Dynamiczny wzrost ilości pojazdów elektrycznych to wyzwanie dla funkcjonowania sieci elektroenergetycznej. Zwiększająca się skala elektromobilności wpłynie na wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną. Uważa się, że integracja sieci energetycznych z pojazdami elektrycznymi może mieć istotne znaczenie dla bilansowania systemu elektroenergetycznego w okresach szczytowego zapotrzebowania na energię. Dla Polski integracja pojazdów z siecią może być sposobem na ograniczenie roli węgla w energetyce i wypełnienie zobowiązań wynikających z pakietów klimatycznych Unii Europejskiej.
Co to jest Vehicle to Grid (V2G)?
V2G to układ umożliwiający dwukierunkowy przepływ energii między siecią elektroenergetyczną a pojazdem elektrycznym. Koncepcja Vehicle to Grid polega na magazynowaniu energii elektrycznej pobranej w okresach niskiego zapotrzebowania w bateriach pojazdów i oddaniu jej do sieci w okresach szczytowego zapotrzebowania. Układ zakłada równoległe, że przepływ prądu w odwrotnym kierunku ma działać w okresach wysokiej generacji odnawialnych źródeł energii.
– Techniczne aspekty V2G
Wyposażenie pojazdu w dwukierunkowy przekształtnik umożliwia przesyłanie zmagazynowanej energii do sieci elektroenergetycznej. Odpowiednia stacja ładowania, która stanowi interfejs komunikacyjny i elektryczny między siecią a pojazdem jest warunkiem integracji rozproszonych samochodowych magazynów energii z siecią. Urządzenie jest wyposażone w system sterowania procesem rozładowania i ładowania baterii. Wszystko po to, aby pojazd był dyspozycyjny dla kierowcy, a jednocześnie energia zgromadzona w akumulatorze mogła być udostępniona operatorowi sieci w czasie postoju. Sterowanie procesem rozładowywania i ładowania ma odbywać się zdalnie i zależeć od następujących czynników:
- obciążenia sieci elektroenergetycznej,
- stopnia zaawansowania technologicznego sieci,
- zasięgu i czasu planowanej jazdy przez kierowcę pojazdu elektrycznego,
- stopnia rozładowania baterii,
- stanu technicznego sieci i baterii,
- zapisów umowy pomiędzy operatorem sieci a właścicielem pojazdu.
– Ekonomiczne aspekty V2G
Współpraca operatorów sieci z użytkownikami pojazdów EV tworzy innowacyjny model biznesowy, w którym kierowcy odgrywają rolę konsumentów energii, będąc jednocześnie jej dostawcami. Taki model obniży koszty eksploatacji pojazdów elektrycznych poprzez dochody z udostępniania akumulatora do bilansowania systemu i sprzedaży zmagazynowanej energii. Domyślna opłacalność koncepcji V2G wynika z założenia, że pojazdy EV ładowane będą w okresie wzmożonej produkcji energii z OZE albo w nocy. Umożliwia to pobranie nadwyżki energii, która znajduje się w sieci podczas korzystania z tańszej taryfy. Zgromadzony w baterii pojazdu elektrycznego prąd można odsprzedać z zyskiem do sieci lub wykorzystać w ciągu dnia, kiedy obowiązuje wyższa taryfa na potrzeby domu. Ponadto, użytkownik pojazdu EV mógłby otrzymywać wyższą kwotę za sprzedaż energii pod warunkiem wcześniejszej deklaracji gotowości oddania jej do sieci.
Bilansowanie sieci
Magazynowanie energii ma szczególne znaczenie dla bilansowania sieci elektroenergetycznej. Energia zgromadzona w bateriach pojazdów elektrycznych może być wykorzystana do podtrzymywania zasilania w sieci lokalnej, a nawet do kompensacji wyższych harmonicznych i mocy biernej oraz regulacji mocy w całym systemie. Spłaszczenie krzywej popytu na prąd pozwoli na ograniczenie rozbudowy sieci dystrybucyjnej i przesyłowej oraz budowy nowych źródeł energii. Z uwagi na niepewność lokalizacyjną i rozproszenie pojazdów elektrycznych ich wykorzystanie w procesach bilansowania wtórnego sieci może być ograniczone. Dużo łatwiejsze będzie użycie elektryków do regulacji energii pochodzącej z lokalnych odnawialnych źródeł energii takich jak elektrownie słoneczne i wiatrowe.
– EV jako mobilne magazyny energii
Pojazdy elektryczne jako sterowalne i mobilne źródła energii – poza funkcją transportową, mogą dostarczać moc potrzebną operatorom systemu dystrybucyjnego i przesyłowego do zarządzania generowaniem i obciążeniem sieci. Pełniłyby wtedy rolę rozproszonych dostawców energii elektrycznej, wspierających operatorów sieci w dostarczaniu usług systemowych tj. kompensacja mocy biernej, regulacja częstotliwości oraz usługi przemysłowej. Jeśli na określonym obszarze nastąpi szczyt zapotrzebowania na energię elektryczną, do jej pokrycia mogą zostać wykorzystane lokalne podłączone do sieci pojazdy elektrycznej, które zostały naładowane w nocy. Odpowiednie sterowania procesem ładowania i rozładowania akumulatora umożliwia przesunięcie obciążenia sieci, czyli tzw. load shifting.
Magazynowanie mocy w bateriach pojazdów elektrycznych jest wskazywane jako alternatywa do mechanizmu rynku mocy i sposób na dodatkowe zasilanie systemu. Technologia Vehicle to Grid stanowi obiecujące rozwiązanie dla operatorów, na rzecz utrzymania jakości zasilania i niezawodności sieci. Prognozowany wzrost ilości samochodów elektrycznych oraz dostępność zmagazynowanej w ich akumulatorach mocy czyni je pożądanymi podmiotami do kumulowania energii. Pojazdy elektryczne z technologią V2G w trakcie postoju mogłyby pozostawać do dyspozycji operatora. Nieużywana pojemność baterii może być wtedy wykorzystywana na potrzeby sieci elektroenergetycznej.
Dwukierunkowa wymiana energii może poprawić jakość dostaw energii do odbiorców. W czasach dominacji elektroniki niespełnianie parametrów jakościowych zasilającej ją energii ma niekorzystny i czasem wręcz destrukcyjny wpływ na jej żywotność i funkcjonowanie. W sieciach obejmujących OZE pojawiają się wahania napięcia, które wynikają z dużej zmienności generowanej mocy, a których efektem jest gorsza jakość energii. Magazyny energii w postaci pojazdów elektrycznych mogą współpracować z odnawialnymi źródłami energii poprzez ograniczenie tej zmienności, a finalnie wahań napięcia zasilającego.
Podsumowując, oprócz samego magazynowania energii pojazdy elektryczne z technologią V2G mogą być wykorzystywane do poprawy jakości energii elektrycznej dostarczanej do naszych domów.