Förslag på utformning av grundläggandeladdinfrastruktur för elfordon i Luleå EXAMENSARBETE

EXAMENSARBETE

Förslag på utformning av grundläggande

laddinfrastruktur för elfordon i Luleå

Björn Söderlund

2015

Högskoleingenjörsexamen Bilsystemteknik

Luleå tekniska universitet

Förord

Denna rapport är resultatet av ett examensarbete som utförts på

högskoleingenjörsutbildningen Bilsystemteknik vid Luleå tekniska universitet (LTU). Projektet gjordes på uppdrag av Luleå Energi och omfattar 15 högskolepoäng. Jag vill tacka följande personer: Ulf Lindström och Folke Enevi, handledare från Luleå Energi, som har besvarat många frågor och hjälpt till att driva projektet framåt; Robert Granström, handledare från Test Site Sweden, som har bidragit till flera intressanta diskussioner och kommit med synpunkter under arbetets gång; Daniel Petrovic på Sundsvall Elnät som svarat på många av mina frågor om elbilsanvändning och laddinfrastruktur; Peter Jeppsson och Jan van Deventer, handledare på LTU, som gett stöd och handledning under projektet.

Luleå, juli 2015

Sammanfattning

Energibolaget Luleå Energi vill undersöka behovet av publika laddmöjligheter för elbilar i Luleå kommun och vill veta hur en laddinfrastruktur bör utformas. Syftet med projektet var att stödja företaget i frågor gällande laddinfrastruktur. Målsättningen var att ta fram ett utformningsförslag på en grundinfrastruktur för publik laddning av elfordon i Luleå. Arbetet bygger på en litteraturstudie samt dialog med olika personer som verkar inom

elbilsanvändning och laddinfrastruktur.

Elbilar laddas till största delen över natten i anslutning till bostaden, eller över dagen på arbetsplatsen. På grund av dagens fordons begränsade räckvidd krävs dock en viss publik laddinfrastruktur för att den effektiva räckvidden ska kunna utökas. Publika laddstationer är även viktiga för att möjliggöra längre resor med batterbilar samt för att laddhybrider i största mån ska kunna köras på eldrift. Normalladdningsstationer kan ladda upp ett elbilsbatteri på en till sex timmar. Dessa enheter bör placeras på välbesökta parkeringsplatser där fordonet står en längre stund, exempelvis i stadskärnan, vid köpcentrum och flygplatser.

Snabbladdningsstationer laddar som regel upp batteriet på 20 till 30 minuter och behövs framför allt längs motorvägar och andra större vägar. Dessa bör placeras vid bensinstationer eller faciliteter som erbjuder liknande utbud.

I rapporten ges rekommendationer på hur laddplatserna bör utformas för att säkerställa hög användarvänlighet och att laddinfrastrukturen är förberedd för framtida behov. Detta inkluderar bland annat laddningseffekt, kontakttyper samt kommunikationssystem.

Normalladdningsstationer som etableras i Luleå bör ha fasta kablar med Typ 1- respektive Typ 2-kontakt. Snabbladdningsstationer har alltid fasta kablar och bör utrustas med både Combo 2- och CHAdeMO-kontakt. Alla laddplatser ska vara internetanslutna för att elbilsförare ska kunna se aktuell status via navigationssystem eller karttjänst.

I rapporten presenteras ett förslag på utplacering av sju laddplatser som syftar till att ge så många som möjligt användning för laddinfrastrukturen. För att Luleå ska få en grundläggande laddinfrastruktur som tillgodoser laddningsbehovet för befintliga fordon samt uppmuntrar fler att välja eldrivna fordon, bör 36 till 55 nya laddpunkter etableras varav ett fåtal

Abstract

The energy company Luleå Energi wants to examine the need for public charging for electric cars in the municipality of Luleå and wants to know how to design a charging infrastructure. The aim of this project was to support the company in matters concerning charging

infrastructure. The goal was to develop a recommendation on how to design a basic public infrastructure for charging electric cars in Luleå. The thesis work is based on a literature study and dialogue with various professionals with knowledge about charging infrastructure and the use of electric cars.

Electric cars are mainly charged overnight in connection to the residency, or during the day at the work place. However, due to today’s vehicles' limited range, a certain public charging infrastructure is needed in order to increase the effective range. Public charging stations are also needed to allow longer trips with battery electric vehicles and to enable plug-in hybrids to be predominantly powered by electricity. Normal power recharging points can recharge an electric vehicle battery in one to six hours. These units should be positioned at well-attended parking spaces where vehicles are parked for a longer period of time, for example in the city center, at shopping centers and airports. High power recharging points will typically recharge an electric car battery in 20 to 30 minutes. These charging stations should primarily be located along freeways and highways, at fuel stations or similar facilities.

The report includes recommendations for charging power, connector types and

communication systems that will ensure a user-friendly charging infrastructure that is well-prepared for future needs. Normal charging stations that are established in Luleå should have fixed cables and should be equipped with Type 1 and Type 2 connectors. High power

Innehållsförteckning

2.2 Batterikapacitet, energianvändning och räckvidd ... 7!

3 Laddning ... 9!

3.1 Konduktiv laddning ... 9!

3.1.1 Stationär konduktiv laddning ... 9!

3.1.2 Konduktiv laddning vid färd ... 9!

3.6.3 Mode 3 ... 14! 3.6.4 Mode 4 ... 15! 3.7 Kontakter ... 15! 3.7.1 Schuko ... 17! 3.7.2 CEE ... 17! 3.7.3 Typ 1 ... 18! 3.7.4 Typ 2 ... 18! 3.7.5 Combo 2 ... 19! 3.7.6 CHAdeMO ... 19! 3.7.7 Supercharger ... 20! 3.8 Laddningsutrustning ... 20! 3.8.1 Laddkabel ... 20! 3.8.2 Laddbox ... 21! 3.8.3 Laddstolpe ... 21! 3.8.4 Snabbladdningsstation ... 22! 3.9 Kommunikation ... 23! 3.9.1 Tillgång ... 24! 3.9.2 Betalning ... 24! 3.9.3 Laddinfra.se ... 24!

3.10 Rekommendationer och direktiv ... 25!

3.11 Påverkan på elnätet ... 25! 4 Laddplatsen ... 27! 4.1 Placering ... 27! 4.1.1 Normalladdning ... 27! 4.1.2 Snabbladdning ... 28! 4.2 Utformning ... 28!

4.2.2 Fast kabel kontra uttag ... 29! 4.3 Val av laddningseffekt ... 30! 4.4 Mätarsäkring ... 30! 4.5 Lastbalansering ... 31! 5 Laddinfrastruktur i Luleå ... 33! 5.1 Befintlig laddinfrastruktur ... 33! 5.2 Behov av laddmöjligheter ... 33! 6 Samarbeten ... 36! 6.1 Elfordon Norr ... 36! 6.2 Öresundskraft/CLEVER ... 36! 6.3 NENET ... 37! 7 Ekonomi ... 38!

7.1 Laddstationer och kringutrustning ... 38!

7.2 Nätanslutning ... 38!

7.3 Markarbete och installation ... 39!

7.4 Driftkostnader ... 40!

7.5 Investeringsstöd ... 40!

8 Förslag på utformning av laddinfrastruktur ... 41!

8.1 Laddplatser och laddpunkter ... 41!

8.5.2 Skyltning ... 45! 8.6 Kostnader för rekommendationsförslaget ... 45! 9 Diskussion ... 47! 9.1 Placering av laddplatser ... 47! 9.2 Antal laddpunkter ... 48! 9.3 Laddningseffekt ... 48! 9.4 Kostnader ... 49! 9.5 Betalning ... 50! 9.6 Vidare arbete ... 50! 10 Slutsatser ... 51! Referenser ... 52

Bilaga 1 – Tillväxt av laddbara fordon!

Bilaga 2 – Val av laddplatser!

1

1 Introduktion

Under senare år har en större konsensus gällande samband mellan utsläpp av koldioxid och klimatförändringar bidragit till att flera åtgärder vidtagits med syfte att minska användningen av fossila bränslen till fördel för förnybara drivmedel. En annan viktig följd av att använda alternativa drivmedel är att många av dessa, exempelvis el, kan utvinnas lokalt. En övergång till sådana drivmedel kan bidra till tryggare energiförsörjning samt stärkt lokal och nationell ekonomi.

Regeringens utredning av hur Sveriges fordonsflotta ska bli fossiloberoende år 2030

resulterade i rapporten Fossilfrihet på väg. En av slutsatserna som framhålls är att det krävs en omställning av fordonsdrivmedel så att dessa utgörs huvudsakligen av elektricitet och biobränslen. Elbilar laddas framför allt i hemmet, men det måste även gå att ladda batteriet på resa för att el ska kunna ersätta konventionella drivmedel i så många situationer som möjligt. Betydelsen av en fungerande laddinfrastruktur är kanske särskilt viktig idag eftersom många elbilsmodeller har begränsad räckvidd.

