Ladeteknologi for elektrisk transport. Jon Are Suul, Giuseppe Guidi SINTEF Energi

Transkript

1 Ladeteknologi for elektrisk transport Jon Are Suul, Giuseppe Guidi SINTEF Energi

2 Bakgrunn 2

3 3

4 Økende effektkrav for hurtiglading Hurtiglading av elbil opp til 350 kw Holdeplasslading av busser opp til 600 kw Tesla Megacharger MW? Nettutbygging eller lokalt energilager? 4

5 Stasjonær induktiv lading av elbiler Rask pågående teknologiutvikling Begynnende standardisering Foreløpig opp til 11 kw planer for høyere effekt Markedsintroduksjon fra bilprodusenter: Systemer for ettermontering allerede kommersielt tilgjengelig i USA Utviklingsmål opp mot 400 kw Muliggjørende teknologi for autonome kjøretøy 5

6 Økende behov for integrasjon av infrastruktur Ladeinfrastruktur langs transportkorridorer må betjene: Høyt antall elbiler Nyttekjøretøy Høyt energibehov Lang daglig kjørelengde Lang driftstid 6

7 Stasjonær hurtiglading Dynamisk energioverføring 7

8 Muligheter med dynamisk energioverføring Tidsmessig og geografisk fordeling av effekt/energi-behov for batterilading Redusert behov for energilager om bord på kjøretøy Mulighet for "uendelig" kjørelengde uten stopp for batterilading Muliggjørende teknologi for autonom langtransport Utfordring: Infrastrukturkostnad 8

9 Konsepter for dynamisk energioverføring Kjøreledning Strømskinne i vegbanen Strømskinne integrert i autovern Dynamisk induktiv energioverføring 9

10 Dynamisk kontaktløs energioverføring Omfattende utviklingsprogram ved KAIST i Sør-Korea Nasjonale studier av muligheter for "elektrisk veg" med dynamisk energioverføring til kjøretøy Flere store EU prosjekt Ingen tvil om teknisk gjennomførbarhet Åpne forskningsspørsmål: Kostnadsreduksjon Standardisering 10

11 Eksempel på småskalademonstrasjon ved SINTEF Laboratoriedemonstrasjon innen IPN-prosjektet ELinGO Basert på lastebilmodell i skala 1:14 Spole for avsender-side: 440x100 mm Spole for mottaker-side: 100x100 mm Resonansfrekvens: 75 khz 11

12 Teknologi for et bedre samfunn

13 Oppsummering Økende behov for energi og effekt til batterilading Hurtiglading av elbiler, lastebiler etc. ved høy effekt Behov for lokalt energilager i ladestasjon? Energibehov for elektrifisering av veitransport Ca. 15 TWh (10-15 % av kraftproduksjonen) Utfordringen er først og fremst lokal nettkapasitet Økt behov for integrasjon av kraftsystem og annen infrastruktur Vehicle-to-Grid (V2G) Elektrifisering av flere typer kjøretøy Anleggsmaskiner etc. Innføring av trådløs induktiv lading Trådløs lading som muliggjørende teknologi for autonome elektriske kjøretøy Eksempel på teknologiutvikling i Norge Wärtsilä/SINTEF: Kontaktløs lading av hybrid ferge MS Folgefonn Demonstrert overføringseffekt på 1.2 MW 13

14 Elbiler og ladbare hybrider i Norge Totalt antall rene elbiler i Norge > Totalt antall ladbare biler i Norge > Forventet innfasing av elektriske busser og andre kjøretøy kommer i tillegg Stor andel elbiler konsentrert i byområder 14

15 Ladeeffekt og energilager for elbiler De 5 vanligste elbilmodellene: Total effekt ombordladere: Ca. 420 MW Total energilager: Ca. 4.4 GWh Ca. 50 MWh batterikapasitet installeres i det Norske kraftnettet hver måned 15

16 Mulige funksjoner for nettstøtte fra elbilladere Noen sentrale begreper Vehicle-to-Grid (V2G) services Vehicle-to-Home/House (V2H) functionality Vehicle-to-Building (V2B) functionality De fleste elbilladere har i dag en passiv likeretter som grensesnitt mot nettet Kan bidra til forbrukerfleksibilitet ved å tilpasse ladetidspunkt og/eller ladeeffekt (smart charging) Ingen mulighet for tilbakemating av energi 16 Bidireksjonale ladere kan gi nye muligheter for nettjenester DC-lader med V2G funksjonalitet lansert for Nissan Storskala test med 100 elbiler startet i London i 2018

17 Nettjenester fra elbilladere Bidireksjonale ladere kan gi mulighet for Reaktiv effektregulering og bidrag til spenningsregulering Bidrag til frekvensregulering Virtuell svingmasse Midlertidig lokal øydrift - MicroGrid/NanoGrid / V2H funksjoner De fleste hjemmeladere vil være enfase-laster DC-ladere med trefasetilkobling kan også bidra til kompensering for ubalansert spenning og/eller ubalansert last Typisk konfigurasjon for batterilader og mulighet for øydrift med lokal last 17

18 Konduktiv dynamisk energioverføring til kjøretøy Foreslåtte konsepter Kjøreledning Siemens e-highway Strømskinne i vegbanen Alstom APS tilpasset fra løsninger for trikk Elways utviklet spesielt for vegtrafikk Elonroads utviklet spesielt for vegtrafikk Strømskinne integrert i autovern/ vegskulder Demonstrert for elbiler i høy hastighet av Honda i Japan 18

19 Kontaktløs Energioverføring 19 Motivasjon for kontaktløs energioverføring Eliminere elektriske (glide-)kontakter Unngå slitasje og mekanisk påkjenning på komponenter Unngå utfordringer med drift i forurenset miljø Støv, salt, fuktighet, is/snø etc. Unngår behov for aktive posisjoneringssystemer på kjøretøyet Direkte anvendbart for autonome og automatiserte systemer