Slik kan hurtigladestasjoner knyttes raskere til strømnettet

Å etablere nye ladestasjoner kan ta lang tid, noe som forsinker elektrifiseringen av transportsektoren. Gjennom bedre samhandling, kommunikasjon og standardiserte løsninger kan vi korte ned ventetiden.

Dette var noen av konklusjonene da SINTEF inviterte aktører fra hele verdikjeden til en workshop om hurtig nettilknytning av ladestasjoner. Høydepunktene er oppsummert i denne bloggen, og i notatet med innspillene fra workshopen. 

Formålet med notatet er å gi aktører et felles kunnskapsgrunnlag for videre arbeid på temaet nettilknytning av ladestasjoner.   

Medforfattere: Iver Bakken Sperstad, Klara maria schlüter, stine ekrheim & BENDIK NYBAKK TORSÆTER

Rask tilknytning av hurtigladestasjoner kan gi raskere elektrifisering og klimagassreduksjon fra transportsektoren 

Det haster å kutte klimagassutslipp for å begrense konsekvensene av klimaendringene. For at vegtransporten skal ta sin del av utslippsreduksjonen, er elektrifisering, i tillegg til forbedret logistikk og reduksjon i forbruk, et viktig tiltak.

I dag finnes det nesten 700 000 elbiler på norske veier. Flere skal det bli etter hvert som bilparken elektrifiseres. Tungtransporten må kutte utslipp, og da er i mange tilfeller batterielektrisk fremdrift den beste løsningen. Men alle elbilene og el-lastebilene trenger strøm og ladeinfrastruktur.

Hurtigladestasjoner langs transportårer, ved trafikknutepunkt i og utenfor byene er en viktig del av ladetilbudet. Stasjonene kan bøte på rekkeviddeangst, og være et alternativ til de som ikke har mulighet til å lade hjemme.  

Særlig for tungtransporten er mangel på hurtigladestasjoner en barriere for overgangen til elektriske kjøretøy, og nettkapasitet og er igjen en barriere for etablering av ladestasjoner. Å finne løsninger på dette er derfor med å bidra til raskere klimakutt fra vegtransporten.   

Workshop om hurtig nettilknytning  

Ladeinfrastruktur er viktig for mange aktører i samfunnet, og det er mange aktører som må samhandle og bidra for å få til hurtigere utbygging og nettilknytning av ladeinfrastruktur.

Nettregulatoren lager rammebetingelsene og regelverket som nettselskapene må følge; nettselskapene planlegger og drifter strømnettet; og ladeoperatører, teknologileverandører, transportmyndigheter og kommuner med flere er involvert i å velge hvor og hvordan ladestasjonene skal bygges ut. 

For at hurtigladestasjoner skal kunne knyttes raskere til nettet er det avgjørende med felles arenaer der aktørene kan samles for å diskutere mulige løsninger.

Derfor arrangerte SINTEF den 1. februar en workshop på dette temaet på Gardermoen. Andre målsetninger med workshopen var å bedre forstå ladeaktørenes behov og utfordringer, å forstå hvilke muligheter som finnes for nettilknytning, både teknisk og regulatorisk, og å dele erfaringer på tvers av aktørene i verdikjeden for elbillading.  

Hvorfor tar nettilknytning tid? 

Nettselskapet har plikt til å knytte de som ønsker det til nettet. Men likevel er det ikke bare å «plugge i» ladestasjonen. Strømnettet er et komplekst system der «alt henger sammen med alt», og nettselskapet må sørge for at den nye nettkunden (her: ladestasjonen) ikke skaper problemer for de andre kundene i nettet.

Derfor må nettselskapet kanskje gjøre oppgraderinger i nettet for å «lage plass» til den nye kunden. I de neste avsnittene skal vi forklare litt nærmere hvordan nettilknytningsprosessen foregår, og hva det er som tar tid.  

For å vise hvor i nettet vi befinner oss når vi snakker om tilknytning av hurtigladestasjoner, tar vi med en forenklet skisse av de ulike nettnivåene som strømnettet består av.

Hurtigladestasjoner kan tilknyttes de to nederste nivåene, men det aller vanligste for ladestasjoner av en viss størrelse er tilknyttet til høyspenningsdistribusjonsnettet som vist i figuren. 

Figuren minner oss om at de ulike nettnivåene henger sammen: når man knytter til nye nettkunder i høyspenningsdistribusjonsnettet, gir ikke det bare økt last på dette nettnivået, men også de overliggende nettnivåene.  

Generelt er det sånn at jo høyere opp i nettet man må gjøre oppgraderinger, jo dyrere er det og jo lengre tid tar det. I det siste har det vært mye snakk om at det er «fullt i nettet». Ofte er det da snakk om transmisjonsnett og regionalt distribusjonsnett. Å oppgradere nettet på disse nettnivåene kan ta ti år eller mer, fordi det tar tid å bl.a. utrede alternative løsninger, gjennomføre høringer og deretter bygge nettanleggene.