2

1.1 Problemdiskussion

För tillfället har Luleå totalt nitton anslutningspunkter för elfordonsladdning, varav nio följer den standard som kommer att gälla publik laddinfrastruktur från och med 2017. Dessa laddmöjligheter bidrar till att underlätta elbilsanvändningen, men troligen krävs det en större helhet för att stimulera övergången till elfordon och för att tillgodose kommande behov av laddmöjligheter. Elbilsområdet är förknippat med många stora osäkerhetsfaktorer och för att visa allmänheten att elbilar är något som tillhör framtidens transportsystem, behövs en ordentlig satsning på laddinfrastruktur.

Bland annat ger stora pendlingsflöden genom Luleå stadskärna upphov till höga bullernivåer och kväveoxidhalter som överstiger miljökvalitetsnormerna. Därför utvärderar Luleå kommun för tillfället ett antal åtgärder som ska minska trafiken i de hårdast drabbade delarna av staden. Utöver dessa åtgärder, skulle en ökad andel bilar som körs på eldrift kunna ha positiv

inverkan på buller och luftkvalitet i centrum.

Luleås kommunalägda energibolag Luleå Energi vill undersöka behovet av publika

laddmöjligheter i kommunen, hur en laddinfrastruktur bör utformas och hur elnätet påverkas av elbilsladdning. Koncernen vill också utforska möjligheterna för finansiering och eventuella samarbeten med andra aktörer.

1.2 Syfte

Syftet med projektet är att ge stöd för beslut i frågor gällande laddinfrastruktur för eldrivna personbilar i Luleå. Nedan följer projektets huvudsakliga frågeställningar.

• Hur stor omfattning ska laddinfrastrukturen ha?

• Vilka typer av laddning bör finnas?

• Vilka platser bör prioriteras vid placering av laddstationer?

3

1.3 Mål

Målsättningen är att ta fram ett förslag på hur en grundläggande infrastruktur för laddning av elfordon i Luleå bör utformas.

1.4 Avgränsningar

Projektets omfattning är begränsad till infrastruktur för rena elbilar och laddhybrider. Bussar och annan tung trafik samt elcyklar, elmopeder och elmotorcyklar inkluderas inte i

undersökningen. Rapportens huvudfokus är publik laddinfrastruktur, men behandlar i viss mån även privat laddning.

1.5 Metod

Med syfte att skapa en aktuell överblick av elbilsanvändning och laddinfrastruktur inleddes projektet med en litteraturstudie av rekommendationer, utredningar och erfarenheter från tidigare arbeten. Under arbetets gång fördes dialog med personer som verkar inom

elbilsanvändning och laddinfrastruktur. För att undersöka ifall det finns några planer på att bygga ut laddinfrastrukturen i Luleå kontaktades Luleå kommun och lokala bilhandlare. Även energibolagen Vattenfall och Öresundskraft kontaktades eftersom de nyligen annonserat om kommande nationella satsningar på utbyggnad av laddinfrastruktur.

1.5.1 Val av laddplatser

4

5

2 Laddfordon

Begreppet laddfordon eller laddbart fordon kan inkludera flera olika fordonstyper. I denna rapport avses dock endast personbilar och lätta lastbilar som går att ladda via elnätet. Dagens laddbara fordon kan delas in i två huvudkategorier; batterifordon och laddhybrider.

Batterifordon (Battery Electric Vehicle – BEV) drivs med en eller flera elmotorer och all energi som krävs för drift och uppvärmning samt övriga system, lagras i batterier. Den typiska räckvidden är runt 15 mil, men kan variera kraftigt beroende på modell och körförhållanden. Laddhybriden (Plug-in Hybrid Electric Vehicle – PHEV) har i regel en förbränningsmotor som huvudsaklig drivkälla som antingen driver hjulen direkt eller genererar ström till ett batteri, som i sin tur driver en eller flera elmotorer. De flesta laddhybrider är utrustade med avsevärt mindre batterier än batterifordon och har därför betydligt kortare räckvidd, oftast ett fåtal mil. Tanken är att fordonet ska kunna drivas på el under kortare sträckor samtidigt som räckvidden inte är något problem vid längre körningar. Gemensamt för båda fordonstyperna är att de kan laddas via elnätet. Batterifordon kräver laddmöjligheter medan laddhybrider kan drivas enbart med förbränningsmotorn, som även kan ladda upp batteriet vid färd.

2.1 Laddfordonsbestånd

Antalet laddbara fordon är ännu litet i Sverige, men under de senaste åren har siffran ökat betydligt. Vid årsskiftet 2014/2015 var 80 laddfordon i trafik i Luleå-regionen, varav 42 i Luleå kommun (Myhr, 2015c). Trots stor procentuell ökning de senaste åren är antalet bilar för litet för att några slutsatser ska kunna dras om beståndets fortsatta tillväxt. De prognoser som gjordes för laddfordonsbeståndet i Luleå baseras därför på framtidsscenarier i litteraturen samt tidigare tillväxtsiffror i Sverige och Norge.

Power Circle (2015a) rapporterar att det vid slutet av juni 2015 fanns 11 527 laddbara fordon i Sverige och bedömer att siffran kommer att växa till 17 000 under året. Vid årsskiftet

6

december 2010 till 31 december 2014. Under denna tidsperiod skedde det i Norge en fördubbling av laddfordonsbeståndet varje år. Se Bilaga 1 för statistik över

laddfordonsbestånden, antaganden och beräkningar av tillväxtsiffror. Idag finns det över 55 tusen laddbara fordon i Norge (Grønn bil, 2015). Enligt Gröna bilister (2012) beror den stora skillnaden i förekomsten av laddbara fordon främst på att Norge infört långsiktiga

ekonomiska incitament som gynnar elbilsanvändare samt gjort stora satsningar på utbyggnad av laddinfrastruktur.

Figur 1 Laddbara fordon i Sverige 2010 - 2014

I de prognoser, visioner och tänkbara scenarier som presenteras av Grahn & Hansson (2013), Holmström, Löfblad & Sköldberg (2013) samt Åkerman (2012) varierar andelen laddbara fordon år 2020 från en bråkdel upp till 50 procent av den svenska fordonsparken. Åkerman bedömer att scenarier där laddfordon utgör 1,3 eller 2 procentandelar av bilparken år 2020 är mest troliga, men att det trots allt råder stor osäkerhet kring utbredningstakten och

7

Fem tänkbara scenarier för laddfordonsbeståndet i Luleå togs fram utifrån ovan nämnda prognoser och tillväxtförlopp. Dessa scenarier illustreras i Figur 2 som visar antal laddbara fordon i Luleå till och med 2017.

Figur 2 Laddbara fordon i Luleå vid fem tillväxtscenarier

! A: Årlig tillväxt 148 %. Motsvarar utvecklingen i Sverige 2013 – 2014.

! B: Årlig tillväxt 121 %. Motsvarar utvecklingen i Sverige 2012 – 2014.

! C: Årlig tillväxt 100 %. Motsvarar utvecklingen i Norge 2011 – 2014.

! D: Årlig tillväxt 75 %. Motsvarar utvecklingen vid ett scenario med 3 % laddbara fordon av totalt antal personbilar i trafik i Luleå år 2020.

! E: Årlig tillväxt 52 %. Motsvarar utvecklingen vid ett scenario med 1,3 % laddbara

fordon av totalt antal personbilar i trafik i Luleå år 2020.

2.2 Batterikapacitet, energianvändning och räckvidd

Precis som vid färd med ett konventionellt fordon varierar energianvändningen, och därmed räckvidden, hos ett elfordon beroende på faktorer som acceleration, hastighet och

8

Med undantag för dieselfordon genererar förbränningsmotorn mycket överskottsvärme som används för att värma kupén. I de flesta rena batterifordon sker uppvärmningen istället med elenergi, vilket får följden att energianvändningen ökar betydligt vid lägre temperaturer. Batteribilar har normalt en batterikapacitet på 20 till 25 kWh och använder i genomsnitt 2 kWh per mil för framdrivning och drift av övriga elektroniska system (Goldmann, 2013; Sundsvall elnät, 2014; Svensk Energi, 2014; Öresundskraft, 2013). Enligt Norsk elbilforening (2013) kommer en batteribil typiskt 15 till 20 mil per laddning under goda förhållanden. Det saknas officiella testmetoder för räckvidd i vinterförhållanden, men de mätningar som gjorts visar att användaren kan räkna med mellan 7 och 10 mil per laddning beroende på

förhållanden, bilmodell och körsätt (Askergren & Granström, 2013?; Green Car Reports, 2015; FleetCarma, 2015). Laddhybrider har betydligt mindre batterikapacitet än batterifordon och kan generellt sett köras mellan 3 och 5 mil på el (Goldmann, 2013).

9

3 Laddning

Laddning av elfordon kan ske på olika sätt. Vanligast är att fordonet ansluts till elnätet via en fysisk kontakt – konduktiv laddning. En teknik nyligen introducerats på marknaden är trådlös laddning, vars största fördel är att fordonet inte måste anslutas till någon kontakt. I regel måste fordonet stå stilla vid såväl konduktiv som trådlös laddning, men tester och demonstration av laddning vid färd pågår i mindre skala på olika platser i världen.

