Samochody elektryczne jako część transformacji energetycznej: Audi prowadzi badania nad techniką ładowania dwukierunkowego

Samochody elektryczne jako część transformacji energetycznej: Audi prowadzi badania nad techniką ładowania dwukierunkowego

Audi zobowiązało się do realizacji celów Paryskiego Porozumienia Klimatycznego i pracuje nad tym, by flota pojazdów z czterema pierścieniami w logo do roku 2050 uzyskała pełną neutralność pod względem emisji CO2. By osiągnąć ten cel, koncern z Ingolstadt prowadzi szeroką ofensywę elektryczną, która obejmuje wprowadzenie na rynek około 20 w pełni elektrycznych modeli do roku 2025. Na tym inicjatywy Audi się nie kończą: samochód elektryczny ma ewoluować w kierunku coraz szerszej oferty mobilności i stać się elementem zrównoważonej transformacji energetycznej.

W pierwszym półroczu 2020 roku, energia odnawialna po raz pierwszy przyczyniła się do ponad 50 procentowego udziału w koszyku energetycznym Republiki Federalnej Niemiec. Rosnącemu udziałowi towarzyszy jednak również podstawowy dylemat związany z energią wiatrową i słoneczną: wytwarzanie energii elektrycznej w ten sposób przyczynia się do tworzenia nadwyżek, których nie można wykorzystać. W dni słoneczne i w okresy z silnymi wiatrami, często brakuje zdolności do magazynowania wytworzonej energii, której sieć nie jest w stanie przyjąć.

Wraz ze wzrostem liczby zarejestrowanych samochodów elektrycznych, rośnie również liczba mobilnych jednostek magazynowania energii. Daje to duży potencjał, pod warunkiem, że ich pojemność może być wykorzystana w sposób inteligentny. Dlatego marka Audi i Hager Group połączyły siły i opracowały autorskie rozwiązanie, które stwarza zachęty finansowe i oferuje większe bezpieczeństwo dostaw. To rozwiązanie to technologia dwukierunkowego ładowania. „Mobilność elektryczna zbliżyła do siebie przemysł motoryzacyjny i sektor energetyczny. Według naszego projektu, akumulator w Audi e-tron mógłby – niezależnie od samochodu - zaopatrywać w energię dom jednorodzinny przez około tydzień. Patrząc w przyszłość, chcemy udostępnić ten potencjał i uczynić samochód elektryczny częścią transformacji energetycznej. Zakładamy, że wtedy auto stałoby się urządzeniem magazynującym energię” - mówi Martin Dehm, kierownik projektu technicznego w zakresie ładowania dwukierunkowego w Audi.

Samochód elektryczny jako elastyczna jednostka magazynowania energii

Pomysł jest genialny w swej prostocie: akumulator wysokiego napięcia w samochodzie elektrycznym nie tylko jest ładowany w domu z użyciem tzw. wallboxa, ale może również dostarczać energię w drugą stronę, do domowej sieci elektrycznej jako zdecentralizowany nośnik energii. Jeśli klient posiada domowy system fotowoltaiczny, samochód elektryczny służy jako tymczasowy magazyn energii wytwarzanej przez ten system. Kiedy słońce przestaje świecić, samochód może dostarczyć zmagazynowaną energię elektryczną z powrotem do domu. Dwukierunkowe ładowanie - znane również jako „Vehicle to Home” (V2H) - ma duży potencjał obniżenia kosztów energii elektrycznej i zwiększenia stabilności sieci. Jako kolejny etap rozbudowy, w połączeniu z domowym urządzeniem magazynującym, możliwe jest osiągnięcie niemal całkowitej niezależności energetycznej i zwiększenie bezpieczeństwa dostaw w przypadku awarii zasilania. „Wykorzystanie akumulatora pojazdu elektrycznego w celu przyczynienia się do ochrony klimatu przy jednoczesnym obniżeniu kosztów energii elektrycznej to wizja, która od samego początku była dla nas fascynująca. I znaleźliśmy idealnego do tego projektu partnera - Audi” - wyjaśnia Ulrich Reiner, kierownik projektu w Hager Group.