På de lavere nettnivåene er tidshorisonten betydelig kortere, men også her må nettselskapene vurdere om det er plass til den nye kunden i nettet, og hvis nettet må oppgraderes tar det tid å bestille deler og bygge nettanlegget.   

Hurtigladestasjoner krever mye effekt 

Med hurtigladestasjon mener vi en stasjon med flere hurtigladere, der hver lader (hvert «ladepunkt») kan levere minst 50 kW. Laderne leverer likestrøm (DC) gjennom ladeledningen og til elbilbatteriet, som betyr at omformere som likeretter fra AC (vekselstrøm) til DC er en del av ladestasjonen. Et eksempel på hvordan dette kan se ut er vist i figuren nedenfor. 

Det varierer hvor mange ladepunkt en hurtigladestasjon har, og hvor mye ladeeffekt hvert punkt kan levere. I tillegg tar ladeoperatørene gjerne hensyn til en samtidighetsfaktor i dimensjoneringen av anlegget og når de ber om tilknytning til nettet. Det er jo sjelden at alle laderne brukes samtidig. Og hvis de gjør det, er det ikke sannsynlig at alle bilene lader på makseffekt samtidig. Dette er fordi ulike bilmodeller er dimensjonert for ulik ladeeffekt (se eksempler i figuren nedenfor), og fordi effekten som bilen lades med varierer gjennom ladeøkten avhengig av bl.a. batteriets temperatur og hvor fullt batteriet er.  

Typisk dimensjoneres ladestasjoner og nettilknytningen for effekter fra rundt 1 MW og opp til 5 MW. For hurtigladestasjoner for lastebiler jobbes det med ladeteknologi som gjør det mulig å lade hver el-lastebil på effekter opp mot flere megawatt hver. Dette kan gi enda større effektbehov enn det som er tilfellet for de fleste ladestasjoner for personbiler.

Nettilknytningsprosessen steg for steg 

Når en ladeoperatør vil etablere en ny ladestasjon, må den henvende seg til det lokale nettselskapet og be om å få knytte seg til nettet der. Ladeoperatøren må spesifisere hvor den ønsker tilknytning, hvor mye effekt den trenger og når den ønsker at anlegget skal idriftsettes.  

Driftsmessig-forsvarlig-vurdering

Når nettselskapet får tilknytningsforespørselen, må det sjekke om det er plass i nettet til den nye kunden eller om «nettet er fullt». Dette kalles å gjøre en driftsmessig-forsvarlig-vurdering. Enkelt forklart må nettselskapet sjekke om eksisterende strømlinjer, transformatorer og brytere vil tåle den ekstra belastningen fra den nye kunden (her ladestasjonen), og om de kundene som allerede er knyttet til nettet i området fortsatt vil ha god nok leveringspålitelighet og spenningskvalitet selv om den nye kunden også får knytte seg til.  

Om du vil lese mer om  driftsmessig-forsvarlig-vurderinger og hva det vil si at «nettet er fullt» kan du se videre på denne bloggen: Når er strømnettet fullt. Det er nemlig ikke helt opplagt hva som er driftsmessig forsvarlig eller ikke, og det har blant annet å gjøre med hvor stor risiko nettselskapet er villig til å ta ved å tillate mer last i nettet.  

Detaljert planlegging

Dersom nettselskapet finner ut at det er plass til ladestasjonen i nettet, kan de begynne på en mer detaljert planlegging. Dette inkluderer å bestille delene som trengs for å koble til ladestasjonen. Blant annet trenger man en egen nettstasjon med transformator. Da transformatoren transformerer spenningen fra 22 kV til det spenningsnivået som utstyret på ladestasjonen er dimensjonert for. Vanligvis et spenningsnivå på 400 V eller 480 V.

Anleggsbidrag

Dersom det ikke er plass i nettet, har nettselskapet likevel plikt til å knytte til ladestasjonen. Men da må det gjøres investeringer i nettet for å øke kapasiteten slik at det blir plass til ladestasjonen. Kostnadene for dette må ladeoperatøren være med på å betale. Dette kalles anleggsbidrag. Ladeoperatøren må ta stilling til om det er verdt det for ham å betale anleggsbidraget for å få tilknytning, eller om han skal prøve lykken et annet sted der det er mer plass i det eksisterende nettet og det dermed blir lavere anleggsbidrag og kortere ventetid for tilknytning. Som vist i flytskjemaet over er også tilknytning med vilkår et alternativ som kan gjøre tilknytning billigere og/eller raskere. Vi kommer tilbake til denne muligheten litt lengre ned i blogginnlegget. 

