczy samochodu Tesla Roadster, dla którego aby wykorzystać cały potencjał ładowarki należałoby zastosować zabezpieczenie przedlicznikowe przynajmniej 80 A lub ewentualnie przekształtnik prądu przemiennego podnoszący koszt oraz wprowadzający dodatkowe straty. Ford Focus Electric z ładowarką jednofazową 6,6 kW będzie wymagał zabezpieczenia przynajmniej 35 A.

Osobną kwestią jest limit prądowy gniazdek 1- i 3-fazowych, wynoszący zazwyczaj 16 A (około 3,5 kW na fazę). W razie potrzeby pobierania większych mocy należy upewnić się, że nasza instalacja zasilająca terminal ładowania jest do tego przystosowana.

Na pokładach samochodów elektrycznych raczej nie stosuje się ładowarek o mocach powyżej 20 kW, ponieważ niepotrzebnie zwiększałoby to cenę i masę pojazdów. W przypadku większych mocy, lepiej używać ładowarek zewnętrznych (np. CHAdeMO), przesyłających do pojazdu prąd stały.

Nissan Leaf

Szybkie ładowarki CHAdeMO mają moc wyjściową do 50 kW i są zasilane z instalacji trójfazowej, dzięki czemu równomiernie obciążają wszystkie fazy. Rozwiązanie to, z uwagi na wysoką wymaganą moc przyłącza oraz koszt ładowarki, jest obecnie stosowane jedynie w celach komercyjnych. Niewykluczone jednak, że w przyszłości pewna grupa bardziej zamożnych klientów będzie zainteresowana zakupem tego typu urządzeń o mocach np. 20-30 kW.

Typowe zużycie energii samochodów elektrycznych

Renault Fluence Z.E.

Zużycie energii przez samochód elektryczny jest różne w zależności od wielkości samochodu, stylu jazdy, rodzaju nawierzchni, temperatury itp. W większości przypadków nawet przy dynamicznej jeździe oraz po uwzględnieniu sprawności ładowarki auto nie powinno zużywać więcej niż 13-20 kWh/100 km, gdzie niższa wartość odnosi się do małych i lekkich samochodów (często dwuosobowych), a wyższa do bardziej konwencjonalnych i większych modeli rodzinnych (segment C i D).

Branżowe stowarzyszenie przemysłu elektroenergetycznego EURELECTRIC przyjmuje, że średnie zużycie energii samochodu elektrycznego to 18 kWh/100 km [3]. Taką wartością będziemy się posługiwać w obliczeniach.

Zakładając trzy warianty pokonywanych dystansów – 1000, 2000 i 3000 km miesięcznie - nasze auto będzie potrzebowało od 180 do 540 kWh energii elektrycznej miesięcznie.

Symulacja zużycia energii elektrycznej dla planu jednostrefowego

Uzbrojeni w przedstawione dotychczas informacje możemy teraz spróbować oszacować koszty pobieranej energii elektrycznej w zależności od różnych czynników. Na początek przyjrzyjmy się sytuacji, gdy korzystamy z jednostrefowego planu taryfowego, w którym przez całą dobę obowiązuje jedna stawka za pobieraną energię. W obliczeniach przyjmiemy cenę energii elektrycznej na poziomie 0,5 zł/kWh (w zależności od rejonu i dostawcy może być ona nieco inna). Opłaty stałe zostały w symulacji pominięte z uwagi na ich niewielki wpływ na całkowity rachunek oraz porównywalną wysokość w rozważanych przypadkach.

Z powyższego zestawienia wynika, że posiadanie samochodu elektrycznego może mieć znaczący wpływ na rachunki „za prąd”. W niektórych przypadkach ilość energii elektrycznej pobranej do ładowania auta przewyższy sumę energii zużytej przez wszystkie pozostałe odbiorniki w domku jednorodzinnym.

Inne dostępne taryfy

Większość właścicieli domków jednorodzinnych korzysta z jednostrefowego planu taryfowego z jednolitą stawką za kWh energii elektrycznej przez całą dobę. Istnieje jednak możliwość skorzystania z taryfy dwustrefowej (G12), w której występują dwie różne stawki:

1. taryfa dzienna (godziny np. 6:00-13:00 oraz 15:00-22:00) – około 0,60 zł/kWh
2. taryfa nocna (godziny np. 22:00-6:00 oraz 13:00-15:00) – około 0,30 zł/kWh

Na potrzeby dalszych obliczeń przyjmiemy wysokość opłat na poziomie 30 i 60 groszy za kWh, jednak należy pamiętać, że w zależności od dostawcy i konkretnych warunków mogą być one nieco inne.

Zmiana grupy taryfowej z jednostrefowej na dwustrefową jest bezpłatna (koszt instalacji licznika pokrywa przedsiębiorstwo energetyczne).

Plany z dwiema stawkami są opłacalne dla odbiorców wtedy, gdy istotna część energii elektrycznej pobierana jest w nocy lub także w weekendy w przypadku planów weekendowych. Poprzez wprowadzenie zróżnicowanej stawki, dostawcy energii elektrycznej starają się podnieść efektywność jej wytwarzania, co jest opłacalne także dla nich.

