Poctivé základy přechodu na EV? Rychlonabíječky a vyúčtování v kWh

Abychom u rychlonabíjecích stanic pro EV zaručili přesné, transparentní a také důvěryhodné výsledky, neobejdeme se bez nedílného měření energie a oficiální metrologie.

Přechod od vozidel se spalovacími motory (ICE) k elektromobilům (EV) znamená pro organizace nejeden nový náročný úkol, zejména pak v otázce, jak a kde zajistit nejefektivnější nabíjení vozů. Protože lze EV dobíjet na různých místech a s využitím rozličných metod, bude pro koncové uživatele nezbytné, aby jednotlivým způsobům důkladně porozuměli. Pokud se mají řidiči navíc ztotožnit s představou všeobecné dekarbonizace v dopravě, měli by mít rovněž k dispozici jasně dané služby.

Použitá metoda nabíjení závisí na rovnováze mezi několika činiteli. Jedná se o čas, který uživatelé na tomto místě stráví, množství potřebné energie nebo i cenu společně s dostupností nabíjecího zařízení. Výkon palubní nabíječky vozidla je z důvodu hmotnosti a také nákladů limitován, takže lze střídavým proudem (AC) nabíjet doma nebo na pracovišti. Pokud ale máme dosáhnout vyšších rychlostí dobíjení, které si rozsáhlé zavádění EV žádá, dokážou pak rychlé nabíječky dodat energii do baterie s využitím stejnosměrného proudu (DC). Zmíněné rychlonabíječky efektivně zkracují dobu nezbytnou k dobíjení a budou nasazovány na veřejných místech nebo u dálnic.

Rozšiřování infrastruktury sloužící k rychlému nabíjení EV ale přináší i nové otázky. Tak třeba, jak si mohou být řidiči při nabíjení svých EV jisti, že zaplatí správnou částku, tedy dle principu „platím jen za to, co dostanu“? Jak také budou velcí provozovatelé nabíjecích míst ověřovat, že jejich infrastruktura dodržuje nařízení, pokud jde o prodej elektřiny koncovým uživatelům, zejména pak v případě DC? A jaká opatření budou podobně muset učinit subjekty, jako jsou supermarkety, městské huby či depa pro e-trucky, aby výhledově zajistily, že jejich nabíjecí systémy koncovým uživatelům nebo i firmám (třetím stranám) účtují přesně a vše je pod kontrolou?

Měření energie

Stručná odpověď zde spočívá v měření energie. Pokud se použije v průběhu nabíjení, dokáže pro koncové uživatele a třetí strany zajistit poctivé a transparentní řešení, které umocňuje jistotu a podporuje důvěru v nově přijímané technologie. Je zárukou toho, že jednotlivcům bude při dobíjení účtována skutečně spotřebovaná energie, kterou měříme v kilowatthodinách, resp. jednotkách kWh. Dohled nad komerční směnou elektřiny pak společně s metrologickými standardy chrání nejen majitele EV, ale také vlastníka nabíjecí infrastruktury, kteří tak monitorují úrovně výkonu a mohou se na ně samozřejmě i spolehnout.

Pokud jde o metrologii, smyslem legislativy je ubezpečit všechny zúčastněné strany o důvěryhodnosti příslušných měření. Zařízení, která máme takto regulována, jsou přitom součástí každodenního života. Použijí se, když pijeme vodu, jíme ovoce, odebíráme elektřinu v našich domácnostech, plníme nádrže s vodíkem, provozujeme tradičně poháněná vozidla a také v řadě dalších případů. Metrologicky ověřené výsledky jsou základem pro veškeré transakce, které obnáší vážení a měření, přičemž proces přenosu energie mezi rychlými DC nabíječkami a EV využije stejného principu. Bude to dávat smysl nejen pro veřejnou nabíjecí infrastrukturu, ale i v případě neveřejných míst, kde několik subjektů použije účtování vycházející ze skutečné spotřeby energie.

V jednotlivých regionech jsou proto v účinnosti směrnice a standardy zajišťující shodu při zavádění infrastruktury rychlého DC nabíjení. V Evropě obsahuje legislativní balíček „Fit for 55“ směrnici AFIR (Alternative Fuel Infrastructure Directive), která stanovuje pravidla pro jednoduché využití a zajištění typizovaných služeb v celé EU, a to včetně zavedení plateb za dobíjení EV odvozených od spotřeby v kWh. Ve Spojených státech bude program NEVI (National Electric Vehicle Infrastructure) podobně zahrnovat pravidla pro financování rozvoje infrastruktury rychlého DC nabíjení, kdy budou dodržovány stejné požadavky, pokud jde o platbu za spotřebu v kWh.

