Auto on paljude inimeste jaoks igapäevase liikumise lahutamatu osa. Kuigi elektriautode osakaal kasvab kiiresti, eelistab enamik autoostjaid endiselt sisepõlemismootoriga sõidukeid. Selle üks põhjus on asjaolu, et elektriauto kasutuskogemust ei määra ainult sõiduulatus ja aku suurus, vaid ka laadimise lihtsus ja kättesaadavus. Just laadimise ebamugavus paneb paljusid endiselt sisepõlemismootoriga autot eelistama.
Laadimise probleem ei puuduta muidugi eramajas elavaid inimesi. Neil on võimalik laadida oma autot kodus, kasutades öist odavamat elektrit. Linnades elab aga valdav osa inimesi korterelamutes ning sellisel juhul on auto laadimine problemaatiline ning nende ainsaks laadimisvõimaluseks võib osutuda kiirlaadija tanklas või parklas.
Siiani ongi elektriautode laadimise areng keskendunud peamiselt suure võimsusega kiirlaadijatele. Selline lähenemine sarnaneb tavapärase tankimisega, kus energia tuleb sõidukisse võimalikult kiiresti üle kanda. See sobib hästi pikkade sõitude puhul, kus laadimispeatus on vältimatu ning aku laadimine peab olema võimalikult kiire. Linnakeskkonnas on aga autode kasutusmuster teistsugune, sest suurema osa ajast seisab auto pargituna, mitte ei liigu.
Just sellele tähelepanekule tugineb võimaluspõhine laadimine (inglise keeles opportunity charging), mille puhul laetakse autot ajal, mil see niikuinii seisab. Selleks võivad olla näiteks töökoha parklad, kaubanduskeskused või tänavaäärsed parkimiskohad. Nii muutub laadimine eraldi tegevuse asemel loomulikuks osaks igapäevasest parkimisest.
Linnalaadimise päästerõngas
Võimaluspõhise laadimise põhimõte sarnaneb suuresti nutitelefoni igapäevase laadimisega. Tavaliselt ei oodata telefoni aku täieliku tühjenemiseni, vaid seade ühendatakse laadijaga alati, kui selleks võimalus tekib. Nii laetakse akut päeva jooksul järk-järgult väikeste osade kaupa. Sama põhimõtet võiks rakendada ka elektriautode puhul, kus autot ei pea spetsiaalselt laadima viima, vaid akut täiendatakse parkimise ajal kogu päeva vältel.
Eelkirjeldatud laadimisstrateegiat toetab hästi autode kasutusmuster linnakeskkonnas. Mitmed uuringud on näidanud, et linnas läbitakse autoga tavaliselt suhteliselt lühikesi vahemaid – enamasti 20–40 kilomeetrit päevas. Sealjuures ei läbita kogu distantsi korraga, vaid sõidud jagunevad väiksemateks osadeks, mille vahele jäävad pikad parkimisperioodid. Seetõttu on ühe sõidusessiooni jooksul akust tarbitav energiahulk võrdlemisi väike. Samal ajal seisab auto suure osa ööpäevast kasutamata, sageli isegi 16–22 tundi. Nii on linnakeskkonna puhul võtmetähtsusega väike energiavajadus ja pikk aeg
•
•
More aku laadimiseks.
Kui meenutada kooliaja füüsikatunnist võimsuse valemit, siis väikese energiavajaduse ja pika laadimisaja põhjal on võimalik hinnata vajalikku laadimisvõimsust. Selleks ei ole vaja sadade kilovattide suurusjärgus kiirlaadijaid. Piisavaks osutub hoopis 3–11 kW laadimisvõimsus. Selline suurusjärk võib nii mõnelegi elektriauto kasutajale tuttav tunduda – ja põhjusega. Just sellesse vahemikku jääb ka enamiku tänapäevaste elektriautode pardalaadijate võimsus.
Kiirlaadimise väljakutsed linnakeskkonnas
Eelnevalt selgus, et kuigi kiirlaadijad on suurepärane lahendus pikkadele sõitudele, on linnakasutuses olukord mõnevõrra teistsugune. Selle peamiseks põhjuseks on kiirlaadimise kasutusmustri erinevus võrreldes auto tavapärase kasutusega linnakeskkonnas. Nende kahe omavaheline vastuolu tekitab olukorra, kus autot tuleb minna spetsiaalselt laadima, selle asemel et laadimine toimuks loomuliku osana parkimisest.
