Der EV-Übergang erklärt: Ladeinfrastruktur

Die Möglichkeit, ein Elektrofahrzeug bequem von zu Hause aus aufzuladen, ist für viele Elektrofahrzeugbesitzer ein wichtiges Anliegen. Eine Umfrage von 2022 unter Besitzern von Elektrofahrzeugen von Forbes zeigt, dass 62 Prozent der Befragten so besorgt um ihre Reichweite sind, dass Reisepläne beeinträchtigt wurden. Während „Reichweitenangst“ übertrieben sein mag, ist die Notwendigkeit einer umfassenden und zuverlässigen externen Ladeinfrastruktur nicht der Fall.

Die Infrastrukturterminologie selbst kann verwirrend sein. Beachten Sie zur Verdeutlichung, dass a Ladestation ist ein bestimmter physischer Ort, der einen oder mehrere hat Ladesäulen. Eine Ladesäule selbst kann eine oder mehrere aufweisen Häfen, wo jeder Anschluss ein einzelnes Elektrofahrzeug aufladen kann. Jeder Pfosten kann mehrere Arten von Serviceanschlüssen aufweisen, um unterschiedliche EV-Ladeanschlussstandards zu unterstützen. Und ein Port kann unterschiedliche Leistungspegel liefern.

Je mehr Leistung geliefert wird, desto schneller lädt sich das Elektrofahrzeug auf. Die Ladezeiten variieren je nach Modell und Zustand der EV-Batterie. Ford sagt, dass ein F-150 Lightning „mit einem 150 kW+ DC-Schnellladegerät das 98-kWh-Paket mit Standardreichweite in etwa 44 Minuten von 15 auf 80 % aufladen kann“, während Hyundai sagt, dass sein IONIQ 5 EV ein 350-kW-Ladegerät verwendet. „kann in nur 18 Minuten von 10 Prozent auf 80 Prozent aufladen.“

Einen 350-kW-Ladeanschluss zu finden, ist nicht einfach. Ab diesem Frühjahr unterstützen 88 Prozent der 46.000 öffentlichen Ladestationen für Elektrofahrzeuge mit mehr als 115.000 Ladeanschlüssen nur L2-Ladevorgänge US News & World Report. Tesla rüstet seine 1.500 Supercharger-Stationen in den USA auf 300 kW auf und ermöglicht offenes Laden für Nicht-Tesla-Fahrzeuge, aber etwa 40 Prozent der DC-Schnellladegeräte arbeiten derzeit mit nur 50 kW.

Prognosen darüber, wie viele Ladegeräte und welche Typen benötigt werden, variieren stark, abhängig von den Annahmen über die Anzahl und Typen von Elektrofahrzeugen, die in den USA und anderswo in Betrieb sind. Beispielsweise schätzt der International Council on Clean Transportation, dass bis 2030 in den USA 25 Millionen Elektrofahrzeuge unterwegs sein werden und dass 1,3 Millionen L2-Arbeitsplätze, 900.000 öffentliche Level 2- und 180.000 DC-Schnellladeanschlüsse benötigt werden.

Die meisten Experten sind sich einig, dass die Anzahl der Ladegeräte, die in den USA innerhalb des Jahrzehnts benötigt werden, mindestens 20-mal höher ist als heute.

Das Edison Electric Institute schätzt, dass es 26 Millionen Elektrofahrzeuge auf der Straße geben wird, und geht davon aus, dass 1,2 Millionen L2-Arbeitsplätze, 2 Millionen öffentliche L2- und 140.000 DC-Schnellladeanschlüsse vorhanden sein werden. Wenn die USA andererseits das Ziel der Biden-Regierung erreichen, die Hälfte aller im Jahr 2030 verkauften Neufahrzeuge emissionsfrei herzustellen, einschließlich batterieelektrischer Fahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge oder Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge, d. h. 48 Millionen Elektrofahrzeuge, Laut McKinsey & Company müssen 553.000 L2-Arbeitsplätze, 675.000 öffentliche L2- und 533.000 DC-Schnellladeanschlüsse vorhanden sein.

