Sähköautojen määrä on nopeassa kasvussa. Esimerkiksi fossiilittoman liikenteen tiekartassa (urn.fi) on asetettu kansalliseksi tavoitteeksi, että Suomessa olisi 700 000 sähkökäyttöistä henkilöautoa vuoteen 2030 mennessä. Sähköautot ladataan usein kotona, ja sen on katsottu riittävän hyvin keskimääräisen päivittäisen lataustarpeen kattamiseen. Kaikilla ei kuitenkaan ole kotilatausmahdollisuutta ja pidemmät matkat vaativat julkisen latausinfran hyödyntämistä esimerkiksi kauppakeskuksessa ostosten yhteydessä. Sähköautojen yleistyessä latauskuorma kasvaa huomattavasti nykyisestä ja useampi sähköautoilija on julkisen latausinfran varassa. Kuinka julkinen latausinfrastruktuuri pystyy vastaamaan lisääntyvän sähköautoilun tuomiin haasteisiin?
Sähköautokannan kehitys
Tampereen Yliopiston tutkimuksessa (doi.org) on tarkasteltu sähköautokannan nykytilaa ja sähköautokannan kehityksen tuomia muutoksia latauksen näkökulmasta. Tutkimuksen mukaan suurin osa sähköautoista (ml. täyssähköautot ja lataushybridit) hyödyntää julkisessa puolinopeassa latauksessa vain noin 3.7 kW tehoa, vaikka tarjolla olisi reilusti enemmänkin. Sähköautoja ei myöskään ehditä useimmiten lataamaan täyteen ostosten yhteydessä tapahtuvan latauksen aikana. Tutkimuksessa arvioitiin erilaisia skenaarioita, joissa lataustehoiltaa erilaiset sähköautomallit yleistyivät eri tahtia. Lähtökohtaisesti kaikissa skenaarioissa oletettiin, että uudemmissa sähköautomalleissa lataustehot ovat keskimäärin suuremmat kuin vanhemmissa malleissa, mihin nykyinen trendi viittaa.
Tutkimuksen perusteella ennustettiin, että sähköautokannan koko kasvaisi 22-kertaiseksi vuosien 2020–2040 aikana. Tarkastellulla latausasemalla päivittäinen latausenergia kuitenkin kasvaisi jopa 40–70 kertaiseksi ja huipputeho 30–50 kertaiseksi. Eli latausenergia ja huipputeho kasvaisivat huomattavasti nopeammin kuin sähköautojen määrä. Toisin sanoen, yksittäinen auto lataisi tulevaisuudessa noin 2.3 kertaisen määrä energiaa nykyiseen verrattuna. Vastaavasti huipputehon ja sähköautojen määrän suhde kasvaisi 1.8 kertaiseksi.
Mitä tämä sitten tarkoittaa? Autojen energiatarpeen oletetaan pysyvän samana autokannan sähköistyessä. Tällöin julkisen latauksen osuuden kasvu tarkoittaa, että sähköautoja ei tarvitsisi ladata muualla, kuten kotona, työpaikoilla tai pikalatausasemilla, niin paljoa. Tulokset myös viittaavat siihen, että suuremmalla latausasemalla latausenergian ja huipputehon suhde on suurempi, eli autoihin saadaan ladattua enemmän energiaa suhteessa tarvittavaan huipputehoon. Kasvavat lataustehot mahdollistavat myös joustavamman latauksen: mitä suurempi latausteho, sitä todennäköisemmin latauskuormaa voidaan siirtää eri hetkelle, jolloin esim. edullista sähköä on tarjolla enemmän tai sähköverkon muuta kuormitusta on vähemmän.
Latausinfran rajat voivat tulla vastaan
Latausinfran mitoituksessa tulee huomioida olemassa olevan sähköverkon rajoitteet. Sähköverkon uusiminen sähköautoilun vuoksi ei useinkaan ole taloudellisesti kannattavaa ja siten latausasemalle ei ole aina mahdollisuutta tai kustannustehokasta rakennuttaa niin paljon latauskapasiteettia kuin sähköauton käyttäjät haluaisivat. Tämä puolestaan voi johtaa siihen, ettei autoa aina ehditä lataamaan ajoissa täyteen ja käyttäjä joutuu turvautumaan ylimääräiseen lataukseen päästäkseen perille. Tämä heikentää sähköauton käyttökokemusta.
Julkisilla latauspaikoilla latausoperaattorin tuotot riippuvat usein ladatusta energiasta. Mitä vähemmän energiaa autoihin saadaan ladattua, sitä vähemmän tuottoa latausoperaattori saa. Latauskapasiteetin tehokkaalla hyödyntämisellä voidaan vaikuttaa positiivisesti lataukseen sekä sähköauton käyttäjän että latausoperaattorin näkökulmasta.
Algoritmi avuksi latauskapasiteetin tehokkaaseen hyödyntämiseen
Dynaamisella kuormanhallinnalla voidaan ohjata sähköautojen jokapäiväiseen lataukseen tarkoitettua puolinopeaa latausmuotoa (mode 3) niin, että haluttu teho- tai virtaraja ei ylity. Latauskapasiteetin tehokkaassa hyödyntämisessä on kuitenkin kaksi haastetta: sähköautojen erilaiset latausominaisuudet ja latauskuorman epätasainen jakautuminen vaiheiden välillä.
Sähköautoissa on monenlaisia latausominaisuuksia, jotka kuormanhallintajärjestelmän täytyy havaita. Tampereen yliopistossa tehdyssä tutkimuksessa on kehitetty algoritmi, joka pystyy tunnistamaan eri sähköautomallien ominaisuudet ja tehostamaan latausaseman toimintaa käyttäjän (doi.org) ja latausoperaattorin (doi.org) näkökulmista.
Kirjoittajat
Toni Simolin ja Johanna Mäkinen,
Tampereen yliopisto