Laddinfrastruktur vid teknikparker, sjukhus och pendelparkeringar inom Västra Götaland. Förstudie inför framtida utbyggnad Stefan Svedhem, Innovatum AB Trollhättan, 2015-12-28 Studien är genomförd i samverkan av de sex Teknikparkerna inom Västra Götaland och har finansierats av Västra Götalandsregionen.
Innehåll Introduktion... 3 Olika tekniker för laddning... 4 Laddning av elfordon... 4 Normalladdning... 4 Snabbladdning... 4 Semi-snabbladdning... 5 Standarder och kommunikation vid laddning... 5 Kontakter och standarder för växelströmsladdning... 5 Säkerhetsnivåer vid laddning av elfordon... 7 Laddstationer för destinationsladdning... 8 Betalsystem... 8 Skyltning... 9 Laddplatser... 9 Sjukhus... 9 Besöksparkering:... 9 Personalparkering:... 9 Bilpoolparkering:... 10 Teknikparker... 10 Pendelparkeringar... 10 Utbyggnadstakt... 11 Ekonomisk kalkyl... 11 Parter för etablering... 12 2
Introduktion För att möta utvecklingen mot regeringens mål om en fossiloberoende fordonsflotta år 2030 behöver respektive kommun och region känna till inom vilka områden större satsningar på elbilar och laddinfrastruktur bör göras. Dessa mål har även antagits av Västra Götalandsregionen. Till denna typ av mål måste aktiviteter knytas upp varav denna rapport speglar några av dessa målstyrningar. I Sverige finns nu ca 14000 laddbara fordon och ökningstakten höjs stadigt, under både oktober och november 2015 ökade vardera månad med 5-600 fordon, ca 40 % mer än respektive månad 2014, totalt nära en fördubbling av antalet det senaste 12 månaderna. Även intresset för investeringar i infrastrukturen ökar tydligt. Det är dock inom området snabbladdning största uppmärksamheten sker idag. Denna utbyggnad är väsentlig för att ge trygghet åt elfordonsköparen men för att vardagen skall fungera krävs att destinationsladdning och/eller hemmaladdning och arbetsplatsladdning är väl genomtänkt och utbyggd. Inom Västra Götalandsregionens verksamhetsområde finns bland annat sjukhus där många människor rör sig dagligen. Läkare tillhör den grupp människor som ibland nämns ingå i gruppen early adopters, dvs de som antar ny teknik bland de första i samhället. Regionens teknikparker är ett annat område där just ny teknik utvecklas och både anställda och besökare i större utsträckning testar denna nya teknik. Därför anses just sådana platser vara av extra vikt för tidig utbyggnad av laddinfrastruktur för att på så sätt främja övergången till elfordon från dagens fossila fordon. För att också synliggöra viljan med fossiloberoende fordonsflotta krävs att investeringar görs på de allmänna platser vi här berört. Detta är ett ansvar som ligger på flertalet aktörer i samverkan för att det skall ge avsedd effekt och vara kostnadseffektivt. Typ av utrustning måste också vara framtidssäkrad och optimerad för sitt ändamål. Rent tekniskt eller praktiskt skiljer sig denna guide inte på något sett från behoven på andra platser än här nämnts. Således skall rekommendationerna kunna spridas även till kommuners utbyggnadsplaner för allmänparkering samt vid olika arbetsplatser med gemensamma parkeringar. 3
Olika tekniker för laddning (Följande avsnitt om laddtekniker är ett utdrag ur Rapport, Infrastruktur för snabbladdning av elfordon, utgiven av Länsstyrelsen i Västra Götaland 2014 och författad av Gordon Strömfelt, emotion Technologies Sweden AB) Laddning av elfordon Laddning av elbilar sker vanligtvis då de står parkerade över natten och ibland även på dagtid om det finns laddmöjlighet då bilen parkeras vid arbetsplatsen. Samtliga elbilar kan laddas i vanliga eluttag, som är standard i svenska hem och arbetsplatser, vilket kan ta allt mellan 6-10 timmar. Det är vanligt att nya elbilar även kan snabbladdas på ett eller annat sätt, vilket relativt enkelt ger möjlighet att utöka den dagliga