Perspektywy ładowania dwukierunkowego

Zaimplementowanie funkcji V2X w pojazdach elektrycznych może przynieść ogromne korzyści – szczegóły na ten temat można znaleźć w raporcie Fraunhofer ISE & Fraunhofer ISI, który omawialiśmy w naszej poprzedniej publikacji. Choć wykorzystanie samochodów EV jako mobilnych magazynów energii mogłoby prowadzić do znaczących oszczędności, wciąż nie potrafimy w pełni wykorzystać ich potencjału. Aby zrozumieć, co hamuje powszechne wdrożenie infrastruktury ładowania dwukierunkowego, konieczne jest dogłębne poznanie ekosystemu ładowania pojazdów elektrycznych. Niniejsza publikacja krótko omawia rolę kluczowych podmiotów w tej układance, problemy z komunikacją między nimi oraz wyjaśnia, dlaczego wprowadzenie jednolitej technologii ładowania dwukierunkowego wcale nie jest takie proste.

Kluczowi uczestnicy ekosystemu ładowania

Pytanie, które może stać się punktem wyjścia do historii o ekosystemie ładowania pojazdów elektrycznych, brzmi: kto odpowiada za dostarczanie usług ładowania dla tych pojazdów? W zależności od rodzaju oferowanych usług wyróżniamy dwie główne kategorie.

Pierwsza to EMSP (E-mobility Service Provider), czyli dostawcy usług e-mobilności. Umożliwiają oni kierowcom pojazdów elektrycznych dostęp do sieci stacji ładowania. Tego typu firmy zazwyczaj oferują aplikacje mobilne, które ułatwiają lokalizację stacji ładowania, a także zajmują się obsługą płatności za ładowanie. Druga to CPO (Charge Point Operator), czyli operatorzy stacji ładowania. Są oni odpowiedzialni m.in. za regularną konserwację urządzeń, bieżącą diagnostykę, ustalanie cen za ładowanie oraz zarządzanie danymi i dostawami energii. CPO obciąża EMSP kosztami sesji ładowania, a następnie EMSP obciąża kierowców pojazdów elektrycznych tymi samymi kosztami plus swoją marżą. Choć w praktyce bardzo często funkcję EMSP i CPO pełni ten sam podmiot, to w przypadku kiedy są to odrębne podmioty, może dochodzić do problemów komunikacyjnych, zwłaszcza w zakresie szybkiej wymiany danych o sesjach ładowania. Rozwiązaniem są protokoły komunikacyjne, takie jak OICP (Open Intercharge Protocol), który umożliwia interakcję między sieciami ładowania i dostawcami usług, zapewniając kompatybilność międzyoperatorową.

Komunikacja pojazdu ze stacją ładowania

Pomimo kluczowej roli EMSP i CPO, jednostki te nie są jedynymi uczestnikami ekosystemu ładowania pojazdów elektrycznych. Co więcej, nie stanowią jedynej pary która mogłyby skorzystać na efektywnej technologii wymiany informacji. Dlatego, jak łatwo się domyślić, OICP nie jest jedynym protokołem wykorzystywanym w tej branży.

Odwróćmy na chwile uwagę od komunikacji między dwoma podmiotami i skupmy się na komunikacji pomiędzy samochodem a ładowarką, dokładniej między oprogramowaniem ładowania EV i stacją ładowania pojazdów. Dzisiaj przesyłają one między sobą dane przy pomocy protokołu OCPP (Open Charge Point Protocol), czyli międzynarodowego otwartego i bezpłatnego standardu. Jest on standardem dla interoperacyjności infrastruktury ładowania, korzystają z niego producenci sprzętu do ładowania, dostawcy oprogramowania i systemów oraz operatorzy sieci ładowania. OCCP wraz z biegiem czasu i rozwojem technologii dostosowuje się do nowych rozwiązań w świecie elektromobilności. Jednym z takich rozwiązań jest kompatybilny już z OCCP protokół ISO 15118-20, który między innymi przewiduje funkcję mądrego ładowania dwukierunkowego z możliwością zarządzania dostarczania i poboru energii z baterii przez operatora. Protokół ten stanowi ogromny przełom, aczkolwiek nie jest on kompatybilny z całym ekosystemem. Obecnie powszechnie stosowana wersja OCPP 1.6 została wdrożona już w 2015 roku, jednak brakuje w niej m.in. komponentu umożliwiającego dwukierunkowy przepływ energii. W ostatnim czasie Open Charge Alliance (organizacja mająca za zadanie opracowywanie i certyfikowanie otwartych protokołów komunikacji) opublikowała najnowszy standard protokołu OCPP oznaczony numerem 2.1. Wersja ta zawiera kilka przełomowych rozwiązań mających znaczenie dla V2X, takie jak:

• Bidirectional Charging (V2G): Pojazdy elektryczne mogą teraz działać jako źródła zasilania, wspierając stabilność sieci, handel energią i zarządzanie energią w gospodarstwach domowych.
• Distributed Energy Resources (DER) Integration: Płynnie integruje stacje ładowania z energią elektryczna wytworzoną w fotowoltaice i wiatrakach, tworząc zoptymalizowaną, odporną sieć.
• Advanced Smart Charging: Dostosowania w czasie rzeczywistym zapewniają efektywne wykorzystanie energii, zmniejszone obciążenie sieci i zminimalizowane przerwy w dostawie energii.
• Innovative Payment Solutions: Przedpłacone karty płatnicze, dynamiczne kody QR i płatności ad hoc zapewniają bezproblemową obsługę.
• Battery swapping: Umożliwia szybką wymianę całego pakietu bateryjnego zamiast procesu jego ładowania (rozwiązanie wspierane mocno przez firmy chińskie, np. NIO), szczególnie istotne na rybkach azjatyckich, umożliwiając szybszy zwrot w przypadku pojazdów dwu- i trzykołowych.
• Local Cost Calculation Przejrzystość taryf w czasie rzeczywistym umożliwia użytkownikom podejmowanie świadomych decyzji dotyczących opłat.

Czy zatem publikacja nowego protokołu oznacza, że w najbliższym czasie możemy spodziewać się jego szybkiego upowszechnienia w infrastrukturze ładowania ? Niestety nie bardzo – przy opracowywaniu nowego standardu zapomniano o jednej, kluczowej kwestii – kompatybilności z dotychczas rozpowszechnioną wersją 1.6, która znajdziemy w 99% istniejących stacji ładowania. Jaki mamy tego skutek? Praktycznie zupełny brak zainteresowania ze strony CPOs i EMSP z uwagi na konieczność poniesienia dużych kosztów i zasobów na wymianę oprogramowania na istniejących stacjach. To właśnie jest przykład bariery, która obecnie hamuje rozwój technologii V2X. Dlatego warto zrobić krok wstecz i opracować wersję kompatybilną wstecz z protokołem 1.6.

Wyzwania standaryzacji

Jak podkreślają autorzy raportu Potential of a full EV-power-system-integration in Europe & how to realise it, szerokie wdrożenie ładowania dwukierunkowego wymaga zunifikowanych protokołów komunikacyjnych obsługiwanych zarówno przez pojazdy elektryczne, jak i infrastrukturę ładowania. Niestety, obecnie ekosystem pozostaje rozdrobniony – producenci pojazdów i stacji stosują często niekompatybilne, zastrzeżone standardy.

Dodatkowo, przeszkody techniczne wynikają również z rodzaju ładowania:

• Ładowanie AC – bardziej przystępne kosztowo i mniej wymagające sprzętowo, ale nie zawsze dostosowane do pełnej funkcjonalności V2G (Vehicle-to-Grid).
• Ładowanie DC – dominujące w zaawansowanych implementacjach dwukierunkowej wymiany energii, lecz wymagające droższego sprzętu i wyższych nakładów inwestycyjnych.

Technologia ładowania dwukierunkowego rozwija się dynamicznie, ale jej wdrożenie na szeroką skalę wymaga standaryzacji i kompatybilności między systemami. Kluczowe będzie powszechne przyjęcie zunifikowanych protokołów oraz rozwój infrastruktury umożliwiającej efektywne wykorzystanie V2X w praktyce. Bez powszechnego przyjęcia jednolitych protokołów, takich jak ISO 15118-20, interoperacyjność pozostanie ograniczona, co spowolni rozwój technologii ładowania dwukierunkowego.