Mogelijkheden snelladen voor 100% elektrisch vervoer
Geplaatst door Danny Steenhorst in Transport 7 Reacties»
Hoeveel laadpunten hebben we nodig als alle 8 miljoen voertuigen, dus inclusief bussen en vrachtwagens, in Nederland elektrisch gaan rijden?
Het antwoord zal u verrassen:
We kunnen bijna volledig elektrisch vervoer in Nederland bereiken,(m.u.v. klassieke auto’s en bijzondere gevallen) door de 4000 bestaande fossiele tankstations om te zetten in snellaadpunten die gemiddeld 14 snelle opladers hebben. Tekst vertaald en grotendeels overgenomen van Pepijn Vloemans, zie hier het origineel in het Engels.
Lees hieronder verder hoe deze bewering tot stand is gekomen.
Dit is gewoon een interessante theoretische berekening om uit te vinden of we 100% elektrisch transport kunnen krijgen met de bestaande infrastructuur voor fossiele brandstoffen. Niet dat we per se de bestaande tankstations moeten ombouwen naar snellaadstations. Andere locaties kunnen beter geschikt zijn voor het snelle opladen van voertuigen.
Situatie vandaag de dag
Elk jaar is ongeveer 12 miljard liter, diesel en benzine, nodig om al het wegtransport in Nederland in beweging te houden. Deze 12 miljard liter wordt getankt bij de ruim 4000 tankstations in Nederland. Bij een gemiddeld tankstation wordt dus ongeveer 3 miljoen liter brandstof getankt per jaar. Dat is ruim 8000 liter per dag.
Laten we ervan uitgaan dat gemiddeld een voertuig met een verbrandingsmotor 1 liter diesel/benzine gebruikt om 15 kilometer te rijden. Deze veronderstelling is optimistisch, omdat veel auto’s minder zuinig rijden in de praktijk en door bussen en vrachtwagens die ongeveer 1 liter diesel gebruik voor een rijafstand van 3 kilometer, het gemiddelde sterk naar beneden trekken. Zo kan een gemiddelde tankstation ervoor zorgen dat er 45 miljoen kilometer per jaar kan worden gereden. Dat is ongeveer 123.000 km per dag!
Hoeveel elektriciteit is er nodig om een fossiel tankstation te vervangen?
Om alles eenvoudig te houden, moeten we berekenen hoeveel elektriciteit er per laadstation nodig is om deze 123.000 km per dag te kunnen rijden op stroom in plaats van op fossiele brandstoffen. Is dit in de praktijk ook realistisch uitvoerbaar?
Laten we ervan uitgaan dat een gemiddeld elektrisch voertuig 1 kWh gebruikt om 5 kilometer te rijden. (Bij Tesla’s, de zwaarste elektrische auto’s op de weg is dit een praktijkverbruik.) Er zijn goede redenen dat de elektrische auto’s in de toekomst efficiënter zullen worden, maar we moeten ook vrachtwagens en bussen bij deze berekening betrekken. Om hetzelfde aantal kilometers te kunnen rijden als de brandstofafgifte van een gemiddelde fossiel tankstation, zou een snellaadstation 9 miljoen kWh (45 miljoen km / 5) per jaar moeten kunnen leveren. Dat is 25.000 kWh per station per dag!
Als we de afgifte van een snellaadstation kunnen bewerkstelligen op gemiddeld 25.000 kWh per dag, dan zouden alle voertuigen in Nederland (die op de openbare weg rijden) kunnen worden opgeladen, door de nu nog 4000 fossiele tankstations om te bouwen naar stroomleverende snellaadstations. Lukt dat niet dan hebben we meer snellaadstations nodig.
Nog iets om mee te nemen in de berekening:
- De veronderstelling dat alle elektrische auto’s 100% snelladen, zal in de praktijk nooit het geval zijn. Realistisch is dat een deel van het laden langzaam zal zijn, afhankelijk van het niveau van de verstedelijking in een land. Zo zullen in verstedelijkte regio’s een groter deel van de elektrische auto’s snelladen dan op het platteland, waar mensen meestal een eigen oprijlaan hebben of daar voor de deur hun auto kunnen opladen.
Hoe Kunnen we de afgifte van 25.000 kWh per dag per snellaadstation bereiken?
Een belangrijke factor is de laadsnelheid die in de komende jaren moet oplopen om ons doel van 25.000 kWh per dag te bereiken. De meeste grote autofabrikanten zijn lid van de CHARIN-vereniging, die de “CCS” snelheidstermijn bevordert. Met deze standaard kunt u snel opladen van maximaal 350 kW (=1000 Volt * 350 Ampère). Dat is 7 keer zo snel als de huidige standaard 50 kW CCS en Chademo snelle oplader.
Laten we ervan uitgaan dat de topsnelheid in de praktijk niet 350 kW maar 300 kW bedraagt. Zo kan een enkele lader 300 kW op maximale vermogen leveren. Elk uur loopt deze lader op volle capaciteit, het zal 300kW * 1 uur = 300 kWh afleveren. In 24 uur is dit dus 24 x 300 kWh =7.200 kWh.
