Bakgrunn: Ladegrep for elbilen

Skal elbilen konkurrere med fossilbilen på langtur, bør det gå like raskt å fylle strøm som å fylle bensin eller diesel. Er det mulig?

Published
 (Foto: (Illustrasjon: www.colourbox.no/Arnfinn Christensen, forskning.no))
(Foto: (Illustrasjon: www.colourbox.no/Arnfinn Christensen, forskning.no))

Elbil

Elbiler er raske, lydløse og etterhvert også stilige, men er elbilene så miljøgrønne som ryktet vil ha det til?

Og hvor realistisk er det at folk kjøper elbil som bil nummer en?

Forskning.no vil i denne artikkelserien ta det store overblikket og kikke under panseret på bilene som har stikkontakt i nesa.

Artiklene i denne serien er:



Når tanken er tom, er veien til nærmeste bensinstasjon sjelden lang. Du svinger inn, skrur av lokket, stikker pumpepistolen i hullet og fyrer fra hofta.

Et minutt eller to seinere har tilstrekkelige energimengder i form av lett antennelige hydrokarboner fosset ned i tanken.

Kan vi tenke oss en tilsvarende strømpistol som lader elbilbatteriet like raskt?

Svaret henger på tre krav: batteriene må bli bedre, ladestasjonene må bli bedre, og strømnettet må bli bedre.

Mange watt til pumpene

For å ta det siste først: Tenk deg at utfarten til vinterferien er i gang. Tusener av elbiler summer ut av storbyene, på vei mot fjellet.

Det kalde været og de mange milene gjør sin virkning: I det lille tettstedet før de siste bakkene opp til hyttefeltene, dupper ladenålen faretruende ned mot det røde feltet.

Her gjelder det å ta ladegrep. Bilene svinger inn til strømstasjonen. Siden hurtiglading tar 20 minutter, rundt ti ganger så lang tid som å fylle en bensintank for tilsvarende kjørelengde, trengs også ti ganger så mange ladere for å holde køen unna.

En tipumpers bensinstasjon må altså erstattes av hundre hurtigladere. Hver hurtiglader har en effekt på 50 kilowatt, som tjuefem kokeplater på fullt. Til sammen suger strømstasjonen fem megawatt.

Og for å turbolade scenariet enda mer: På små steder med mye utfart er det gjerne flere bensinstasjoner …

Er strømnettet forberedt på dette?

Eget nett

Det beste svaret får vi trolig hos det nordnorske energiselskapet Ishavskraft. De administrerer en utbygging av 250 hurtigladestasjoner over hele landet, kalt Ishavsveien.

Elbilen VW E-Up! kommer i 2013, med toppfart 135 km/t og rekkevidde 130 kilometer. (Illustrasjon: VW/Møllergruppen)
Elbilen VW E-Up! kommer i 2013, med toppfart 135 km/t og rekkevidde 130 kilometer. (Illustrasjon: VW/Møllergruppen)

Ladestasjonene trenger 400 volt spenning, høyere enn i stikkontakten hjemme. Sammen med effektkravene fører det til at Ishavsveien bygger ut egne transformatorer og forsyningslinjer, forteller prosjektleder Frank Hugo Storelv.


Spre strømmen

Han har også et viktig korrektiv til helvetesvisjonen av den strømslukende hurtigladestasjonen. Den er modellert ut fra dagens bensinstasjoner. De er et resultat av at pumpene må samles der kilden er – den store forsyningstanken under bakken.

Hurtigladerne kan derimot spres langs strømmastene – og landeveien. Dermed fordeles belastningen, og elbileierne får dessuten en tilleggsgevinst.

- Når du lader opp en elbil, går det fortere å lade fra 0 til 60 prosent enn de siste 20-30 prosentene, forteller Storelv.

- Dermed kan du på bare 10 minutter lade opp tilstrekkelig til å komme deg til neste hurtigladestasjon. Hver ny stasjon øker verdien av de foregående. Du kommer deg lengre og lengre avgårde, understreker han.

Østfold er ett av flere foregangsfylker i prosjektet. Her bygges hurtigladestasjoner i stort tempo, sist på Svinesund, i Rygge og Vestby. Nye kommer snart i Moss, og enda en i Rygge, forteller Storelv.

Usikkert marked

Men Ishavsveien mottar også offentlig støtte fra fylkeskommunene og staten gjennom organet Transnova.

Vil hurtigladestasjoner noensinne kunne pumpe nok verdier tilbake til operatørene uten slike offentlige innsprøytninger?

- Hurtigladestasjoner krever store investeringer. Selve laderen koster rundt 200 000 kroner.

- Totalinvesteringen kan komme opp i  500 000 – 800 000 kroner med infrastrukturen omkring, selv om prisen forhåpentligvis vil falle ved økende volum, sier Hans Håvard Kvisle fra Norsk Elbilforening.

- Markedet er også usikkert. Dagens hurtigladestasjoner er tilpasset elbilmodeller som er utviklet i Japan. Om et par år kommer de amerikanske og tyske elbilene for fullt.

- Kanskje må laderne skiftes ut, bygges om eller utvides. Det blir enda dyrere, fortsetter Kvisle.

Ladekontakten til Nissan Leaf. (Foto: Arnfinn Christensen)
Ladekontakten til Nissan Leaf. (Foto: Arnfinn Christensen)

- Hurtigladestasjonene vi bygger ut, vil ha tilkobling for både eldre og nyere modeller, også de tyske og amerikanske. Åtte elbiler kan lade samtidig, supplerer Frank Hugo Storelv fra Ishavsveien.