3.1 Konduktiv laddning

Konduktiv laddning innebär att den elektriska energin överförs via en fysisk kontakt mellan elnätet och fordonet. Överföringen kan ske antingen med växelström eller likström. Vid växelströmsladdning omvandlar fordonets inbyggda laddare (ombordladdare) växelströmmen från elnätet till likström, så att den överförda energin kan lagras i batteriet. Likströmsbaserade laddstationer har en egen likriktare som omvandlar växelström till likström. Vid

likströmsladdning förbikopplas fordonets laddare och likströmmen överförs direkt från laddstationen till batteriet (Höjevik, 2014).

3.1.1 Stationär konduktiv laddning

Konduktiv laddning då fordonet står parkerat är den allra vanligaste laddmetoden idag. Om rätt utrustning används blir laddningen säker, effektiv och kan ske med hög överföringseffekt. Oftast överförs el till fordonet via växelström, men många nya elbilar kan även ta emot likström. Laddstationstillverkare uppger i regel att verkningsgraden hos deras stationer för likströmsladdning är runt 95 % och enligt Francfort (2013) är överföringseffektiviteten 99 % för de flesta växelströmsbaserade laddstationer.

3.1.2 Konduktiv laddning vid färd

Konduktiv laddning vid färd möjliggörs genom att en släpkontakt fäst på fordonet trycks mot en ledning ovanför, under eller på sidan av fordonet. Några konkreta exempel på hur tekniken används idag är för drift av tåg, trådbussar och spårvägar. Det pågår forskning och

demonstrationsprojekt angående hur tekniken kan anpassas för vägburen gods- och

10

med motsvarande lösning för trådlös överföring. (Elways AB, 2011; Viktoria Swedish ICT, 2013a, 2013b).

3.2 Trådlös laddning

Trådlös laddning av elbilar kan förenkla laddningen eftersom hanteringen av laddkabeln elimineras. Introduktionen av den trådlösa tekniken skulle därför kunna ge ökad popularitet åt laddbara fordon, bland annat i Sverige, där vädret gör att laddningen kan upplevas som ett obekvämt moment (WiCh, 2014?). För att trådlös laddning ska bli ett alternativ i publik miljö krävs dock standardisering eftersom alla fordon måste vara kompatibla med

laddinfrastrukturen för att kunna laddas.

Standardiseringsorganisationen !"#$%"&#'("&)*)$+#%(#$+,"'+&)-(..'//'(" (IEC) har påbörjat standardisering av trådlösa laddtekniker för elfordon, men en standard förväntas dröja bland annat eftersom marknaden ännu inte utvecklats samt på grund av att många tekniska och säkerhetsmässiga aspekter kräver grundlig utredning (IEC, 2015).

3.2.1 Stationär trådlös laddning

Idag erbjuds stationära lösningar för trådlös laddning av ett fåtal producenter, men

utvecklingsarbete pågår hos flera stora biltillverkare (Fisher, Bai, Blair Farley, Gao & Tse, 2014). År 2016 ska Toyota kunna leverera laddhybriden Prius med tillval för trådlös laddning (Motavalli, 2014). De flesta av dagens tillgängliga system bygger antingen på överföring genom induktion eller magnetisk resonans. Gemensamt för båda teknikerna är att de möjliggör trådlös kraftöverföring med hög verkningsgrad; i några fall uppåt 98 % (Fisher, Bai, Blair Farley, Gao & Tse, 2014; Sampath & Vilathgamauwa, 2014).

3.2.2 Trådlös laddning vid färd

11

modern elbil och kan laddas med upp till 85 procents överföringseffektivetet. Normalt behöver mellan 5 och 15 procent av vägsträckan elektrifieras för att bussarna ska kunna laddas längs linjen (Urban Foresight Limited, 2014).

3.3 Batteribytesstationer

Ett alternativ, eller komplement, till att stanna för laddning är att istället byta ut det urladdade batteriet mot ett fulladdat, på en särskild batteribytesstation. Det tar ungefär lika lång tid att byta batteriet mot ett fulladdat som att fylla tanken i ett konventionellt fordon. Under fem år drevs en fungerande infrastruktur med batteribytesstationer i Israel av företaget Better Place, som likviderades 2013 på grund av finansiella problem (Wikipedia, 2015). Idén testas dock på nytt av biltillverkaren Tesla Motors, som vid slutet av 2014 lanserade sin första

batteribytesstation i Kalifornien. Stationen används i ett pilotprogram där funktion och efterfrågan ska utvärderas (The Tesla Motors Team, 2014).

3.4 Laddningseffekt

Laddstationer kategoriseras oftast utifrån överföringseffekt. Europaparlamentets kommande direktiv Infrastruktur för alternativa bränslen (se Rekommendationer och direktiv) skiljer på normal och snabb laddning. En normalladdningsstation har en överföringseffekt mellan 3,7 och 22 kW och en snabbladdningsstation kan överföra energi med en effekt högre än 22 kW. Direktivet innefattar i praktiken bara laddstationer som är tillgängliga för allmänheten (Höjevik, 2014).

3.4.1 Normalladdning

Normalladdning kan delas upp i en privat och en publik kategori; hemmaladdning och destinationsladdning. Hemmaladdning är den vanligaste typen av laddning och sker i anslutning till bostaden eller arbetsplatsen. Idag sker hemmaladdning främst genom att en laddkabel ansluts till ett vanligt hushållsuttag och med några få undantag räcker en

laddningseffekt på 3,7 kW för att batteriet ska laddas fullt över natten eller dagen.

12

hemmaladdning är maximal överföringseffekt oftast högre, mellan 7,4 och 22 kW, vilket ger en laddningstid på runt en till tre timmar (se Laddtider).

3.4.2 Snabbladdning

Snabbladdning används då fordonets räckvidd behöver ökas snabbt och kan ses som ett komplement till normalladdning. Vanligtvis sker snabbladdning med likström, men även växelströmsladdning förekommer. De flesta elbilsmodeller klarar en överföringseffekt på upp till 50 kW. För att öka batteriets livslängd begränsas dock effekten efter hand som

laddningsgraden ökar. Snabbladdningsstationerna är normalt dimensionerade för 50 kW, men medeleffekten är betydligt lägre och minskar ytterligare vid låg temperatur. Tiden det tar att ladda batteriet upp till 80 procent brukar uppges till mellan 20 och 30 minuter (se Laddtider).

3.5 Laddtider

Tiden det tar att ladda upp ett batteri bestäms i stora drag av batterikapaciteten,

laddningseffekten, batteriets aktuella laddningsgrad och batteriets temperatur. För att öka batteriets livslängd kan det inte laddas ur helt. För att motverka överhettning och stora spänningsskillnader i batteriets celler sjunker dessutom laddningseffekten med ökande laddningsgrad. Normalt anges tiden det tar att ladda batteriet från ”tomt” till fullt. Vid högre effekter (cirka 11 kW och uppåt) gäller däremot tidsangivelsen upp till 80 procent av

batterikapaciteten, eftersom det kan ta lika lång tid att ladda batteriet de sista 20 procenten som de första 80 (Andersson & Carlsson, 2013; Power Circle, 2014).

13

Tabell 1 Exempel på laddtid, laddningseffekt och räckviddsökning

I elbilsprojektet Grønn Bil har användningen av snabbladdare i Norge undersökts. Under den varmare perioden på året är medeltiden för ett laddtillfälle runt 20 minuter och vid milda vintertemperaturer uppemot 30 minuter. Den genomsnittligt överförda energimängden uppskattas till 10 kWh per laddtillfälle (Grønn bil, 2014).

3.6 Säkerhet

14

3.6.1 Mode 1

Mode 1-laddning sker via laddkabel ansluten till Schuko-uttag (se Schuko) eller CEE-uttag (se CEE). Maximal strömstyrka är 16 A, men den norska rekommendationen för användning av Schuko-kontakt är högst 8 A eftersom kontakten inte är anpassad för högre strömuttag under längre perioder. Vid Mode 1-laddning sker ingen övervakning av anslutningen, vilket kan medföra risk för brand och personskador (Höjevik, 2014).

3.6.2 Mode 2

Vid Mode 2 används samma typ av kontakter som vid Mode 1-laddning. Skillnaden är att laddningen sker med en så kallad Mode 2-kabel som är utrustad med en kontrolldosa. Dosan övervakar kontinuerligt anslutningen mellan kontrollenhet och fordon samt nätanslutningens skyddsjord. Om något är fel eller om kontakten inte är ansluten till fordonet görs kontakten spänningslös. Mode 2-laddning ger inget skydd mot fel som uppstår mellan kontrolldosan och anslutningen till nätet, vilket gör att det fortfarande finns risk för personskador och brand. Maximal strömstyrka är 16 A med Schuko-kontakt och 32 A med CEE-don. Vid laddning med Schuko-kontakt är rekommenderad strömstyrka densamma som vid Mode 1-laddning (Höjevik, 2014).

