Undersökning av möjligheter att förse en kundparkering med laddstationer för elbilar

EXAMENSARBETE

Undersökning av möjligheter att förse

en kundparkering med laddstationer för

elbilar

Förord

Examensarbetet utförs på uppdrag av Högskolan Väst och omfattar 15 hp på programmet Högskoletekniker elkraft 120 hp. Författarna Simo Ouallou och Steven Yakob har under arbetets gång bidragit till lika stor del till rapportens färdigställande. Simo Ouallou har haft huvudansvar för kapitel 2, 4 och 5 medan Steven Yakob ansvarade för kapitel 1,3 och 6. Arbetet har utförts till största del hemifrån på grund av Covid 19 förutom vid vissa tillfällen då skolans lokaler används.

Ett stort tack till vår handledare på Högskolan Väst Evert Agneholm för all handledning samt vår examinator Lars Holmblad för vägledning och stöd med det akademiska skrivandet. Vi tackar också alla leverantörer som kontaktades för hjälp gällande deras lösningar och produkter.

Simo Ouallou Steven Yakob

Sammanfattning

För att nå klimatmålet och minska koldioxidutsläppen har elektrifiering av transport och försäljning av laddbara fordon ökat snabbt de senaste åren. För att möta utvecklingen måste en tillgänglig laddinfrastruktur förberedas. Rapporten undersöker principer för installation av publika laddstationer vid en stormarknad och ger förslag på laddstationer som kan användas. 19 Semisnabbladdare med dubbla uttag och en effekt på 22 kW placeras tillsammans med fyra snabbladdare med dubbla uttag och 50 kW effekt i en parkering som tillhör Bäckebols köpcentrum som ligger på Hisingen i Göteborg.

Anläggningen dimensioneras för både den maximala effekten (alternativ 1) som beräknas till 1236 kW och även för en reducerad effekt med hjälp av lastbalansering (alternativ 2) som sammanlagras till 741 kW. Lastbalansering används för olika anledningar men främst för att skydda systemet från överbelastning och minimera kostnader för nätanslutning genom att minska på säkringsbehovet. Högspänning samt lågspänningskablar av PEX isolering och aluminium ledare, dimensioneras med tillhörande säkringar och kontrolleras med hänsyn till belastningsförmåga och utlösningsvillkoret utifrån lämpliga standarder. En 4x50 mm² kabel valts till semisnabbladdarna och avsäkras med en 63 A säkring. Matning av snabbladdstationer genomförs med en 4x95 mm² och säkras med en 125 A. Nätstationen placeras så nära laddstationer så möjligt för att undvika höga kostnader vid schaktning och kabelförläggning.

Kostnaden för investeringen redovisas för båda alternativen och omfattar både laddstationerna och elnätet. Alternativ 1 har en total investeringskostnad på 3, mkr och en återbetalningstid på 6,6 år. För alternativ 2 med en total grundinvestering på 2,3 mkr blir återbetalningstiden 5 år. Kostnaderna redovisas med hänsyn till investeringsstödet från Naturvårdsverket som begränsas till 15 000 kr/uttag. Intäkterna kan variera beroende på antal besökare medan kostnaderna kan omfatta andra tjänster såsom debitering och underhåll.

Undersökningen bygger på olika antaganden och enligt författarna så bör dimensioneringen utföras med lastbalansering för att minska på kostnader för investeringen samt för att skydda anläggningen mot överlast. En lönsam och effektiv laddlösning för kunderna kräver en övergripande analys av kundflödet i köpcentrumet samt en utvärdering av olika leverantörer som finns på marknaden.

Datum: 2021-02-07

Författare: Simo Ouallou, Steven Yakob Examinator: Lars Holmblad

Handledare: Evert Agneholm (Högskolan Väst) Program: Högskoletekniker, elkraft, 120 hp Huvudområde: Elektroteknik

Summary

To achieve the climate goal and reduce carbon dioxide emissions, electrification of transport and sales of rechargeable vehicles has increased rapidly in recent years. To meet the development, an available charging infrastructure must be prepared. The report examines the principles for installing public charging stations at a supermarket and provides suggestions for charging stations that can be used. 19 Semi-fast chargers with double sockets and an output of 22 kW are placed together with four quick chargers with double sockets and 50 kW power in a car park belonging to the Bäckebol’s shopping center on Hisingen in Gothenburg.

The installation is dimensioned for both the maximum power (alternative 1) which is calculated at 1236 kW and also for a reduced power with the help of load balancing (alternative 2) which is combined to 741 kW. Load balancing is used for various reasons but mainly to protect the system from congestion and minimize costs for network connection by reducing the need for security. High and low voltage cables made of PEX insulation and aluminum conductor, dimensioned with associated fuses, and checked with regards to load capacity and tripping condition based on suitable standards. The power station is placed as close to charging stations as possible to avoid high costs during excavation and cable laying. The station contains a transformer whose size varies depending on the power it needs to be dimensioned for.

The cost of the investment is presented for both alternatives and includes both the charging stations and the electricity grid. Alternative 1 has a total investment cost of SEK 3 million and a repayment period of 6.6 years. For alternative 2 with a total basic investment of SEK 2.3 million, the repayment period will be 5 years. The costs are reported with regards to the investment support from the Swedish Environmental Protection Agency, which is limited to SEK 15,000/Charging point. Revenue may vary depending on the number of visitors while costs may include other services such as billing and maintenance.

The study is based on various assumptions and according to the authors, the project should be performed with load balancing to reduce costs for the investment and to protect the plant against overload. A profitable and efficient charging solution for customers requires an overall analysis of the customer flow in the shopping center as well as an evaluation of various suppliers in the market.

Date: February 07, 2021

Author(s): Simo Ouallou, Steven Yakob Examiner: Lars Holmblad

Advisor(s): Evert Agneholm (University West)

Programme name: Higher Education Technician, Electric Power Technology, 120 HE credits Main field of study: Electrical engineering

Innehåll

2 Laddbara fordon och elbilsladdning 3 2.1 Elbilstyper ... 3

2.1.1 Hybrid ... 3

2.1.2 Helelektriska bilar ... 3

2.2 Antal elfordon i Sverige ... 3

3 Elbilsladdning och laddinfrastruktur 5 3.1 Regelverk ... 5

3.2 Laddinfrastruktur i Sverige ... 5

3.3 Laddkontakter och säkerhetsklasser ... 6

3.3.1 Laddkontakter ... 6

3.3.2 Säkerhetsklasser ... 7

3.4 Laddeffekt och laddhastighet... 8

3.4.1 Normalladdning ... 8

3.4.2 Semisnabbladdning ... 8

3.4.3 Snabbladdning ... 8

3.4.4 Lastbalansering ... 8

3.5 Möjligheter till investeringsstöd... 9

3.6 Principer för elförsäljning ... 10

4 Förutsättningar för studien 11 4.1 Beskrivning av parkeringen ... 11

4.2 Beräkning av effektbehov ... 11

5 Beskrivning av elanläggningen 13 5.1 Val och placering av laddstationer ... 13

5.2 Placering och dimensionering av nätstationen ... 13

5.3 Dimensionering av 10 kV kabel ... 14

5.3.1 Alternativ 1: utan lastbalansering ... 14

5.3.2 Alternativ 2: med lastbalansering ... 15

5.4 Dimensionering av lågspänningskablar ... 15

5.4.1 Kablar mellan nätstation och kabelskåp... 16

5.4.2 Kablar mellan kabelskåp och semisnabbladdare ... 17

5.4.3 Kablar mellan nätstation och snabbladdare ... 18

6 Materialsammanställning och kostnadsberäkning 19 6.1 Förslag på laddstationer ... 19

6.2.1 Alternativ 1 ... 19

6.2.2 Alternativ 2 ... 21

6.3 Den totala investeringskostnaden för projektet ... 21

6.4 Andra kostnader ... 21

6.5 Debiteringssystem och lönsamhetsberäkning ... 22

6.5.1 Debiteringssystem ... 22

6.5.2 Intäkter ... 23

6.5.3 Kostnader ... 23

6.5.4 Återbetalningstid enligt Pay-back metoden ... 23

7 Diskussion 25

8 Slutsats 27

1

Inledning

Efterfrågan på laddbara fordon har ökat markant i Sverige de senaste åren. Enligt Elbilsstatistik, har nybilsförsäljningen av laddbara bilar ökat med nästan 65 % under 2020 [1]. En stor ökning av laddbara fordon gör att behovet för en väl planerad och tillgänglig laddinfrastruktur ökar dramatiskt.

1.1

Bakgrund

För att möta efterfrågan på laddbara fordon har flera lösningar tagits fram med syfte att öka tillgängligheten av elbilsladdning. Installation av laddboxar i anslutning till elbilsägarnas hem och laddstationer på kundparkeringar är exempel på sådana lösningar. På kundparkeringarna har laddstationer installerats som möjliggör laddningen av bilen mot en förutbestämd avgift. Även om publik laddning utgör en mindre andel av elbilsladdning, då huvuddelen utförs hos privatpersoner, är det ett viktigt komplement för att öka laddmöjligheterna, tryggheten och förtroendet för elbilar. Det leder i sint tur till att man bidrar till en ökad andel elfordon. Rapportens fokus är publik laddning och syftar till att redovisa och utreda principer av elbilsladdning på en kundparkering vid ett köpcentrum.