körsträckan, en form av räckviddsförlängning. Tiden för laddning och det sätt som laddningen genomförs på har olika benämningar. Normalladdning Normalladdning innebär att en elbil laddas full på 6-10 timmar beroende på batteriets storlek och laddplatsens tillgängliga effekt, oftast 230V/10A men även 230V/16A förekommer. Vanligen sker den primära laddningen vid hemmet då elbilen står parkerad över natten, så kallad nattladdning. Vissa arbetsgivare erbjuder även laddning under arbetstid vilket kan förlänga den dagliga räckvidden upp till det dubbla. Destinationsladdning är den form av laddning som görs på platser som elbilsföraren besöker för att uträtta vissa ärenden. Genom att ladda vid ett restaurangbesök eller i samband med en shoppingrunda kan den dagliga räckvidden förlängas med ett par mil. Till skillnad mot att en vanlig fossilbilist åker till en bensinmack för att tanka vilket är en aktivitet i sig så laddar en elbilist sitt fordon då det inte används. Man laddar när man stannar, snarare än att man stannar för att ladda. Elbilisten kan istället ägna sig åt att arbeta, umgås med familjen, sova, äta eller handla under tiden bilen normalladdas. Snabbladdning Snabbladdare är främst tänkt att fungera som räckvidds-förlängare för rena elbilar vid tillfällen då det inte finns tid för normalladdning, ex vid längre resor eller frekvent användande inom tätort. Laddplatsen är endast avsedd för ett kort stopp för snabbladdning och är ej till för längre parkering eftersom platsen då blockerar möjligheten att snabbladda andra elbilar. Vid snabbladdning används vanligtvis en extern likströmsladdare (DC) som överför energi direkt till elbilens batteri med laddeffekt på upp till 50kW. Under ideala förhållanden är detta tillräckligt för att ladda upp batteriets kapacitet till 80% på 20-30 minuter. Under nästa år kommer även enstaka bilmodeller med inbyggda växelströmsladdare (AC-laddare) på upp till 43kW (400V/63A) som då laddar en elbil lika snabbt som vid DC-laddning, d.v.s. 20-30 minuter. I motsats till normalladdning så är snabbladdning något som elbilisten tvingas göra i samband med att elbilen används för längre resor det blir en aktivitet som avbryter bilresan på liknande sätt som bilister som kör på fossila drivmedel stannar för att tanka. Skillnaden är dock att laddförloppet tar upp till 30 minuter vilket ger tid över till annat som exempelvis fika, snabblunch, toalettbesök eller distansarbete med dator över trådlöst nätverk. 4
Semi-snabbladdning En extern likströmsladdare med en effekt på endast 20kW är betydligt billigare i inköp och installation än en snabbladdare på 50kW. Att ladda en elbil till 80% batterikapacitet med en 20kWladdare tar 50-60 minuter. Ladding upp till 80% batterikapacitet som tar mer än 40 minuter men inte mer än 1,5 timme brukar benämnas semi-snabbladdning och kräver då att det finns faciliteter på laddplatsen som erbjuder mer än bara mat och toalettbesök. Vissa elbilsmodeller är utrustade med en kraftfull växelströmsladdare som klarar laddeffekt på upp till 22kW (400V/32A) vilket laddar batteriet till 80% på 40-50 minuter. Fördelen med denna lösning är att det inte krävs någon extern laddare vilket sänker kostnaden för laddstationen. Elbilar som stödjer forcerad AC-laddning upp till 22kW kan även laddas med lägre effekt. Med 11kW (400V/16A) laddas batteriet på 1,5 2 timmar och med 7,3kW (230V/32A) går samma laddning på 2 3 timmar. Laddning som tar mellan 40 minuter 1,5 timme är en form av forcerad destinationsladdning som passar bra vid tillfällen då elbilsföraren gör längre stopp vid exempelvis köpcentrum eller under biobesök och träning. Standarder och kommunikation vid laddning Det finns ett flertal kontaktdon avsedda för laddning av elfordon, som stödjer olika standarder och säkerhetsnivåer för överföring av