Dekarbonizacja transportu dalekobieżnego

Transport drogowy stanowi jedną z podpór naszej gospodarki. Samochody dowożą żywność, materiały i wiele innych towarów do niemal każdej lokalizacji. Chociaż ciężarówki o średniej i dużej ładowności stanowią zaledwie 4% światowej floty, odpowiadają za aż 40% emisji CO₂ w transporcie drogowym i tym samym są jednym z głównych źródeł emisji gazów cieplarnianych. Jeśli chcemy osiągnąć dekarbonizację, musimy zająć się tym problemem.

Zgodnie z europejskimi celami w zakresie redukcji emisji CO₂ dla samochodów ciężarowych, emisje mają zostać ograniczone o 45% do 2030 roku i 90% do 2040 roku. Oznacza to dość znaczące zmiany dla całego sektora. W celu rozwiązania tego problemu rozważa się wykorzystanie różnych technologii, np. paliwa wodorowego i skroplonego gazu, jednak wydaje się, że to elektryfikacja odegra tutaj kluczową rolę. Dzięki rozwiązaniom opracowanym dla samochodów osobowych, ta technologia dość szybko się rozwija. W rezultacie najwięksi producenci samochodów ciężarowych stopniowo zwracają swoją uwagę w stronę pojazdów elektrycznych. To z kolei wymaga odpowiedniej infrastruktury ładowania, zwłaszcza w przypadku podróży na duże odległości. 

Od 2024 roku w całej Europie są prowadzone przetargi, które mają na celu dostarczenie infrastruktury ładowania, która będzie skutecznie wspierać obecność elektrycznych samochodów ciężarowych zgodnie ze strategią rozwoju zainicjowaną rozporządzeniem w sprawie infrastruktury paliw alternatywnych (AFIR). Dzięki temu przewoźnicy i firmy logistyczne będą mogli łatwiej przejść na pojazdy elektryczne. Na czeli stawki stoi Amazon, który na początku tego roku ogłosił, że wyposaży swoją europejską flotę w ponad 200 dalekobieżnych elektrycznych samochodów ciężarowych. W północnoamerykańskiej flocie giganta nie brakuje już pojazdów elektrycznych, które realizują ostatni etap dostawy. W niedalekiej przyszłości możemy się spodziewać podobnych kroków na większą skalę.

Sukces strategii elektryfikacji pojazdów ciężarowych zależeć będzie od wielu czynników, m.in. całkowitego kosztu eksploatacji elektrycznych samochodów ciężarowych, wdrożenia wzdłuż tras kompleksowej infrastruktury do ładowania o wysokiej mocy, przystępności kosztów ładowania oraz zmiany dopuszczalnych limitów wagowych dla ciężarówek elektrycznych z większymi akumulatorami. To ostatnie rozwiązanie zaproponowała Komisja Europejska w ramach zmiany dyrektywy w sprawie masy i wymiarów pojazdów, sugerując podniesienie limitów dopuszczalnej masy o 2–4 tony w stosunku do ciężarówek z silnikiem Diesla. W tym kluczowym momencie transformacji niezbędna jest ścisła i stała współpraca między przedstawicielami branży, organami normalizacyjnymi i decydentami politycznymi.

Ładowanie elektrycznych samochodów ciężarowych

W miarę wzrostu popytu i tempa rozwoju elektrycznych ciężarówek, rośnie zapotrzebowanie na odpowiednią infrastrukturę ładowania, dostosowaną do różnych zastosowań. Ponieważ akumulatory do elektrycznych samochodów ciężarowych nie należą do małych (np. Mercedes eActros jest wyposażony w akumulator o pojemności 600 kWh, co odpowiada mniej więcej dziesięciu akumulatorom do samochodów osobowych), wymagają ładowania przede wszystkim prądem stałym, aby skrócić czas ładowania (ryc. 1). Dla porównania, przy ładowaniu samochodów osobowych wykorzystuje się zarówno prąd zmienny, jak i stały. 

Czas ładowania jest zależny od zastosowania, ponieważ pojazdy spędzają znacznie więcej czasu w bazie lub punkcie docelowym niż na trasie (ryc. 2). W przypadku ładowania w bazie w godzinach nocnych, samochody ładują się przez 6–8 godzin, a zatem wystarczająca będzie moc ładowania na poziomie 200–400 kW. W takiej sytuacji wystarczą sprawdzone już systemy ładowania CCS (Combined Charging Systems) stosowane w samochodach osobowych. Możliwe jest współdzielenie mocy przez wiele systemów ładowania CCS, co będzie miało istotne znaczenie dla równowagi i lepszego zarządzania ładowaniem floty elektrycznych samochodów ciężarowych oraz optymalizacji całkowitych kosztów ładowania.