1.2

Syfte

Rapporten är en fallstudie som avser undersöka och utreda tillvägagångssättet när det gäller dimensionering och planering av laddstationer på en kundparkering vid ett köpcentrum. Studien inkluderar även en ekonomisk analys för att utreda projektets kostnader och intäkter.

1.3

Problembeskrivning

Parkeringen som ingår i studien tillhör Bäckebols köpcentrum på Hisingen i Göteborg. I rapporten ska laddstationer med dubbla uttag dimensioneras och placeras på utvalda platser på parkeringen. Projektet fokuserar på två olika alternativ för dimensionering av anläggningen. Ett alternativ är att systemet ska dimensioneras utifrån den maximala effekten. Det vill säga när alla bilar laddar med maxeffekt samtidigt. Det andra alternativet handlar om att dimensionera för lastbalansering. Matningen av laddstationer ska säkerställas med en 10/0,4 kV transformator som ska placeras 300 meter ifrån ett befintligt 10 kV ställverk. Transformatorn samt den 300 meter långa 10 kV kabeln ska därför dimensioneras. Den ekonomiska analysen inkluderar projektets totala kostnader och intäkter. Rapporten avser undersöka följande frågeställningar:

• Vad för typer av laddningsstationer bör finnas?

• Hur kommer fördelningen av laddstolpar på parkeringsplatsen se ut? • På vilket sätt ska matningen till laddstolparna säkerställas?

• Vad blir den totala kostnaden för respektive alternativ enligt ovan? • Hur ska debitering säkerställas?

• När beräknas grundinvesteringen vara återbetald?

1.4

Avgränsningar

Fallstudien genomförs inte på uppdrag av Bäckebol köpcentrum eller det lokala nätbolaget Göteborg energi utan är en principstudie som använder kundparkeringen på platsen som utgångspunkt. Arbetet tar inte hänsyn till redundansen i systemet eftersom den kommer att påverka projektets totala kostnad negativt. Arbetet avgränsas till laddbara personbilar och inkluderar inte stora elfordon såsom bussar och lastbilar. Vid dimensionering av elnätet kommer inte 10 kV fack samt skydd i utgående 10 kV att dimensioneras.

2

Laddbara fordon och elbilsladdning

2.1

Elbilstyper

De typer av laddbara elbilar som finns på marknaden är hybrider och helelektriska bilar. Nedan följer en beskrivning av de olika modellerna.

2.1.1 Hybrid

Hybridbilar omfattar både laddhybrider och elhybrider och båda drivs med två motorer, en elmotor och en förbränningsmotor. Skillnaden mellan el- och laddhybrider är att laddhybridernas batteri kan laddas från elnätet, till skillnad från elhybridens batteri som laddas med hjälp av förbränningsmotor och inbromsningar. Dagens laddhybrider och elhybrider har ett betydligt mindre batteri jämfört med en helelektriskbil, därför har de en kortare körsträcka jämfört med rena elbilar. [2]

2.1.2 Helelektriska bilar

Elbilar brukar drivas med en eller flera elmotorer som matas från ett batteri. Batteriet laddas från ett elnät och har en storlek som varierar från bil till bil. Elbilar har ingen förbränningsmotor och därför släpper de inte ut några avgaser och förorenar därför inte den lokala miljön som en fossildriven bil gör. Elbilar har även ett lägre bidrag till koldioxidutsläpp, och därmed lägre bidrag till den globala uppvärmningen, jämfört med fossilbilar. Enligt studier från Transport and Environment så har elbilar i Europa tre gånger lägre koldioxidutsläpp jämfört med bränsledrivna bilar [3]. Elbilar har en räckvidd som beror på storleken på batteriet, hur man kör bilen samt hur mycket bilens luftkonditionering och värmesystem används. Elbilar förbrukar allt mellan 1,2–2,5 kWh/mil beroende på väderlek och hastighet. Dagens elbilar kan med en 100 % eldrift köras minst 120 km, innan batteriet behöver laddas igen. För rena elbilar varierar den praktiska räckvidden beroende på modell. Ett exempel på en längre räckvidd är Tesla modeller som har en praktisk räckvidd på 200– 400 km. Bilens batteri är den tyngsta delen i bilen och väger mellan 200 och 500 kg. [2][4][5]

2.2

Antal elfordon i Sverige

2012 fanns det bara några hundra laddbara personbilar i Sverige. I december 2020 var antalet 179 000, varav 56 000 rena elbilar [6]. Det innebär att efterfrågan under en åtta års period har ökat drastiskt. Av Figur 2.1 framgår utvecklingen av laddbara personbilar i Sverige mellan 2012 och 2020 [6].

Figur 2.1: Laddbara bilar i Sverige 2012–2020. Återgiven med tillstånd år 2020. Datakälla: Elbilsstatistik [6].

BEV är en förkortning för det engelska namnet Battery Electric Vehicle som redovisas för både PB (Personbilar) och LB (lättlastbilar). PHEV står för Plug-in Hybrid Electric Vehicle. Laddbara bilar utgör tre procent av personbilsflottan. I västra Götaland finns det 23 051, vilket utgör ca 14 procent av det totala antal laddbara bilar i landet [1][6].

3

Elbilsladdning och laddinfrastruktur

3.1

Regelverk

Planeringen av en anläggning för elbilsladdning kräver en omfattande undersökning om vilka tillstånd som måste skaffas. Bygglov för laddstationer för normal- och semisnabbladdning krävs inte i de flesta kommunerna men när en snabbladdare ska installeras så krävs bygglov1 för det eftersom stationen förses med väderskydd och ett stort fundament. I Sverige utförs installation av laddstationer med hänsyn till olika regler som redovisas i Elinstallationsreglerna SS 436 40 00 [7]. Enligt Elinstallationsreglerna ska en laddstation utformas så att den skyddas från elchock i form av överspänningar eller jordfelströmmar. En jordfelsbrytare ska installeras vid varje laddstation, enligt avsnitt 722.531.2 och även ett överspänningsskydd i det matande systemet, enligt avsnitt 722.443. Laddstationen måste också skyddas från yttre påverkan. Enligt avsnitt 722.512.2 i standarden ska kapslingsklassen mot vatten vara av typ IPX3 och mot fasta främmande föremål IP4X. För laddstationer som placeras i en offentlig parkering ska systemet skyddas mot mekanisk påverkan som har en säkerhetsklassning på minst nivå IK07. [7]

3.2

Laddinfrastruktur i Sverige

I Sverige finns det cirka 11 000 laddpunkter som är utspridda runtom i hela landet [1]. Laddpunkterna är fördelade på laddstationer med olika effekt och kontakttyper. Laddstationer registreras på olika laddningsguider såsom uppladdning.nu och laddinfra.se för att göra det enkelt för elbilsägare att hitta den närmaste laddstationen. Figur 3.1 visar utvecklingen av laddpunkter mellan 2017 och 2020 [6].

Figur 3.1: Laddpunkter i Sverige 2017–2020. Återgiven med tillstånd år 2020. Datakälla: Elbilsstatistik [6].

3.3

Laddkontakter och säkerhetsklasser

3.3.1 Laddkontakter

Det finns olika kontakter för laddning av elbilar beroende på typ av bil, laddningseffekt och bilensbatteri. I Sverige finns två standardkontaktdon för växelströmsladdning mellan bilen och laddkabeln, Typ 1 och Typ 2 kontakt.

Typ 1 används för laddning med enfas upp till 32 A, dock är den på väg att fasas ut då laddningen utförs endast med enfas. Typ 1 har kommunikationsegenskaper som gör att bilar laddas på ett säkert sätt.[8]

Typ 2 kontakt kan ladda med en strömstyrka upp till 70 A enfas eller 63 A trefas. Kontakten blev standard i Europa från och med 2017 eftersom den är utvecklad för kommunikationen mellan bilen och laddstationen för att laddningen ska säkerhetsställas. [8][5]

För höga effekter används CHAdeMO som är en japansk laddkontakt som kan överföra höga effekter upp till 100 kW. Strömstyrkan kan gå upp till 120 A likström, därför sker en kontinuerlig kommunikation mellan laddstationen och bilen för att inte överbelasta batteriet. En annan kontakt som är avsedd för snabblladdning med både växel och likström är Combo 2 eller CCS. Kontakten är en kombination mellan Typ 2 kontakt och en extra kontakt för

likströmsladdning. Effektladdning varierar mellan 43 kW för växelströmsladdning och upp till 200 kW för likströmsladdning. Standarden i Europa är att varje snabbladdare ska ha minst i CCS-uttag på laddstationen. [8][5] Tabell 3.1 visar olika kontakdon och deras möjliga användningsområden.

