Elektrisch

Elektriciteit is een relatief nieuwe energiedrager in mobiliteit. In maart 2021 bedroeg het aantal laadpunten 72.729 (43.803 “reguliere” publieke laadpunten en 28.926 “reguliere” semi-publieke laadpunten) [RVO, 2021]. Dit zijn er bijna drie keer zoveel als in 2016. Daarnaast waren er in maart 2021 2.109 snellaadpunten, verdeeld over 509 locaties in Nederland.

In de Nationale Agenda Laadinfrastructuur (NAL) zijn prognoses opgenomen voor de benodigde hoeveelheid laadinfrastructuur tussen 2020 en 2030. Deze hoeveelheid zal volgens de NAL in deze periode nog moeten stijgen met bijna een factor acht. De aantallen zijn weergegeven in onderstaande tabel.

De techniekontwikkelingen in laadinfrastructuur richten zich in eerste instantie op het verhogen van de competitiviteit van elektrisch rijden ten opzichte van voertuigen op conventionele energiedragers. De volgende ontwikkellijnen moeten hieraan bijdragen:

• Smart-charging door op een ‘slimme’ manier te bepalen welk voertuig wanneer opgeladen wordt, kan de piekbelasting op de elektriciteitsnetten worden verminderd en kunnen zo kosten worden bespaard;
• Hogere vermogens moeten de laadsnelheid verhogen en daarmee de oplaadtijd (voor onderweg laden) verlagen en zo ook het aantal benodigde laadpalen beperken;
• Gelijkstroom laden draagt bij aan de flexibiliteit van het elektriciteitsnetwerk en (toekomstige) lagere voertuigkosten;
• Inductief laden moet het gebruik van de openbare ruimte verminderen en zo ook beeldvervuiling beperken. Hetzelfde geldt voor de toepassing van ondergrondse laadpalen;
• In-motion-charging moet de inzet van het voertuig verder verhogen door tijdens de rit de accu op te laden en de kosten van voertuigen verlagen vanwege een kleinere benodigde accucapaciteit.

Smart charging

Momenteel worden elektrische voertuigen opgeladen vanaf het moment dat ze met de laadpaal worden verbonden. Dit betekent dat er een grote vraagpiek ontstaat wanneer veel voertuigen ongeveer tegelijk verbinding maken met het elektriciteitsnetwerk. Een dergelijke piek zou betekenen dat het elektriciteitsnetwerk op termijn op veel locaties moet worden verzwaard. Dit zou leiden tot hogere kosten, meer ongemak en in potentie een minder duurzame energievoorziening.

In veel gevallen is het niet noodzakelijk dat het voertuig zo snel mogelijk is opgeladen, maar is het goed genoeg als het voertuig bijvoorbeeld de volgende ochtend volgeladen is. Dit geeft flexibiliteit om de piek uit te smeren over een langere periode, waardoor er een minder zwaar elektriciteitsnet nodig is en mogelijk meer gebruik kan worden gemaakt van duurzaam opgewekte energie.

Smart Charging of “slim laden” is een term die wordt gebruikt voor technieken die het energieaanbod zo sturen dat de pieken in de netwerkbelasting worden vermeden en eventueel het beste gebruik wordt gemaakt van de beschikbare duurzaam opgewekte elektriciteit. Dit kan op verschillende manieren en met verschillende mate van complexiteit. In een simpele vorm wordt de laadsessie van bepaalde gekoppelde voertuigen uitgesteld. Bij een meer complexe vorm kan de voertuigaccu tevens worden gebruikt als buffer in het energiesysteem, die kan worden opgeladen op het moment dat er (duurzame) elektriciteit over is en kan worden ontladen op het moment dat er in andere delen van het elektriciteitsnetwerk meer elektriciteit nodig is dan er wordt opgewekt. Omdat terug leveren van energie uit een voertuigaccu tot een snellere veroudering/afschrijving leidt, moet de eigenaar van het voertuig/de batterij hiervoor in voldoende mate worden gecompenseerd. Op het moment van rapportage is voor terug levering vanuit een elektrisch voertuig nog geen business case.

Hogere vermogens

Snellaadpunten leveren hogere vermogens (>50kW) dan “reguliere” laadpunten (3,7 tot 22 kW). Een publieke laadpaal levert meestal 11 kW. De vermogens van snelladers nemen steeds verder toe. Zo zijn er al snelladers beschikbaar die laden met 350 kW. Daarnaast wordt er (met name voor zware elektrische voertuigen) gewerkt aan een Megawatt Charging System (MCS) standaard, waarbij laden tot 4,5 megawatt zal worden ondersteund. Bij dergelijke vermogens bereikt een elektrische vrachtwagen (afhankelijk van type en belading) met een half uur laden een actieradius van 100 tot 350 kilometer. Wanneer laders met dergelijke hoge vermogens beschikbaar zullen komen is niet bekend.