laddeffekt och kommunikation mellan laddstolpe och bil. Laddkontakterna skiljer sig åt beroende på tillgänglig nätspänning och skillnader i standarder och säkerhetsföreskrifter mellan olika fordonstillverkare. Det sker en kontinuerlig utveckling av kontaktdon och gränssnitt för kommunikation som kommer leda till viss standardisering inom geografiska marknader. I följande kapitel redovisas de etablerade kontakter och säkerhetsstandarder som tillämpas för laddning och kommunikation med elbilar avsedda för Europamarknaden. Kontakter och standarder för växelströmsladdning För Sverige tillämpas två olika typer av kontaktdon för växelströmsladdning. För laddning med växelström består gränssnitt mot bil antingen av en Typ-1 eller Typ-2 kontakt och i motsatt ände av sladden som kopplas till elnätet är det vanligtvis en Schuko-kontakt alternativt Typ-2 kontakt. 5
Schuko är benämningen på kontakt enligt Svensk byggstandard för hushållsel i jordat eluttag och avsäkrat upp till 16A enfas. Dock rekommenderas inte kontinuerligt uttag av större effekt än 10A på grund av viss brandrisk, vilket är fallet vid laddning av elfordon. Schuko-kontakten är vanlig på den laddsladd som medföljer vid bilköpet, endast avsedd för tillfällig laddning i eluttag som egentligen inte är avsedda för laddning av elfordon. (ny info: från 2017 får ej publika laddplatser ha Schuko som laddsocket, då krävs att dessa byts ut mot Typ 2 nedan) Bild 1, Schuko kontakt Typ-1 är ursprungligen en Japansk kontakt som även kallas Yazaki eller SAE J1772. Typ-1 är avsedd för strömstyrkor upp till 32A enfas och används endast som kontakt mot bil. Bild 2, Typ-1 kontakt mot bil Typ-2 kallas även för Mennekes och är ursprungligen ett tysk kontaktdon för ström upp till 70A enfas eller 63A trefas. Typ-2 förekommer som kontakt både mot bil och laddstolpe. Bild 3, Typ-2 kontakt mot bil Samtliga etablerade kontaktdon avsedda för växelströmsladdning kan kombineras på flera olika sätt beroende på elbilens fabrikat och laddplatsens tillgängliga ladduttag. Bild 4, Flera olika kombinationer av kontaktdon för laddning av elfordon 6
Säkerhetsnivåer vid laddning av elfordon Vid laddning med växelström definieras tre olika kommunikationsnivåer och det finns ytterligare en nivå avsedd för likströmsladdning. Klassificeringen syftar till att definiera säkerhetsnivån vid olika laddförlopp. Alla laddningssätt, eller moder som de också kallas, kräver jordade eluttag men skiljer sig åt vad gäller effekt och kommunikation mellan elfordon och laddplats: Mode 1 är den enklaste typen av laddning från vanliga en-fas och tre-fas uttag med spänning upp till 16A. Inget informationsutbyte mellan bil och eluttag. Mode-1 tillämpas inte längre vid laddning av moderna elfordon. Mode 2 laddning sker främst med enfas Schuko men även trefas industriuttag kan förekomma. Säkerhetsnivån har höjts med hjälp av en kontrolldosa EVSE - monterad på laddningskabeln som kontinuerligt skickar data mellan bil och kontrolldosa och ger jordfelsskydd av både kabel och fordon. Maximal strömstyrka vid Mode 2-laddning är 32A. Vid Mode-2 laddning används Typ-1 eller Typ-2 kontakt mot bil. Mode 3 är den säkraste nivån för växelströmsladdning med både 230V och 400V. Laddning sker vid intelligent laddstolpe eller en s.k. Wall Box som kontinuerligt kommunicerar med fordonet under laddförloppet. Wall Box eller laddstolpen är utrustad med fast laddkabel med Typ-1 eller Typ-2 kontakt, alternativt så finns uttag för Typ-2 kontakt. Mode 3-laddning tillåter strömstyrkor upp till 63A vilket i kombination med trefas 400V är tillräckligt för att ladda ett tomt EV-batteri till 80% på 20 minuter som i praktiken innebär snabbladdning. För att kunna ladda med så hög effekt krävs det att bilens ombordladdare (OBC On Board Charger) kan tillgodogöra sig detta. Figur 1 Kommunikation och säkerhetsnivå vid laddning av elfordon 7