- Deze snelle opladers zullen in de praktijk niet altijd op vol vermogen laden. Er zullen oudere auto’s opladen, sommige batterijen zijn niet geschikt in hete of koude omstandigheden op volle kracht te laden en wanneer de ~90% volle autoaccu wordt benaderd zal het laden ook met minder vermogen gebeuren. Dus, laten we ervan uitgaan dat het laden gemiddeld zal plaatsvinden bij 50% van de maximale snelheid dus 150 kW. Dit vermindert de output van de enkele snellader tot maximaal 3.600 kWh per dag.
- Bij snellaadstations zal ook niet 24 uur per dag non stop worden geladen. Er zijn verschillende redenen dat er niet 24 uur per dag geladen wordt. Er worden minder of geen auto’s opgeladen wegens feestdagen, onderhoud, stilstand, wisseltijd tussen auto’s, enzovoorts. Stel dat de capaciteitsfactor van een laadstation slechts 50% bedraagt. Het loopt gemiddeld op halve snelheid (soms treft het 10% en andere momenten 90% capaciteit). Dan is dit nog maar 1.800 kWh per lader per dag.
Om de 25.000 kWh per station per dag te leveren, moeten we dus de 25.000 kWh delen door 1.800 kWh = het aantal oplaadpunten dat we nodig hebben. Per station is: 25.000 / 1.800 = ~ 14 snelle opladers per station. 14 snelle opladers per station is niet zo heel veel. Tesla bouwt nu al dergelijke stations met meer dan 12 oplaadpunten.
Dit betekent dat we in Nederland 100% elektrisch vervoer kunnen krijgen, door alleen de 4000 bestaande gaststations te converteren naar sneloplaadpunten die gemiddeld slechts 14 snelle opladers hebben.
En onthoud, dit is een 100% snel opladen scenario. Minder stations of laders per station zijn nodig, wanneer snel opladen een lager percentage van de laadmix is. Zie de tabel hieronder voor een aantal andere stationsinstellingen.
Kunnen deze laadstations deze hoge vermogens aan, oftewel grootse deel van de dag daar kan laden? Met een toenemend aantal zelfrijdende auto’s na het jaar 2020 kunnen EV’s leren om met name in de nacht te laden. Zelfrijdende auto’s zijn dus perfect geschikt om zo in de daluren te laden en zo de capaciteit van snellaadstations aanzienlijk te vergroten.
De verbindingen met ons stroomnetwerk
Een andere manier om te kijken naar de infrastructuuruitdaging voor elektrische voertuigen zijn de verbindingen met ons elektriciteitsnetwerk die nodig is om deze elektriciteit aan de voertuigen te leveren. Wanneer een laadstation 25.000 kWh per dag levert, vertaalt dit in een continue belasting van iets meer dan 1000 kW (24 uur * 1000 kW = ~ 24.000 kWh). Deze 1000 kW (=1 MW) roosterverbindingen zijn bewezen technologie.
Als we alle 4000 snellaadstations met een ~1MW aansluiting op het middenspanningsnet kunnen verbinden, dan is er veel minder geld nodig, dan we dure upgrades maken van het laagspanningsnet die in woonwijken loopt.
Stroom buffers met behulp van accu’s
Bij piekuren (wanneer alle laders op volle snelheid worden gebruikt) kan de lading per station oplopen tot 4,2 MW (omdat de piek uitgangscapaciteit van het laadstation 14 snelle opladers hebben van 300 kW per stuk) bedraagt. Het voldoen aan deze piekvraag is mogelijk door de installatie van batterijbuffers ter plaatse, die tijdens de lage piekvraaguren kunnen bijspringen en weer kunnen opladen in de daluren op momenten dat er weinig wordt geladen. Deze batterijbuffers zijn al bewezen technologie.
Indien we de maximale laadsnelheid van elektrische voertuigen tot 300 kW kunnen opschroeven, zijn er geen fysieke of economische belemmeringen voor deze kosteneffectieve introductie van infrastructuur die 100% elektrisch vervoer in Nederland mogelijk maakt zonder dat hiervoor honderdduizenden gewone (langzame) oplaadpunten nodig zijn. (Al zullen deze altijd als extra kunnen worden geplaatst op bestaande parkeerplaatsen.)
| Station 1.0 | Station 2.0 | Station 2.1 | Station 3.0 | |
|---|---|---|---|---|
| Maximale laadsnelheid | 50 kW | 150 kW | 150 kW | 300 kW |
| Aantal laadpunten per station | 2 | 4 | 8 | 16 |
| Gebruik van laders | 50% | 50% | 50% | 50% |
| Gemiddelde laadsnelheid | 70% | 50% | 50% | 50% |
| Netverbinding vereist (met batterijbuffer) | 150kW | 300 kW | ~1.200 kW | |
| Capaciteit per dag (kWh) | 840 | 3.600 | 7.200 | 28.800 |
| Capaciteit per jaar (kWh)* | 306.600 | 1.314.000 | 2.628.000 | 10.512.000 |
| Benzine/diesel equivalent per jaar (liter) | 102.200 | 438.000 | 876.000 | 3.504.000 |
| Benzinestations | ~4000 | ~4000 | ~4000 | ~4000 |
| Aantal laadstations dat nodig is om over te stappen naar 100% elektrisch transport met een 100% snelladen scenario |
Te veel | vele | ~13.700 | ~3.400 |
| Aantal laadstations dat nodig is om over te stappen naar 100% elektrisch transport met een 50% snelladen scenario |
Te veel | ~13.700 | ~6.850 | ~1.700 |
*1 grote windturbine met een vermogen van 7,5 MW levert op land al ruim 17.000.000 kWh per jaar.
