name | autoweek.cz

Nabíjení elektromobilů na D1

21.11.2022 | | Aktuality

Člen spolku Realistická energetika a ekologie, univerzitní profesor a expert na dopravní mobilitu Milan Apetauer, provedl analýzu nutné další výstavby nabíjecích stanic pro elektromobily v případě jejich plánované expanze a s ohledem na známá data o provozu na trase D1 mezi Prahou a Brnem. 

Úvaha o potřebě nabíjecích stanic pro osobní elektromobily na trase Praha-Brno po D1 při plné elektromobilitě

1. Jedním z kardinálních problémů elektromobility, o němž se málo mluví, je nabíjecí infrastruktura. Tíže tohoto problému je závislá na počtu provozovaných osobních a dodávkových elektromobilů, takže není v současnosti nijak palčivá. Plně ale vystoupí na povrch v letech 2055 až 2060, tedy v létech kdy podle směrnice EK by měl být vozový park v Evropě zcela elektrifikován, „plná elektromobilita“, neboli kdy by mohlo být v Evropě v provozu ca 280 milionů osobních elektromobilů (stejně jako automobilů v roce 2021.

 

S tím vyvstává otázka počtu potřebných veřejných nabíjecích stanovišť, převážně ve formě rychlonabíječek s výkony mezi cca 50 kW až několika sty kW (v současnosti do 350 kW). Odhady pro městské aglomerace jsou obtížné, protože budou záviset na počtech vozidel v oblasti, nabíjecích výkonech, možnostech umístění nabíjecích stanovišť, na organizaci nabíjení vlastníky vozidel a veřejnou správou atd. Naproti tomu u dálnic jsou alespoň hrubé odhady pro totální elektromobilitu možné, pokud podmínky provozu po nich budou podobné současným.

 

Předmětem této úvahy je odhad počtu nabíjecích stojanů na úseku dálnice D1 mezi Prahou a Brnem, potřebného pro plynulý (bez front u nabíjecích stanovišť) dálkový provoz osobních a dodávkových elektromobilů za předpokladů

- stejné intenzity provozu po D1 jako v roce 2020,

- dob nabíjení a dojezdů stejných jako u špičkového současného elektromobilu Hyundai Ioniq 6 LR AWD (2022),

- platnosti spekulativně zvolených charakterů užívání vozidel projíždějících po dálnici.

Dále uváděné výsledky jsou poplatné této volbě, a proto je v žádném případě není možno generalizovat.

 

2. Vzdálenost mezi Praha Střed a Brno Střed po dálnici D1 je 209 km, obousměrně tedy 418 km.

Dle

https://www.rsd.cz/silnice-a-dalnice/scitani-dopravy#zalozka-celostatni-scitani-dopravy-2020

je nejnižší provozní intenzita po D1, vystihující přibližně skutečný dálkový provoz, v úseku 8630 (kolem Velkého Meziříčí) a činí v průměru za rok 2020 obousměrně 21 877 osobních a dodávkových automobilů/24 h. Jednosměrně (Praha-Brno nebo Brno-Praha) to činí ca 456 aut/h. (Poznámka: V blízkosti velkých měst je dálkový provoz kombinován s provozem lokálním.)

 

Provozní špičky předpokládáme mezi 7:00 až 10:00 a 15:00 až 18:00 hodin („rush hours“), kdy uvažujeme ca jedenapůlnásobnou intenzitu, tj. ca 686 aut/h jednosměrně (odhad, údaj nenalezen). Sezónní špičky intenzity provozu o svátcích, letních dovolených, atp., které mohou být ještě výrazně vyšší, nejsou zde uvažovány.

 

Jako reprezentativní pro současný stav techniky osobních vozidel vyšší střední třídy je zvolen elektromobil Hyundai Ioniq 6 Long Range AWD (2022), jehož technické specifikace (a všechny dále uváděné údaje) jsou popsány v

https://ev-database.org/car/1719/Hyundai-IONIQ-6-Long-Range-AWD

Využitelná kapacita akumulátoru je 74 kW. Odhadované praktické jízdní energetické spotřeby tohoto elektromobilu jsou patrny z tabulky:

Při jízdě po dálnici („highway“) rychlostí 110 km/h a venkovní teplotě -10 °C (cold weather) je udávána spotřeba 23,1 kWh/100 km, při venkovní teplotě 23 °C (mild weather) spotřeba 17.8 kWh/100 km (bez klimatizace).

 

3. Uvažujeme tři základní kategorie jízd:

a) cílová v jednom směru, délka 209 km

b) služební s návratem Praha-Brno-Praha (nebo Brno-Praha-Brno), jedno vozidlo, celková délka 418 km,

c) průjezdní v jednom směru, při dálkové cestě (pro ukázku např. Dortmund-Bratislava), délka průjezdu 209 km.

Základní otázkou je poměr intenzit provozu těchto tří kategorií, neboli Ia):Ib):Ic). Protože nemáme k dispozici žádné statistické údaje, spekulativně zde ad hoc volíme 2:1:1.