Tabell 3.1: Kontaktorerna och deras användningsområde [8].

Laddningstyp/Kontakt Typ 1 Typ 2 CHAdeMO Combo 2

Normalladdning X X X Semisnabb AC X X X X Semisnabb DC X X X Snabb AC X X X Snabb DC X X X 3.3.2 Säkerhetsklasser

Modes är namnet som beskriver säkerhetsnivån vid laddning av en elbil från en laddstation.

Enligt de internationella och svenska standarderna ska säkerheten vid laddningen säkerställas för skyddsändamål.

Säkerhetsklass 1 omfattar en laddning upp till 16 A från ett vanligt uttag, enfas eller trefas och saknar skydd mot överhettning och jordfel. Kommunikationen mellan bilen och uttaget saknas helt och då förutsätts att elinstallationen klarar laddningen. [8][5]

Säkerhetsklass 2 är en förbättring av Mode 1 och har utvecklats så att kommunikationen mellan bilen och ladduttaget säkerställs med hjälp av EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) som är inbyggd i kabeln [7][8]. Denna teknik säkerställer att både uttaget och bilen delar information om strömstyrkan och batteriets tillstånd innan den börjar laddas. Mode 2 har en maximal strömstyrka på 32 A. [8]

Säkerhetsklass 3, som är standard i Sverige, har samma egenskap som Mode 2 när det gäller kommunikationen men är utvecklad för att minska belastning på elsystemet genom att ladda bilen när det inte förbrukas mycket energi i anläggningen. Laddningen genomförs med enfas 230 V eller trefas 400 V och strömstyrkan kan gå upp till 64 A. Säkerheten höjs genom att smarta laddboxar används med inbyggd EVSE och jordfelsbrytare som gör det möjligt för bilen att laddas med hög säkerhet. [8]

Den sista är Säkerhetsklass 4 som används vid snabbladdning med likström. Effektens storlek varierar mellan 20 och 125 kW. Laddningssäkerhet övervakas med batteriets inbyggda BMS (Battery Management System) som ser till att batteriet laddas med rätt effekt och på rätt sätt. [7][8] Mode 4 anses ha den högsta säkerhetsnivån på marknaden [9].

3.4

Laddeffekt och laddhastighet

Det finns olika faktorer som påverkar hur snabbt ett elbilsbatteri laddas. Det första är själva bilen och dess begränsningar. Det vill säga batteriets egenskaper och elektroniken i form av OBC (On Board Charger) som har en viss laddningsstyrka. En annan viktig faktor är temperaturen i själva batteriet samt utetemperaturen. På vinter tar det vanligtvis längre tid att ladda bilen än på sommaren. Hur lång tid det tar att ladda bilen beror också på laddstationens eller laddboxens effekt. [5][8][9] En beskrivning av de olika laddningseffekterna kartläggs nedan.

3.4.1 Normalladdning

Normalladdning är vanligast hos villaägare och bostadsrättsföreningar där elbilsägare laddar sina bilar över natten eller under dagen för en längre tidsperiod. Den kan även förekomma på arbetsplatser och vissa publika laddstationer. Normalladdning motsvarar upp till 3,7 kW laddningseffekt. Laddtiden kan variera mellan 6–12 timmar och genomförs vanligtvis med 230 V/16 A. Laddningstiden påverkas mycket av bilmodellen och batteriets storlek. [8][9]

3.4.2 Semisnabbladdning

Semisnabbladdning är vanlig förekommande i publika miljöer såsom större köpcentrum och besöksattraktioner. Syftet är att kunden får möjlighet att ladda sin bil under sin vistelse som beräknas till ca en till två timmar. Laddeffekten varierar mellan 7 och 22 kW och avser laddning med enfas och trefas. Tiden det tar att ladda en elbil varierar beroende på olika faktorer såsom batteriets storlek och batteriets inbyggda laddare On Board Charger (OBC) som begränsar effektuttaget. Laddning av en elbil med en semisnabbladdstation gör att batteriet laddas till 80 % på en tidsintervall på 1-3 timmar. [5][8]

3.4.3 Snabbladdning

Snabbladdning laddar bilens batteri på kortare tid än övriga laddningstyper. Tekniken anses vara en räckvidsförlängare vid längre resor. Tiden det tar att ladda batteriet beror på bilens modell och batteriets kapacitet, men tumregeln är att återladdning ska nå 80 % på mindre än 30 minuter därav namnet räckvidsförlängare. [5] Effekten överförs till batteriet med hjälp av en extern likströmsladdare som är inbyggd i laddstationen. Laddningseffekt är upp till 50 kW men tack vare utvecklingen har laddstyrkan ökat till 150 kW (Version 1.2 av CHAdeMO) och beräknas öka till 350–400 kW i framtiden. [5][10] Snabbladdning stödjer både AC och DC laddning, men det krävs att bilen utrustas med CHAdeMO eller CCS laddkontakter [8].

3.4.4 Lastbalansering

Lastbalansering möjliggör att laddningen av elbilar anpassas efter anläggningens belastning och tillgänglig effekt. Tekniken används av olika anledningar som exempelvis för att kapa effekttopparna, minska på säkringsbehovet mot elnätet och minska kostnaden för nätanslutning och nätavgift. Olika typer av lastbalansering har provats inom elbilsladdning. Det första är statisk lastbalansering som är vanlig förekommande på publik laddstationer och

har egenskapen att överföra samma ström till alla bilar som är uppkopplade till laddstationer. Nackdelen med en sådan teknik är att den inte tar hänsyn till bilarnas behov och hur mycket effekt som behövs utan levererar samma effekt till alla bilar.

En annan variant är dynamisk lastbalansering. Tekniken har många fördelar jämfört med statisk balansering och används för att laddningen ska utnyttjas maximalt när effekten är tillgänglig. Systemet kopplas till anläggningens huvudsäkring och känner av när systemet är belastad och hur mycket effekt är tillgänglig för laddningen. [11][12] Dynamisk lastbalansering finns i flera utformningar beroende på leverantör bland annat Chargestorms NANOGRID som kommer i flera varianter, Home, Local och Grid Central. NANOGRID Home förekommer vid hemladdning och utrustas med en energimätare som ser till att huvudsäkringen inte löser ut när bilen laddar samt att andra viktiga komponenter i hemmet prioriteras. Local dynamisk lastbalansering avser laddstationer i en bostadsförening, publik parkering eller liknande. Det bygger på att sammankoppla alla enheter tillsammans med en Ethernet-kabel mot en gemensam switch. Därefter matas in maxeffekten för anläggningen och med en styrkort från en ”enhet master”, som kommunicerar med andra laddstationerna, kan man skydda anläggningen mot överlast genom att justera ner effekten eller stänga av matningen helt. Grid Central passar till stora anläggningar som har andra stora komponenter som behöver sättas i drift tillsammans med laddstationer. Tekniken liknar i stort sett NANOGRID Local men istället för en ”master enhet” installerats ett externt aparatskåp istället. Skåpet sköter och styr alla komponenter i anläggningen och har koll på effektuttaget från laddstationerna. Genom att storleken på huvudsäkring anges mot styrkortet i GRID CENTRAL skyddas anläggningen mot överlast och prioriteras t. ex hissar, ventilation och andra viktiga komponenter [13].

3.5

Möjligheter till investeringsstöd

För att stödja utvecklingen av laddinfrastrukturen i landet och därmed bygga förtroendet för elbilar hos folket, erbjuder regeringen ett investeringsstöd till företag och privatpersoner som önskar installera laddstationer. Bidraget som kallas Klimatklivet söks via Naturvårdsverket, som stöd till olika projekt och åtgärder som gör det möjligt att sänka koldioxidutsläpp och därmed förbättra den lokala miljön [14]. Bidraget skiljer sig beroende på kostnaden på projektet och hur laddstationer ska användas. För publika laddstationer, som enligt energimyndigheten betyder en laddstation där vem som helst kan ladda bilen till exempel vid en parkering som tillhör ett köpcentrum, kan bidraget vara max 50 % av de bidragsberättigade kostnaderna med en begränsning av maximalt 15 000 kr per laddpunkt. [15][16] Det maximala bidraget grundar sig på de uppskattade kostnaderna för projektet och erbjuds under förutsättning att verksamheten uppfyller vissa villkor, som exempelvis att laddstationerna ska publiceras i Laddinfra.se och Uppladning.nu, för att det ska bli enkelt för bilägare att hitta laddstationer. Projektet måste även utföras på ett kostnadseffektivt sätt. [15][16]

3.6

Principer för elförsäljning

För att Bäckebols köpcentrum ska kunna sälja el till kunderna via laddstationer så måste ett tillstånd skaffas från innehavaren av nätkoncession i området samt ett samarbete ingås med ett elhandelsbolag för att sälja el till elbilsägare. Detta framgår i ellagen (1997:857) som citeras enligt 8 kap. 6 ”En elleverantör, som ska börja leverera el i en uttagspunkt eller överta leveranserna till en elanvändare i dennes uttagspunkt, ska anmäla detta till berörd innehavare av nätkoncession. Anmälan ska även innehålla en uppgift om vem som har åtagit sig balansansvaret i uttagspunkten. En anmälan om att börja leverera el ska göras omedelbart. En elleverantör får överta leveranserna till en elanvändare i dennes uttagspunkt fjorton dagar efter anmälan enligt första stycket. ” [17]

Då elbilsladdning främst sker i ett icke-koncessionspliktigt nät på en avreglerad marknad behöver aktörer ta i beaktande de lagar som gäller för konsumenter. Exempelvis prisinformation2_{. Endast energibolag ansvarade innan 2018 för den administration som} krävdes för att erbjuda elbilsladdning där faktisk förbrukning debiterades, det vill säga laddning kopplat till tid eller energi.På grund av en lagändring gällande elcertifikat och energi har det nu blivit möjligt för fler aktörer att debitera faktisk förbrukning [18]. Förändringen beskrivs i Regeringens proposition 2016/17:179 [18] ”Europaparlamentets och rådets direktiv (2014/94/EU) om utbyggnad av infrastrukturen för alternativa bränslen syftar till att främja utbyggnaden av infrastrukturen för alternativa bränslen i unionen inklusive laddningsstationer för elfordon. Förslaget om att underlätta för elleverantörer som endast levererar el till laddstationer för fordon bidrar till det syfte som direktivet har. ” [18].