Unabhängig davon, welche Schätzungen der Realität am nächsten kommen, sind sich die meisten Experten einig, dass die Anzahl der Ladegeräte, die in den USA innerhalb des Jahrzehnts benötigt werden, mindestens 20-mal höher ist als heute. Dies bedeutet, dass mindestens für das nächste Jahrzehnt täglich Hunderte von Ladeanschlüssen installiert werden müssen. Einige Länder, wie Irland, schätzen, dass sie 50-mal mehr Schnellladeanschlüsse benötigen als jetzt, während Australien angesichts dessen, was es derzeit hat, ein Vielfaches dieser Zahl benötigen wird.

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Eine Familie wartet in brütender Hitze, während ihr Tesla-Auto am 17. Juli 2022 in Nephi, Utah, aufgeladen wird. George Frey/Getty Images

Die Platzierung der Ladegeräte ist entscheidend. Die obigen Schätzungen gehen davon aus, dass die meisten EV-Aufladungen zu Hause erfolgen. Das US-Energieministerium ist seit langem der Ansicht, dass etwa 80 Prozent der Elektrofahrzeug-Ladevorgänge am Wohnsitz eines Elektrofahrzeugbesitzers in den USA durchgeführt werden. Andere Studien weisen darauf hin, dass dieser Anteil bei etwa 60 Prozent liegen könnte, wobei nur etwa die Hälfte der US-Fahrzeuge über einen zuverlässigen Parkplatz abseits der Straße bei einem eigenen Wohnhaus verfügt. Darüber hinaus leben nach Angaben der National Association of Home Builders etwa 31,4 Prozent (oder 44 Millionen Haushalte) der Haushalte in Mehrfamilienhäusern (dh Mehrfamilienhäusern, Eigentumswohnungen, Reihenhäusern und Wohnanlagen mit gemischter Nutzung), die möglicherweise keine bequemen Lademöglichkeiten haben . Die Beseitigung von „Ladewüsten“ in ländlichen Gebieten und Städten, insbesondere in Minderheitengebieten mit niedrigem Einkommen, ist eine Priorität, die angegangen werden muss. Zumindest müssen im nächsten Jahrzehnt zig Millionen L2-Ladegeräte für Elektrofahrzeuge in allen Arten von Haushalten installiert werden, wenn Elektrofahrzeuge in den USA skaliert werden sollen, was die Zuverlässigkeit lokaler Stromverteilungssysteme auf die Probe stellen wird.

Öffentliche Gebührenbemühungen

Mehrere Initiativen sind im Gange, um mehr öffentliche Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge bereitzustellen. GM, das Elektrofahrzeug-Ladeunternehmen EVgo und die Reisezentren Pilot und Flying J haben sich zusammengetan, um bis 2025 landesweit 3.250 Gleichstrom-Schnellladegeräte zu installieren. GM wird 40.000 L2-Ladegeräte bei seinen Händlern in den USA und Kanada bereitstellen. Eine neu gegründete National Electric Highway Coalition (NEHC), eine Zusammenarbeit von rund 50 Versorgungsunternehmen in den USA, hat sich verpflichtet, bis Ende 2023 Tausende von Schnellladegeräten entlang der US-Highways zu installieren.

Die Biden-Administration hat sich außerdem verpflichtet, den Bundesstaaten 5 Milliarden US-Dollar durch den Federal Infrastructure, Investment and Jobs Act (IIJA) zur Verfügung zu stellen, um ihnen dabei zu helfen, ein privates Ladenetz für Elektrofahrzeuge mit bis zu 125.000 Ladestationen mit mindestens 4 DC-Schnellladestationen in der Nähe aufzubauen alle fünfzig Meilen in der Nähe von, aber nicht auf, US-amerikanischen Interstate Highways. Das Gesetz zahlt bis zu 80 Prozent des Senders und hilft, das Geschäft fünf Jahre lang zu unterstützen. Gemäß den IIJA-Förderregeln können nur nicht-proprietäre Ladeanschlüsse unterstützt werden, Informationen über Wartezeiten und Ladegeschwindigkeiten müssen öffentlich verfügbar sein, und die Ladeinfrastruktur muss auch so ausgelegt sein, dass sie zukünftige technologische Fortschritte wie autonome Fahrzeuge und elektrische Sattelzüge unterstützt .

