Samochody elektryczne: a może trochę faktów?

W styczniu br. Donn Dears (portal www.PowerForUSA.com) opublikował poprawioną wersję swojego raportu "Samochody elektryczne: jak wpływają na sieć elektroenergetyczną" (Battery Powered Vehicles: Their effect on the electric grid). Raport nie omawia użyteczności pojazdów zasilanych bateriami (BEV). Natomiast koncentruje się na wpływie BEV na system energetyczny (w tym na sieć elektroenergetyczną). Ich wpływ na system należałoby bowiem wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji, w jakim tempie pojazdy typu BEV powinny stać się częścią systemu transportowego.

Raport ten nie obejmuje kosztów budowy stacji ładowania BEV w całych USA. Firma Wood Mackenzie oszacowała koszt budowy jednej takiej stacji na 4000 USD. Firma ta oszacowała również, że w ciągu najbliższych pięciu lat potrzebna będzie budowa 3,2 miliona stacji. To oznaczać może prawie 10 milionów stacji w czasie piętnastu lat, choć tak naprawdę nikt nie jest w stanie dokonać realistycznych szacunków tej kwestii. Stacje ładowania są potrzebne, aby usprawnić ładowanie w domu, ładowanie w pracy i do ładowania BEV podczas długich podróży.

Biorąc powyższe pod uwagę koszt budowy niezbędnych stacji ładowania może wynieść ponad 40 mld USD.

Przewiduje się, że całkowita liczba BEV na drogach USA w 2035 r. wyniesie 71 mln, przy planach 250 milionów BEV do 2046 r. Zgodnie z decyzją Kongresu pozostałe po tym roku pojazdy spalinowe zostaną zezłomowane.

Istnieje wiele zmiennych wpływających na koszty, co powoduje, że koszty związane z każdym elementem sieci dystrybucyjno-przesyłowej energii elektrycznej mają charakter szacunkowy. Jednak szacunki te wskazują, jak ogromne będą koszty związane z umożliwieniem obsługi 250 milionów BEV przez system energetyczny.

Jako podsumowanie raportu (z którym każdy powinien się zapoznać) stwierdzić można, że minimalne przewidywane koszty związane z poszczególnymi elementami systemu energetycznego przedstawiają się następująco:

1. System dystrybucji (omówiony w części 1 raportu): minimum 134,5 mld USD (kwota ta nie zawiera kosztu budowy w dużych miastach garaży ze stacjami ładowania BEV, jeśli ładowanie BEV na ulicach okazałoby się niepraktyczne).

2. Dla elektrowni dostarczających dodatkową energię elektryczną potrzebną do ładowania akumulatorów BEV (omówione w części 2 raportu):

Elektrownie opalane gazem ziemnym (NGCC) - 130 mld USD lub alternatywnie
turbiny wiatrowe: 435 mld USD.

3. W odniesieniu do nowych linii przesyłowych (omówionych w części 3 raportu): Całkowity koszt jest trudny nawet do oszacowania, jednak oba powyższe warianty oznaczają następujące koszy w odniesieniu do linii przesyłowych. Ponieważ potrzebne będą linie wieloprzewodowe, to:

Dla krótkiej 200-milowej linii dla elektrowni NGCC - 600 mln USD,
Dla linii niezbędnych do przesłania energii elektrycznej z najlepszych lokalizacji dla elektrowni wiatrowych - 6 mld USD.

4. W przypadku kosztów środowiskowych (omówionych w części 4 raportu): Nie można ich określić. Koszty środowiskowe są związane z wydobyciem i transportem materiałów oraz emisjami. Kilka słów na ten temat w końcowej części artykułu.

Wiele z opisanych kosztów ponoszą elektrownie i nie są one uwzględniane w kalkulacjach wpływu pojazdów typu BEV na system energetyczny.

Chociaż z pewnością raport nie uwzględnia wszystkich elementów kosztotwórczych wdrożenia BEV do systemu transportowego USA, to pokazuje on ogrom (i ogromne koszty) zadania stojącego przed siecią obsługi 250 mln BEV.

Obok odpowiednio przystosowanego, rozbudowanego i zreformowanego systemu energetycznego - przyszłość samochodów elektrycznych zależy także od ceny baterii litowo-jonowych (popularnie mówiąc - akumulatorów) oraz wielkości dotacji i wsparcia rządowego (bez tego ani rusz).

Obiektywne informacje na ten temat są trudne do uzyskania, ponieważ ich większość jest autorstwa zwolenników samochodów elektrycznych i oczywiście jest tendencyjna. Przykładem takiej stronniczości jest firma Bloomberg New Energy Finance, wg której do 2022 r. BEV będą konkurowały z ICE (samochodem spalinowym - ICE - Internal Combustion Engine).

Poniższe informacje opierają się na raporcie finansowanym przez Instytut Techniki Motoryzacyjnej w Monachium, Niemcy, który przedstawia kluczowe koszty na podstawie danych dostępnych w Internecie.

Rysunek 1 z raportu Instytutu Techniki Motoryzacyjnej.

Układy napędowe ("drivetrain") obu rodzajów pojazdów na rysunku obejmują:

Układ napędowy ICE - 24% (silnik, skrzynia biegów, jednostki pomocnicze itp.)
Układ napędowy BEV, z wyłączeniem akumulatorów - 8% (silnik elektryczny, falownik itp.)