W dłuższej perspektywie, dzięki rozwojowi inteligentnych sieci oraz dwukierunkowej komunikacji pojazd-sieć, możliwe będzie znacznie bardziej złożone różnicowanie stawek za energię elektryczną w poszczególnych godzinach doby, a cena energii może być np. uzależniona od aktualnego zapotrzebowania bądź dostępności energii z siłowni wiatrowych w systemie elektroenergetycznym.

Symulacja zużycia energii elektrycznej dla planu dwustrefowego

Mając świadomość, że samochody elektryczne będą w większości przypadków ładowanie w godzinach nocnych oraz, że udział energii zużywanej na potrzeby ładowania będzie duży w odniesieniu do całkowitego zużycia, warto rozważyć przejście na dwustrefowy plan taryfowy.

Dla celów dalszych obliczeń założymy, że 90% ładowań auta będzie dokonywanych w taryfie nocnej. Dla pozostałych odbiorników przyjmiemy zużycie energii w taryfie nocnej na poziomie 15% (profile Dom I i Dom II) oraz 25% w przypadku profilu Dom III, w którym użytkowany jest boiler. Ponieważ sposób użytkowania samochodu elektrycznego oraz profil danego gospodarstwa może być inny, każdy powinien przyjąć założenia odpowiadające jego konkretnym warunkom, a poniższe zestawienie traktować jedynie poglądowo. Opłaty stałe ponownie zostały w symulacji pominięte z uwagi na ich niewielki wpływ na całkowity rachunek oraz porównywalną wysokość w rozważanych przypadkach.

Najważniejszą informacją wynikającą z powyższego zestawienia jest to, że w przypadku posiadania auta elektrycznego, dwustrefowy plan taryfowy może przynieść znaczne oszczędności. Niekiedy warto posiadać licznik dwutaryfowy także ze względu na duży pobór energii przez elektryczne ogrzewanie mieszkania lub wody.

W naszym przypadku koszt energii na pokonanie 100 km autem elektrycznym to niecałe 6 zł. Jeśli jednak energia będzie uzupełniana zawsze w taryfie nocnej, a kierowca będzie jeździł delikatnie możliwe jest osiągnięcie jeszcze lepszego wyniku.

Obliczenia dla konkretnego przypadku można przeprowadzić za pomocą opublikowanego na naszej stronie prostego Kalkulatora opłacalności stosowania taryf dwustrefowych.

Znacznie bardziej rozbudowane narzędzie do porównywania opłat za zużycie energii elektrycznej u różnych dostawców działających w konkretnym rejonie można znaleźć na stronie Urzędu Regulacji Energetyki - Kalkulator taryf elektroenergetycznych.

Podsumowanie

Mitsubishi i-MiEV

Pojawienie się w naszym gospodarstwie domowym samochodu elektrycznego w zdecydowanej większości przypadków nie powinno skutkować koniecznością jakichkolwiek dodatkowych prac w instalacji elektrycznej. Ładowanie najczęściej będzie odbywało się w tzw. trybie wolnym - mocą kilku kW, przy wykorzystaniu jednej fazy, co wynika przede wszystkim z mocy ładowarek na pokładzie popularnych aut.

Auto elektryczne przejeżdżające około 2 tys. km miesięcznie, będzie zużywało podobną ilość energii (około 350 kWh miesięcznie) co wszystkie pozostałe odbiorniki przeciętnego gospodarstwa domowego razem wzięte.

Ponieważ ładowanie akumulatorów będzie odbywało się głównie w godzinach nocnych, nasza instalacja elektryczna nie będzie narażona na przeciążenia. Także operatorzy sieci elektroenergetycznych nie będą zmuszeni (szczególnie w początkowym okresie) zwiększać specjalnie dla samochodów elektrycznych mocy wytwórczych ani przesyłowych.

W przypadku większych mocy ładowarek – powyżej 5 kW, zaleca się stosowanie ładowarek trójfazowych, równomiernie obciążających instalację.

Często spotykana w domkach jednorodzinnych instalacja trójfazowa z zabezpieczeniem 25 A z powodzeniem umożliwia ładowanie mocą nawet 10 kW, o ile na pokładzie auta znajduje się ładowarka trójfazowa.

Ładując akumulatory mocą 10 kW w ciągu 8 godzin nocy, potencjalnie można pobrać 80 kWh energii (o ile mamy odpowiednio duży pakiet akumulatorów). Tak duża wartość wystarczy na przejechanie samochodem elektrycznym nawet 400 km w mieście. W razie potrzeby pokonania jeszcze większych odległości, w przyszłości będzie można zatrzymać się na stacji szybkiego ładowania, na której skorzystamy z zewnętrznej ładowarki o mocy kilkudziesięciu kW.

Stosując taryfę dwustrefową w większości przypadków zminimalizujemy wysokość naszego rachunku za energię elektryczną i świadczone usługi jej dystrybucji. Oszczędności mogą wynosić nawet kilkadziesiąt złotych miesięcznie.