7 reacties op “Mogelijkheden snelladen voor 100% elektrisch vervoer”
Mijn inschatting is dat je als particulier in de nabije toekomst, indien de actieradius van een volle accu 800-1000km is, je buiten je eigen thuislaadpunt weinig gebruik zult maken van andere laadpunten. In mijn situatie, zo’n 400km/week zal ik dan slechts 2-3 per maand hoeven inpluggen. Gelegenheid genoeg dus om dit gewoon thuis te doen. Ik kan haast niet wachten tot het zover is 😉
Interessant scenario, ik ben alleen benieuwd of het vrachtverkeer wel helemaal elektrisch zal worden, om 30 ton lading in beweging krijgen is er zo’n hoge aanloopstroom nodig dat dit de capaciteit van de batterijen te boven gaat.
Dit effect doet zich ook voor bij de spoorwegen, met de huidige bovenleiding stroom van 1500 volt is er een beperking aan het aantal treinen dat uit het station vertrekt, omdat anders het totale beschikbare vermogen instort.
Treinen hebben draaistroom motoren of elektronische choppers om het de aanloopstroom te beperken, en diverse tractiemotoren over de hele trein heen, desondanks is met bezig om het bovenleiding netwerk naar 28KV over te laten gaan, zoals op de Betuwelijn, om tot het gewenste vermogen te komen.
Er is ook nog niet nagedacht over het memory effect en verouderen van batterijen en akku’s, waardoor de totale capaciteit afneemt en er vaker geladen moet worden en waarbij de batterijen en akku’s eerder vervangen moeten worden.1200
Een Tesla Model S, ik rij al 3,5 jaar met een 85 kW versie, heeft een effectief bereik van 400 km. Als ik ’s morgens vertrek is de accu volgeladen. Zou ik extreem veel rijden, dan rij ik gewoon langs een van de tien Tesla SuperChargers in Nederland. In 20 minuten weer ruim 200 km lading erbij terwijl ik een broodje eet.
@ Spiraldrive: Tesla zal in september een grote vrachtauto introduceren, 100% batterij elektrisch. Reken er maar op dat die 3 tot 6x zo snel accelereert als een diesel aangedreven truck.
Het degraderen van een Tesla lithion-ion accu gaat zo extreem langzaam dat deze na 350.000 km nog steeds 92 tot 93% van zijn originele capaciteit heeft. Deze accu’s zullen zeker 1.500.000 km meegaan en dan nog steeds ruim boven 80% van de originele capaciteit hebben.
En zelfs dan is de accu nog tientallen jaren als opslag voor zonnepanelen thuis te gebruiken.
Het lijkt me beter om de verschillen tussen elektrisch rijden en rijden op brandstof te omarmen. Wil zeggen stroom heb je overal waar een kabel is, terwijl een tankstation een tank en voorzieningen tegen vervuiling nodig heeft.
Een goede plek om een elektrische auto te laden is gewoon elke plek waar deze sowieso lang stil staat – bijvoorbeeld in een parkeergarage of over nacht ergens in de buurt van de bezitter.
Op die manier kun je ook decentraal opgewekte energie beter decentraal toepassen en je auto kan eventueel ook nog zelf als batterij werken. Bijvoorbeeld om bij slecht weer je eigen zonnestroom van gisteren gebruiken om thuis de was te doen… Stel dat 1 keer wassen 1 kWh kost – dan heeft je auto op deze regenachtige dag gewoon 5 km minder bereik. Door de week heb je meestal sowieso weinig bereik nodig: Naar het werk en terug en misschien boodschappen doen, dat was het vaak al.
Moeten we ten alle tijden op batterijstroom kunnen rijden? Of zou de wegeninfra zodanig aangepast kunnen worden dat grote wegen uitgerust worden zodat stroom afgetakt kan worden terwijl men aan het rijden is. Die infra zal nuttig zijn voor de vrachtwagens maar ook het accupack in de wagen kan kleiner worden.
Het lokale transport zal dan op het accupack gebeuren en op de hoofdwegen kan bijgeladen én gereden worden op de gecapteerde stroom, los van de mogelijkheid om ook nog te laden aan laadstations.
Hoeveel (groene) stroom er op het ogenblik beschikbaar is kan bepalen welk voertuig prioriteit krijgt en hiermee bedoel ik iedereen blijft in beweging, de resterende accu tov de rit bepaalt welk voertuig wanneer zijn capaciteit kan verhogen of er gebruik moet van maken.
Ben het met Spiraldive eens. Er moet beter over het memory effect en verouderen van batterijen en akku’s nagedacht worden en hierop oplossingen vinden.