Billigere hjemme

Hva slags inntekter kan operatørene av hurtigladestasjoner regne med? Hvor høye priser vil elbileierne godta?

- Å lade bilen hjemme koster nesten ingenting. Med en strømpris på en krone for kilowattimen kan du lade opp bilen for under 20 kroner, opplyser Kvisle.

Men da må bilen stå mange timer til lading, gjerne natta over. Tid er penger, også når du skal ta hurtigladegrep. Men hvor mye penger?

- Statoil tar nå 44 kroner for å hurtiglade i ett kvarter. Det kan godt bli mer enn en femdobling av strømprisen i forhold til langsom hjemmelading, forteller Kvisle.

Om vinteren går hurtigladingen saktere, og da blir prisen enda høyere, opp mot 10 kroner for kilowattimen. Da er ikke elbilen så billig i drift lenger.

Ny eksportvare? (Foto: (Illustrasjon: Sanjivkumarsharma, Wikimedia Commons/forskning.no))
Ny eksportvare? (Foto: (Illustrasjon: Sanjivkumarsharma, Wikimedia Commons/forskning.no))

- Det er ikke lett å selge et slikt produkt. På kort sikt er det ikke mulig å tjene penger på hurtigladestasjoner, sier Kvisle.


Lønner seg på lang sikt

- Dette er ikke et løft Ishavskraft kan gjøre alene, sier Storelv. Vi ser for oss at det offentlige dekker halvparten av investeringskostnadene, og at vi på sikt får driftstilskudd inntil vi går i balanse, fortsetter han.

Ved 50 000 elbiler i Norge mener Storelv at investeringene kan begynne å lønne seg. På lang sikt har han tro på den økonomiske bærekraften i nettverket av hurtigladestasjoner.

Forsikring

Hans Håvard Kvisle fra Norsk Elbilforening mener også at behovet for hurtiglading ikke må overdrives.

- Normalt lar vi elbilen vår, som alle andre biler, stå parkert minst 22 timer i døgnet. Da har vi meget god tid til å lade til en lav pris uten å stresse strømnettet, sier Kvisle.

Han mener at hurtigladestasjonene bør betraktes som en slags forsikring mot de sjeldne, men leie knipene hvor du står med tomt batteri på en øde landevei.

- En månedlig innbetaling, som til et forsikringsselskap, vil gi operatørene en jevn og forutsigbar inntekt. Du betaler mer for trygghet enn for kilowatt-timer, mener Kvisle.

Raske, kravstore batterier

Men sett nå at hurtigladestasjonene kan pumpe ut de nødvendige kilowatt til nødstedte elbilister. Hvor mye klarer batteriene å svelge unna på kort tid?

Litium-titanat-batterier er et litium-ionbatteri som kan lades opp raskere enn andre varianter. Det brukes blant annet i elbilen Mitsubishi i-MIEV.

Super Charge Ion Battery (SCiB) fra Toshiba. (Foto: Toshiba/Wikimedia Commons)
Super Charge Ion Battery (SCiB) fra Toshiba. (Foto: Toshiba/Wikimedia Commons)

De raskeste av denne batteritypen kan lades opp på rundt 10 minutter, ifølge produsenten Toshiba.


- Elbilbatteriene i dag har et utviklingsnivå som tilsvarer mobiltelefonbatteriene på begynnelsen av 1990-tallet, mener Storelv.

I 2005 klarte Toshiba å lage et batteri for mobil elektronikk som kunne fullades på ett minutt. Skulle et bilbatteri fylles så raskt, ville varmeutviklingen kunne bli et problem.

Problemet ville også forplante seg bakover i strømkjeden. Hurtigladere som suger 350 kilowatt ville kreve at nettet kunne ta unna disse store toppene.

Andre løsninger

Dermed kan det hende at de endelige løsningene må bli mer kreative. Én er utskiftbare batteripakker, som kan lempes inn og ut på ladestasjonene.

Der kunne de brukte batteripakkene lades langsomt opp igjen, slik at maksimalbelastningen på nettet ble fordelt over lengre tid.

En annen framtidsløsning er langsom opplading over lengre strekninger på de store veiene, enten med strømskinner eller elektromagnetiske felt, såkalt induksjonslading.

Det ville imidlertid kreve overnasjonale standarder, og store investeringer i veinettet.

Kanskje må vi også innse at batteriet har sin begrensning. Hvis energien fra strømnettet isteden kan mellomlagres som hydrogen. Hydrogenet kan drive brenselceller, som igjen forsyner elbilen med strøm.

Enda et annet alternativ er ultrakondensatorer. Dette er ikke batterier, men tynne lag av materialer som kan ta til seg store ladninger på kort tid, holde på dem og slippe dem løs igjen like raskt.

Nøtt å knekke

Uansett hvilken energiteknologi som vinner fram, vil motoren i elbilen kunne utnytte energien mye mer effektivt en forbrenningsmotoren.

Men ennå i mange år vil langturer med elbil være et prosjekt som krever planlegging og entusiasme, tross flere og flere hurtigladere.

De 250 hurtigladerne som prosjekt Ishavsveien skal bygge, må sees i kontrast til de 1780 bensinstasjonene som finnes i landet. Det er lang vei igjen, bokstavelig talt.

- Skal mange av oss kjøre de lange turene elektrisk, så har samfunnet ennå ikke på plass de tekniske løsningene, verken energilagringen, rask lading eller akseptabel kostnad, sier Kvisle.

- Men hvorfor skulle ikke vi mennesker knekke denne nøtta? Den er langt fra den hardeste å knekke, for oss som har vært på månen, avslutter han.

Lenker:

Nettsidene til prosjekt Ishavsveien

Nettsidene til Norsk Elbilforening