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Das Einholen von Baugenehmigungen, Genehmigungen und der Umgang mit den örtlichen Versorgungsunternehmen, dh die „weichen Kosten“, können die Kosten und den Zeitaufwand für den Bau einer Station schnell erhöhen.

Darüber hinaus wird die IIJA-Förderung für Ladestationen über fünf Jahre ausgezahlt. Da die meisten Bauarbeiten im nächsten Jahr beginnen, wird es 2028 dauern, bis das zwischenstaatliche Ladesystem vollständig in Betrieb ist. Es kann jedoch noch länger dauern, da eine weitere staatliche IIJA-Finanzierungsanforderung darin besteht, dass die EV-Ladegeräte selbst in Amerika gebaut sein müssen. Da nur wenige Anbieter von Ladestationen für Elektrofahrzeuge diese Anforderung erfüllen, warnen Staaten bereits vor möglichen Verzögerungen, da alle um dieselben Ressourcen konkurrieren. Auch die Software von EV-Stationen muss sicher sein, zumal sie jetzt zum Ziel von Hackern wird.

Eine weitere IIJA-Anforderung ist, dass die Ladestationen gut gewartet werden müssen. Kaputte oder schlecht funktionierende Ladesäulen für Elektrofahrzeuge werden zu einem großen Problem, außer bei Teslas Superchargern. Eine Studie (pdf) in Kalifornien ergab, dass bei der Überprüfung von 657 EV-Serviceanschlüssen an 181 öffentlichen DF-Schnellladestationen in der San Francisco Bay Area über 20 Prozent von ihnen „nicht funktionierten“. Eine kürzlich durchgeführte Umfrage von JD Power unterstützt die Studie, die zeigt, dass Besitzer von Elektrofahrzeugen zunehmend frustriert sind über eine „bedrängte Ladeinfrastruktur für öffentliche Fahrzeuge … (wo) Besitzer von Elektrofahrzeugen weiterhin mit nicht funktionsfähigen Ladestationen konfrontiert sind“.

Ford ist so besorgt, dass es auf sich nimmt, EV-Stationen zu überprüfen, und wenn es nicht funktionierende Serviceanschlüsse findet, wird es das Problem diagnostizieren und den Stationsbesitzer informieren. Wenn das Problem nicht behoben wird, entfernt die EV-Stations-Lokalisierungssoftware von Ford die Station aus ihren Ladeempfehlungen.

Ein häufiger Grund für unzuverlässige Ladestationen für Elektrofahrzeuge ist der Mangel an Geld und qualifizierten Wartungspersonal. Die Installation von DC-Schnellladegeräten ist teuer und kann zwischen 470.000 und 750.000 US-Dollar pro Schnellladestation mit vier komplett neu gebauten Anschlüssen kosten. Eine solche Ladestation benötigt etwa 9 Kunden pro Tag, um ihre Betriebskosten zu decken. In ländlichen Gebieten kann diese Zahl sehr schwer zu erreichen sein. Studien zeigen, dass es nicht ungewöhnlich ist, dass DC-Schnellladestationen Geld verlieren. Als ein BloombergArtikel erklärt, machen diejenigen im EV-Ladegeschäft alles andere als Profit zu machen. Das neue und hochgelobte Start-up-Unternehmen Volta für Elektroautos steckt Berichten zufolge bereits in finanziellen Schwierigkeiten.

Der Bau einer EV-Station ist auch nicht einfach. Das Einholen von Baugenehmigungen, Genehmigungen und der Umgang mit den örtlichen Versorgungsunternehmen, dh die „weichen Kosten“, können die Kosten und den Zeitaufwand für den Bau einer Station schnell erhöhen. Vor sieben Jahren verabschiedete Kalifornien ein staatliches Gesetz zur Straffung der Zulassung von Elektrofahrzeugstationen. Das Gesetz wird jedoch von den örtlichen Gerichtsbarkeiten weitgehend ignoriert, weshalb der Bundesstaat vorletzte ist, um eine Genehmigung zu erhalten (nur New Jersey, ein weiterer erklärter EV-freundlicher Bundesstaat, ist langsamer). Sogar jemand so Erfahrenes wie Tesla hat Probleme. Rohan Patel, Senior Global Director, Public Policy and Business Development bei Tesla, sagte letztes Jahr auf einem EV-Workshop der National Academy, dass Tesla wegen Genehmigungs- und Verbindungsproblemen eine zehn Millionen Quadratfuß große Gigafactory in Texas baute: „Wir gehen um das Ding schneller zu bauen, als wir einen Supercharger (Station) gleich die Straße runter bauen können.“