3.6.3 Mode 3

15

3.6.4 Mode 4

Mode 4 används vid likströmsladdning och motsvarar säkerhetsnivån vid Mode 3-laddning. Fordonets ombordladdare förbikopplas och strömmen överförs direkt mellan laddstationens likriktare och batteriet.

3.7 Kontakter

Elbilsmodellerna på den svenska marknaden är i allmänhet utrustade med två olika

laddkontakter för växelströmsladdning och två för likströmsladdning. Det är viktigt att skilja på fordonets anslutningskontakter och laddstationens kontakter. På varje laddbart fordon sitter en eller två kontakter för anslutning av laddkabel. Alla bilar har åtminstone en kontakt för växelström och ibland också en för likström.

Laddstationen är antingen utrustad med ett ladduttag eller en fast kabel. För att ett fordon ska kunna laddas måste kontakten på den fasta kabeln överensstämma med fordonets kontakt. Om laddstationen är försedd med uttag måste en lös laddkabel anslutas mellan uttaget och

16

Tabell 2 Kontakter och laddningseffekter för laddbara fordon

* Kan laddas med upp till 100 kW enligt Kia.

** Årsmodell 2015 får ny ombordladdare som medger maximalt 22 kW.

*** 11 kW som standard. 22 kW kräver eftermontering av extra ombordladdare. **** Kräver CHAdeMO-adapter (tillbehör). Laddningseffekt upp till 50 kW.

17

3.7.1 Schuko

Schuko (se Figur 3) är den standardiserade hushållskontakt som används i Sverige och är godkänd för upp till 16 A under kortare tid. Denna kontakt används endast vid anslutningen till nätuttaget och inte vid kontakten som sitter på fordonet. Kontakten används för Mode 1- och Mode 2-laddning.

3.7.2 CEE

CCE-don (se Figur 4) är industrikontakter för enfas och trefas. Kontakterna används endast vid anslutningen till nätuttaget och inte vid kontakten som sitter på fordonet. Kontakterna används vid Mode 1- och Mode 2-laddning upp till 16 A.

18

3.7.3 Typ 1

Typ 1-kontakten (se Figur 5) medger enfasladdning upp till 32 A. Denna kontakt används på de flesta fordon som tillverkas i Asien och USA (Power Circle, 2014). Majoriteten av

Sveriges laddbara fordon är försedda med Typ 1-kontakt (Power Circle, 2015b).

3.7.4 Typ 2

Typ 2-kontakten (se Figur 6) klarar både enfas och trefas. Maximal strömstyrka är 70 A vid enfasladdning och 63 A vid trefasladdning. Kontakten återfinns på de flesta europeiska

tillverkare och kommer vara standardkontakt på europeiska bilmodeller från och med år 2017.

Figur 5 Typ 1, kontakt på fordon och laddhandske (t.h.) (Höjevik, 2014)

19

3.7.5 Combo 2

Combo 2-kontakten (se Figur 7) bygger på CCS (Combined Charging System) som innebär att kontaktens kommunikationsstift överensstämmer med de som återfinns på Typ

2-kontakten. Utöver dessa stift är kontakten försedd med två stift för likströmsladdning. En fördel med detta är att fordonet kan laddas genom samma kontakt vid både likström och växelström. Kontakten på laddstationen kan däremot endast överföra likström. Enligt Kane (2014) klarar Combo-kontakten laddspänningar över 800 V, men enligt Henderson (2014) kan dagens elbilar som högst laddas vid strax över 400 V, vilket får följden att laddningseffekten begränsas av hur hög strömstyrka anslutningen klarar av. Kontakten är dimensionerad för likströmsladdning med upp till 200 A, vilket ger en maximal överföringseffekt på cirka 80

kW.

3.7.6 CHAdeMO

CHAdeMO-kontakten (se Figur 8) används vid likströmsladdning och sitter främst på japansktillverkade fordon. Enligt CHAdeMO (u.å.) klarar kontakten 200 A. Därmed blir maximal laddningseffekt runt 80 kW vid en spänning på 400 V.

20

3.7.7 Supercharger

Supercharger-kontakten är en likströmskontakt utvecklad av Tesla, som används vid särskilda Supercharger-laddplatser för laddning av Model S med effekter uppemot 135 kW.

3.8 Laddningsutrustning

Fordonsladdning kan ske med olika sorts utrustning. Majoriteten av all laddning sker i hemmet i befintliga Schuko-uttag via Mode 2-kabel. Vid publik laddning används någon typ av laddstation; laddbox, laddstolpe eller snabbladdningsstation. Laddboxar och laddstolpar är i regel växelströmsbaserade och har en eller två laddpunkter (kontaktdon). De flesta publika laddstationerna i Sverige är laddstolpar med Schuko-uttag, men kontakter avsedda för fordonsladdning blir allt vanligare på publika laddplatser. I regel kräver laddstationer fast nätanslutning, men portabla modeller som ansluts till nätet via industrikontakt förekommer också. Dessa enheter kan vara användbara vid exempelvis demonstrationsevenemang och biltestverksamhet.

3.8.1 Laddkabel

Dagens laddkablar kan delas upp i två kategorier; Mode 2 och Mode 3. Normalt medföljer en Mode 2-kabel med Schuko-kontakt vid bilköpet. Ofta går det att reglera strömstyrkan på kontrollenheten som är monterad på Mode 2-kabeln.

En Mode 3-kabel ansluts till laddstationer som har uttag avsett för fordonsladdning; i Sverige en Typ 2-kontakt. Kabelns ena ände ansluts till laddstationens uttag. Andra änden är antingen av Typ 1 eller Typ 2 och kopplas till fordonets växelströmsanslutning. Fordonet meddelar

21

laddstationen vilken effekt det kan ta emot och laddstationen anpassar sedan laddningseffekten efter fordonets önskemål.

3.8.2 Laddbox

En laddbox (se Figur 9) är den enklaste typen av laddstation och kan användas både på publika laddplatser och vid hemmaladdning. Vissa modeller är förberedda för

internetanslutning och identifikationssystem. Enheten monteras normalt på väggen, men kan även fästas på en stolpe vid parkeringsplatsen. Laddboxar finns i utföranden med en eller två laddpunkter och erbjuds för både enfas- och trefasladdning. Maximal strömstyrka kan vara upp till 32 A. Laddboxar kan beställas med ladduttag eller fast kabel (Power Circle, 2014). I regel kostar en laddbox 5 till 15 tkr bland annat beroende på effekt, kontakttyper och

kommunikationsmöjligheter.

Figur 9 Laddbox med fast kabel (Bosch, u.å.)

3.8.3 Laddstolpe

22

kabel. Ibland finns utrymme för färgsättning eller logotyp, vilket kan göra laddstolpen enklare att upptäcka och även ge möjlighet till informationsspridning. En laddstolpe med EU-standard kostar från 15 tkr och uppåt (Power Circle, 2014). I Figur 10 visas en laddstolpe med fasta kablar av Typ 1 och Typ 2.

Figur 10 Laddstolpe med fasta kablar

3.8.4 Snabbladdningsstation

CHAdeMO-23

kontakter. Somliga stationer har även Typ 2-kontakt för växelströmsladdning med upp till 44 kW. Normalt kostar en snabbladdningsstation mellan 250 och 300 tkr. I Figur 11 visas en snabbladdningsstation försedd med påkörningsskydd och väderskydd.

Figur 11 Snabbladdningsstation

3.9 Kommunikation

En förutsättning för en välfungerande laddinfrastruktur är att det kan ske ett

informationsutbyte mellan viktiga delar av systemet. För detta krävs internetuppkoppling. Möjligheten att koppla upp laddstationen mot en portal gör att laddinfrastrukturen kan övervakas, uppdateras och i viss mån felsökas på distans. Dessutom kan portalen

24

3.9.1 Tillgång

Laddstationer kan utrustas med identifikationssystem som avgör vem som har tillåtelse att ladda. Identifiering kan till exempel ske via SMS, mobil-applikation eller RFID-tag. Valet av system beror på i vilket sammanhang laddstationen ska användas (Power Circle, 2014).

3.9.2 Betalning

Att avgiftsbelägga elbilsladdning är både ett sätt för operatören att generera intäkter och att åstadkomma rotation på laddplatsen. Det är viktigt att upplägget för betalning utgår från att det ska vara enkelt för användaren att ladda. Betalsystemet bör därför inte låsa användaren till något särskilt system eller en viss operatör. Några exempel på förekommande betalmetoder är via kortterminal, parkeringsautomat och RFID-kort med abonnemang eller refillkonto (Power Circle, 2014). Debitering kan också göras med mobiltelefon via SMS, applikation eller NFC. Ofta erbjuder leverantörer av laddstationer betalsystem som kan konfigureras utifrån

beställarens behov och förutsättningar.