I regeringens proposition ändras definitionen av en elleverantör från den som yrkesmässigt levererar el, till den som yrkesmässigt levererar el i en elanvändares uttagspunkt. En uttagspunkt definieras I 8 kap. 4 i ellagen (1997:857) ”som den punkt där en elanvändare, enligt avtal med nätkoncessionshavaren, tar ut el för förbrukning.” [17]. Detta har för syfte att undvika att de som levererar el via laddstationer bli kvotpliktiga. Det vill säga vara skyldig att skaffa en viss mängd elcertifikat beroende av hur mycket el man säljer till kunder [18].

4

Förutsättningar för studien

4.1

Beskrivning av parkeringen

Parkeringen som används för denna fallstudie är en kundparkering som tillhör Bäckebols köpcentrum som är ett handelsområde som ligger på Hisingen i Göteborg vid Göta Älv. Området omfattar många olika affärer och butiker. Parkeringen är fördelat till fyra parkeringar med olika antal parkeringsplatser. [19] Figur 4.1 ger en överblick över stormarknaden med tillhörande parkering.

Figur 4.1: Karta över Bäckebol köpcentrum med tillhörande parkering [20].

Laddstolparna ska placeras på den kryssmarkerade parkeringen.

4.2

Beräkning av effektbehov

Vilka typer av laddningsstationer och vilken effekt som ska användas för elbilsladdning beror på vilken kundgrupp som avses gällande spenderat tid i köpcentrumet. Författarna har valt att välja typ av laddstation utifrån två olika kundgrupper som benämns grupp A och grupp B. Grupp A är en kundgrupp som har för avsikt att utföra snabbare ärenden som författarna bedömer är upp till 30 minuter. Grupp B är den grupp som vill spendera en längre tid i köpcentrumet. Författarna har valt att definiera en längre tid som är mellan 30 minuter och två timmar. För grupp A bör snabbladdning vara tillgänglig för att ladda batteriet på en kort tid. Semisnabbladdning är lämplig för en betydligt längre laddning och passar därför bättre för grupp B. För att få en minskad kostnad vid installation har laddstationer med dubbla uttag valts. Detta gör det möjligt att placera laddstationen mellan två parkeringsplatser och mata två bilar samtidigt. För att säkerställa en effektiv laddning av kundernas elbilar har 23

• 19 semisnabbladdare med dubbla uttag med en maxeffekt på 22 kW. • Fyra snabbladdare med dubbla uttag med en effekt på 50 kW.

Valet av 46 laddpunkter grundar sig på de höga kostnader som inköp av laddstationer innebär. Andra faktorer som författarna tar hänsyn till är asfaltschaktning som medför höga kostnader vid både grävning och återfyllning, därför placerar gruppen de flesta laddstationerna längst med gräsmattan som presenteras i Figur 5.1. Snabbladdarna placeras i nära avstånd till nätstation för mindre kabeldragning. Gruppen antar också att behovet för laddstationerna i parkeringen kommer öka i framtiden därför dimensioneras anläggningen för möjlighet att ansluta framtida enheter.

Ett antagande som har gjorts är att majoriteten av de kunder som besöker Bäckebols köpcentrum tillhör grupp B. Därför har fler semisnabbladdare valts i förhållande till snabbladdare. Ytterligare en orsak till en större andel semisnabbladdare är de höga kostnader som snabbladdare innebär. Energibehovet varierar mycket från bil till bil och batterikapaciteten hos de nya elbilarna utvecklats och blivit större. Energibehovet påverkas också av elbilens OBC som begränsar effektuttaget när bilen ansluts till laddaren. Det gör att en semisnabb laddstation bör utnyttjas maximalt genom att varje uttag levererar upp till 22 kW, därför säkras stationen med en 63 A säkring. Snabbladdarna ska överföra en stor effekt och avser laddning av elbilar som är utrustad med CCS eller CHAdeMO kontakter. 19 semisnabbladdare med dubbla uttag och en effekt på 22 kW ger en total effekt på 836 kW. Fyra snabbladdare med dubbla uttag och en effekt på 50 kW levererar en total effekt på 400 kW. Den totala maximala effekten för alla laddstationerna blir därför 1236 kW. Dimensionering av anläggningen utgår från två alternativ:

1. Utan lastbalansering. Enligt Elinstallationsreglerna SS 436 40 00 ska sammanlagringsfaktorn 1,0 användas, vilket innebär att anläggningen dimensioneras utifrån den maximala effekten 1236 kW enligt ovan.

2. Med lastbalansering. Enligt Elinstallationsreglerna SS 436 40 00, ska en minskad sammanlagringsfaktor användas när anläggningen dimensioneras utifrån lastbalansering, enligt avsnitt 722.311. [6] En sammanlagringsfaktor på 0,6 antas med hänsyn till att effekten dras ner när lastbalansering används. Den sammanlagrade effekten 𝑃𝑠 beräknas enligt:

𝑃_𝑠 = 𝑃_𝑚∙ 𝐾 (4.11)

Där 𝑃𝑚 är den maximala effekten utan lastbalansering och K

sammanlagringsfaktorn. Den totala effekten som anläggningen dimensioneras för med lastbalansering blir 740 kW.

5

Beskrivning av elanläggningen

5.1

Val och placering av laddstationer

Då laddstationerna planeras att placeras på en kundparkering som tillhör ett köpcentrum, bör val av placering beslutas med hänsyn till olika faktorer. Först måste hänsyn tas till det matande nätet så att kostnader för kabelförläggning och schaktning minimeras. En laddstation måste också placeras så att den är tillgänglig för olika typer av fordon, är synlig och lätt att hitta och anpassas för att leverera en tillräcklig laddningseffekt under tiden kunder vistas i köpcentrumet. Stolparna ska vara försedda med uttag Typ 2, för att göra det möjligt för kunderna att ansluta sina egna laddkabel. Figur 5.1 visar det framtagna förslaget för placering av laddstolparna på parkeringen.

Figur 5.1: Förslag på placering av laddstolparna [20].

Semisnabbladdare Snabbladdare

5.2

Placering och dimensionering av nätstationen

Nätstationen bör planeras med hänsyn till miljön och laddstationernas placering. En nätstation byggd av betong föredras eftersom materialet är lämpligt för en stadsmiljö [21]. Nätstationen måste placeras på ett rimligt avstånd till laddstationerna för att minska på kostnader för schaktning och förläggning av kablar. Placering av nätstationen utgår inte från de befintliga och verkliga närliggande nätstationer som finns i området och som används för matning av köpcentrum och andra lokaler utan en fiktiv nätstation som ska placeras på en rimlig plats nära laddstationerna. Avståndet mellan nätstationen och laddstationer uppskattas till mellan 50 och 150 meter.

Nätstationen innehåller en transformator som har till uppgift att transformera ner 10 kV spänning till 400 V som är den spänning som behövs för matning av laddstolparna.

utbyggnad av laddstationer. Storleken på transformatorn beräknas för de två alternativen enligt:

𝑆_𝑛 = 𝑃𝑡𝑜𝑡

𝑐𝑜𝑠𝜑 (5.12)

Där 𝑆_𝑛 är den totala skenbara effekten och 𝑃𝑡𝑜𝑡 den aktiva effekten. Cos φ är effektfaktorn

som väljs till 1 eftersom anläggningen antas vara resistiv. Med Tabell 5.1 har storleken på den skenbara effekten utifrån dem två olika alternativen beräknats:

Tabell 5.1: Beräkning av transformatorns storlek för alternativ 1 och 2.