 

V případě a) je možno uvažovat, že vozidlo vyjíždí na trasu s baterií nabitou na SOC 0,8. Při dodržení dostatečné rezervy na dojezd s SOC 0,1, neboli s využitelnou energií na začátku jízdy ca 52 kWh, jsou jeho dojezdy

- v zimních podmínkách (cold weather) cca 225 km,

- v letních podmínkách (mild weather) cca 292 km.

Uvažujeme proto, že takto používané vozidlo nemusí na dálnici dobíjet. Před odjezdem a po výjezdu z dálnice dobíjí na mimodálničních stanovištích.

 

V případě b) je možno uvažovat, že vozidlo vyjíždí ráno s plně nabitou baterií, SOC 1. Při doporučovaném dojetí do SOC 0,1 má k dispozici ca 67 kWh energie baterie, neboli jeho dojezdy činí

- v zimních podmínkách (cold weather) cca 288 km,

- v letních podmínkách (mild weather) cca 374 km.

V každém případě tedy musí během své mise (jízda tam a zpět) jednou dobíjet.

 

Dá se očekávat, že ca 2/3 takto použitých vozidel budou dobíjeny během jednání v cílové destinaci, pouze zbylá třetina při cestě tam nebo zpět.

Ad hoc odhadnutá intenzita tohoto provozu je 684/4 = 171 aut/h a tedy při těchto služebních jízdách na dálnici D1 bude v „rush hours“ potřebovat dobíjet v jednom směru dálnice ca 171.(1/2) x (1/3) = 29 aut/h.

 

V případě c), kdy úsek Praha- Brno je průjezdním, musí vozidla dobíjet průběžně po trase. Toto dobíjení se doporučuje z vybití SOC 0,1 na SOC 0,8, neboli dojezdy mezi nabíjením činí

- v zimních podmínkách (cold weather) cca 225 km,

- v letních podmínkách (mild weather) cca 292 km.

Pravděpodobnost, že se tato auta budou dobíjet zrovna na zvoleném úseku D1 je možno brát jako poměr délky úseku (209 km) k dojezdu, neboli

- v zimních podmínkách (cold weather) cca 209/225 = 0,93 (takřka jisté dobíjení),

- v letních podmínkách (mild weather) cca 209/292 = 0,71 (velmi pravděpodobné dobíjení).

Střední pravděpodobnost dobíjení mezi Prahou a Brnem v celoročním průměru volíme ca 0,8.

Při průjezdných dálkových jízdách na dálnici bude v „rush hours“ dobíjet v jednom směru ca 171 x 0,8 = 137 aut/h.

 

Souhrnně je možno říci, že v každém směru Praha-Brno nebo Brno- Praha se v celoročním průměru ve špičkových denních časech („rush hours“) bude dobíjet (součet Ib+Ic) cca 29 + 137 = 166 aut/h.

 

Ostatní provoz po dálnici, zvláště kolem větších měst a cílových destinací Praha a Brno, neuvažujeme. Předpokládáme pro zjednodušení, že dobíjení aut jedoucích po dálnici ale provozovaných v místním režimu bude prováděno mimo dálniční nabíjecí stanoviště.

 

Na dálnici bude provozováno rychlonabíjení z DC stojanů. Předpokládáme, že vždy bude dobíjeno z SOC 0,1 na SOC 0,8 (52 kWh), které je doporučováno výrobcem vozidla. Doby nabíjení zvoleného elektromobilu jsou ukázány na následující tabulce:

 

4. Uvažujeme nejpříznivější/nejrychlejší případ nabíjení nabíječkou s trvalým výkonem nejméně 250 kW, kdy nabití samo trvá ca 16 min (tabulka), a tedy doba stání na nabíjecím stanovišti je ca 20 min = 0,333 h. Jeden takovýto nabíjecí stojan může tedy obsloužit 3 auta/h. Pokud se k němu současně sjede n-aut, poslední bude čekat T= (n-1) x 20 minut do přistavení ke stojanu. Průměrný příkon stojanu při nabíjení s účinností cca 0,9 (transformace síťového AC na DC s příslušným napětím) a požadovaném výkonu 200 kW je 200/0,9 = 222 kW. Potřebná obslužná plocha je min ca 50 m².

 

Pro dobití 166 aut/h ze SOC 0,1 na SOC 0,8 během „rush hours“ (2 x 3 h) v jednom dálničním směru aniž by se tvořily nabíjecí fronty je podél trasy Praha-Brno resp. Brno-Praha ideálně zapotřebí 166/3 = ca 56 nabíjecích stojanů s výkonem nejméně 250 kW. Pokud by auta přijížděla v přesném časovém sledu, nečekala by vůbec. Pokud by k volnému stojanu přijela tři auta najednou, čekalo by poslední na přistavení 40 min (n = 3). Ideální časové vytížení těchto stojanů během „rush hours“ je 100 %, v ostatním denním čase pochopitelně nižší. Počet 56 stojanů na trasu P-B je ale nutno považovat za minimální, protože jakékoliv, i časově krátké, zhoustnutí provozu by znamenalo tvorbu front před stojany.