Probleem ei piirdu ainult kasutusmugavusega, vaid puudutab ka laadimistaristu rajamist. Kiirlaadijate ehitamine on võrreldes väiksema võimsusega laadimislahendustega märkimisväärselt kallim. Esiteks tuleb leida liitumispunkt, mis suudab vajalikku võimsust taluda. Sageli tähendab see eraldi alajaama rajamist, sest olemasolevatel alajaamadel puudub vajalik mitmesajakilovatine võimsusreserv.
Lisaks tekib küsimus ressursi efektiivsest kasutamisest. Suure võimsusega laadimisjaam suudab korraga teenindada vaid üksikuid autosid. Kui sõiduk jäetakse laadima pikemaks ajaks, näiteks kaubanduskeskuse parklas, hoiab see väärtuslikku laadimisressurssi teiste kasutajate eest kinni. Samuti ei määra laadimiskiirust ainult laadija võimsus, vaid seda piirab ka auto akuhaldussüsteem. Kui sõiduk ei suuda kogu laadija võimsust kasutada, jääb osa infrastruktuurist kasutamata.
Võimaluspõhise laadimise üheks suurimaks eeliseks on selle lihtne ja odav rakendamine linnakeskkonnas. Kuna laadimisvõimsus on võrreldes kiirlaadijaga oluliselt madalam, siis saab seda rakendada praktiliselt igas kohas. See võimaldab laadimispunkte hajutada suuremale alale ning rajada neid kohtadesse, kus auto niikuinii pikemalt seisab. Väiksema võimsusega laadijad on kompaktsemad, odavamad ja neid on võimalik integreerida olemasolevasse linnataristusse märksa lihtsamalt kui suure võimsusega kiirlaadijaid.
Olemasoleva linnataristu kasutamine elektriautode laadimiseks
Üheks huvitavamaks võimaluseks on tänavavalgustuse taristu kasutamine elektriautode laadimiseks. Tänavavalgustuse jaoks vajalik kaabeldus ja elektriühendus on linnakeskkonnas juba suurel määral olemas. Päevasel ajal, mil valgustid ei tööta, seisab suur osa sellest elektritaristust kasutult. Seetõttu võib tänavavalgustuse võrku käsitleda kui olemasolevat laadimisvalmidust, kuhu laadimispunkte oleks võimalik suhteliselt lihtsalt integreerida.
Sealjuures on oluline märkida, et paljud tänavavalgustuse võrgud projekteeriti ajal, mil kasutati suure energiatarbega naatrium-kõrgrõhulampe. Tänapäevased LED-valgustid tarbivad oluliselt vähem energiat, mistõttu on olemasolevas taristus tekkinud täiendav võimsusreserv ka öisel ajal. See loob võimaluse kasutada sama elektritaristut lisaks valgustusele ka elektriautode laadimiseks.
Siinkohal võib tekkida küsimus, et kui vajalik laadimisvõimsus on väike ning elektriühendus tänavavalgustuspostides juba olemas, siis miks mitte piirduda lihtsalt pistikupesa lisamisega. Tegelikkuses pakub sõidukiväline alalisvoolulaadija mitmeid eeliseid, mida tavapärane pardalaadija ei võimalda. Pardalaadija olemasolu ei mõjuta otseselt auto sõiduomadusi – selle peamine eesmärk on kasutusmugavuse suurendamine. Samal ajal tähendab see, et igasse elektriautosse tuleb eraldi lisada jõuelektroonika, mida dubleeritakse miljonite sõidukite vahel. See suurendab sõiduki massi, võtab väärtuslikku ruumi ning tõstab süsteemi maksumust.
Välise alalisvoolulaadimise korral toimub energia muundamine aga laadimistaristus endas ning autosse suunatakse juba akule sobiv alalisvool. Selline lähenemine võimaldab muuta sõidukid lihtsamaks ning koondada keerukam jõuelektroonika taristusse, mida saavad kasutada paljud sõidukid ühiselt.