Technika bliska wprowadzeniu do seryjnej produkcji

To, co w teorii brzmi prosto, wymaga wysokiego poziomu inteligencji technicznej i skoordynowanego, praktycznego współdziałania różnych elementów technicznych w zakresie infrastruktury i pojazdu. W projekcie badawczym wykorzystano Audi e-tron z techniką ładowania bliską już do wprowadzenia do produkcji seryjnej. W sieci testowej, w pełni elektryczny model Audi podłączany był do wallboxa, który umożliwia ładowanie prądem stałym do 12 kW oraz do elastycznie rozbudowywanego domowego magazynu energii o pojemności 9 kWh. Chociaż może on zapewnić dodatkową elastyczność, nie jest wymagany w przypadku ładowania dwukierunkowego. Dzięki stałemu poziomowi napięcia w całej sieci, połączenie pomiędzy systemem fotowoltaicznym a pojazdem nie wymaga przetwornika i dlatego jest szczególnie efektywnym rozwiązaniem.

Ładowanie energią uzyskaną z systemu fotowoltaicznego oszczędza pieniądze

Projekt dwukierunkowego ładowania koncentruje się głównie na przypadkach, w których właściciele korzystają z własnego systemu fotowoltaicznego, by czerpać korzyści ze zoptymalizowanego kosztowo wytwarzania energii elektrycznej w domu. Samochód elektryczny magazynuje nadwyżkę energii elektrycznej z systemu fotowoltaicznego, która to energia nie jest wykorzystywana przez domowe urządzenia elektryczne. Jeśli klient ma zmienne stawki, samochód elektryczny może zasilać cały dom w okresach, w których ceny energii elektrycznej są wysokie. Natomiast w okresach tańszej energii, np. w nocy, samochód zużywa niedrogą energię elektryczną, tak by naładować akumulatory do żądanego stanu. Ładowanie dwukierunkowe zapewnia również bezpieczeństwo dostaw, które wykracza poza czystą optymalizację kosztów. W przypadku przerwy w dostawie prądu, system może zasilać dom za pomocą wysokowydajnego akumulatora wysokiego napięcia lub nawet bez podłączenia do sieci energetycznej – niezależnie, w tzw. trybie stand-alone.

W centrum zainteresowania konstruktorów: codzienna użyteczność

Konstruktorzy uznali codzienną użyteczność za najwyższy priorytet swej pracy. „W centrum naszej uwagi jest zawsze mobilność. Dlatego też klienci nie muszą się ograniczać w uczynieniu dwukierunkowego ładowania przydatnym w codziennym użytkowaniu”- opisuje Martin Dehm. „Inteligentne sterowanie ładowaniem zarządza optymalnym wykorzystaniem akumulatora, maksymalizując w ten sposób efektywność kosztową całego systemu. System jest bardzo prosty w obsłudze dla klientów - wszystko, co muszą zrobić, to podłączyć samochód do sieci, a reszta odbywa się automatycznie.”

Wspólny projekt badawczy Audi i Hager Group udowodnił dwie istotne rzeczy: klienci, którzy posiadają własny system fotowoltaiczny mogą tak zaprojektować swoją mobilność, by maksymalnie optymalizować koszty, emisję CO2, a jednocześnie przyczynić się do odciążenia sieci. Pozytywnym efektem ubocznym jest to, że klienci, którzy posiadają samochód elektryczny Audi, mogą w istotny sposób przyczynić się do sukcesu transformacji energetycznej. Inteligentne wykorzystanie wysokonapięciowego akumulatora w pojeździe otwiera również możliwości zrównoważonego użycia istniejących zasobów, które wcześniej były wykorzystywane wyłącznie do celów mobilności.