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Ladestationen zur Unterstützung zukünftiger elektrischer Sattelzugmaschinen werden eine große Herausforderung sein, sowohl für die Unterstützung von Lager- und Distributionszentren als auch auf der Straße. Laut einer aktuellen Studie des US-Versorgungsunternehmens National Grid wird geschätzt, dass der Strombedarf eines EV-freundlichen Autobahnplatzes und Rastplatzes dem einer Kleinstadt entspricht.

Ein Diagramm, das die prognostizierte Ladekapazität für 71 Autobahnstandorte im Nordosten im Laufe der Zeit zeigt.nationales Netzwerk

Die Studie untersuchte die zukünftigen Anforderungen an Ladestationen für Elektrofahrzeuge in New York und Massachusetts, um zu verstehen, wie sie sich möglicherweise auf die Netzinfrastruktur auswirken werden. Es stellte sich heraus, dass typische Autobahn-Ladestationen für Elektrofahrzeuge bis 2030 über zwanzig Schnellladegeräte benötigen werden, um Personen-Elektrofahrzeuge zu unterstützen, die beginnen werden, die maximale Belastungsgrenze für Verteilerverbindungen zu erreichen. Danach müssen viele Ladestationen an das Hochspannungsübertragungssystem angeschlossen und die Umspannwerke modernisiert werden.

Die National Grid-Studie besagt, dass einige bestehende und geplante Autobahnplätze und LKW-Standorte jetzt mit dem Modernisierungsprozess beginnen müssen, bevor der Bedarf besteht. Die Studie stellt fest: „Während die Installation von Ladegeräten in wenigen Monaten abgeschlossen werden kann, kann der Bau größerer Übertragungsverbindungen und Upgrades bis zu acht Jahre dauern.“ Darüber hinaus heißt es, dass seine Ergebnisse „zeigen, dass die von der Finanzierungsrichtlinie für die NEVI-Programmformel geforderte Mindeststandortkonfiguration (vier 150-kW-Ladegeräte) in naher Zukunft durch die erwartete Nachfrage an vielen Autobahnstandorten übertroffen wird.“ Dies bedeutet, dass viele der EV-Ladestationen im Rahmen der IIJA-Finanzierung fast von Anfang an unterdimensioniert sein werden.

Die National Grid-Studie stellt außerdem fest, dass es „glücklich“ ist, dass viele der Autobahnen und Hochspannungsleitungen von Massachusetts und New York parallel verlaufen, was es einfacher macht, die zukünftigen Anforderungen an die elektrische Last zu erfüllen. Andere Staaten haben vielleicht nicht so viel Glück.

Da die Ladestationen für Elektrofahrzeuge zunehmen, wird es wichtig sein, eine „Goldilocks“-Anzahl von ihnen zu erreichen. Wenn zu früh zu viele gebaut werden, werden viele Stationen wegen mangelnder Rentabilität nicht gewartet, ausgebaut oder geschlossen. Dies geschieht in Japan. Zu wenige, und die öffentliche Frustration über Elektrofahrzeuge wird zunehmen, was möglicherweise die Einführung von Elektrofahrzeugen verlangsamt. Ein Joker ist, ob es zu wirtschaftlich machbaren Reichweitendurchbrüchen bei EV-Batterien kommt, die letztendlich die Nachfrage nach öffentlichen EV-Ladestationen dämpfen könnten.

Im nächsten Artikel der Serie werden wir beginnen, uns mit den sozialen Herausforderungen beim Übergang zu Elektrofahrzeugen in großem Maßstab zu befassen.

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