På sikt må det uansett bygges mer nett for å få til elektrifisering og klimagassreduksjon fra transportsektoren og resten av samfunnet. Men for å få opp tempoet på elektrifiseringen og knytte ladestasjoner raskere til nettet må det eksisterende nettet utnyttes så godt som mulig. 

Hvordan kan vi få opp tempoet? 

1. «Communication is key» 

At god kommunikasjon er viktig gjelder ikke bare i parforhold og på arbeidsplassen, men faktisk også for ladestasjoner! Mange av forslagene og løsningene som ble diskutert i workshopen handlet om kommunikasjon: Både tidligere kommunikasjon og tydeligere kommunikasjon.  

Tidligere kommunikasjon innebærer at ladeoperatører, eventuelt vegmyndigheter og andre som er involvert i planlegging av ladeinfrastruktur tar kontakt med nettselskapet tidlig i prosessen. På den måten kan de ta hensyn til hvor god plass det er i nettet når de planlegger lokasjon og utforming av ladestasjonen.  

Dersom nettkunder melder inn behov tidlig, gir dette også mer forutsigbarhet for nettselskapet. Da blir det mulig å i større grad se flere tilknytningsforespørsler og forbruksutvikling i sammenheng når nettet planlegges.  

I tillegg var det enighet om at mer av kommunikasjonen mellom ladeoperatøren (nettkunde) og nettselskap flyttes til «tidligfase veiledning», før ladeoperatøren sender en formell forespørsel om nettilknytning til nettselskapet. Da kan det gå smidigere å utveksle informasjon om behovene til ladeoperatøren og hvor og hvordan nettselskapet kan møte behovene. Kanskje kan ladeoperatørene ledes til lokasjoner der det er mer ledig nettkapasitet. Eller dersom det er andre faktorer ved lokasjonen som er veldig viktig, som for eksempel nærhet til trafikknutepunkter og veikroer, kan en mulighet være å be om en mindre tilknytning samme sted: Når effektbehovet er mindre kan det være enklere å få plass i nettet. 

Tydeligere kommunikasjon henger også sammen med det neste hovedpunkt som kom frem av workshopen, nemlig standardisering: Når vi snakker et felles språk og har liknende måter å løse ting på blir det også enklere å kommunisere godt.  

2. Standardisering: Hvis flere ting gjøres likt kan det bli enklere for alle 

Dette er noen av løsningene som allerede eksisterer og som kan gjøre tilknytning raskere og enklere:  

En beste praksis for nettilknytning har blitt utarbeidet av en arbeidsgruppe i regi av Fornybar Norge (juni 2023). Denne gir en beskrivelse av nettilknytningsprosessen som skal bidra til klarhet og en felles forståelse av prosessen. Den etablerer også en terminologi som kan bidra til tydeligere kommunikasjon mellom aktører. 

Kapasitetskart (som WattApp og DataArena) kan brukes for å få en pekepinn på hvor det er ledig kapasitet i nettet. Selv om disse ikke hensyntar kapasitet på alle nettnivå og er nokså grovmasket foreløpig, kan de bidra til at man til en viss grad kan ta hensyn til nettkapasitet tidlig i planleggingen av ladestasjoner. 

En veileder for vurdering av driftsmessig forsvarlig utarbeidet gjennom en arbeidsgruppe i regi av forskningsprosjektet FORSEL publiseres våren 2024. Denne kan benyttes av nettselskap som veiledning i forbindelse med vurderingen av hvorvidt en tilknytning av ny nettkunde er driftsmessig forsvarlig, og hvilken risiko nettselskapet er villig til å ta for å få tilknyttet f.eks. en hurtigladestasjon. 

Tilknytning med vilkår om utkobling eller reduksjon i forbruket ble innført i 2021. Det er et tiltak som kan gi hurtigere nettilknytning av hurtigladestasjoner for tilfeller der det ikke er driftsmessig forsvarlig å tilknytte uten tiltak i nettet. Tilknytning med vilkår kan enten være et permanent tiltak for å unngå nettinvesteringer, eller et midlertidig tiltak i påvente av at nettet oppgraderes. Nettselskapet og nettkunden inngår en avtale om at nettkunden enten kobles ut (full utkobling) eller at forbruket reduseres (struping) i gitte situasjoner. Hvilke situasjoner det gjelder må spesifiseres som del av vilkårene i avtalen. Rammeverket eksisterer, men for å brukes i større skala trengs mer standardisering, testing og pilotering.

3. Det trengs mer kunnskap, testing og piloter  

Forskning, utvikling og pilotering er nødvendig for å gjøre eksisterende løsninger enda bedre og utvikle nye. I tillegg er det nyttig for å finne ut hvilke alternative løsninger som fungerer best i praksis, slik at man etter hvert kan standardisere og lage anbefalinger for hvordan ting bør gjøres.  