Laddstationer för destinationsladdning Vi fokuserar här på två typer av laddning som anpassar sig till de olika behoven för denna studie och dess specifika körmönster; normalladdning och semisnabb laddning. Normalladdning använder 16 A/230 V (3,6 kw) vilket schablonmässigt *) ger ca knappt 2 mil körsträcka per timma laddning. Semisnabb laddning använder 32 A/400 V (22 kw) vilket ger motsvarande *) ca 11 mil körsträcka per timma laddning. *) Gäller vid optimal laddning (temperaturer mm) och upp till ca 80 % laddnivå hos batteriet. Kontaktdon i laddenheten skall vara av Typ-2 (krav från 2017 för publika laddplatser i Europa). Betalsystem Till publika laddstationer i huvudsak men även för anställda vid arbetsplatser bör det förberedas för betalningsmöjlighet och/eller mätning av energiåtgång (finansieringsskäl samt skatteskäl för eventuell förmånsbeskattning). Vid försäljning av el per kwh krävs en godkänd klassad elmätare (som dessutom behöver kalibreras kontinuerligt) integrerad i laddstolpen, för övervakning och uppföljning räcker med enklare mätare som idag används regelmässigt för dessa stolpar. Rekommendationen här är att inkludera elförbrukningen i en helhetstaxa per tidsenhet vid ev betalning och därmed är den något enklare standardelmätaren fullt tillräcklig. Dessutom gäller att vid försäljning av el idag krävs energiskatt av den som levererar elen. Här pågår en diskussion mellan Svensk Energi och Finansdepartementet, om/hur detta kan ändras i lagen. Där betalning sker för parkering idag kan enkelt en högre avgift sättas för de platser med laddmöjlighet och därmed samma betalsystem som redan etablerats. För parkering utan avgifter bör laddstolpen förses med identifikationsmöjlighet (RFID, NFC, Kort, Telefonapp eller SMS). Detta bör vara med från början även om det inte avses att ta betalt från start. Denna lösning finns integrerad för ett flertal laddstolpar på marknaden idag. Idag finns ett antal olika aktörer för att hantera betalningen via bland annat molntjänster men dessa är helt fristående från varandra. På sikt kommer dessa att kunna kommunicera med varandra för en sk roamingfunktion där du som kund kan ladda hos olika aktörer men få en faktura och inte behöva vara medlem hos flera. Där samma fordon förväntas ladda på olika siter inom samma organisation är då rekommendationen att välja samma aktör för de olika siterna till en början. Som exempel för två sjukhus där läkare i poolbil transporterar sig mellan. 8
Skyltning Skyltar som anger laddplats för elfordon bör sättas upp vid laddplatserna för att inte dessa skall upptas av ej laddningsbara fordon. Dessutom är en markering i marken att rekommendera då skylten oftast bara finns centralt placerad. Hänsyn till eventuella regelverk för detta måste dock tas. Exempel på dessa skyltar nedan. För parkeringar utan betalningsrutiner bör skyltning kompletteras med tidsbegränsning för att möjliggöra att fler kan utnyttja laddplatserna i perioder med högt tryck. Figur 2 Exempel på skyltning och markering av laddplatser Laddplatser Sjukhus Tre olika typer av parkeringar finns representerade kring sjukhus i olika omfattning; Besöksparkering, Personalparkering och bilpoolsparkering. Dessa tre har något olika behov av laddinfrastruktur vilket beskrivs nedan. Besöksparkering: Besökande står här parkerade i väldigt olika tidsperioder. Minsta besökstid som också relateras till behov av att ladda sitt fordon kan bedömas till 2 timmar men flertalet platser kan räknas till längre tider upp mot 4 timmar och däröver. Detta innebär en blandning av två typer av möjliga laddstolpar 16 A/230 V (3,6 kw) för de längre tiderna och 32 A/400 V (22 kw) för den kortare tiden. För dessa olika platser kan parkeringsavgiften differentieras motsvarande för att undvika onödig uppbokning av den snabbare varianten. Personalparkering: Denna kategori bedöms vara fullt tillräcklig med den enklare laddtypen 16 A/230 V (3,6 kw) då vistelsen normalt är under längre tid. 9