I Sverige är majoriteten av laddningen avgiftsfri för användaren. Gratis laddning kan bidra till ökad försäljning och användning av laddfordon. Dessutom undviker operatören kostnader för att administrera ett betalsystem. Vid nyetablering bör dock all publik laddinfrastruktur

förberedas för betalning (Power Circle, 2014). Fredrikstad kommun (2014) menar att fordonsladdning bör avgiftsbeläggas först när de potentiella intäkterna motsvarar

administrationskostnaderna för betalsystemet. När ett större antal fordon börjar använda infrastrukturen kan avgiften fungera som ett verktyg för att skapa cirkulation så att laddplatsen endast upptas av fordon i behov av laddning.

3.9.3 Laddinfra.se

Laddinfra.se är en databas som drivs av elkraftsbranschens intresseorganisation Power Circle. Syftet med databasen är att samla information om samtliga publika laddplatser i landet. Genom att denna information presenteras i ett användargränssnitt, som exempelvis en karttjänst eller fordonets navigationssystem, kan användaren hitta laddplatser och se tillgängligheten hos uppkopplade laddare (D., Petrovic, personlig kommunikation, 2014). I dagsläget används databasen av bland annat Eniros karttjänst som visar öppettider,

25

3.10 Rekommendationer och direktiv

Direktivet Infrastruktur för alternativa bränslen röstades igenom av Europaparlamentet år 2014 och ska vara genomfört av medlemsländerna under senare delen av 2016. Enligt

direktivet ska all nybyggd publik laddinfrastruktur som standard vara utrustad med åtminstone Typ 2-kontakt vid växelströmsladddning och Combo 2-kontakt vid likströmsladdning.

Direktivet fastslår också att publika laddstationer ska vara uppkopplade, om det är tekniskt och ekonomiskt möjligt. Varje medlemsland ska ha ett genomsnitt på en publik laddpunkt per tio laddfordon, baserat på förväntat antal laddbara fordon år 2020. Direktivet tar inte hänsyn till tillgången på privata laddmöjligheter (Europaparlamentet, 2014).

EU-standarden för laddkontakter förespråkas redan nu av såväl

fordonstillverkarorganisationen ACEA som Svensk Energi:s medlemsföretag (ACEA, 2015; Svensk Energi, 2015). Power Circle (2014) rekommenderar att det utöver Combo 2-kontakt ska finnas CHAdeMO-kontakt på likströmsbaserade laddstationer. Power Circle

rekommenderar även att det på laddplatser med växelströmsbaserade laddstationer, som har fasta kablar, bör erbjudas både Typ 1- och Typ 2-kontakt.

3.11 Påverkan på elnätet

Trots att elbilsladdning kräver mycket energi är Sveriges elproduktion tillräckligt stor för att en stor mängd fordon ska kunna laddas via elnätet och överlag är förutsättningarna i elnätet goda. Utmaningarna kommer vara relaterade till kapacitet och komponenter i vissa lokala elnät. Dessa utmaningar kommer behöva hanteras både genom att kapaciteten byggs ut och genom att laddinfrastrukturen integreras i det smarta elnätet så att belastningen kan jämnas ut över dygnet (Allen et al., 2013; SOU 2013:84).

26

Mätningar som utförts på Sundsvall Elnäts laddstationer visar på ett obetydligt spänningsfall och endast låga nivåer av övertoner. Mätningarna gjordes på en nätstation som försörjer en 50 kW-snabbladningsstation samt två växelströmsbaserade laddstolpar på 22 kW vardera. Den bedömning som gjordes var att laddplatsen kan förses med ytterligare fyra 50

kW-laddstationer innan övertoner skulle kunna leda till problem. Laddstationer av lägre kvalitet än de som användes vid mätningarna skulle kunna ge upphov till en betydande ökning av

27

4 Laddplatsen

Både laddplatsens placering och utformning kan ha stor inverkan på hur väl

laddinfrastrukturen fyller sin funktion. Laddplatsen ska helst vara väl synlig, dels för att vara enkel att hitta och dels för att skapa uppmärksamhet kring elbilsanvändning, vilket är en viktig del i den inledande fasen av elbilsinförandet. Laddstationernas specifikationer bör anpassas så att de tillgodoser både dagens och kommande fordons behov (D., Petrovic, personlig kommunikation, 2014). Eftersom stadsbilden är under ständig förändring, kan laddplatsens position komma att behöva ändras. Placeringen bör därför utvärderas då och då för att säkerställa att laddinfrastrukturen fortsatt fyller sin funktion (G., Hamlund, personlig kommunikation, 24 oktober 2014).

4.1 Placering

Power Circle (2014) rekommenderar att publika laddplatser utplaceras med utgångspunkten att skapa en kombination av kluster- och korridorsstruktur. Klusterstruktur betyder att normal- och snabbladdningsstationer placeras strategiskt i och runt tätorter och städer så att det är möjligt att färdas enbart på eldrift i hela området. Korridorstrukturen innebär en placering av snabbladdningsstationer längs sträckor som förbinder olika punkter, till exempel två tätorter, så att längre resor med batterifordon möjliggörs.

4.1.1 Normalladdning

Normala laddstationer bör etableras på välbesökta parkeringsplatser där användaren kan ägna sig åt någon typ av aktivitet under tiden fordonet laddas. För att anpassa placeringen efter laddtiden är det viktigt att välja platser där fordon normalt parkeras en timme eller längre, så att batteriet hinner laddas upp ordentligt. Exempel på lämplig placering kan vara

parkeringsplatser i anslutning till:

• Stadskärnor

• Restauranger

• Köpcentra

28 • Större tjänsteföretag • Turistmål • Flygplatser • Järnvägsstationer • Färjeterminaler

(Björ, 2013; D., Petrovic, personlig kommunikation, 2014; Power Circle, 2014; Svensk Energi, 2010).

4.1.2 Snabbladdning

I Sverige förespråkas snabbladdningsstationer framför allt i anslutning till större vägar mellan städer för att möjliggöra längre resor på eldrift. Eftersom användaren endast gör ett kort stopp ska dessa helst placeras i anslutning till faciliteter som erbjuder toaletter och utbud

motsvarande det som finns på bensinstationer. Utöver mackar är kaféer, rastplatser och

snabbmatsrestauranger lämpliga platser för snabbladdning (Björ, 2013; D., Petrovic, personlig kommunikation, 2014; Strömfelt, 2014; Svensk Energi, 2010).

4.2 Utformning

Användarvänligheten är viktig och det ska vara lätt att handskas med laddstationen.

Laddplatsen ska vara lättåtkomlig och skyltas till tydligt så att den blir enkel att hitta även på längre avstånd (Björ, 2013). Enligt Svensk Energi (2014) ska det vara möjligt att byta till nya kontakttyper så att laddinfrastrukturen kan anpassas efter framtida behov. Svensk Energi menar även att laddstationer inte bör störa stadsbilden, renhållning, snöröjning eller annan trafik. Power Circle (2014) rekommenderar att publika laddplatser anpassas för förare med rörelsehinder genom att laddstationer placeras på extra breda parkeringar (minst 5 m) nära entrén till närliggande verksamhet. Det bör inte finnas någon nivåskillnad mellan

29

4.2.1 Skyltning och kringutrustning

Offentliga laddplatser ska skyltas med tilläggsskylt T24 (se Figur 12) som anger att endast laddbara fordon tillåts parkera. För att förhindra att fordon upptar platsen utan att ladda kan skylten kompletteras med ytterligare tilläggsskylt som anger detta. Skyltningen från större vägar ska vara tydlig, så att användaren enkelt hittar till laddplatsen. Snabbladdningsstationer bör vara utrustade med väderskydd, belysning samt påkörningsskydd.

Figur 12 Skyltning för parkeringsplats avsedd för laddbara fordon

4.2.2 Fast kabel kontra uttag

Alla laddstationer för likströmsladdning är försedda med fast laddkabel, men vid

30

Enligt D., Petrovic (personlig kommunikation, 24 oktober 2014) är fast kabel alltid att föredra för att säkerställa enkelt handhavande. Kabeln bör vara av spiraltyp så att den inte riskerar att bli släpad i marken, samtidigt som risken för att kabeln ska vara i vägen för andra trafikanter minimeras. Spiralkabeln bör vara av god kvalité eftersom den är känsligare för felaktig användning och kan förstöras av att den dras ut för långt.

4.3 Val av laddningseffekt

Växelströmsbaserade laddstationer kan ofta beställas i varianter med olika hög toppeffekt. D., Petrovic (personlig kommunikation 2014 & 2015) rekommenderar att publika laddstationer ska ha trefasanslutning och möjliggöra laddning med 22 kW, vilket gör att några av dagens elbilsmodeller kan laddas på runt en timme. Samtidigt förbereds infrastrukturen för framtida behov om det blir vanligare med fordon som klarar trefasladdning.