Alalisvool viib kõrgema energiatõhususeni
Süsteemi rajamine alalisvoolule pakub mitmeid eeliseid. Esiteks on selle efektiivsus võrreldes vahelduvvoolu lahendustega kõrgem, sest mitmed energia muundamisastmed muutuvad ebavajalikuks. Kuna päikesepaneelid, akusalvestid, LED-valgustid ja elektriautode akud töötavad juba loomupäraselt alalisvoolul, saab energiat nende vahel liigutada väiksemate kadudega. See vähendab energiakadusid ning võimaldab kasutada elektritaristut efektiivsemalt.
Teiseks muutub süsteemi juhtimine lihtsamaks. Vahelduvvooluvõrkudes tuleb pidevalt tagada sünkroonsus ning hallata reaktiivvõimsust, kuid alalisvooluga selliseid probleeme ei esine. See muudab lokaalsed energiasüsteemid lihtsamini juhitavaks ning sobivaks hajutatud energiatootmise ja laadimistaristu ühendamiseks.
Võimaluspõhine laadimine kui osa energiasüsteemist
Võimaluspõhine laadimine muutub eriti huvitavaks siis, kui seda vaadata osana laiemast energiasüsteemist. Kaubanduskeskustel, büroohoonetel ja teistel suurematel hoonetel on üha sagedamini oma päikesepaneelid ja akusalvestid. Sellisel juhul saab elektriautode laadimist siduda hoone enda energiatootmisega, kasutades laadimiseks päevasel ajal toodetud päikeseenergiat.
Samal ajal võimaldab lokaalne akusalvesti vähendada elektrivõrgus esinevaid võimsustippe. Selle tulemusena saab vähendada vajalikku liitumisvõimsust ning muuta laadimistaristu rajamise odavamaks. Lisaks parandab selline lokaalne energiasüsteem töökindlust, sest elektrikatkestuste korral on võimalik säilitada vähemalt osa hoone ja laadimistaristu funktsionaalsusest. Tulevikus võivad elektriautod ise muutuda samuti hajutatud energiasalvestiteks, mis suudavad energiat vajadusel tagasi võrku või hoonesse suunata.
Võimaluspõhine laadimine loob head eeldused ka kahesuunaliseks energiavahetuseks ehk V2G (vehicle-to-grid) lahendusteks. Kuna linnakeskkonnas seisavad autod suure osa ajast pargituna, kujutavad nende akud endast märkimisväärset hajutatud energiasalvestit. See tähendab, et elektriauto ei pea olema ainult energiatarbija, vaid võib vajadusel energiat ka tagasi hoonesse või elektrivõrku suunata.
Selline lähenemine võimaldab kasutada sõidukeid elektrivõrgu koormuse tasakaalustamiseks, lokaalsete võimsustippude vähendamiseks ning taastuvenergia tootmise kõikumiste kompenseerimiseks. Näiteks võiks büroohoone parklas seisvaid autosid laadida päevasel ajal päikesepaneelidest toodetud energiaga ning kasutada osa sellest energiast õhtusel tiputarbimise perioodil tagasi hoone energiavajaduse katmiseks.
Võimaluspõhise laadimise tulevik
Elektriautode laadimine ei pea tulevikus tähendama eraldi laadimispeatust ega suure võimsusega kiirlaadijat. Linnakeskkonnas, kus autod seisavad suure osa ajast pargituna ning päevased sõidud on lühikesed, võib märksa loomulikumaks lahenduseks osutuda võimaluspõhine laadimine. Selline lähenemine võimaldab kasutada väiksema võimsusega laadijaid, mida on lihtsam ja odavam olemasolevasse linnataristusse integreerida.
Eriti huvitavaks muudab selle lähenemise võimalus siduda laadimistaristu tänavavalgustuse, päikesepaneelide ja lokaalsete akusalvestitega. Alalisvoolupõhised energiasüsteemid võimaldavad vähendada energiakadusid, lihtsustada süsteemi juhtimist ning muuta elektriautod osaks laiemast hajutatud energiasüsteemist. Tulevikus võib elektriauto olla seetõttu mitte ainult transpordivahend, vaid ka oluline osa linnade energia- ja elektritaristust.