Ale nejen to. V zájmu provozovatelů nabíjecích stanic je minimalizace energetických ztrát v průběhu nabíjení, takže účtování po kWh stimuluje i vývoj účinnějších technologií pro nabíjení. To se pak promítá do celkového přínosu pro komunitu vystavěnou okolo EV. V praxi se jako základ pro výpočet výsledné ceny za rychlé nabíjení v souladu s metrologickými regulemi použijí kWh. Zároveň se ale může uplatnit i časové hledisko a jeho cena, pokud zůstane EV u nabíječky zaparkováno poté, co již bylo zcela nabito (řidiče to alespoň odradí od zbytečného blokování místa).

Představa stojící za nasazením DC měření energie u rychlých nabíječek spočívá v tom, že k přesnému měření elektrické energie musí docházet stejnosměrně na rozhraní mezi nabíječkou a EV. To znamená, že změřená hodnota v kWh přesně odpovídá energii, kterou při nabíjení vozidlo i odebere. Koncový uživatel proto nebude platit za žádné ztráty spojené s konverzí napájení či zapříčiněné elektroinstalací, které samozřejmě nedokáže ovlivnit. Měření energie má za všech podmínek na starosti robustní a precizní hardware, přičemž data jsou chráněna před jakoukoli modifikací a dále odesílána poskytovatelům služby e-mobility, kteří jsou nakonec zodpovědní za výpočet výsledné částky a také celý proces účtování.

K zajištění správné implementace samotného měření, včetně jeho ochranných mechanismů, zde pro návrh i výrobu měřicího zařízení existují standardy a směrnice. Zahrnuje to direktivu MID 2014/32/EU, která na evropské úrovni vysvětluje základní požadavky, pokud jde o měření činné energie, stejně jako specifické národní náležitosti v zemích, jako je Německo (Eichrecht) či Francie (Décision n° 22.00.570.001.1). Pro značný počet laboratoří a regulačních orgánů však bude koncept DC měření stále něčím novým.

Začlenit ano, ale hladce

Když bylo průmyslové odvětví s EV v rané fázi, poplatky za nabíjení se odvíjely od stráveného času, takže řidiči platili za dobu trvání příslušné relace. Účtování díky tomu nemohlo zůstat férové, protože záviselo na rychlosti nabíjení nabízené ze strany EV a také nabíječek. Současný trend každopádně spočívá v přijetí cenotvorby vycházející z kWh, která odráží skutečně spotřebovanou energii. Pokud tedy mají vlastníci EV k dispozici přesná data v reálném čase, dokážou lépe chápat konkrétní procesy nabíjení a lépe se přitom rozhodovat s ohledem na jeho cenu.

Pro stanovení ceny, která skutečně odpovídá spotřebě v kWh, je nutné do nabíječek pro EV jednoduše začlenit příslušné certifikované systémy sloužící k měření energie. Společnost LEM je v oblasti nabíjení EV klíčovým hráčem, který staví na svých odborných znalostech a také odkazu spojeném s měřením elektrických veličin, takže dokáže v tomto specifickém případě nabídnout i řešení pro DC měření energie šitá přímo na míru. Firma LEM sehrála hlavní roli v postupujícím DC měření energie, když intenzivně a také úzce spolupracovala s regulačními orgány a výrobci rychlých nabíječek pro EV. Byla zároveň průkopníkem při uplatňování a podpoře osvědčení, jako je MID 2014/32/EU pro DC (dosaženo certifikace, pokud jde o kalibrační regule na francouzském a německém trhu). Řešení od společnosti LEM navíc poskytují rychlou odezvu, aby tak vyhověla potřebám trhu v Severní Americe. Přináší totiž špičková řešení, která splňují požadavky certifikace CTEP pro všechny DC rychlé nabíječky EV.

Jako přední hráč ve zmíněné oblasti, která se teprve vyvíjela, dokázala firma LEM zjistit, resp. odlišit veškeré nově vznikající potřeby zákazníků a také shromáždit drahocenná obchodní data, takže se stala i první společností, která pro rychlé nabíjecí stanice vyvinula DC měřidlo za účelem vyúčtování odběru. Uvažovala dokonce s takovým předstihem, že navázala silné partnerství s několika hlavními regulačními orgány, aby mohla důkladně probrat směrnice, které v té době ještě nebyly vůbec zavedené do praxe. Vzhledem k tomu, že Evropa stála v otázkách regulací v čele, začala společnost LEM postupně u evropských standardů a také standardů pro jednotlivé země. Každý z trhů měl totiž svá vlastní specifická pravidla i požadavky.