Alternativ 1 Alternativ 2

𝑆_𝑛 = 1236

1 = 1236 𝑘𝑉𝐴 𝑆𝑛 =

741,6

1 = 741,6 𝑘𝑉𝐴

Generellt brukar storleken på transformatorn väljas med en högre märkeffekt för att undvika överbelastningen av transformatorn samt säkerställa framtida expansioner för anläggningen. Därför väljs en 1600 kVA transformator för alternativ 1 och en 800 kVA för alternativ 2.

5.3

Dimensionering av 10 kV kabel

5.3.1 Alternativ 1: utan lastbalansering

För att överföra effekten från det befintliga ställverket på ett avstånd av 300 meter, har gruppen valt 3x50 mm² kraftkabel som ska förläggas i rör i mark. Kabeln har en aluminium ledare med PEX isolering och avsedd för fastförläggning både inomhus och utomhus [22]. Kabeln bör väljas utifrån den maximala effekten anläggningen levererar som i detta fall beräknas till 1236 kW. För att dimensionera en kabel måste man ta fram belastningsströmmen för anläggningen och kontrollera strömvärdet för att säkerställa att kabeln klarar av strömförändringar utan att skadas på grund av värmeutvecklingen. Belastningsströmmen för kabeln beräknas enligt:

𝐼_𝑏= 𝑃𝑡𝑜𝑡

𝑈ℎ∗cos 𝜑∗√3 (5.23)

Där 𝐼𝑏 är den totala effekten för anläggningen och 𝑈ℎ är huvudspänning som i detta fall är

tio kV. Belastningsströmmen beräknas därför till 71 A. Kabeln ska förläggas i rör i mark för bättre skydd mot yttre påverkan. Strömvärdet för kabeln undersöks enligt standarden SS 424 14 16 vars tabeller redovisas i Nexans handbok. med förutsättningar nedan [22]:

• Marktemperatur på 15 °C.

• Termisk markresistivitet på 1,0 K.m/W som är standard i Sverige. • Förläggningsdjup i mark: 0,65 meter.

Enligt bilaga C ur standarden blir den nominell belastningsförmåga hos kabeln vid angiven temperatur hos innerledare vid 90 °C 170 A [20]. En större area på kabeln än nödvändigt

har valts för att täcka framtida behovet av nya anslutningar i form av nya laddstationer eller andra anslutningar [22]. Eftersom belastningsströmmen ligger på 71 A klarar kabeln

belastningsförmågan med god marginal.

5.3.2 Alternativ 2: med lastbalansering

Dimensioneringen utgår från lastbalanseringen och därför beräknas belastningsströmmen utifrån den totala sammanlagrade effekten 741,6 kW. Ekvation 5.2 ger en belastningsström på 53,5 A. En 25 mm² kabel väljs för kabeln. Kabeln har, enligt förutsättningar ovan en NSV

på 115 A och klarar därmed belastningsförmågan. [22]

5.4

Dimensionering av lågspänningskablar

Efter nedtransformering av spänningen ska lågspänningskablarna dimensioneras. För en mer effektiv energidistribution ska två kabelskåp installeras för att mata semisnabbladdarna. Kabelskåpen ska användas för fördelning och avsäkring av utgående kablar som matar semisnabbladdarena. Medan snabbladdarna ska matas direkt från lågspänningssidan i nätstationen på grund av den relativa höga överförda effekten. Skåp 1 installeras på ett avstånd på 50 meter från nätstationen medan Skåp 2 på 100 meters avstånd. Dimensionering av överföringskablarna till fördelningskåpen genomförs enligt standarderna SS 424 14 24 samt SS 424 15 06 [23][24]. Skåp 1 ska mata laddstationer 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 och 8 som levererar en totaleffekt på 352 kW medan Skåp 2 ska mata dem resterande semisnabbladdarna 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, och 20 med en total effekt på 484 kW. Figur 5.2 nedan visar kabeldragning och placering av kabelskåp. Kablarna som bör användas är jordkablar med PEX isolering och aluminium ledare. Arean på kablarna avgörs beroende på den effekt som ska överföras.

5.4.1 Kablar mellan nätstation och kabelskåp

Belastningsförmågan hos kablar som matar kabelskåp 1 och kabelskåp 2 undersöks med hjälp av standarden SS 424 14 24 [23]och redovisas enligt följande avsnitt för båda alternativen.

5.4.1.1 Alternativ 1

För kabelskåp 1 med en totaleffekt på 352 kW och en huvudspänning på 400 V beräknas belastningsströmmen enligt ekvation 5.2. Belastningsströmmen fås till 508 A som anses vara ett stort värde därför väljs tre identiska parallella kablar av aluminium ledare och PEX isolering för att överföra strömmen. Alltså en ström på 169 A som belastar varje kabel. Arean för kablarna väljs till 150 mm². Kablarna förläggs i rör i mark på ett schakt som är 0,6 m djupt. Förläggningssätt D1 ger enligt standarden SS 424 14 24, tabell A.3, ett nominellt strömvärde på 210 A vid termisk markresistivitet 2,5 K.m/W. [23] Korrektionsfaktorer kartläggs enligt följande:

• Flerledarkabel i rör, för sex kablar per schakt på ett avstånd på 0,25 m ger en korrektionsfaktor på 0,8 (tabell A.14).

Det nominella strömvärdet korrigeras enligt:

𝐼_𝑧= 𝑁𝑆𝑉 ∙ 𝐾 (5.34)

𝐼_𝑧 är strömvärde och 𝐾 korrektionsfaktorer. Strömvärdet fås efter beräkningen till 168 A och eftersom belastningsströmmen ligger på 169 A så antas belastningsförmågan vara godkänd. En säkring på 160 A väljs då för skydd mot överlastström, enligt tabell 1 [23].

För kabelskåp 2 med en totaleffekt på 484 kW beräknas strömmen på samma sätt enligt ekvation 5.3 till 698,5 A. Fyra identiska parallella kablar används för att överföra strömmen och därför blir strömmen genom en kabel 174 A. Arean för kablarna väljs till 240 mm² och förläggs i rör i mark. Enligt standarden SS 424 14 24 [23] (tabell A.3) blir det nominella strömvärdet för en kabel 272 A vid termisk markresistivitet 2,5 K.m/W. Korrektionsfaktorerna blir samma som för Kabelskåp 1 och då fås strömvärdet enligt ekvation (5.4) till 217 A. Utgående från belastningsströmmen som är på 174 A så klarar kabeln belastningsförmågan och avsäkras med en 200 A säkring [23].

Standarden SS 424 14 06 [24] anger den största längden en kabel får ha för att skyddet ska lösa ut inom fem sekunder. Anledning är att ledningarna inte får utsättas för skador på grund av höga strömmar. Det här kontrolleras genom att ta fram förimpedansen före säkringen och i detta fall är det transformatorns impedans. Enligt standarden ska man bortse från nätets förimpedans före transformator. Transformatorn med en storlek på 1,6 MVA har enligt tabell 1 en förimpedans på 6,25 mΩ. 150 mm² kabeln avsäkras med en 160 A säkring och matar kabelskåp 1. Enligt tabell 5 får kabeln ha en maximal längd på 400 meter. Eftersom kabelskåp 1 installeras på ett avstånd på 50 meter från nätstationen, uppfylls därför utlösningsvillkoret med god marginal. Kabelskåp 2 som ligger på ett avstånd på 100 meter från nätstationen och som matas med fyra 240 mm² kablar, avsäkras med en 200 A säkring.

Kablarna får ha en maximal längd på 456 meter enligt tabell 5, vilket betyder att utlösningsvillkoret uppfylls också för kablarna som matar kabelskåp 2. [24]

5.4.1.2 Alternativ 2

För alternativ 2 ska belastningsförmågan hos kablar som matar kabelskåp 1 utgå från en sammanlagrade effekt på 211 kW. Enligt ekvation (5.2) blir belastningsströmmen 305 A. Två identiska parallella kablar används, vilket leder till att en ström på 152 A överförs till vardera kabeln. Arean väljs till 150 mm² som enligt tabell A.3 ger ett nominellt strömvärde på 210 A. Fyra kablar (två för kabelskåp 1 och två för kabelskåp 2) förläggs i rör i mark på ett avstånd på 0,25 meter. Förläggningssättet ger en korrektionsfaktor på 0,8 (tabell A.14). Strömvärdet, efter korrigeringen, fås till 168 A som gör att kabeln klarar belastningsförmågan med god marginal. Kabeln avsäkras med en 160 A säkring. [23]

Kabelskåp 2 har en sammanlagrade effekt på 290 kW och en belastningsström på 419 A. Två identiska och parallella kablar väljs för överföringen som gör att en ström på 209,5 A belastar varje kabel och matar kabelskåpet. Kablarna ska förläggas på samma sätt, därför väljs en 240 mm² som har ett nominellt strömvärde på 272 A (tabell A.13) och ett strömvärde, efter korrigeringen, på 217,6 A. En säkring på 200 A används för att skydda kablarna mot överbelastning. [23]