Bilpoolparkering: För en optimal flexibilitet i en bilpool bör laddning ske relativt snabbt vilket då kräver 32 A/400 V (22 kw). Består resorna huvudsakligen av kortare resor där nattladdning klarar dagens behov räcker det med den enklare laddtypen 16 A/230 V (3,6 kw). Teknikparker Våra 6 teknikparker i regionen har lite olika förutsättningar och behov enligt ovan beskrivna tekniker. De 3 teknikparkerna i Göteborg (Lindholmen Science Park, Johanneberg Science Park, Sahlgrenska Science Park) samt Science Park Borås ligger belägna där det är ont om parkeringsyta och befintliga parkeringar är betalningsbelagda. Bristen på parkeringar gör att antalet laddplatser måste utvecklas i något långsammare takt då det inte kan låsas upp platser till elfordon där de ej nyttjas hela tiden. Alternativt måste nya innovativa signalsystem utvecklas så icke laddbara fordon kan nyttja dessa i viss omfattning då laddbehovet är lägre. De övriga 2, Innovatum AB (Trollhättan), Gothia Science Park (Skövde), har mer tillgänglig parkeringsyta och är avgiftsfri. Verksamheterna hos Lindholmen och Innovatum samt i viss mån Johanneberg kopplar direkt till utveckling av nya fordon där eldrift är ett starkt inslag. Detta fokusområde med de företagskontakter som det innebär skapar än större behov av att möjlig fordonsladdning vid besök på teknikparkerna. Även här förekommer (i något olika grad) samma parkeringskategorier som för sjukhus, besök, anställda samt poolbilar. Poolbilar hanteras dock ofta av extern aktör. För samtliga dessa platser bedöms kortare besök vara mest frekvent vilket kräver en semisnabb laddning 32 A/400 V (22 kw) för att kunna ta emot besökare från ett större geografiskt område. För anställda räcker dock normalladdning. Fördelning 80 % normalladdning och 20 % semisnabb laddning är en bra ansats. För betalparkeringar kan parkeringsavgiften differentieras motsvarande för att undvika onödig uppbokning av den snabbare varianten. För gratisparkeringar kan begränsning av tillåten parkeringstid sättas med hjälp av P-skiva, exempelvis 4 timmar för normalladdning och 2 timmar med semisnabb laddning. Dock skall stationerna här även förberedas för betalning/identifikation så det enkelt går att införa när behovet finns. Pendelparkeringar Vid en granskning om var pendelplatserna är lokaliserade och hur övrig laddinfrastruktur ser ut har bedömningen gjorts att laddning vid pendelparkeringar ej bör prioriteras i detta läge. De som kör elfordon till en pendelparkering har med största sannolikhet laddningsmöjlighet hemma och körning till en pendelparkering och tillbaka bedöms sällan vara större än normala 10
körsträckan för bilarna. I vissa fall kan laddhybrider inte klara denna sträcka men att bygga en laddinfrastruktur för endast dessa fordon med behov av max 3 timmar laddning bedöms ej försvarbart. Utbyggnadstakt Introduktionstakten av elfordon beror av många faktorer såsom batteripris, batteriprestanda, körsträcka samt tillgänglig laddinfrastruktur och olika incitament kopplat till dessa. Detta gör det svårt att förutse hur det verkligen blir men med en utbyggd infrastruktur är det helt säkert en hjälp att påskynda utbytet av fossildrivna fordon. Teknikutvecklingstakten kan också gå betydligt snabbare om olika faktorer samverkar. För att fylla dagens behov (fram till ca 2018) bedöms ca 10 % av parkeringarna ha laddmöjligheter. Efter 2020 bedöms ca 25 % kräva laddmöjligheter. Till den högre graden av tillgänglighet kommer dock smarta logiktjänster att behöva utvecklas (sk. effektbalansering) för att inte behöva säkra av systemet