Firemní sortiment měřidel typu DCBM (direct current billing meter) umožňuje provozovatelům stanic EVCS (electric vehicle charging station) nabízet koncovým uživatelům požadované nabíjení založené na spotřebě v kWh. Aby se dále zjednodušil proces integrace do složitých a modulárních rychlých nabíječek pro EV, přichází taková měřidla s displejem, který zobrazuje měření v reálném čase, energii a také oficiální data. DCBM se uplatní při modernizaci stávajícího vybavení, stejně jako u nových rychlonabíjecích DC stanic dodávajících až 600 A a 1000 V DC, kde také zajistí bezpečnou komunikaci, spolehlivé účtování, snadnou propojitelnost s dalšími systémy v pozadí nebo rychlejší proces certifikace ve shodě s metrologickými předpisy.

Stejně jako je tomu v případě Eichrecht a směrnice MID 2014/32/EU, francouzské regule n° 22.00.570.001.1, vyhovují měřidla DCBM požadavkům EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20.1, CISPR32 Class-B emission, IEC 62052-11:2003, IEC 61000-6-2:2016, IEC 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 No. 61010-1 a UL94-V0. Znamená to, že DCBM jsou certifikována pro nasazení v Evropě a Severní Americe.

Spravedlivé, poctivé i transparentní

Zmíněná DC měřidla jsou nezbytná k tomu, abychom zajistili účtování pro rychlé stejnosměrné nabíjení EV, které bude spravedlivé, férové a také transparentní. Jedná se přitom o jediný způsob, jak uživatelům EV a také třetím stranám zajistit, že obdrží za účelem vyúčtování přesné, oficiálně regulované a spolehlivé měření energie. Zároveň se postarají o to, aby globální rychlonabíjecí infrastruktura pro EV fungovala i v budoucnosti, když dojde ke změně požadavků. Ve výsledku proto mohou zákazníci firmy LEM bez námahy implementovat nabíjení vycházející z kWh a soustředit se spíše na složitý proces budování a dalšího rozšiřování infrastruktury.

První DC měřidla spotřeby energie na trhu s konceptem děleného modulu (v patentovém řízení), která umožňují kompaktní a flexibilní řešení, DCBM od firmy LEM, sestávají z bloku snímače, který změří toky energie v obou směrech, napětí, proud nebo i teplotu na vedení, zatímco budou zmíněné hodnoty bezpečně odeslány měřicí jednotce. Ta poté příchozí změřená data zpracuje, spravuje nabíjení, včetně formátů, a potvrzuje i pravost údajů, takže máme důvěryhodné výsledky a lze konečně přistoupit k vyúčtování.

Rostoucí počet organizací, které mají v úmyslu zřídit pro koncové uživatele či vozové parky nabíjecí stanice sledující spotřebu v kWh, nyní zjišťuje, jak důležité je používat certifikované systémy k měření energie, když budujeme nabíjecí infrastrukturu pro elektrovozidla. Společnost LEM, která nejprve nabízí dvě varianty DCBM pro 400 nebo také 600 A, má zmíněné produkty napříč Evropou hojně rozšířené. Hrají zde totiž klíčovou roli při podpoře nabíjení založeného právě na měření v kWh. Poplatně svému neutuchajícímu novátorskému přístupu výrobce nedávno přišel s obousměrným (V2G) 80A měřidlem DCBM 100 pro cílové DC nabíjecí aplikace s rozsahem 30 kW (a certifikací získanou pro MID a Eichrecht). Jako společnost, která svou nabídku produktů vždy přizpůsobila tak, aby odpovídala potřebám zákazníků a splňovala i rozvíjející se metrologické předpisy, budou také zmíněná kompaktní měřidla zajišťovat snadné propojení s cloudovými službami, stejně jako rychlejší proces certifikace ve shodě s veškerými relevantními standardy.

Podtrženo sečteno, účtování založené na měření v kWh je spravedlivé. Bude zároveň zcela zásadní pro úspěšné vybudování spolehlivé infrastruktury zajišťující elektrovozidlům DC rychlonabíjení, takže nakonec zajistíme stabilní služby – v různých zemích a také s rozšířenou transparentností. Koncoví uživatelé či třetí strany mohou zase důvěřovat, že k vyúčtování nabíjení dochází jednotně a zabezpečeným způsobem, přičemž data, se kterými přichází do styku, nepřestávají být přesná a také aktuální. Jedině tehdy, když provozovatelé nasadí nejrobustnější certifikovaná řešení, mohou dále rozšiřovat nabíjecí infrastrukturu tempem, které dokáže udržet krok s rychle rostoucími požadavky.