Każdy, kto choć raz siłował się ze sztywnym kablem ładowania w zimowy wieczór, wie, że elektromobilność wciąż ma w sobie sporo problemów. Obietnica aut elektrycznych to czysty, cichy transport, ale codzienność wciąż przekłada się na żonglerkę aplikacjami, rozglądaniem za stacjami ładowania, kablami do ładowania oraz ciągłym niepokojem, czy aby na pewno energii wystarczy i czy podłączyliśmy samochód poprawnie, zanim poszliśmy na górę. Dla wielu kierowców rytuał ładowania nadal przypomina technologię sprzed dekady, ale w Szwajcarii właśnie udowodniono, że istnieje sensowna i kusząca alternatywa.
Twój elektryk stoi bezczynnie 23 godziny na dobę, a ten szwajcarski eksperyment pokazuje, jak to wykorzystać
Europejskie systemy elektroenergetyczne przygotowują się na przyszłość, w której miliony samochodów nie będą tylko obciążeniem, lecz także potencjalnym magazynem energii. Operatorzy chcieliby, aby auta ładowały się wtedy, gdy w sieci krąży nadmiar energii odnawialnej, pomagały ścinać szczyty zużycia, a może nawet oddawały prąd z powrotem do sieci w momentach niedoboru. Taki scenariusz wymaga jednak, by pojazdy były bardzo często fizycznie podłączone do sieci, a nie tylko podczas okazjonalnego szybkiego ładowania. Szwajcaria przeprowadziła właśnie realny test, który próbuje odpowiedzieć na oba te wyzwania jednocześnie.
Czytaj też: Metamateriał z obracającymi się filarami pokonuje fizykę dźwięku. Może przyjąć więcej konfiguracji niż jest atomów we wszechświecie
Pilotażowy projekt INLADE, prowadzony przez szwajcarski instytut badawczy Empa we współpracy z zakładem energetycznym Eniwa i wspierany przez Federalne Biuro Energetyki oraz kantony Zurych i Argowia, polegał na instalacji indukcyjnej płyty ładującej na poligonie mobilności w Dübendorfie i doposażeniu kilku seryjnych aut elektrycznych w cewki odbiorcze. Sam schemat działania jest prosty – gdy tylko samochód zaparkuje nad płytą, energia jest przesyłana bezprzewodowo poprzez pole magnetyczne między cewką w podłożu a odpowiadającą jej cewką pod nadwoziem. W ustawieniu pomaga wyświetlacz w kabinie, a zanim ładowanie się rozpocznie, system sprawdza, czy między cewkami nie znalazły się żadne przedmioty, zwierzęta ani ludzie. W trybie ciągłej pracy (z deszczem, śniegiem, wahaniami temperatury i nieidealnym parkowaniem) inżynierowie uzyskali zmierzoną sprawność około 90 procent, a więc praktycznie taką samą, jaką Empa raportuje dla klasycznego ładowania przewodem AC w tym samym miejscu.
Od strony technicznej to ten sam mechanizm, który znamy z bezprzewodowych ładowarek do telefonów, ale oczywiście stosownie przeskalowany. Płyta na poligonie jest podłączona do stacji o mocy 22 kW, co energetycznie wystarcza, aby doładować mniej więcej 110 do 140 kilometrów zasięgu na godzinę ładowania dla typowego auta elektrycznego, przy jego zużyciu rzędu od 15 do 20 kWh na 100 kilometrów. Uczestniczące pojazdy zachowały homologację drogową i wciąż mogły korzystać z normalnych ładowarek przewodowych, a szeroko zakrojone testy kompatybilności elektromagnetycznej miały potwierdzić, że zmienne pole magnetyczne nie zakłóca elektroniki pojazdu ani nie stanowi zagrożenia dla pasażerów czy osób w pobliżu.
90-procentowa sprawność to nie ideał, ale potencjał jest ogromny
Na pierwszy rzut oka 90-procentowa sprawność systemu bezprzewodowego brzmi jak przełom, ale warto przyjrzeć się, co ten wynik naprawdę oznacza. Niezależne analizy ładowania indukcyjnego zwykle umieszczają nowoczesne systemy w zakresie 90 do 95 procent sprawności, podczas gdy dobre przewodowe ładowanie AC potrafi osiągać mniej więcej 95 do 97 procent, w zależności od mocy i zastosowanego sprzętu. Innymi słowy, przejście na bezprzewodowe rozwiązanie w najgorszym przypadku dokłada kilka punktów procentowych strat, co w skali całego systemu przekłada się na zauważalnie większe zużycie energii.
Czytaj też: Czarnobyl znów niepokoi naukowców. Tajemniczy wzrost aktywności neutronowej w zniszczonym reaktorze
Jednocześnie musimy pamiętać, że jeśli maty indukcyjne sprawią, iż kierowcy będą “podłączeni” znacznie częściej, to oprogramowanie do inteligentnego ładowania może przesuwać konsumpcję na godziny z tanim, niskoemisyjnym prądem, więc zyski systemowe mogą przewyższać techniczne straty. W tym miejscu aspekt sieciowy staje się ciekawszy niż opowieść o wygodzie. Empa zwraca uwagę, że samochody w Szwajcarii (jak w większości krajów) stoją nieruchomo około 23 godzin na dobę. Jeśli indukcyjne płyty w przydomowych podjazdach, biurowych parkingach i bazach flotowych po cichu łączyłyby te pojazdy z siecią za każdym razem, gdy są zaparkowane, to ich akumulatory w praktyce zamieniałyby się w rozproszony magazyn energii.
Przy ładowarkach dwukierunkowych EV mógłby ładować się w południe, gdy produkcja fotowoltaiki jest wysoka, a potem częściowo oddawać energię w wieczornym szczycie, wspierając lokalną sieć lub budynek. Teoretycznie może to zmniejszyć potrzebę budowania osobnych magazynów stacjonarnych i obniżyć presję na sieci dystrybucyjne. Przekucie tej teorii w działający model biznesowy nie jest jednak proste. Infrastruktura bezprzewodowa jest kosztowna w montażu, a to szczególnie jeśli płyty trzeba wkomponować w istniejący beton czy asfalt. Dochodzi też kwestia standaryzacji oraz tego, dlaczego ledwie kupiony przez nas samochód ma służyć operatorowi energii, tracąc z dnia na dzień trwałość swojego akumulatora.
Czytaj też: Chiny z kolejnym przełomem. 3000-krotnie wyprzedziły resztę świata
Eksperyment pokazuje, że dobrze zaprojektowany system indukcyjny może działać, nie rozkłada na łopatki sprawności i otwiera opcje integracji z siecią, których same kable nigdy w pełni nie wykorzystają. Innymi słowy, choć potencjał w bezprzewodowym ładowaniu samochodów jest ogromny, to koszty, integracja z siecią czy nawet wynagradzanie właścicieli samochodów skutecznie będzie wstrzymywać realizację takiej wizji.