Förimpedansen för 800 kVA transformatorn är 10 mΩ och redovisas i tabell 1 i standarden SS 424 14 06 [24]. Kabelskåp 1 matas med två 150 mm² kablar som har en längd på 50 meter och avsäkras med en 160 A. Tabell 5 ger en maximal längd för kabeln på 400 m. Kabelskåp 2 matas med två 240 mm² kablar som har en längd på 100 meter och avsäkras med en 200 A säkring. I tabell 5 utläses att ledningslängden får vara maximalt 456 meter lång, vilket ger ett godkänt utlösningsvillkor för alla kablar som matar både kabelskåp 1 och kabelskåp 2 med god marginal. [24]

5.4.2 Kablar mellan kabelskåp och semisnabbladdare

All matning av laddstolparna genomförs med kablar med PEX isolering och aluminium ledare. Belastningsförmågan hos kablarna undersöks enligt standarden SS 424 14 24 [23]. Laddstolparna matas från kabelskåp med varsin kabel. En semisnabb laddstation med dubbla uttag och en effekt på 44 kW matas med en kabel som avsäkras med 63 A säkring. Kabeln får belastas med max 70 A enligt standard SS 424 14 24 Tabell 1. Kablarna förläggs i rör i mark utan avstånd. Detta förläggningssätt ger en korrektionsfaktor på 0,6 enligt tabell A.14. En 50 mm² väljs då som, enligt Tabell A.3, har ett nominellt strömvärde på 112 A vid termisk markresistivitet 2,5 K.m/W. Strömvärdet fås slutligen efter korrigering till 67,2 A som inte är godkänd därför bör avståndet mellan kablarna utökas till 0,25 meter. Korrektionsfaktor på 0,8 (tabell A.4) göt att strömvärdet beräknas till 87,5 A därför klarar kabeln belastningsförmågan med god marginal. [23]

Utlösningsvillkoret för semisnabbladdarna undersöks enligt standarden SS 424 14 06 [24]. Enligt tabell 1 så är transformators förimpedans 6,25 mΩ för 1,6 MVA och 10 mΩ för 8 MVA transformator. Undersökning av utlösningsvillkoret genomförs därför med transformatorn med den högsta förimpedansen (10 mΩ). Kabelskåp 1 som ligger 50 m från

nätstationen, matas med tre 150 mm² som enligt tabell 2c har en total förimpedans på 74 mΩ. Kablarnas impedans samt transformatorns impedans ger en totala förimpedansen på 84 mΩ. Den längsta kabeln som matar laddstation 8 från kabelskåp 1 är 36 m. För en 50 mm² som avsäkras med en 63 A säkring, blir den maximala längden 353 m enligt tabell 5. Resultatet blir att utlösningsvillkoret uppfylls för alla utgående kablar från kabelskåp 1 för frånkopplingstid 5 sekunder. [24]

KS2 som ligger på ett avstånd på 100 meter matas med fyra 240 mm² som har, enligt tabell 2c, en total förimpedans på 129,6 mΩ [24]. Sammanlagt blir den totala förimpedansen före kablar som ska mata semisnabbladdarna 135 mΩ. Den längsta kabeln från kabelskåp 2 matar laddstationen nummer 19 på ett avstånd på 50 meter. Enligt tabell 4 ska 50 mm² kabeln, som avsäkras med 63 A, ha en maximal ledningslängd vid frånkopplingstid 5 sekunder på 318 meter. Därför kravet på utlösningsvillkoret uppfylls med god marginal för alla kablar som utgår ifrån kabelskåp 2. [24]

5.4.3 Kablar mellan nätstation och snabbladdare

Belastningsförmåga hos kablar som matar snabbladdstationer undersöks med SS 424 14 24 [23]. En Snabbladdare med dubbla uttag levererar totalt 100 kW som, enligt ekvation 2 ger en belastningsström på 144 A. En 125 A säkring väljs därför till laddstationer. Säkringen har enligt standarden (tabell 1) ett minsta Iz på 138 A. Förläggningssättet D1 med fyra kablar i rör utan avstånd ger en korrektionsfaktor på 0,7 enligt tabell A.14. En 95 mm², med ett nominellt strömvärde på 194 A (tabell A.3) väljs då för matningen av snabbladdarna. Strömvärdet för kabeln efter korrigeringen blir 135,8 A. Alltså klarar kabeln belastningsförmågan med god marginal. [23]

Kabeln som matar snabbladdare nummer 4 (laddstation nummer 23) från transformatorns lågspänningssida ligger på ett avstånd på 40 meter från transformator. 95 mm² kabeln som avsäkras med en 125 A får ha en maximal längd på 444 meter, som utläses av tabell 5. Den maximala längden beror på att transformatorns förimpedans ligger på 10 mΩ. Villkoret för utlösningsvillkor på 5 s är således godkänt för samtliga kablar som matar snabbladdarna. [24]

6

Materialsammanställning och

kostnadsberäkning

6.1

Förslag på laddstationer

Olika företag har kontaktats för prisvärdering av laddstationer. För laddboxar med semisnabbladdning med en effekt på 22 kW väljer gruppen företaget Chargestorm som ägs av CTEK E-mobility. Valet av CTEK E-mobility som leverantör av laddstolparna utgår från deras långa erfarenhet och utbredda lösningar samt att företaget betraktas som en av de största aktörerna i Norden när det gäller produktion och utveckling av batterier, laddstationer och andra tjänster inom elbilsbranchen [25]. Chargestorm erbjuder en av de senaste teknikerna inom elbilsladdning, CHARGESTORM® CONNECTED 2. Laddboxen avser laddning med en effekt upp till 22 kW och är utvecklad med en inbyggd säkring och jordfelsbrytare Typ A och en läckagedetektor av både lik-och växelströmmar. Driftstemperatur för laddboxen är från -30 °C till +50 °C med en kapslingsskydd IP54 och IK10 och kan monteras både mot en vägg eller på en stolpe. Priset på en CHARGESTORM CONNECTED 2 med dubbla uttag och en effekt på 22 kW ligger på 23 kkr exklusive. moms, därtill kommer kostnaden för stolpen, fundament och installation som ligger på 4 kkr. Totalt blir det 27 kkr [26]. För 19 laddboxar blir den totala kostnaden 518 kkr. Snabbladdarna kräver en större investering på grund av deras storlek och komplexa installation. Kostnaden för en snabbladdare varierar beroende på flera faktorer såsom fabrikat och installations förutsättningar. En snabbladdstation med dubbla uttag och en effekt på 50 kW ligger på 250 kkr exklusive moms [27]. För fyra snabbladdare blir det totalt 1 mkr. Sammanlagt blir den totala kostnaden 1,5 mkr för samtliga laddstationer i anläggningen.

6.2

Kostnad för elnätskomponenter

Kostnader för komponenter och kabelförläggning undersöks med hjälp av EBR-e [28]. Kostnaderna ska kartläggas för de två alternativen enligt tabellerna nedan. Kostnadsöversikten är inte helt omfattande och kan sakna information om vissa komponenter. Kostnader är redovisade exklusiv moms [28].

6.2.1 Alternativ 1

Kostnader för olika komponenter som redovisas i rapporten presenteras i Tabell 6.1, förutom transformatorn där informationen inhämtats från företaget Unitrafo [29]. K3 kabelskåp är vald för fördelning av kablar till semisnabbladdstationer. K3 är en benämning för kabelskåp i EBR katalogen (K1/K5) och avser kabelskåp med vissa mått och storlek. Själva skåpet kallas kapsling och tillverkas i varmförzinkad stålplåt och innehåller olika skenor för både inkommande och utgående kablar med tillhörande säkringar, huvudbrytare och en elmätare [30].

Tabell 6.1: Kostnader för elnätet för alternativ 1utan lastbalansering [28].

Elnätets komponenter Antal/Sträcka Kostnad per enhet (kr) Kostnad x Antal/Sträcka (kr) Nätstation 1600 kVA 1 499 138 499 138 Trafo 1600 kVA4 _{1 170 000 170 000} PEX 3x50 12 kV 300 m 1083 kr/meter 325 000 K3 kabelskåp 2 18 922,40 kr/st. 37 845 N1XV 150 mm² 150m 107,9 kr/m 16 196 N1XV 240 mm² 400 m 150,4 kr/m 60 188 N1XV 50 mm² 444 m 57,5 kr/m 25 530 N1XV 95 mm² 170 m 76,5 kr/m 13 005

Schakt asfalt city 30 m 1017 kr/m 30 510

N025 0,3-0,7 m Schakt, återfyllning, Normal 161 m 60,2 kr/m 9 692 Förläggning av rör SRN 110 181 m 30,7 kr/m 5 557 Total kostnad 1 192 660 kr

6.2.2 Alternativ 2

Valet av en transformator med mindre märkeffekt samt mindre areor på kablar gör att kostnaderna blir mindre för alternativ 2 jämfört med alternativ 1. Tabell 6.2 nedan visar elnätskostnader för alternativ 2.

Tabell 6.2: Kostnader för elnätet för alternativ 2 med lastbalansering [28].