Laddstationer som kan överföra energi till ett fordon med 22 kW kan fås i varianter med olika strömstyrka; 32 A respektive 64 A. Hos den förstnämnda laddstationen fördelas strömmen över båda laddpunkterna om två fordon laddas samtidigt, vilket innebär att ett fordon med en ombordladdare som klarar 22 kW kanske inte alltid får tillgång till laddstationens maximala effekt. I 64 A-versionen kan varje laddpunkt leverera upp till 22 kW oberoende av om ett eller två fordon använder laddstationen. Detta förutsätter att båda laddpunkterna är försedda med Typ 2-kontakter.

De allra flesta snabbladdningsstationer kan överföra energi med upp till 50 kW till ett och samma fordon. Ett undantag är företaget EVTEC:s laddstation som klarar betydligt högre effekter; i teorin upp till 120 kW via CHAdeMO- eller CCS-kontakt. Laddstationen är uppbyggd med 10 kW-moduler och kan fördela strömmen till två fordon samtidigt, så att dessa i teorin laddas med exempelvis 60 kW vardera (EVTEC, 2015).

4.4 Mätarsäkring

31

personlig kommunikation, 2015). Väljs en mindre säkring finns det risk för att denna överbelastas ifall många fordon laddas med hög effekt samtidigt. För att undvika att detta inträffar kan laddplatsen utrustas med ett system för lastbalansering som övervakar och kan begränsa strömuttaget (se Lastbalansering). Tabell 3 visar hur stor mätarsäkring som behövs för laddplatsen beroende på antal laddstationer och maximal effekt för varje uttag.

Dimensioneringen av mätarsäkringen förutsätter trefasmatning till laddplatsen.

Tabell 3 Mätarsäkring som funktion av antal laddstationer och laddningseffekt

4.5 Lastbalansering

32

33

5 Laddinfrastruktur i Luleå

Den kraftiga ökning av laddbara fordon som skett i både Sverige och Norge de senaste åren sammanfaller ganska väl med introduktionen av attraktivare elbilsmodeller. Faktum kvarstår dock att det krävs publika laddmöjligheter där elbilens räckvidd kan utökas så att användaren kan röra sig obehindrat både i vardagen och på längre resor. Bland annat shopping och arbetspendling ger upphov till mycket trafik såväl inom kommunen som mellan Luleå och närliggande kommuner. Staden har även många kultur- och idrottsevenemang samt ligger i anslutning till Europaväg E4 som hanterar stora trafikflöden i norr- och södergående riktning längs norrlandskusten. Möjligheter att ladda elfordon kan därför gynna betydligt fler än bara kommunens invånare.

5.1 Befintlig laddinfrastruktur

I Luleå finns fem publika laddplatser, varav två möjliggör Mode 3-laddning (se Tabell 4). Övriga laddplatser är försedda med endast Schuko-uttag och uppfyller därför inte EU:s krav för publik elbilsladdning. Därför exkluderas dessa laddpunkter vid uppskattning av Luleås behov av laddmöjligheter.

Tabell 4 Befintliga laddplatser i Luleå

(Uppladdning.nu, 2014; Eniro, 2015)

5.2 Behov av laddmöjligheter

34

minst 0,1 laddpunkter per elbil (se Rekommendationer och direktiv). Följande uppskattningar av lämpligt antal laddpunkter i Luleå bygger på rekommendation i detta EU-direktiv. Telleen & Trigg menar att ett fåtal snabbladdningsstationer kan vara tillräckligt om dessa placeras strategiskt. Enligt R., Granström (personlig kommunikation, 7 oktober 2014) skulle två till tre snabbladdningsstationer troligen vara tillräckligt för Luleå i nuläget. Granström menar också att det kan vara en god idé att etablera två laddstationer på samma plats för att undvika framtida köbildning.

Eftersom det råder stor osäkerhet kring hur laddfordonsbeståndet kan komma att utvecklas ger uppskattningar av behovet av laddmöjligheter som utgår från förväntat laddfordonsbestånd år 2020, i enlighet med kommande EU-direktiv, mycket spridda siffror beroende på vilken prognos som används. Om en alltför optimistisk prognos följs finns det risk att stora investeringar görs i laddinfrastruktur som inte utnyttjas. För att minska denna risk kan behovet av laddmöjligheter uppskattas utifrån förväntat laddfordonsbestånd två – tre år framöver. Tillväxten av laddbara fordon antas följa takten i scenario A eller B (se

Laddfordonsbestånd) alternativt en tillväxt som ligger någonstans emellan dessa scenarier. I Figur 13 visas behovet av laddpunkter vid dessa två scenarier.

Figur 13 Uppskattat behov av laddpunkter i Luleå

35

36

6 Samarbeten

Inte sällan går två eller flera aktörer ihop vid etablering av laddinfrastruktur, vilket kan medföra fördelar som större tillgång på kunskap, arbetskraft och ekonomiska medel.

Dessutom kan infrastrukturen planeras så att den tillgodoser behovet för flera aktörer. Om det går att placera ut laddplatser som kan utnyttjas av många verksamheter kan kostnaderna för utbyggnaden minskas. Samarbeten innebär dock vissa utmaningar och det är viktigt att inblandade aktörer enas i projekteringsfasen för att undvika framtida konflikter. Till exempel bör det beslutas vem som betalar för el och investeringar, sköter drift och underhåll, hur betalning ska ske och så vidare (Power Circle, 2014). Nedan ges tre exempel på

organisationer som kan vara av intresse för den som vill etablera laddinfrastruktur i Luleå-regionen.

6.1 Elfordon Norr

Nätverket Elfordon Norr drivs av Bio Fuel Region, en organisation som jobbar med

omställningen till hållbara transporter i norra Sverige. Elfordon Norr arbetar för tillfället med att starta ett större forsknings- och utvecklingsprojekt med syfte att bygga ut

laddinfrastrukturen i Norrland; längs kusten från Sundsvall till Haparanda, men även inåt landet. Just nu undersöks intresset bland olika aktörer samt möjligheterna till investeringsstöd.

6.2 Öresundskraft/CLEVER

37

6.3 NENET

Norrbottens energikontor AB (NENET) är ett regionalt energikontor som ägs av Norrbottens kommuner och Norrbottens läns landsting, med huvudkontor i Luleå. Organisationen driver och samordnar projekt inom miljö och energi utan eget vinstintresse, ofta med

38

7 Ekonomi

Etablering av laddinfrastruktur kräver investeringar, men även driften ger upphov till

betydande kostnader. För att skynda på utbredningen av laddplatser och laddbara fordon har regeringen därför beslutat om ett investeringsstöd från år 2015.

7.1 Laddstationer och kringutrustning

De flesta leverantörer erbjuder laddstationer i många olika utföranden och tar i regel fram en offert vid förfrågan. Prisexemplen i Tabell 5 är exklusive moms och baseras på vad som erbjuds hos några svenska leverantörer och återförsäljare.

Tabell 5 Uppskattning av kostnader för laddstationer och kringutrustning

7.2 Nätanslutning

För att etablera en laddstation krävs markägarens tillstånd. Eventuellt kan andra tillstånd, exempelvis bygglov, behövas från kommunen. Vid anslutning till det koncessionspliktiga elnätet måste ett nätabonnemang tecknas för varje laddstation. Ett tillägg i Förordningen om icke-koncessionspliktiga nät innebär däremot att en laddplats kan undantas kravet om den utgör ett väl avgränsat internt nät. I detta fall räcker det med ett elnätsabonnemang respektive elhandelsavtal för hela laddplatsen (Svensk Energi, 2014). Operatören kan även välja att dra ledningar från ett befintligt internt nät om det finns tillräcklig kapacitet. Nyanslutning kräver nytt elnäts- och elhandelsabonnemang. Power Circle (2014) rekommenderar dock att

laddplatsen förses med egen anslutning till det koncessionspliktiga nätet.

Vid anslutning till det koncessionspliktiga nätet sköter elnätbolaget grävning och

39

Kostnaden beror i första hand på ansluten strömstyrka, men också på avståndet till

anslutningspunkten och om anslutningen kräver ny utrustning, exempelvis en nätstation (F, Enevi, personlig kommunikation, 18 februari 2015).

För att nätbolaget ska kunna mäta effekt och överförd energimängd behövs ett mätarskåp eller en serviscentral. Om laddplatsen är säkrad för mindre än 80 A räcker ett mätarskåp, men från 80 A och uppåt krävs det en serviscentral för att mäta strömmen. Ett mätarskåp kostar runt 10 tkr och en serviscentral cirka 25 tkr. Denna utrustning betalas av den som etablerar laddplatsen (Björ, 2013)

Tabell 6 Anslutningskostnad och kostnad för nätabonnemang hos Luleå Energi

(Luleå Energi, 2014, 2015)

* Elanvändning upp till 22 800 kWh per år

7.3 Markarbete och installation

Vid etablering av normala laddstationer räcker det oftast att gräva ner ett betong- eller

40

nedgrävning av fundament samt kabeldragning mellan serviscentralen och laddstationerna (Power Circle, 2014). Björ (2013) menar att kostnader för markarbete och installation kan variera mycket, men gör uppskattningen 20 tkr för markarbete samt 8 tkr för installation per laddplats.

