Innowacje w ładowaniu pojazdów elektrycznych

Naukowcy podkreślają, że optymalnym rozwiązaniem jest połączenie kilku zagadnień – odnawialnych źródeł energii, silników zasilanych energią elektryczną, paliwa wodorowego oraz magazynów energii, zarówno tych konwencjonalnych, jak i tych magazynujących energię w postaci „zielonego wodoru” wyprodukowanego w procesie zasilanym OZE.

Aktualnie, mimo coraz większej popularności aut zasilanych elektrycznie, nadal brakuje odpowiedniej ilości stacji ich ładowania. Na terenie Lublin funkcjonują obecnie 44 stacje ładowania pojazdów elektrycznych. Zgodnie z zapisami ustawy o elektromobilności i paliwach alternatywnych minimalna liczba punktów ładowania w ogólnodostępnych stacjach ładowania, dla gmin wielkości Lublina wynosi 210.

- Niestety ta infrastruktura jest w tym momencie w całej Polsce nadal mało rozbudowana i żeby przejechać dłuższą trasę trzeba ją odpowiednio zaplanować. Oczywiście mamy możliwość korzystania z własnej ładowarki podłączanej do domowego gniazdka, jednak proces ładowania będzie wówczas dłuższy. Lepiej sprawa wygląda, jeśli chodzi o miejski transport autobusowy wymagający dedykowanych ładowarek o dużej mocy. Lublin zakupił w ostatnim czasie dosyć dużo takich pojazdów i infrastruktura na ich potrzeby została zapewniona. Nie zapominajmy jednak, że ta energia do ładowania musi być wytworzona w dużych ilościach, zatem mamy tu do czynienia z elektrowniami, które muszą w tym procesie uczestniczyć – mówi dr inż. Piotr Filipek z Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej.

Obok zeroemisyjności, kolejnym pozytywnym aspektem tego zganienia jest pobór energii w nocy.

- Jeżeli ładujemy auta lub autobusy w nocy, wówczas dociążamy elektrownie, ponieważ akurat o tej porze gospodarstwa domowe lub przemysł nie pobierają tej energii wiele. Z drugiej strony, biorąc pod uwagę auta indywidualne, w momencie wzrostu ilości aut elektrycznych może pojawić się inny problem. Zakładając, że na jednej ulicy dziesięciu mieszkańców chciałoby ładować auta w nocy, to sieć niskiego napięcia tego nie wytrzyma. Tu jednak bierzemy pod uwagę tak zwany współczynnik jednoczesności mówiący o tym, że nie wszyscy realizujemy takie potrzeby w jednym czasie. Jednak gdyby zaistniał taka sytuacja, wówczas może pojawić się problem – tłumaczy dr inż. Piotr Filipek.

Jednym z rozwiązań obecnie stosowanych w procesie ładowania samochodów elektrycznych jest wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, czyli wykorzystanie instalacji fotowoltaicznych.

- Dobrym rozwiązaniem jest połączenie fotowoltaiki i ładowania pojazdów, czyli tak zwane car porty. Najprościej mówiąc, posiadamy zadaszenie z zamontowanymi panelami fotowoltaicznymi zasilającymi instalację ładującą akumulatory. Ten kierunek się rozwija i myślę, że to dość rozsądne i ciekawe rozwiązanie, które może zostać również zastosowane w komunikacji zbiorowej. Wiem, że ta technologia została zastosowana w Zielonej Górze – mówi dr inż. Piotr Filipek.

Jednym z problemów tego rozwiązania jest brak zasilania paneli energią słoneczną podczas nocy, w momencie kiedy najczęściej ładujemy auta elektryczne. Wyjściem z tej sytuacji są magazyny energii, zasilane podczas dnia i wykorzystywane w nocy. Naukowcy idą o krok dalej, proponując alternatywne magazynowanie energii, które łączy się z kolejnym wchodzącym na rynek

rozwiązaniem, czyli z samochodami wodorowymi. Proponowana technologia wykorzystuje energię uzyskaną z OZE do procesu produkcji „zielonego wodoru”, ten zaś wykorzystywany byłby w autach wodorowych.