Gelijkstroom laden

Elektrische bronnen bestaan in twee verschillende verschijningsvormen: wisselspanning (AC) en gelijkspanning (DC). Standaard laadpalen, met relatief lage vermogens, leveren typisch wisselspanning. Deze spanning wordt in een converter in het voertuig omgezet in gelijkspanning. Snellaadpalen zetten zelf de wisselspanning om in gelijkspanning en kunnen daarmee de voertuigbatterij direct van gelijkstroom voorzien, met als voordeel dat de voor hoge stromen geschikte (grote, zware en dure) omvormers niet in het voertuig hoeven worden meegevoerd en door verschillende voertuigen kunnen worden gedeeld.

Er zijn ontwikkelingen gaande om ook lage vermogens te leveren via gelijkstroom. Een belangrijk voordeel hiervan is, dat dit de mogelijkheid biedt om ook elektrische energie vanuit het voertuig aan het elektriciteitsnetwerk (terug) te leveren, het zogenaamde “vehicle-to-grid” (V2G). Dit levert extra flexibiliteit op in het elektriciteitsnetwerk. In potentie hoeft het elektriciteitsnetwerk door grootschalig gebruik van deze technologie minder te worden verzwaard. Dit betekent lagere kosten voor netwerkontwikkeling. Een tweede voordeel is dat er geen converter nodig is in de voertuigen zelf, wat voertuigproductiekosten en ruimte in het voertuig bespaart. Dit betekent echter dat er dan wel altijd een converter nodig is in de laadfaciliteit buiten het voertuig. Hierdoor verschuiven de kosten (voor een groot deel) van het voertuig naar de laadfaciliteit. Zolang elektrische voertuigen nog zijn voorzien van converters en V2G nog niet wordt toegepast, zijn de huidige laadfaciliteiten op basis van wisselstroom voordeliger.

Inductief laden

Ten aanzien van de overdracht van elektriciteit zijn twee fysieke typen laadinfrastructuur voor elektrische voertuigen te onderscheiden. Zo kan elektrische energie worden geladen met een fysieke verbinding, bijvoorbeeld via laadpalen (met kabel en connector) of via een pantograaf. Een tweede methode is het zogenaamde inductief laden. Bij deze methode wordt de elektrische energie via inductie naar het voertuig getransporteerd. Het laadsysteem kan dan bijvoorbeeld ondergronds aangebracht worden. Bij inductief laden is er geen fysieke verbinding, zoals een kabel, nodig. Inductief laden heeft daarom enkele voordelen:

• Minder beeldvervuiling;
• In potentie minder handelingen voor eindgebruikers, omdat het voertuig niet fysiek hoeft te worden gekoppeld en ontkoppeld.

Hoewel er momenteel al wel wordt getest met inductief laden, is de technologie nog niet zo ver dat de bekende laadpalen al kunnen worden vervangen. Redenen hiervoor zijn:

• Hogere kosten (investering en onderhoud);
• Hogere energieverliezen dan bij bedraad laden;
• Gebrek aan standaardisatie/interoperabiliteit tussen auto’s en laadsystemen;
• Het oplossen van storingen aan (ondergrondse) infrastructuur is complexer.

In-motion charging

Beide bovengenoemde laadtechnieken, bedraad en inductief, zijn toepasbaar op stilstaande voertuigen of bij voertuigen die in beweging zijn (lees: “in motion charging”). De belangrijkste voordelen van in-motion charging is dat voertuigen toekunnen met een (veel) kleinere accu, wat leidt tot minder kosten, een lager energieverbruik, een lagere eigen massa en minder ruimteverlies. Daarnaast hoeven voertuigen minder lang stil te staan om te laden. Daar staan aanzienlijke investeringen in infrastructuur tegenover, zoals het plaatsen en onderhouden van kabels in of boven het wegdek.

In Nederland is er recentelijk geen in motion charging infrastructuur geïnstalleerd. Wel rijden er al sinds 1949 trolleybussen in Arnhem. Deze bussen worden via bovenleidingen van elektrische energie voorzien terwijl ze rijden. Met andere systemen wordt momenteel getest in het buitenland. Zo is in mei 2019 in Duitsland, op de A5 ten zuiden van Frankfurt, een stuk weg geopend waarvan de rechterbaan over een lengte van tien kilometer is voorzien van een bovenleiding: de eHighway. Vrachtwagens kunnen tot 90 km/h onder de lijnen doorrijden om de accu op te laden. Het vermogen waarmee de voertuigen worden opgeladen is 200 kW.

Daarnaast wordt er momenteel in Zweden een proef gedaan waarbij de weg tussen Arlanda bij Stockholm en een vrachtcentrum over een lengte van twee kilometer is voorzien van een elektrische rail. Deze is verwerkt in de weg. Op deze weg gaat een omgebouwde DAF truck rijden met een sleepcontact eronder. Ook in dit systeem worden de voertuigen voorzien van 200 kW vermogen tijdens het rijden.