Elnätets

komponenter Antal/Sträcka Kostnad/enhet (kr) K x Antal/Längd (kr)

Nätstation 800 kVA 1 207 485 kr 207 484 12/0,4kV Trafo 800 kVA 1 93 939 kr 93 938 PEX 3x25 10 kV 300 m 140 kr/m 42 040 kabelskåp 2 18 923 kr/st. 37 845 N1XV 4x150 0,4 KV 100 m 108 kr/m 10 790 N1XV 4x240 0,4 KV 200 m 151 kr/m 30 080 N1XV 4x95 0,4 kV 170 m 77 kr/m 13 005 N1XV 4x50 0,4 kV 444 m 58 kr/m 25 530

Schakt asfalt city 30 m 1 017 kr/m 30 510

N025 0,3-0,7 m Schakt, återfyllning, Normal 161 m 60 kr/m 9 692 Förläggning av rör SRN 110 181 m 31 kr/m 5 557 Total kostnad 506 472 kr

6.3

Den totala investeringskostnaden för projektet

Den totala kostnaden för investeringen bestäms utifrån kostnader för laddstationer, nätets komponenter och kabeldragning. Grundinvesteringen ligger därför på 3,0 mkr för alternativ 1 och 2,4 mkr för alternativ 2. Uppgifterna är redovisade exklusive momsen och blir därför 3,7 mkr för alternativ 1 och 3,0 mkr för alternativ 2 inklusive moms.

6.4

Andra kostnader

I samband med kostnader för laddstationer och nätkomponenter förekommer också andra kostnader för elnätet och elförbrukningen. Effektabonnemang genomförs hos Göteborgs energi och följande avgifter gäller för företagskunder [31]:

• För en spänning på 10 kV så kostar effektabonnemanget 875 kr/mån. Avgiften är fast och bestäms utifrån mätarsäkringens storlek. Avgiften är exklusive moms. • En energiskatt på 35,6 öre/kWh exklusive moms.

• Rörliga kostnader för elöverföring som avgörs utifrån hur mycket energi som används och kostar 3,2 öre/kWh.

• Effektavgift, som är en rörlig avgift för den maximala belastningen av elnätets kapacitet och styrs av den högsta timförbrukningen varje månad (kW). Kostnaden ligger på 40,5 kr/kW.

• Elhandel som avser kostnaden för elförbrukningen och kostar 57,21 öre/kWh inklusive moms. [31]

6.5

Debiteringssystem och lönsamhetsberäkning

6.5.1 Debiteringssystem

Debitering av kunder utförs på olika sätt och kan hanteras antingen av själva ägaren av laddstolparna eller en laddopperatör som sköter arbetet och erbjuder kundsupport till elbilsägare. För en publik laddstation kan olika alternativ tillämpas vid debiteringen [32]:

• Betalning per tidsenhet: Man betalar för den tid det tar att ladda bilen. • Betalning per energienhet: Man får betalt för kilowattimme.

• Fastpris samt abonnemang: En fast avgift som kunder betalar oavsett hur länge man laddar eller hur mycket effekt som förbrukas.

• En kombination av ovanstående.

Gruppen anser att betalning per kilowattimme kan vara en bra lösning därför att modellen är enkel att förstå och kunderna får en överblick över hur mycket laddningen kommer att kosta. Standardförbrukning för en elbil är omkring två kilowattimmar per mil.

Laddningen av en elbil i hemmet kostar vanligtvis mellan 1–1,5 kr per kilowattimme och eftersom bilen förbrukar två kWh/mil så blir milkostnaden 2–3 kr. En publik laddstation erbjuder en högre kostnad per kilowattimme jämfört med privat laddning med tanke på investeringens höga kostnader. Bee Sverige, tidigare känd som CLEVER, sköter debiteringssystemet genom att ta betalt per kilowattimme. För att kunna ladda på laddstationerna som ansluts till Bee´s laddnätverk måste man ladda ner deras app. I appen kan man hantera systemet genom att starta och avsluta laddningen samt betala för tjänsten när laddningen är klar. Ett annat alternativ är att beställa laddbrickan från företaget. Bee erbjuder kunder möjligheten att skaffa ett specifikt abonnemang beroende på hur mycket och ofta man vill ladda [33]. Bee Flexible är ett abonnemang utan bindningstid för kunder som mest laddar hemma och har för avsikt att ladda i en publik laddstation vid enstaka tillfällen. Kunden betalar endast för elen som förbrukas. Kostnaden ligger på 5 kr per kWh för snabbladdning med likström överföring och 3 kr per kWh semisnabbladdarna. Bee Around är ett annat abonnemang som erbjuder en fast kostnad för elbilsladdning. Priset ligger på 399 kr per månad och kunden kan ladda bilen oavsett tidslängd eller effektstorlek. [33]

6.5.2 Intäkter

Intäktsberäkning ska utföras genom att undersöka hur mycket ett uttag kommer användas inom ett år. Antagandet går ut på att ett uttag för semisnabbladdning laddar två bilar om dagen för kunder som tillhör Kategori A och en bil per dag för snabblladdning för Kategori B. Under den tid laddstationernas uttag används antas att varje laddpunkt levererar med full effekt. Eftersom det inte är alla bilar som klarar att ladda med stora effekter så antas att Kategori A, som laddar med semisnabbladdning, har ett energibehov som grundar sig på en körsträcka på 3 mil för att komma till marknaden från Göteborg och kranskommunerna. Beräkningen av energibehovet hos dessa kunder grundar sig på en standard antagande att bilens batteri förbrukar två kWh/mil. På en sträcka på tre mil förbrukar en bil sex kWh. För kategori A överförs en effekt på 12 kWh per dygn och uttag (Två bilar) som ger en årlig förbrukning på 4380 kWh per uttag för 365 dagar. Eftersom anläggningen består av 19 semisnabba laddstationer med dubbla uttag så multipliceras det årliga effekten med 38 uttag. Resultatet beräknas till 166 440 kWh som förbrukas under ett år.

Kategori B som laddar vid snabbladdarna antas behöva ett större energibehov då elbilarna har större batterier och är anpassat för laddning med stora effekter. Snabbladdarens uttag har en effektstorlek på 50 kW. En bil som står och laddar under en halvtimme förbrukar därför 25 kWh per uttag. Fyra laddstationer med dubbla uttag ger en daglig överförd energi på 100 kWh. För 365 dagar blir den totala förbrukade effekten 36 500 kWh. Resultatet blir en total årlig energiförbrukning på 202 940 kWh. Priset per kilowattimme väljs till 3 kr inklusive moms för semisnabbladdare och 5 kr inklusive moms för snabb laddstationer. Priserna anses vara lämpliga med tanke på investeringens höga kostnader och Bees rekommendation. Intäkterna per år blir då 682 kkr inklusive moms.

6.5.3 Kostnader

I kapitel 6.3 redovisas elnät och elhandels priser för Göteborg energi. Ett effektabonnemang på 875 kr/månad ger en årlig kostnad på 10,5 kkr. Elöverföring kostar 3,2 öre/kWh och för en årlig förbrukning på 202 940 kWh blir elöverföringskostnaden 6,5 kkr.

En energiskatt på 35,6 öre/kWh tillkommer och beräknas till 72 kkr för den totala årliga förbrukningen. Därtill kommer effektkostnaden på 40,5 kr/kW. Kostnaden avser den maximala timförbrukningen i månaden. En maximal belastning på 25 kWh som laddas via snabbladdarna ger en effekt på 50 kW och en total årlig kostnad på 2 kkr. Därtill kommer kostnader för elförbrukningen som, enligt Göteborg energi, kostar 57,21 öre/kWh inklusive moms för den förbrukade effekten om fast elavtal tecknas. För en årlig förbrukad effekt på 202 940 kWh fås 116 kkr. Sammantaget blir den totala årliga kostnaden för elnätsanslutning 230 kkr inklusive moms.

6.5.4 Återbetalningstid enligt Pay-back metoden

Pay-back metoden används i detta projekt för att uppskatta en återbetalningstid för grundinvesteringen för båda alternativ 1 och 2 [35]. I det beräkningsexemplet som utförts i studien har ett antagande gjorts att intäkterna samt kostnadernas storlek är oförändrade från

år till år. I avsnitt 3.5 undersöks möjligheten till investeringsstöd för projektet som kan uppgå till 50 % av hela investeringen och max 15 kkr per ladduttag. För 46 laddpunkter blir bidraget 690 kkr som gör att grundinvesteringen för både alternativ 1 och 2 minskas. Återbetalningstiden redovisas enligt följande ekvation 6.1:

T = 𝐺𝑟𝑢𝑛𝑑𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔

𝐼𝑛𝑡ä𝑘𝑡𝑒𝑟−𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝑒𝑟

(6.15) Där 𝑇 är återbetalningstiden för investeringen. Tabell 6.1 presenterar den totala investeringskostnaden för båda alternativen med och utan lastbalansering samt hur lång tid det tar för att återbetala investeringen. Återbetalningstiden kan vara längre än uppskattat eftersom andra kostnader inte har tagits med i projektet på grund av brist på information som omfattar t.ex. laddopperatören som sköter debitering, support och underhåll av laddstationer.