Tilknytning med vilkår er en løsning som eksisterer, men der det trengs mer kunnskap og testing dersom det skal brukes i større skala. Særlig dersom man ønsker vilkår om struping, som gir ladeoperatøren mulighet til å beholde noe av strømforsyningen i stedet for å bli koblet ut fullstendig. Da trengs nemlig andre tekniske løsninger for at nettselskapet skal få gitt beskjed til ladeoperatøren om når og hvordan han må redusere forbruket fra ladestasjonen.

Mer testing trengs for å forstå fordelene og ulempene med ulike kommunikasjonsløsninger. Det er også viktig å forstå hvordan disse løsningene kan integreres med de andre systemene som nettselskapene og ladeoperatørene bruker. Vi trenger også å forstå bedre hvordan utkobling og struping skal håndteres. Dette blir spesielt viktig i driften av nettet etter hvert som flere nettkunder tilknyttes med slike vilkår. Nettselskapet står overfor utfordringen med å drifte et stadig mer komplekst system.

I tillegg til tilknytning med vilkår, kan ladestasjoner potensielt bidra med fleksibilitet i kraftsystemet på andre måter. Altså at ladestasjonen kan bidra til å avlaste nettet ved at forbruket fra ladestasjonen tilpasses behovene i nettet. For eksempel gjennom å tilby fleksibilitet i et fleksibilitetsmarked.

Batterier og lokal strømproduksjon på ladestasjonen kan gjøre at ladeoperatøren kan tilby flere slike tjenester til nettet. Dette skjer uten at det går på bekostning av ladeopplevelsen for de som besøker ladestasjonen. Det kan også gjøre at ladeoperatøren kan greie seg med en nettilknytning med mindre kapasitet. Dette betyr at de ikke må redusere antall ladepunkt og ladeeffekt for hver lader. Batteriet kan lades sakte opp når det er lite trafikk på ladestasjonen, og lades ut når det er mange elbiler som skal lades samtidig.

Noen tekniske løsninger finnes. Men det trengs mer kunnskap om hvordan ulike løsninger, tiltak og tjenester skal spille sammen på en samfunnsøkonomisk rasjonell måte. Med andre ord bør ladestasjoner i fremtiden være en fleksibel ressurs i kraftsystemet. Dette bør skje på en måte som tar hensyn til nettselskaper, ladeoperatører, elbil-brukere som bruker ladestasjonene. Det bør også tas hensyn til andre nettkunder og øvrige samfunnsmessige nyttevirkninger av hurtigere elektrifisering.

——————————————————————————————————————–

SINTEF med prosjektpartnere jobber videre i flere prosjekt 

Workshopen ble arrangert med utgangspunkt i de to pågående FoU-prosjektene FuChar og FORSEL med støtte fra Norges Forskningsråd og prosjektpartnerne.

FuChar-prosjektet er et kompetanseprosjekt for næringslivet (KSP) om nettintegrasjon av elektrisk transport, med hovedfokus på høyeffektslading. FORSEL-prosjektet er et innovasjonsprosjekt for næringslivet (IPN) ledet av REN AS. Målet med prosjektet er å hjelpe nettselskapene med å ta gode valg med tanke på belastning i nettet. Særlig i forbindelse med tilknytning av nytt elektrisitetsforbruk. Begge prosjektene er «spin-off»-prosjekter fra CINELDI, et forskningssenter for fornybar energi (FME) om smarte strømnett. 

FORSEL vil ha stor nytte av resultatene fra workshopen. Resultatene vil bli brukt i videre arbeid med anbefalinger for arbeidsprosesser for nettselskapene ved tilknytning med vilkår. En pilotaktivitet i FORSEL som startes opp i 2024 vil bidra til dette. Pilotaktiviteten handler om struping i tilknytning av hurtigladestasjoner med vilkår.

FuChar-prosjektet avsluttes til sommeren 2024, men noen av forskningstemaene videreføres i Grønn Plattform-prosjektet MegaCharge som dreier seg om ladeinfrastruktur for elektrisk tungtransport. MegaCharge kan bruke anbefalingene fra workshopen som utgangspunkt og vurdere hvilke anbefalinger og løsninger som er overførbare til tungtransport.

Gjennom MegaCharge skal det opprettes et forum for akselerert nettilknytning av ladestasjoner. Forumet er et samarbeidsforum for nettselskaper. Hensikten er å formidle og overføre kunnskap på tvers av regioner. På sikt kan dette føre til at ladeoperatører og nettselskaper får en forutsigbar og god prosess. Denne prosessen er knyttet til etablering av ny infrastruktur som skal tilknyttes nettet.