alltför högt vilket driver kostnaderna. Idag finns enkla medel för effektbalansering som styrs av logik i vissa laddstolpar men det pågår också arbeten med att utveckla smarta system för detta för större skala. För bilpooler krävs ett ladduttag per elfordon i poolen. Vid nyetablering av parkeringsytor bör alla platserna ha laddstolpe, eller åtminstone förberedas med tomrör och platsen avsäkras för motsvarande från början. Denna kostnad är ringa vid nyetablering men dominerande vid efterarbete. Andel semisnabb laddning respektive normal laddning kan skilja sig åt för olika platser beroende på andelen kortvarig parkering men fördelningen 20% semisnabb och 80% normal är idag ett bra riktmärke. Ekonomisk kalkyl För att få till stånd en hållbar utbyggnad av laddinfrastruktur måste hänsyn tas från början till vem som skall betala för utbyggnaden. Ett rimligt antagande är att detta måste betalas av användarna, dvs fordonsanvändarna. Initialt kan våra offentliga aktörer och större fastighetsägare stå för infrastrukturen för att hjälpa utbyggnaden att ta fart samt att stötta de pionjärer inom elfordonsförare som då gemensamt skapar en förutsättning till efterfrågan. Men även dessa installationer bör på sikt skapa en intäkt som motsvarar investeringen. Ett räkneexempel kan ge en fingervisning om hur detta kan åstadkommas. Självklart är den största delen av investeringen beroende på yttre förutsättningar såsom tillgänglig eleffekt och avstånd till denna i befintliga elskåp samt ytbeläggningstyper mm. Som alltid är det mest fördelaktigt att utföra denna installation redan vid etablering av nya parkeringar. Här har antagits ca 20 meter till tillgänglig effekt i ett befintligt elskåp och befintlig asfalterad parkeringsyta. 11
Förutsättningar: investeringskostnad på ca 50.000 kr för ett dubbeluttag, avskrivning på 5 år, årlig kapitalkostnad baserat på 3% ränta, årlig servicekostnad på 5.000 kr per uttag samt elförbrukning enligt beläggningsgraden För normalladdning tas en parkeringsavgift på 9 kr/h och för semisnabb laddning en avgift på 50 kr/h. (Motsvarar den kwh kostnad som tas ut av de större energibolagens snabbladdare) Brytpunkten för normalladdning går då vid 40% beläggningsgrad och för semisnabb laddning vid 15% beläggningsgrad. Dvs för beläggning av motsvarande parkeringsplats däröver ges ett överskott. Här antas 12 timmar av dygnet som beräkningsbar möjlig användning. Det får anses rimligt att uppnå denna grad relativt snart vid placering vid de platser vi tagit upp i denna studie. Vid placeringar nära bostäder kan vi dessutom räkna med att vissa boende nyttjar laddstationerna över natten vilket ger än bättre siffror. Kostnader för administration av betalningsrutiner kan tillkomma beroende på om denna tjänst köps till eller bara läggs till parkeringsautomaterna. Parter för etablering De aktörer som kan beröras vid en etablering är användaren av fordonen, markägaren för parkeringsytan, fastighetsägare av husen, lokalt elnätsbolag och lokalt energibolag. Idag ses detta ofta som en ren kostnad av de aktörer som bör vara de som beslutar om en etablering, därav den långsamma utbyggnadstakten. Samhällsnyttan och ansvaret hos de regionala, lokala och allmännyttiga verksamheterna bör få en större vikt för att få detta att hända och därmed skapa en efterfrågan hos de privata aktörerna då fordonen ökar i antal. Viktigt är att utse en driftsägare för laddstationen. Denna tjänst kan också köpas in men ska inte anses särskilt betungande för denna typ av laddstolpar då de är relativt driftsäkra. Figur 3 Potentiella parter för etablering av laddinfrastruktur vid teknikparkerna i regionen. För sjukhusen inom Västra Götaland har Västfastigheter rollen som fastighetsägare i samtliga fall. De tillsammans med lokalt elnätsbolag bör här bilda partnergrupp. 12