- Trzeba znaczyć to, że mówiąc samochody wodorowe stosujemy pewien skrót myślowy, ponieważ są to tak naprawdę pojazdy z napędem elektrycznym, gdzie energia elektryczna wytwarzana jest z ogniw paliwowych zasilanych wodorem. W efekcie uzyskujemy prąd, który napędza silnik elektryczny. To ciekawa alternatywa, gdzie energię z odnawialnych źródeł energii magazynujemy w postaci wodoru – tłumaczy dr inż. Piotr Filipek.

Aby zrozumieć ideę tego rozwiązania, warto przybliżyć zasadę działania napędu wodorowego.

- Mamy tu dwie możliwości wykorzystania wodoru. Po pierwsze w silnikach spalinowych, jednak tu nadal mamy emisję tlenków azotu. Jeśli mówimy o zeroemisyjności, to w grę w chodzą ogniwa wodorowe, czyli system membran, gdzie z jednej strony mamy czysty wodór, z drugiej powietrze. Membrany posiadają na tyle małe otwory, że jest w stanie przecisnąć się przez nie jedynie jon wodoru, który w tym momencie traci elektron. Dzięki temu uzyskujemy prąd. Sama technologia jest dosyć prosta. Każda z membran wytwarza niewielkie napięcie, ale zestawione w szereg powodują, że mamy możliwość uzyskania dużej ilości energii i wytworzenia prądu potrzebnego do napędu samego silnika elektrycznego – tłumaczy dr hab. inż. Jacek Czarnigowski z Wydziału Mechanicznego, Katedry Termodynamiki, Mechaniki Płynów i Napędów Lotniczych, Politechniki Lubelskiej.

Właśnie to połączenie wodoru i napędu elektrycznego, może w przyszłość okazać się optymalnym rozwiązaniem zeroemisyjnym w transporcie publicznym i indywidualnym. Problem tylko skąd pobierać wodór, ponieważ do jego wytworzenia potrzebna jest energia.

- Wodór możemy uzyskać w procesie przetwórstwa paliw kopanych. Tu jednak mamy emisję dwutlenku węgla na etapie produkcyjnym. Interesuje nas zatem „zielony wodór” uzyskany w procesie elektrolizy wody z wykorzystaniem energii odnawialnej pochodzącej chociażby z fotowoltaiki czy energii wiatrowej. W ten sposób uzyskujemy zupełnie zeroemisyjne rozwiązanie – mówi dr hab. inż. Jacek Czarnigowski.

W jaki jednak sposób przechować ten wodór i czy posiadamy odpowiednią infrastrukturę do tankowania wodoru?

- Kwestię tankowania wodoru można porównać do stacji LPG lub CNG. W przypadku wodoru ta technologia przetłaczania do zbiornika na pojeździe jest bardzo podobna i na tyle bezpieczna, że do tankowania można dopuścić właściciela pojazdu. Oczywiście, w tym momencie nie posiadamy stacji do indywidualnego tankowania wodoru. W Polsce jest ich bodajże dwie. Jednak przedsiębiorstwa komunikacyjne wykorzystujące w swoim taborze autobusy z napędem wodorowym, siłą rzeczy muszą posiadać stacje tankowania na własne potrzeby. Zatem wrócę do LPG. Kiedyś nie mieliśmy infrastruktury do tankowania tego typu pojazdów. Rozwój tego rozwiązania spowodował szybkie pojawienie się stacji tankujących gaz. W przypadku wodoru, w momencie pojawiania się większej ilości takich pojazdów, infrastruktura siłą rzeczy będzie musiała powstać – podsumowuje dr hab. inż. Jacek Czarnigowski.