Hvordan vil trådløs dynamisk lading av elkjøretøy påvirke strømnettet?

Medforfattere: Bendik Nybakk Torsæter og Odd André Hjelkrem –

 
I fremtiden vil det bli mulig å lade elkjøretøy samtidig som du kjører den. Teknologien heter trådløs dynamisk lading, og går enkelt forklart ut på at det ligger spoler under asfalten og i kjøretøyet, som gjør det mulig å lade kjøretøyet mens det kjører.

Fordelen er at dette sparer tid, bilene trenger mindre batterier og det er ingen ledninger involvert. I teorien er det mulig å oppnå uendelig rekkevidde med denne teknologien, men det finnes også flere utfordringer. Én av disse er at vi ikke har nok kunnskap om hvordan trådløs dynamisk lading vil belaste strømnettet.

Hvordan påvirker trådløs dynamisk lading strømnettet?

I en rapport fra TØI, forventes det at 99% av korte kjøretøy (under 5,6 meter), 98% av medium lengde kjøretøy (mellom 5,6 meter og 7,6 meter) og 75% av lange kjøretøy (over 7,6 meter) vil være elektriske i 2050 , basert på Nasjonal transportplan (NTP). Dette vil bety en dramatisk økning av belastning på strømnettet.

Dersom all ladingen skal foregå stasjonært, vil dette være koblet til et spesifikt punkt i nettet. Dynamisk lading derimot, vil distribueres over avstand og dermed kobles til flere punkt i nettet.

Uavhengig av hvilke lademåter som blir de mest foretrukne etter hvert som elbilteknologien utvikles, har vi behov for å modellere og tallfeste hvordan de ulike løsningene vil påvirke strømnettet. Slik kan vi ende opp med den mest samfunnsøkonomiske kombinasjonen av ladeløsninger.

I forskningsprosjektet FuChar – Grid and Charging Infrastructure of the Future – stilte vi oss derfor spørsmålet: hvordan vil en slik trådløs dynamisk lading sammenfalle med allerede eksisterende strømforbruk i et område?

For å finne svaret gjorde vi en studie på et 6,5 km langt veistrekk på E6 sør for Lillehammer. Studien viste at trådløs dynamisk lading i 2050 vil kunne medføre en 6 MW økning i last på distribusjonsnettet. Vi så også at husholdningslasten, altså lasten som allerede finnes i husholdningen, og lasten fra den trådløse ladingen i liten grad sammenfaller, både over døgnet og året.

Med andre ord: i planleggingen av fremtidens strømnett bør last fra trådløs dynamisk lading ses i sammenheng med eksisterende last i området for å sikre at nettet ikke overdimensjoneres. Dette vil gi lavere investeringskostnader i nett, og dermed en mer samfunnsøkonomisk bruk av strømnettet.

Hvordan vi jobbet med dynamisk lading og husholdningslast

I denne studien, lagde vi en metode for å aggregere lasten fra trådløs dynamisk lading sammen med eksisterende last fra husholdninger i området. Vi jobbet ut fra tre forskningsspørsmål:

• Hvordan sammenfaller last fra trådløs dynamisk lading med eksisterende husholdningslast i området?
• Hvor mange MW burde nettselskap forvente at trådløs dynamisk lading vil trenge fra nettet?
• Burde variasjon i last fra trådløs dynamisk lading vurderes sammen med variasjon i last fra husholdninger når man skal dimensjonere kapasitetsbehovet for et område?

For å lage ladeprofilen for trådløs dynamisk lading, trengs input om timeregistrering av kjøretøy, ladeeffekt som kan overføres fra spolen, andel av kjøretøy som er elektriske, fartsgrense på veien, lengden på veistrekk, lengden på spolene og avstanden mellom spolene.

Lasten fra trådløs dynamisk lading inkluderer alle typer landbasert elkjøretøy, ikke kun elbiler. Husholdningsprofilene lages ved hjelp av standardprofiler, som trenger input om temperaturdata for området, årlig gjennomsnittlig energiforbruk og antall husholdninger. For en mer detaljert forklaring av lastprofilene, henvises det til artikkelen.

Metoden brukte vi i en casestudie, der vi antok at et veistrekk på 6,5 km på E6 sør for Lillehammer blir tilrettelagt for induktiv lading (se Figur 2). Vi antok videre at alle elektriske kjøretøy som passerte veistrekket ladet med 40 kW når de passerte spolene i veien. I området rundt veistrekket finnes det ca. 700 husholdninger.

Lastprofilene fra de elektriske kjøretøyene ble delt inn i korte, medium og lange kjøretøy basert på tall fra NTP, og tall fra Statens vegvesen ga oss svar på hvor mange kjøretøy som kjører på veistrekket i løpet av året.

Vi gjorde simuleringer for både 2025 og 2050, der det var ulik andel elektriske kjøretøy, men med antatt lik husholdningslast.

Hvor mange MW vil trådløs dynamisk lading medføre?

Figur 3 og Figur 4 viser lastprofilene for hele året for 2025 og 2050, dersom alle kjøretøyene som passerer veistrekket lader. Husholdningslasten har en topplast på ca. 2 MW for begge år. De korte kjøretøyene dominerer ladeeffekten for den trådløse dynamiske ladingen, ettersom andelen korte kjøretøy som kjører på dette veistrekket er høy. Topplasten for de korte kjøretøyene ble ca. 2,5 MW i 2025 og ca. 7 MW i 2050.

Hvordan sammenfaller lasten?
Figur 5 viser hvordan husholdningslasten varierer sammenlignet med lasten fra de korte kjøretøyene for en uke i mars. De to profilene har sin toppeffekt over døgnet på forskjellige tidspunkt, og variasjonen over uka er også forskjellig.

Lastfaktorer som viser hvordan husholdningslasten og lasten fra induktiv lading varierer over året, relativt til topplast, er vist i Figur 4. Husholdninger har høy last på vinteren pga. oppvarming, mens lasten fra dynamisk trådløs lading vil være høyere på sommeren pga. flere kjøretøy på veiene.

Dette er gode nyheter for strømnettet: når toppeffekten for de to ulike lastene inntreffer på forskjellig tidspunkt, vil dette belaste strømnettet i mindre grad enn om de inntraff rundt samme tid. Denne variasjonen burde altså tas hensyn til når strømnettet skal dimensjoneres for fremtidig trådløs dynamisk lading.

Veien videre

Trådløs dynamisk lading er fortsatt på demonstrasjonsstadiet, og det er usikkert i hvor stor grad dette vil bygges ut i Norge. Men teknologien er på plass, og det kan tenkes at dette blir en av de viktige løsningene for det store behovet for ladeinfrastruktur vi vil ha i årene fremover.

Det er imidlertid flere punkter som må undersøkes videre før vi kan konkludere:

• Hvordan skal denne tjenesten prises?
• Skal kjøretøyene selv kunne bestemme om de ønsker å lade eller ei?
• Hvor høy overføringseffekt kan man få fra spolene i fremtiden og hvor små kan da batteriene i kjøretøyene være?
• Hvor lange veistrekk vil vi trenge med denne infrastrukturen, og hvor kostbart vil dette være sammenlignet med stasjonære ladestasjoner?