Tabell 6.1: Investerings total kostnad och återbetalningstid.

Grundinvestering och återbetalningstid Alternativ 1 utan lastbalansering Alternativ 2 med lastbalansering Total investeringskostnad 3,7 mkr 3 mkr Total investeringskostnad med investeringsstöd 3 mkr 2,3 mkr Återbetalningstid 6,6 år 5 år

7

Diskussion

Klimatmålet ligger bakom den stora utvecklingen av laddinfrastrukturen i landet. Folks engagemang och statens stöd gör det möjligt och enkelt för privatpersoner och företag att installera laddboxar. Utmaningen i dagsläget är att övertyga människor att välja bort de traditionella bränslefordonen. De största fördelarna med fossila bränslefordon är faktiskt tillgängligheten och att tiden som krävs för att tanka är mycket kort, vilket kan vara en av anledningarna till att människor inte köper elbilar. En annan orsak är att laddtiden för ett elfordon är vanligtvis mycket lång och laddinfrastrukturen inte är tillräcklig för en stor elbilsflotta. Men vadfolkkanske inte tänker på är att de sträckor som de flesta kör dagligen är mellan jobb och hem eller kanske att hämta barnen på förskolan. Till den sträckan kan en hemladdning räcka. En bil med en batterikapacitet på 16 kWh kan drivas nästan åtta mil. Dessa mil kör vi inte varje dag. I och med att fler föredrar att köra bil så anser vi att ansvaret på arbetsplatser, köpcentrum och offentliga organisationer är stort för att göra det smidigt för folk att ladda bilen.

Att veta säkert hur mycket energi som kunderna behöver är omöjligt med tanke på att alla bilägare har olika körsträckor och olika behov. Antagandet av en körsträcka på tre mil för kunder som laddar med semisnabbladdare väljs utifrån köpcentrumsplacering i relation till andra delar av staden samt angränsande kommuner. Ett behov av att ladda bilen med sex kilowattimmar under två timmar kan därför blir större eller mindre, som i sin tur påverkar både kostnaderna och intäkterna av projektet. Mot den bakgrunden har semisnabbladdning valts för de flesta laddstationer för att säkerställa en tillgänglig effekt för alla. Gruppen har övervägt att bortse från att installera snabbladdare och att endast planera för en laddning med 22 kW för samtliga laddstationer. Detta skulle minska på kostnaden för investeringen markant. Eftersom antalet laddbara bilar ökar varje år behövs det snabbladdare för folk som gör frekventa resor och vill ladda bilen på en kort tid. Därför valdes fyra snabbladdstationer i projektet. Dessutom skulle detta öka på kundflödet i köpcentrum som i sin tur leder till stora försäljningar av andra produkter och tjänster. Laddstationerna med dubbla uttag kan utnyttjas på olika sätt. En semisnabb laddstation kan antingen säkras med en 32 A vilket leder till att varje bil drar max elva kW alternativt väljs den maximala laddningseffekten på 22 kW för varje ladduttag genom att välja en 63 A säkring, som redovisas i rapporten.

Lastbalansering är en av de största faktorerna som gör att laddinfrastrukturen utvecklas i landet. Orsaken är att tekniken minskar på kostnader för installationen och möjliggör användning av den tillgängliga effekten när den inte behövs för att ladda elbilar. Det innebär att bilen inte laddas, eller får en begränsad effekt, om andra viktiga komponenter i anläggningen behöver belastas. Detta kan säkerställas genom den smarta egenskapen hos systemet som mäter upp den aktuella effektförbrukningen och jämför den med huvudsäkringen märkström för anläggningen. Användning av lastbalansering i undersökningen har medfört att maxeffekten minskats med 40 % som i sin tur minskat på investeringskostnaderna.

Att dimensionera elnätet kräver en omfattande planering och projektering för att undvika onödiga höga kostnader vid inköp av komponenter och kabelförläggning. Dimensioneringen utförs enligt olika antaganden såsom effektfaktor och förläggningsätt. Resultatet kan därför skilja sig markant ifall andra förutsättningar beaktas. Valet av en effektfaktor på 1 kan förmodligen inte vara aktuellt om man använder sig av andra stora komponenter i anläggningen eller i det här fallet snabbladdarna. Transformatorns stora effektförluster är en annan orsak till att en mindre effektfaktor kan användas. Vissa företag väljer bort förläggning i mark och ansluter kablar mot en vägg istället vilket är ett sätt att undvika höga kostnader för schaktning och återställning av marken.

De totala kostnaderna för projektet som gruppen kommit fram till är 3,7 mkr för alternativ 1 och 3 mkr för alternativ 2 utan statens bidrag. Det förekommer säkert andra kostnader som rapporten inte tagit hänsyn till såsom kostnader för laddopperatören, underhåll, och andra administrativa avgifter. Kostnaderna för projektet kan naturligtvis påverkas mycket beroende på vilket företag som anlitas för att installera laddstationer och även priserna på dessa kan variera mycket från tillverkare till tillverkare. Snabbladdare är vanligtvis dyra att skaffa och installera då det förekommer kostnader för installation, påkörningsskydd, väderskydd och andra faktorer som gör att en investering i en snabbladdstation måste planeras väl. Dock är lönsamheten med snabbladdning väsentlig med tanke på de stora effekter som förbrukas och det stora försäljningspriset. Antagandet på 30 000 kWh som förbrukas med snabbladdning varje och en bil per uttag dagligen, ge en årlig intäkt på 150 000 kr. Nackdelen är att kunderna är kanske inte beredda att betala 5 kr/kWh eller mer. För Bäckebol köpcentrum kan det vara fördelaktigt om el laddningen ligger på ett pris som kunderna anser fördelaktigt då det kan gynna verksamheten. En prisnivå som skulle kunna vara lämplig är 3-4 kr/kWh. Dock är det elhandelsbolaget som står för försäljningen av el vilket innebär att prismodellen även behöver vara fördelaktig för dess verksamhet. Alternativ 1 och 2s totalkostnad påverkats mycket av anskaffning av snabbladdarna och installationen av en nätstation med transformatorn. Utan ovanstående skulle den totala kostnaden beräknas till 1,6 mkr för alternativ 1 och 1,4 mkr för alternativ 2.

Tiden det tar att återbetala investeringen beror på hur mycket intäkter som genereras genom försäljning av effekten till kunder. Det initiala antagandet i rapporten gällande maximalt antal bilar per uttag som laddas varje dag kan behöva revideras. Antalet kan variera beroende på flera omständigheter. Exempelvis kan det en vanlig arbetsdag bli mindre bilar som laddar jämfört med en helg där fler tar bilen till köpcentrumet. Enligt antagandet så blir återbetalningstiden för investeringen 6,6 år för alternativ 1 respektive 5 år för alternativ 2. Återbetalningstid kan bli kortare eller längre än beräknat beroende på hur mycket effekt som säljs samt hur höga blir kostnaderna för debitering och andra tjänster. Intäkter som en investering förväntas leverera varierar beroende på ägarens vilja och beslut på hur energiförsäljning ska skötas. Vissa företag erbjuder gratis laddning för att locka kunder som till följd leder till andra inkomster i form av produkter och tjänster. Verksamheter som upplever att investeringskostnaderna blir för höga, kan få tillbaka en del genom att ta betalt för effekten som förbrukas.

8

Slutsats

Installation av laddstationer på en kundparkering för publik laddning kan utföras på olika sätt. Faktum är att det är viktig att etablera ett lastbalanseringssystem. Alternativ 1 utan lastbalansering anses vara orealistisk eftersom den dimensionerade effekten är onödigt stor.. Därför bedömer författarna att alternativ 2 med lastbalansering räcker väl för både dimensioneringen samt för framtida anslutningar av nya laddstationer.

Kunderna är beroende av att laddeffekter är tillräcklig för att uppnå deras laddningsbehov, samtidigt får investeringen inte bli för dyr för den verksamhet som önskar investera. Att dimensionera anläggningen utan lastbalansering (alternativ 1) kostar, med investeringsstödet, 3,0 mkr med en uppskattad återbetalningstid på 6,6 år, ett och ett halvt år längre än alternativ 2 som har en återbetalningstid på fem år och en total kostnad på 2,3 mkr. Denna Skillnad förstärker slutsatsen om behovet av ett lastbalanseringssystem i laddstationsbranchen. För fortsatt utveckling av projektet är gruppens rekommendation att Bäckebols köpcentrum tar offerter från flera olika leverantörer av laddstationer, lastbalansering och andra tjänster för att jämföra priser och välja det som anses vara lämpligt för projektet. En annan rekommendation är att undersöka statistik för besöksflödet och utifrån det utforska möjligheten till att installera andra varianter av laddstationer med olika effektstyrkor. Under arbetets gång var tillgången till information kring priser på laddstationer, lastbalansering och andra uppdrag begränsade. Därför rekommenderar gruppen en mer omfattande analys för att utforska möjligheterna till att genomföra projektet på ett mer kostnadseffektivt sätt.