7.4 Driftkostnader

Driften är en central del i laddinfrastrukturen. För att säkerställa hög driftkvalitet ska

laddstationerna övervakas, uppdateras och underhållas vid behov. En portaltjänst underlättar driften avsevärt eftersom mycket av arbetet kan skötas på distans. Ofta erbjuder leverantören någon form av serviceavtal som tar hand om delar av driften, men för att driva och utveckla en laddinfrastruktur krävs det i regel en heltidstjänst tillägnad detta. Ett alternativ till att sköta driften själv kan vara att köpa in en helhetslösning av en extern operatör (C., Nilsson,

personlig kommunikation, 9 januari 2015; D., Petrovic, personlig kommunikation, 2014).

7.5 Investeringsstöd

I alliansbudgeten för 2015 ingår investeringsstöd för laddinfrastruktur med totalt 75 Mkr, men när den här rapporten skrivs är det ännu inte lanserat. I sitt remissvar till utredningen

41

8 Förslag på utformning av laddinfrastruktur

Följande rekommendationer är baserade på författarens bedömning utifrån de kunskaper som samlats in under projektets gång samt erfarenheter som boende i Luleå. Rekommendationens syfte är att ge en god visning om lämpligt antal laddpunkter och vilka platser som bör

prioriteras samt hur dessa bör utformas avseende bland annat laddningseffekt, kontakttyper och kommunikationssystem.

8.1 Laddplatser och laddpunkter

För att bygga upp en grundinfrastruktur föreslås 39 till 41 laddpunkter, fördelade på sju olika laddplatser. Förslaget inkluderar en till tre snabbladdningsstationer. Alla

normalladdningsplatser bör förses med sex laddpunkter var, med syfte att undvika köbildning på laddplatsen. Notera att ett fordon som anländer till en laddplats där laddstationerna

42

Figur 14 Förslag på placering av laddplatser

43

8.2 Laddningseffekt

Snabbladdningsstationer ska vara dimensionerade för ett effektuttag på 50 kW per laddpunkt. Växelströmsbaserade laddstationer bör vara trefasanslutna och åtminstone ha en märkeffekt på 22 kW, det vill säga minst 32 A märksäkring.

8.3 Mätarsäkring

Eftersom så pass få laddbara fordon är registrerade i Luleå för tillfället, kan normala laddplatser förses med en mindre mätarsäkring än vad som visas i Tabell 3. Det bör dock fortfarande vara möjligt att ladda åtminstone ett fordon med upp till 22 kW på laddplatsen. I takt med att de laddbara fordonen ökar och modeller som klarar högre laddningseffekt blir vanligare, kan mätarsäkringen bytas ut till en större. Om en mindre mätarsäkring väljs ska laddplatsen utrustas med någon typ av laststyrning för att förhindra driftstörningar till följd av överbelastning.

8.4 Kommunikation

Alla publika laddstationer ska förses med internetuppkoppling för att underlätta för både operatör och användare. Det är mycket viktigt att nya laddstationer registreras på

Laddinfra.se, så att användaren kan se var det finns lediga laddstationer. En fast internetanslutning ger tillförlitligare uppkoppling än trådlös och är därför att föredra.

8.4.1 Tillgång

Publika laddstationer bör vara öppna för alla och behöver inte utrustas med något system för tillgångsstyrning. Ett sådant system integreras istället i framtida betalsystem. Operatörer som vill erbjuda sina kunder laddning i anslutning till verksamheten kan dock förse

laddstationerna med RFID-läsare. Kunden lånar då en RFID-bricka som ger tillgång till laddstationen. Ett alternativ kan vara att tillgången styrs via uppkoppling mellan laddstationen och kundtjänst eller motsvarande.

8.4.2 Betalning

44

administrativa avgifterna för ett sådant system. Till en början är det heller inte nödvändigt att avgiftsbelägga laddningen för att undvika köbildning på laddplatsen. Publika laddstationer som ska avgiftbeläggas i framtiden bör utrustas med RFID- och NFC-läsare för att möjliggöra betalsystem som bygger på dessa tekniker.

Operatörer som redan har system för hantering av betalning och vill ta betalt skulle kunna använda sig av någon typ av enklare betalningsmodell. Ett exempel är avgiftsbelagda

parkeringsplatser, där elbilsladdning enkelt kan inkluderas i parkeringsavgiften. Avgiften bör i så fall utgå från att laddningseffekten är 3,7 kW eftersom de flesta fordon i Luleå med största sannolikhet inte kan ta emot högre effekt än så i nuläget. Detta bör ge en relativt korrekt prissättning i ett inledande skede, men på sikt kan den bli ytterst missvisande när fordon med kraftigare ombordladdare blir vanligare.

8.4.3 Elmätare

För att operatören ska kunna övervaka elförbrukningen och ta betalt baserat på överförd el bör laddstationerna ha elmätare. Antingen utrustas varje laddstation med en individuell mätare eller också kan laddplatsen förses med en enhet som övervakar förbrukningen i laddplatsens samtliga laddstationer.

8.5 Utformning av laddplats

Det är viktigt att utformningen av laddplatsen sker från utgångsläget att hanteringen ska vara enkel för användaren oavsett bilmodell. Laddplatsen ska helst vara väl synlig från

kringliggande vägar och skyltningen bör vara tydlig.

8.5.1 Kontakter

45

8.5.2 Skyltning

Laddplatsen ska skyltas med tilläggsskylt T24 och gärna en skylt där det tydligt framgår vilka regler som gäller för fordon som inte laddar. Dessutom bör det finnas skyltning längs

närliggande vägar och vid infarten till parkeringen. För att uppmärksamma och sprida

information kring laddfordon är det en god idé att uppföra en informationstavla som upplyser om elfordon och laddning. Dessa bör placeras vid välexponerade laddplatser.

8.6 Kostnader för rekommendationsförslaget

Både etablering och drift av laddinfrastruktur ger upphov till betydande kostnader. I Tabell 8 visas kostnader för laddstationer och kringutrustning. Dessa utgör största delen av

investeringskostnaderna, men även nätanslutningen kan vara kostsam. Driftkostnaderna består främst av lönekostnader för drift, underhåll och utveckling (se Tabell 9). Om ett nytt

abonnemang måste tecknas för laddplatsen kan även kostnaderna för detta bli stora. Priserna för nätanslutning är ungefärliga och kan variera betydligt. Tabellvärdena utgår från att tre snabbladdningsstationer etableras, två vid Mjölkuddsrondellen och en på Storheden. Enligt F., Enevi (personlig kommunikation, 18 februari 2015) kan det krävas nya serviscentraler samt nätabonnemang på dessa platser, medan det i övriga nät bör finnas tillräcklig kapacitet för att hantera den ökade last som laddstationerna skulle ge upphov till. Om laddplatsen ansluts till en fastighet med befintligt abonnemang krävs fortfarande kabeldragning och grävning. Detta sköts inte av nätbolaget, men dess anslutningskostnader kan ge en uppfattning om

46

Tabell 8 Uppskattning av investeringskostnader för laddinfrastruktur

47

9 Diskussion

Ett förslag på utformning av en grundläggande laddinfrastruktur för elfordon Luleå presenteras i rapporten. Förslaget kan användas som stöd vid beslut om etablering av laddstationer i kommunen. Därmed uppfylls mål och syfte. På grund av de begränsade förkunskaperna var det svårt att veta vilka områden som skulle inkluderas i arbetet. Urvalet skedde därför löpande och några spår har utelämnats för att hålla ihop rapporten. Många gånger fick tidigare uppfattningar omvärderas på grund av att informationsflödet hela tiden uppdateras. Elfordon och tillhörande laddinfrastruktur berör många delar av samhället och den ständiga utvecklingen gör att det förekommer gott om åsikter och spekulationer på området. För projektet innebar detta att det krävdes många diskussioner med flera olika personer och genomgång av en stor mängd litteratur för att skapa en klar överblick av ämnet.

Något som varit mycket tydligt under projektets gång är att det sker en kraftig utveckling inom eldrift och laddinfrastruktur. Därför är det mycket svårt att förutspå vad som kommer ske bara fram till år 2020. Laddinfrastruktur som följer EU-standard bör dock vara relativt framtidssäkrad eftersom majoriteten av europeiska bilfabrikanter, leverantörer av

laddutrustning och laddstationsoperatörer redan tagit beslut om att följa standarden.

9.1 Placering av laddplatser

Det förslag som presenteras i rapporten ger en laddinfrastruktur med god spridning, både sett till geografiskt läge och avseende vilka aktiviteter användaren kan ägna sig åt under tiden fordonet laddas. Stadsbilden är i konstant förändring, men genom att hänsyn tagits till kända planer på ombyggnader har risken för att behöva flytta laddplatser den närmaste framtiden reducerats. Det går naturligtvis inte att säga säkert vilka förändringar som kommer ske och därför är det viktigt att utvärdera laddplatsernas placering med jämna mellanrum.

