Sähköautojen julkiset latausratkaisut haja-asutusalueilla

Abstract

Liikenteessä olevat ajoneuvot tuottavat merkittävän osuuden Suomen kasvihuonepäästöistä. Kasvihuonepäästöjen kasvu kiihdyttää ilmaston lämpenemistä ja ilmaston lämpenemisen hillitseminen vaatii liikenteen sähköistämistä. Liikenteessä olevien sähköautojen yleistyminen vaatii puolestaan laajan latausinfrastruktuurin rakennuttamista ympäri Suomen. Latausinfrastruktuurin laajentaminen kuormittaisi nykyisiä sähkönsiirtoverkkoja sähköverkon haja-asutusalueilla. Tehokkaille latausasemille soveltuvat ison teholuokan sähköliittymien hinnat ja sähkön siirtohinnat ovat yleisesti suurempia haja-asutusalueella kuin kaupunki- ja taajama-alueilla.

Tässä diplomityössä käydään läpi laaja teoriaosuus sähköautoista ja niiden latauksesta. Työn tutkimusosiossa tarkastellaan sähköverkon, hajautetun energiajärjestelmän ja älykkäiden latausratkaisujen toimintaa sähköauton suurteholatausaseman rinnalla. Tutkimus keskittyi tarkkailemaan latausaseman toimintaa eri kokoisilla sähköliittymillä, hajautetuilla energiajärjestelmillä ja älykkäillä latausratkaisuilla. Latausaseman toimintaa pystyttiin tarkkailemaan sille tehdyllä simulointiympäristöllä taulukkolaskentaohjelman sisällä. Erilaisista sähköliittymistä, hajautetuista energiajärjestelmistä ja älykkäistä latausratkaisuista laadittiin kustannuslaskelmat viiden vuoden investointiajalta. Kustannuksissa vertailtiin investointi-, elinkaari- ja käyttökustannuksia. Kustannuslaskelmat tehtiin myös taulukkolaskentaohjelmalla. Kustannuslaskelmien laatimisessa toimi yhteistyössä neljä sähkönsiirtoverkkoyhtiötä, joiden avulla kustannuslaskelmat pystyttiin suorittamaan luotettavasti. Tutkimus suoritettiin energiayhtiön latausoperaattoritoiminnan näkökulmasta, joten tutkimuksessa tarkasteltiin, minkälaisia liiketoimintamahdollisuuksia sähköautojen latauksella olisi haja-asutusalueilla.

Taulukkolaskennalla suoritettujen simulointien tulokset ja kustannukset osoittivat, että suureen sähköliittymään investointi ei ole tuottava tai kustannustehokas ratkaisu haja-asutusalueilla sijaitsevissa sähkönsiirtoverkoissa. Kaikista tuottavin ja kustannustehokkain energiaratkaisu vaihteli riippuen haja-asutusalueen sijainnista, mutta sähköliittymien hintojen ja siirtohintojen kasvaessa hajautettujen energiajärjestelmien kannattavuus latausaseman rinnalla kasvoi. Työn tulokset osoittavat, että hajautetun energiatuotannon ja älykkäiden latausratkaisujen käyttö sähköautojen latausasemien rinnalla voi säästää latausaseman käyttö- ja elinkaarikustannuksissa ja mahdollistaa isoa sähköliittymää suuremman tuoton latausaseman investointiaikana.

Sähköautot yleistyvät liikenteessä jatkuvasti. Latausnopeudet- ja tehot kasvavat uusien sähköautojen kehittyessä ja akkujen sekä sähköautojen hinnat laskevat samalla. Tämän myötä kysyntä sähköautojen lataukselle kasvaa myös. Kehitys on nopeaa ja siksi olisi tärkeää arvioida suurteholatausasemien toteutustapoja haja-alueilla tulevaisuudessa uudelleen.

Vehicles in transport produce a significant amount of greenhouse gas emissions in Finland. The amount of increased greenhouse gas emissions is accelerating global warming. Control of global warming requires electrification of transport, but electric transport requires an extensive charging infrastructure throughout Finland. The modern electric grid of Finland would face abnormally large loads in scattered areas due to charging of electric vehicles. High-power charging applications require a large electrical grid connection and transfer high amounts of electrical power. Pricing of large electrical grid connections and electrical power transmission are higher in scattered areas when compared to city and urban areas.

This thesis includes a comprehensive theoretical background on electric vehicles and electric vehicle charging. Research part of the dissertation examines the operation of the electric grid, distributed generation technologies and smart charging solutions that operate alongside electric vehicle high-power charging station. The research is focused on monitoring the operation and cost of the charging station with these solutions. Monitoring of the charging station was made by creating a simulation environment for the charging station by a spreadsheet computation software. Cost calculations were carried out for these solutions over a five-year investment period. Costs include investment, life cycle and operating costs. This thesis was supported by four electricity distribution network operators that offered important information for carrying out cost calculations. The study was conducted from the perspective of an energy company as a charging point operator and the study examined business opportunities of charging electric vehicles in scattered areas.

Results and costs of the simulations and calculations showed that investing in large electric grid connections for electric vehicle high-power charging station is not productive or cost-effective in scattered areas. The most productive and cost-effective solution varied depending on the electrical grid connection and electrical power transfer pricing. The higher the pricing of grid connection and power transfer was the more productive it would be to install distributed generation technologies or implement smart charging solutions alongside the electric vehicle charging station.

Electric vehicles are increasing in transportation. Charging power and speed will also in-crease and as electric vehicles develope, prices of batteries and electric vehicles will decrease. The demand for electric vehicles is also increasing and high-power charging stations will be needed in the future. Development of electric vehicles and its charging business is developing fast. It would be useful to evaluate this study again in the future.