Sytuacja wygląda gorzej w przypadku ładowania na trasie. UE wymaga, aby kierowcy ciężarówek co 4,5 godziny robili przerwę na odpoczynek trwający co najmniej 45 minut. Ten czas powinien zostać wykorzystany na doładowanie akumulatora. Aby naładować duże akumulatory dalekobieżnych ciężarówek w tak krótkim czasie, potrzebna jest bardzo wysoka moc. Niezbędne są systemy ładowania MCS (Megawatt Charging System) o mocy powyżej 1 MW, co wiąże się z dodatkowymi wyzwaniami dla infrastruktury ładowania i sieci elektroenergetycznej, w tym m.in. obciążeniem cieplnym w systemach ładowania i skokami zapotrzebowania na energię w sieciach elektroenergetycznych.

Typowa stacja ładowania samochodów ciężarowych z napędem elektrycznym oferuje moc od 2 MW do 8 MW. Wiele punktów ładowania obsługuje jednocześnie systemy CCS i MCS (ryc. 3). Podobnie jak w przypadku ładowania w bazach, stacje ładowania przy trasie będą bazować na współdzieleniu mocy. Dzięki dynamicznemu współdzieleniu mocy, punkty ładowania mogą regulować moc dostarczaną do każdego pojazdu w zależności od liczby pojazdów w danym obiekcie i wymaganych parametrów. Pozwoli to zrównoważyć całkowitą liczbę dostępnych punktów ładowania i całkowitą dostępną moc ładowania, umożliwiając optymalizację nakładów inwestycyjnych obiektu. Stacje ładowania mogą na przykład posiadać wiele punktów ładowania MCS i CCS, jednak pełna moc będzie dostępna w punktach dopiero wtedy, gdy będzie z nich korzystać określona liczba ciężarówek.

Rola pomiarów zużycia energii w ładowaniu samochodów ciężarowych z napędem elektrycznym

W przypadku każdej sesji ładowania (w kWh) użytkownik musi mieć pewność, że energia zużywana przez pojazd elektryczny podlega dokładnemu pomiarowi i jest prawidłowo rozliczana. Pomiar energii elektrycznej zapewnia uczciwość i przejrzystość użytkownikom końcowym i osobom trzecim, np. właścicielom elektrycznych pojazdów ciężarowych i operatorom infrastruktury ładowania. W przypadku ciężarówek z napędem elektrycznym, gdzie całkowity koszt eksploatacji ma szczególne znaczenie, rozliczenie ilości kWh na podstawie dokładnych pomiarów odgrywa kluczową rolę we wspieraniu procesu elektryfikacji.

Liczniki energii prądu stałego w szybkich ładowarkach dokładnie rejestrują zużycie energii, zgodnie z przepisami prawa i innymi regulacjami. Rozwiązania te zazwyczaj kompensują straty energii, np. te generowane przez kable do ładowania. Ze względów bezpieczeństwa, punkt pomiarowy zazwyczaj znajduje się przy gnieździe ładowania samochodu ciężarowego.

Kluczowe znaczenie ma tutaj metrologia prawna, gdyż gwarantuje jednolitość parametrów i chroni użytkowników końcowych przed potencjalnymi rozbieżnościami w rozliczeniach za energię. W Europie od wielu lat obowiązują przepisy, takie jak ustawa Eichrecht w Niemczech, rozporządzanie nr 22.00.570.001.1 we Francji, a także ogólnoeuropejska dyrektywa w sprawie przyrządów pomiarowych (2014/32/UE). Ameryka Północna, z programami certyfikacji takimi jak California/National Type Evaluation Program (CTEP/NTEP), nie pozostaje daleko w tyle. 

Wykorzystanie wiedzy i doświadczenia LEM 

Dzięki ponad 50-letniemu doświadczeniu w zakresie pomiarów elektrycznych, firma LEM jest dobrze znana w obszarze ładowania pojazdów elektrycznych i pomiarów energii elektrycznej. W pierwszych latach istnienia sektora ładowania pojazdów elektrycznych, LEM zidentyfikowała potrzeby w zakresie nowych zastosowań, stając się zaufanym partnerem wielu firm. Była także pierwszą firmą, która opracowała licznik prądu stałego dostosowany do potrzeb stacji szybkiego ładowania i zgodny ze wszystkimi przepisami obowiązującymi w Europie i Ameryce Północnej. Przedstawiciele LEM nawiązali również ścisłą współpracę z wieloma ważnymi interesariuszami w obszarze testów i certyfikacji, aby umożliwić sprawne i spójne wdrożenie infrastruktury ładowania w poszczególnych regionach.

Dzięki ścisłej współpracy z organami regulacyjnymi i producentami szybkich ładowarek dla pojazdów elektrycznych, firma LEM odegrała kluczową rolę w rozwoju rozwiązań do pomiaru prądu stałego. Firma potwierdziła swój status pioniera, uzyskując certyfikaty, np. MID 2014/32/UE w zakresie ładowania prądem stałym, certyfikat zgodności z przepisami dotyczącymi kalibracji na rynku francuskim i niemieckim. Ponadto, oferta firmy z wydajnymi rozwiązaniami spełniającymi wymogi certyfikacji CTEP/NTEP przeznaczonymi dla wszystkich szybkich ładowarek prądu stałego do pojazdów elektrycznych, stanowi odpowiedź na potrzeby rynku północnoamerykańskiego.