48

9.2 Antal laddpunkter

Ett scenario som följer prognosen i Åkerman (2013) på en laddfordonsandel på 1,3 % ger 520 laddbara fordon i Luleå år 2020 (se Bilaga 1). Enligt kommande EU-direktiv bör det vid detta scenario finnas 52 laddpunkter. Det förslag som ges i rapporten skulle resultera i totalt 48 till 50 laddpunkter med elbilskontakt. Den föreslagna laddinfrastrukturen bör därmed inte bli överdimensionerad även om laddfordonsbeståndet i Luleå följer en betydligt långsammare tillväxt än den som används vid beräkningar av lämpligt antal laddpunkter, eftersom det vid år 2020 bör finnas en elbilspark som berättigar laddinfrastrukturens omfattning.

Något som tydligt framgått under projektets gång är att det råder en stor osäkerhet kring hur mycket publik laddinfrastruktur som kommer behövas i framtiden. Detta illustreras bland annat av att prognoserna för utvecklingen bara den närmaste femårsperioden skiljer sig åt markant. Rekommendationen att utgå från förväntat behov år 2017 och sedan utvärdera behovet löpande är ett bra sätt att hantera denna osäkerhetsfaktor. Därmed används inte alltför stora resurser, samtidigt som infrastrukturen får en omfattning som är betydligt större än några enstaka laddstolpar.

För att ta reda på om det finns planer på etablering av ytterligare laddmöjligheter i kommunen kontaktades några utvalda aktörer. För att öka sannolikheten att hitta någon som tänker sätta upp nya laddstationer, skulle någon form av enkätundersökning ha kunnat skickas ut till en större mängd lokala aktörer.

9.3 Laddningseffekt

49

kostnaderna för nätabonnemanget blir högre om full laddningskapacitet ska kunna erbjudas. Sett till den potentiellt ökade användarnyttan kan dessa kostnader ändå betraktas som små.

Givet den höga utvecklingstakten inom batterier och elfordon samt löften från

fordonstillverkare är det inte otroligt att det runt år 2020 kommer finnas ett antal fordon med batterikapacitet jämförbar med den hos Tesla Model S (85 kWh). För att laddningstiden vid längre resor ska vara rimlig behöver dessa fordon ibland tillgång till betydligt högre

laddningseffekt än 50 kW. Om en laddstation motsvarande EVTEC:s lösning används kan ett fordon laddas med upp till 80 kW. Eftersom laddstationen är försedd med två

likströmskontakter kan relativt stor del av kapaciteten (upp till 100 kW) utnyttjas redan idag, samtidigt som den är bättre lämpad för kommande fordons laddningsbehov. En sådan

laddstation gör av naturliga skäl större effektanspråk i det lokala nätet, vilket kan begränsa placeringsmöjligheterna. Etablering av en kraftfullare laddstation är trots allt ett alternativ som bör övervägas, i synnerhet om två eller flera laddpunkter för snabbladdning ska finnas på laddplatsen.

9.4 Kostnader

Etablering och drift av publik laddinfrastruktur medför betydande kostnader, men i jämförelse med infrastrukturen för konventionella fordon är dessa kostnader inte direkt

anmärkningsvärda. Investeringen bör ses ur ett långsiktigt perspektiv som ett initiativ för ett mindre ohållbart transportsystem. Det finns som alltid risker med att göra investeringar och frågetecknen är många inom elfordonsområdet. Å andra sidan, om potentiella användare inte får förtroende för tekniken finns det risk för att utbredningen av elbilar stannar av. För att elbilar ska ses som ett reellt alternativ hos allmänheten krävs därför handling i den inledande fasen så att utvecklingen och utbredningen kan fortsätta med den höga takt som skett de senaste åren. Regeringens investeringsstöd skulle kunna bli ett effektivt incitament för att driva på omställningen till eldrivna persontransporter, genom att göra det billigare att etablera publika laddplatser.

50

kan avståndet mellan laddplats och närmaste nätstation ha stor påverkan på anslutningskostnaden, som i sin tur ofta utgör en betydande del av totalkostnaden.

9.5 Betalning

Avgiftsfri elbilsladdning är ett bra sätt att uppmuntra bilköpare att välja eldrift och förenklar även användningen, samtidigt som operatören undviker kostnader för betalsystemen som ändå riskerar att bli inaktuella fort. I dagsläget finns det inget behov av att avgiftsbelägga

laddningen för att skapa rotation på laddplatsen. Däremot kommer detta på sikt troligen vara ett effektivt verktyg för att säkerställa att endast fordon som har behov av laddning använder laddplatsen.

9.6 Vidare arbete

Ett sätt att ytterligare optimera placeringen av laddplatser, främst för snabbladdning, är att undersöka om lokala aktörer har planer på att anskaffa laddbara fordon till verksamheten. Eftersom Luleås många tjänsteföretag utgör en stor potentiell användargrupp med långa årliga körsträckor är det en god idé att involvera dessa i laddinfrastrukturen i ett tidigt stadium. Om hänsyn tas till körmönstren för dessa verksamheters tjänstefordon, ökar möjligheten för att undvika att olika verksamheter tvingas bygga egna laddplatser.

Vid diskussioner med Luleå kommun uppkom tanken om att inkludera elbilsladdning i den kommunala parkeringsstrategin. Detta är något som gjorts på olika håll i världen för att främja utbyggnaden av laddinfrastruktur. Eftersom kommunen för tillfället arbetar med en ny

51

10 Slutsatser

Något som varit tydligt under projektets gång är att utvecklingen inom elektromobilitet sker fort och det är mycket svårt att förutspå vad som kommer hända fram till år 2020. Följs EU:s rekommendationer för laddkontakter bör dock infrastrukturen för elbilsladdning bli så framtidssäkrad som möjligt. Det är viktigt att hålla användarens perspektiv i åtanke vid planering och projektering, så att laddinfrastrukturen blir lätt att hantera för så många som möjligt.

Luleå behöver en viss publik laddinfrastruktur för att fler ska välja att gå över till eldrift. Det behövs främst normalladdning, men en eller ett par snabbladdningsstationer måste också finnas för att möjliggöra längre resor med batterifordon. Samtliga laddstationer som etableras i Luleå bör ha fasta kablar för att förenkla användningen. Normalladdningsstationer som bör möjliggöra trefasladdning med upp till 22 kW och snabbladdningsstationer ska klara en överföringseffekt på 50 kW. Det är inte nödvändigt att ta betalt för elbilsladdning i Luleå idag, men på sikt kommer avgiftsbeläggning vara ett sätt att förhindra att fordon som inte behöver laddas blockerar laddplatsen.

52

Referenser

ACEA (2015). Frequently Asked Questions about e-Mobility. Hämtad 16 mars, 2015, från ACEA, http://www.acea.be/news/article/frequently-asked-questions-about-e-mobility Allen, A., Falkenmark, A., Gustavsson, N., Gustavsson, P., Liljegren, G., Löfblad, E., … Ramsköld, A (2013). Roadmap Sweden: En färdplan för att främja elfordon i Sverige, nå klimatmålen och samtidigt stärka den svenska konkurrenskraften. Från

http://corporate.vattenfall.se/globalassets/sverige/nyheter/roadmapp_rapport_final_1_.pdf_27 644329.pdf [2015-03-17]

Al-Najjar, H. & Gustafsson, D (2006) Uppträdande problem i elkraftsammanhang: Orsak, verkan och åtgärder. Från www.diva-portal.org/smash/get/diva2:206952/FULLTEXT01.pdf [2015-04-03]

Andersson, D. & Carlsson, D (2012). Measurements of ABB’s Prototype Fast Charging Station for Electric Vehicles: A contribution towards standardized models for voltage and transient stability analysis (Examensarbete, Chalmers tekniska högskola, Institutionen för energi och miljö). Från http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/159633.pdf [2015-02-16]

Askergren, J. & Granström, R. [2013?]. [Utan titel] [Bild]. Hämtad 16 mars, 2015, från Ny Teknik, http://www.nyteknik.se/nyheter/fordon_motor/bilar/elbil/article3802822.ece

Björ, L (2013). Utredning av lämplig laddinfrastruktur för elbilar och laddhybrider i Umeå (Examensarbete, Tillämpad fysik och energiteknik, Umeå universitet). Från http://umu.diva-portal.org/smash/get/diva2:627153/FULLTEXT01.pdf [2014-09-18]

Bosch (u.å). [Utan titel] [Bild]. Hämtad 5 maj, 2015, från InsideEVs,

http://insideevs.com/volkswagen-selects-chargepoint-bosch-e-golf-charging/

CHAdeMO (u.å.). CHAdeMO technological strengths: Optimal output power. Hämtad 4 februari, 2015, från CHAdeMO, http://www.chademo.com/wp/technology/optimal/ Ekonomistyrningsverket (2014). Regleringsbrev för budgetåret 2015 avseende Statens energimyndighet inom utgiftsområde 21 Energi. Hämtad 17 mars, 2015, från