Podstawą do porównania kosztów między BEV i ICE są samochód elektryczny General Motors CHEVROLET BOLT (silnik z przodu, pięciodrzwiowy, hatchback produkowany w kooperacji z LG Corporation) i samochód z silnikiem spalinowym o porównywalnej cenie (ICE). W zasadzie znalezienie ICE w porównywalnej klasie i cenie z BEV było niemożliwe, gdyż BOLT był oferowany za ok. 45 000 USD, a Toyota Corolla w tym samym czasie za 18 000 USD. Tym niemniej do porówna przyjęto zbliżoną cenę, czyli 36 600 USD.

Pierwszym krokiem jest wyodrębnienie kosztu pojazdu bez układu napędowego. (lewy wykres na rysunku 1.)

Zakłada się, że ten koszt jest taki sam dla pojazdów ICE i BEV (coś założyć trzeba). Aby określić koszt pojazdu ICE, zysk brutto GM (producenta) jest odejmowany od sugerowanej ceny detalicznej. Zysk brutto GM w 2018 roku wyniósł 19,4%, więc szacowany całkowity koszt pojazdu ICE firmy GM wynosił 80,6% sugerowanej ceny.

Jak wynika z rysunku koszt układu napędowego wynosi maks. 24% całkowitego kosztu samochodu spalinowego lub 7.076 USD, jak pokazano w poniższej tabeli.

ICE
$36.600,00	MSRP
80,6%	Cost after profit
$29.481,60	Cost of vehicle
24%	For drivetrain cost
$7.076	Cost of drivetrain

Następnym krokiem, korzystając z arkusza kalkulacyjnego, jest określenie kosztów układu napędowego BOLT z pakietem akumulatorów Li-Ion, gdy koszty pakietu akumulatorów wynoszą: 200, 100 lub 80 USD/kWh. Te koszty układu napędowego są następnie porównywane z kosztami układu napędowego pojazdu z silnikiem spalinowym.

Gdy koszt akumulatora wynosi 200 USD/kWh, całkowity koszt układu napędowego BOLT wynosi 14.752 USD, czyli ponad dwukrotnie więcej niż w przypadku układu napędowego ICE.

Całkowity koszt układu napędowego BOLT maleje wraz ze spadkiem kosztu zestawu baterii.

Samochody elektryczne będą konkurencyjne w stosunku do samochodów spalinowych, gdy koszt elektrycznego układu napędowego będzie równy lub niższy od kosztu spalinowego układu napędowego.

Poniższa tabela zawiera wyliczenia kosztu elektrycznego układu napędowego przy pojemności baterii 60 kWh i cenach akumulatorów 200, 100 i 80 USD/kWh. Pamiętajmy, że koszt spalinowego układu napędowego wynosi 7.076 USD.

Z powyższych danych wynika, że koszt akumulatorów litowo-jonowych musi wynosić 80 USD/kWh lub mniej, żeby BEV stały się konkurencyjne wobec ICE.

Ale to wszystko przy założeniu, że użytkownicy będą zadowoleni z zasięgu 238 mil, czyli zasięgu BOLT-a z baterią 60 kWh. Pamiętajmy, że pojazdy ICE mają zasięg około 400 mil (640 km) na jednym tankowaniu (niektóre diesle ponad 1000 km!).

Natomiast osiągnięcie zasięgu ponad 300 mil przez BEV wymaga zwiększenia rozmiaru akumulatora. Jednak wtedy - żeby konkurować z pojazdami ICE, koszt zestawu baterii dla BEV musi wynosić 60 USD/kWh (lub jeszcze mniej.

To nie zgadza się z przewidywaniami jednych z najbardziej zagorzałych zwolenników samochodów elektrycznych, czyli Unii Zainteresowanych (Zaangażowanych? Zamieszanych?) Naukowców (The Union of Concerned Scientists).

Na swojej stronie internetowej Union of Concerned Scientists "prognozuje", że docelowa cena baterii w USA w 2030 r. wyniesie 125-150 USD/kWh. Czyli - bez szans na konkurencyjność (chyba, że zostanie ona "stworzona" systemem dotacji, ulg, nakazów i zakazów. Albo po prostu ICE zostaną zakazane, a konsument będzie musiał kupić pojazd dwu- lub trzykrotnie droższy (podobnie, jak to się dzieje już z energią elektryczną).

Wniosek

Specjaliści zgadzają się, że obecny koszt akumulatorów litowo-jonowych to około 200 USD/kWh.

Powyższe wyliczenia pokazują, że koszt zestawu akumulatorów musi wynosić 80 USD/kWh lub mniej, aby BEV mogły ekonomicznie konkurować z ICE. Jeśli ktoś chciałby na własną rękę śledzić zmiany konkurencyjności samochodów elektrycznych, może wykorzystać ten artykuł, aby nie dać sobie wciskać kitu. Albo odnotować brak jakiejkolwiek dyskusji na forum publicznym na tematy poruszone powyżej kluczowe dla przyszłości samochodów elektrycznych i ich wpływu (zbawiennego? fatalnego?) na systemy energetyczne, sieci przesyłowe, gospodarkę, ale także kieszenie konsumentów.

Dyskutując kwestię samochodów elektrycznych (w aspekcie OZE) trudno nie poruszyć problemu ich fatalnego wpływu na środowisko (część 4 raportu). Ale o tym w następnej publikacji.

Poglądy wyrażane przez autorów tekstów zamieszczanych w dziale Opinie nie są tożsame z poglądami wydawcy portalu.

Czytaj również:

Realna energia, prawdziwe miejsca pracy: brytyjskie związki zawodowe domagają się energetyki jądrowej i rezygnacji z morskiej energetyki wiatrowej