 

Pokud by se měla čekací doba bezpečně eliminovat (T=0), tj. (ideálně) aby bylo možno vždy najít volný stojan, musel by být po trase jeden stojan na jedno vozidlo, tzn. v každém směru by muselo být mezi Prahou a Brnem 166 takovýchto stojanů. Ideální časové vytížení těchto stojanů během „rush hours“ by bylo 33 %, neboli 2/3 času by byly volné. Toto by se blížilo současnému stavu při tankování benzinu nebo nafty. Fronty by se počaly tvořit až při trojnásobné intenzitě provozu než uvažovaná, tj. 3 x 686 = 2058 aut/h.

 

Menší počet stojanů než 56 by byl již značně problematický. Snížení počtu o jeden stojan znamená, že v „rush hours“ nejsou dobíjena 3 auta za hodinu. Vycházíme-li z minimálního mezně vyhovujícího počtu 56 stojanů po trase, pak např. při snížení počtu stojanů na polovinu (28) by během „rush hours“ přibývalo (56 - 28) x 3 = 84 čekajících aut/h. Tvorba dlouhých front před nabíjecími stanicemi by byla nevyhnutelná. Mohly by se rozpouštět až po „rush hours“, kdy se intenzita provozu sníží. Zvýšení počtu stojanů nad 166 se jeví jako neúčelné, I když by se dostupnost dobíjení zvyšovala.

 

Při použití méně výkonných nabíjecích stojanů se doby nabíjení prodlužují (viz tabulka) a tedy potřebný počet stojanů pro pokrytí požadavku na netvoření se „nabíjecích front“ během „rush hours“ se odpovídajícím způsobem zvětšuje. Tak např. při použití nabíječek s maximální výkonem 175 kW ca 1,32x, s maximálním výkonem 50 kW cca 4x.

 

Provozně a ekonomicky účelný počet nabíjecích 250 kW stojanů na D1 trase Praha-Brno nebo Brno- Praha by zřejmě ležel mezi 56 až 166, spíše blíž vyšší hodnotě.

 

Pokud přijmeme uvedené kategorizování jízd a jim přisouzené intenzity provozu, v případě totální elektromobility  za současného stavu techniky vozidel a hustoty provozu po D1 (2022) by vyhovujícím kompromisem pro zajištění plynulého dobíjení osobních a dodávkových elektromobilů mohlo být rozmístění 104 nabíjecích 250 kW stojanů podél dálnice D1 mezi Prahou a Brnem v každém směru. Jejich rozmístění a uspořádání by bylo nutno přizpůsobit podmínkám dostupnosti pozemků a možnostem napájení z elektrické sítě.

 

Zobecněno by toto znamenalo mít v průměru jeden 250 kW nabíjecí stojan na 2 km dálnice D1 v každém směru. Při použití nabíjecích stojanů s nižším výkonem, např. 50 kW, by se počet úměrně zvyšoval. Jeden 50 kW nabíjecích stojan by měl připadat na 0,5 km dráhy.

 

V blízkosti Prahy nebo Brna, kde intenzita provozu osobních automobilů dosahuje jednosměrně až 20 000 – 25 000 aut/24 h by hustota rozmístění stojanů musela být vyšší, ovšem tam by nabíjení bylo současně prováděno i v příměstských nabíjecích stanovištích, takže jakýkoliv odhad je obtížně proveditelný.

 

5. Uvedený odhad je samozřejmě možno zpochybnit poukazem na vágnost vstupních předpokladů. Je ovšem zřejmé, že při plné elektromobilizaci bude potřebný počet stojanů pro zamezení tvorby front před nabíjecími stanicemi na hojně frekventovaných dálnicích značný a tím i budou značné (až neúměrně velké) nároky na pozemky a na rozvodnou elektrickou síť.

 

Snížení počtu nabíjecích stojanů podél dálnice D1 v létech 2055+ by bylo možné

- snížením intenzity provozu osobních elektromobilů jednak zrovnoměrněním intenzity, tj. potlačením tvorby „rush hours“, ale hlavně snížením počtu projíždějících vozidel – neboli významnými sociálními přeměnami,

- zkrácením doby nabíjení a prodloužením dojezdů elektromobilů – neboli technickým pokrokem.

Změny v obou těchto oblastech je možno očekávat. Je ale těžké odhadnout jakým směrem se budou vyvíjet a jaké kvantitativně budou.

 

Milan Apetaur, listopad 2022   

 

Pozn. Autoweek.cz

Pro 56 stojanů po 250 kW by byl potřebný čistý příkon (beze ztrát v rozvodné síti a při dobíjení) 14,0 MW.

Pro 106 stojanů po 250 kW by byl potřebný čistý příkon (beze ztrát v rozvodné síti a při dobíjení) 26,5 MW.

Pro 166 stojanů po 250 kW by byl potřebný čistý příkon (beze ztrát v rozvodné síti a při dobíjení) 41,5 MW.