Liczniki prądu stałego (Direct Current Billing Meter, DCBM) firmy LEM zostały zaprojektowane z myślą o uproszczeniu procesu integracji ze złożonymi, modułowymi szybkimi ładowarkami do pojazdów elektrycznych. Liczniki są zgodne z systemami szybkiego ładowania prądem stałym, jak i ze stacjonarnymi systemami ładowania prądem stałym. Wśród dostępnych produktów można wymienić modele DCBM 400/600 i DCBM 100 ze zintegrowanym systemem dokładnego pomiaru i monitorowania. Użytkownicy końcowi mają dostęp do danych dotyczących energii w czasie rzeczywistym oraz informacji prawnych, które są wyświetlane i przesyłane do sterowników ładowarek pojazdów elektrycznych za pośrednictwem przejrzystych i kompleksowych interfejsów komunikacyjnych. Urządzenia DCBM zostały zaprojektowane z myślą o stacjach szybkiego ładowania prądem stałym o natężeniu do 600 A i napięciu do 1000 V. Zapewniają bezpieczne połączenie, dokładny pomiar, łączność z systemami backend i szybszy proces certyfikacji zgodnie z przepisami metrologicznymi. 

Liczniki DCBM firmy LEM są zgodne nie tylko z ustawą Eichrecht, dyrektywą MID 2014/32/UE i francuskim rozporządzenia nr 22.00.570.001.1, ale też z normami EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20.1, normą CISPR32 w zakresie klasy B, IEC 61000-6-2:2016, IEC 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 nr 61010-1 i UL94-V0, dzięki czemu są oficjalnie dopuszczone do stosowania w Europie i Ameryce Północnej. Urządzenia DCBM firmy LEM są już szeroko wykorzystywane w całej Europie, gdzie odgrywają kluczową rolę w ładowaniu prądem stałym.

Przyszłość elektrycznych ciężarówek 

Jak już wspomniano, infrastruktura ładowania samochodów ciężarowych z napędem elektrycznym, zarówno w bazach, jak i na trasie, musi spełniać szczególne warunki. Wiele systemów ładowania CCS i MCS bazuje na współdzieleniu mocy, aby móc zaspokoić potrzeby wszystkich klientów w wydajny, bezpieczny i opłacalny sposób. Najwyższej jakości pomiary odgrywają tutaj zasadniczą rolę, ponieważ są bezpośrednio związane z kosztami eksploatacji elektrycznych samochodów ciężarowych. Wszelkie odchylenia pomiarów w wymagających warunkach ładowania o wysokiej mocy skutkują odchyleniami w kosztach rozliczanej energii.

Firma LEM przez cały czas pracuje nad rozszerzeniem swojej oferty w celu wsparcia rozwoju infrastruktury ładowania ciężarówek elektrycznych. Przykładowo rozwiązania do pomiaru prądu stałego będą dalej dostosowywane do specyficznych potrzeb systemów ładowania w bazach, np. poprzez zaprojektowanie kabli komunikacyjnych do napowietrznych systemów ładowania. Dzięki nim czujniki pomiarowe można instalować w systemach napowietrznych, natomiast wyświetlacze pozostają dostępne dla użytkowników. Rozwiązanie nadaje się do nowych instalacji, jak i do modernizacji istniejących systemów.

LEM pracuje nad nowej generacji modułowymi urządzeniami o prądzie znamionowym do 1500 A, które będą działać w szerokim zakresie temperatur roboczych (od -40°C do +85°C) i doskonale sprawdzą się w systemach MCS. Dzięki temu rozwiązaniu systemy ładowania z punktami ładowania CCS i MCS będą mogły korzystać ze sprawdzonych i niezawodnych urządzeń pomiarowych w każdych warunkach pracy. 

Nowa oferta produktów będzie obejmować kompleksowe usługi w zakresie pomiaru i monitorowania zużycia energii elektrycznej, obejmujące m.in. dostęp do zweryfikowanych i uwierzytelnionych danych, dostęp w czasie rzeczywistym do danych takich jak wartości temperatury, a także konserwację poprzez aktualizacje oprogramowania. W ramach oferty LEM proponuje stacjom ładowania ciężarówek elektrycznych niezawodne i solidne rozwiązania do pomiaru i monitorowania zużycia energii elektrycznej, gwarantujące użytkownikom końcowym i operatorom punktów ładowania ochronę przed zniekształceniem kosztów energii. 

Początek zmian

Jesteśmy dopiero na początku drogi do dekarbonizacji transportu dalekobieżnego i przejścia na pojazdy elektryczne, jednak dokładne pomiary i niezawodne rozwiązania są ważne już od pierwszych kroków. Dzięki nim możliwe jest skuteczne wdrożenie niezawodnej infrastruktury szybkiego ładowania prądem stałym dla elektrycznych pojazdów ciężarowych, a co za tym idzie, ograniczenie emisji związanych z transportem dalekobieżnym. Pomiar zużycia energii jest istotnym aspektem, który pozwala w sposób wiarygodny kontrolować koszty ładowania. Tylko najbardziej niezawodne, sprawdzone i certyfikowane rozwiązania pozwolą operatorom rozwijać infrastrukturę i zbudować fundamenty pod nadchodzące zmiany.