Politechnika Lubelska rozwija od kilku lat swoje własne projekty związane z elektromobilnością. Już pięć lat temu pod okiem prof. dr hab. inż. Wojciecha Jarzyny, Kierownika Katedry Napędów i Maszyn Elektrycznych prowadzone były badania nad stacjami ładowania. Profesor wskazuje, że Politechnika stoi przed szansą skomercjonalizowania swoich rozwiązań. Dodaje, że problemem elektromobilności w Polsce wciąż jest brak szybkich stacji ładowania – szczególnie przy trasach szybkiego ruchu. Alternatywnym kierunkiem rozwoju elektromobilności mogą być samochody wyposażone w ogniwa paliwowo zasilane wodorem. Pozwoli to zwiększyć zasięg pojazdów, bez konieczności korzystania ze stacji szybkiego ładowania.
Już kilka lat temu, jeszcze w 2016 roku prowadzili Państwo na Politechnice projekt „Plug in EV”. Co się z nim dzieje?
prof. dr hab. inż. Wojciech Jarzyna, Kierownik Katedry Napędów i Maszyn Elektrycznych: Zakończyliśmy projekt stacji szybkiego ładowania. Jest to stacja o dwukierunkowym transferze energii. W zakresie zwrotu energii do sieci ten projekt wykracza poza obecne standardy i możliwości zastosowania, wyprzedzając tym samym współcześnie stosowane technologie i wskazując potencjalne kierunki rozwoju. Wobec spodziewanego przyspieszenia rozwoju elektromobilności i wzrastania rynku prosumenta, spodziewamy się, że wkrótce i takie funkcjonalności będą poszukiwane.
W jakim aspekcie jest on innowacyjny?
Nasze rozwiązanie umożliwia dodatkowo przesyłanie energii elektrycznej z pojazdu do sieci. Wprowadzenie tej usługi nie jest jeszcze możliwe ze względu na brak uregulowań w tym zakresie. Ponadto takiej funkcjonalności nie ma jeszcze zastosowany przez nas system połączenia samochodu z ładowarką typu złącze SAE CCS typ 2 (EU), popularnie określane jako DC Combo. Teoretycznie istniała możliwość wprowadzenia takiej funkcjonalności stosując złącza i protokół CHAdeMO, ale inwestycja taka pochłonęłaby środki całego projektu badawczego.
A jeśli chodzi o inne projekty?
Kończymy projekt tzw. aktywnego prosumenta, realizowanego w konsorcjum z Politechniką Łódzką, PGE Dystrybucja i Elkomtech Apator. Liderem tego projektu jest Instytut Elektroenergetyki Politechniki Łódzkiej. Jedną z idei projektu jest magazynowanie, zarządzanie i aktywny udział w gospodarowaniu energią elektryczną wytworzoną we własnej instalacji fotowoltaicznej. Prosument mając w domu zaprojektowane przez nas energoelektroniczne przekształtniki i magazyny energii – może aktywnie uczestniczyć w gospodarowaniu energią, dbając przy tym o poprawę jakości energii w sieci elektroenergetycznej. Może on magazynować energię u siebie, może ją przesyłać do sieci, sterując niezależnie przepływem energii w każdej fazie. Oznacza to, że w każdej fazie przekształtnika może być pobierana lub oddawana energia czynna lub bierna. Jest to więc układ dość złożony o bardzo dużych możliwościach wpływania na sieć. Pobierając moc czynną, obciążamy fazę niedociążoną. Wydając moc czynną, zmniejszamy obciążenie w danej fazie i w związku z tym, możemy wpływać aktywnie na poziom napięcia. Podobnie problem wygląda z energią bierną. Jeżeli będziemy pobierali, bądź wydawali energię bierną, to będziemy mogli w dynamiczny sposób ograniczać niekorzystne spadki napięć.
Całkiem nowym przedsięwzięciem w Katedrze jest projekt realizowany przez Politechnikę Lubelską wspólnie z Tele-Foniką Kraków i MPK Lublin w zakresie modułowych magazynów energii. To wielkie i bardzo ważne prace dla wszystkich stron projektu. Projekt wpisuje się w priorytetowe działania NCBiR rozwoju dużych zasobników energii. Kierownikiem projektu ze strony Politechniki Lubelskiej jest dr inż. Dariusz Zieliński.
Przy wcześniejszym projekcie mieli Państwo współpracę z PGE Dystrybucja. Czy mają Państwo współpracę z innymi firmami? Czy pojawia się gdzieś na horyzoncie temat komercjalizacji rozwiązań opracowanych na Politechnice Lubelskiej?
Tak. Rozmawiamy na temat komercjalizacji z wieloma firmami. Najprawdopodobniej licencja będzie sprzedana w niedługim czasie, ale ze względów formalnych, nie mam zgody na udzielanie bliższych informacji. Rozmowy są prowadzone. Rozwój elektomobilności wydaje się nieunikniony, a największym wyzwaniem dla jej rozwoju jest odpowiednie przygotowanie infrastruktury. W tej chwili tej infrastruktury, w stopniu wystarczającym, praktycznie nie ma. Mamy co prawda znaczący postęp rozwoju stacji ładowania, ale nadal jest to sieć za skromna, aby można było poruszać się samochodem elektrycznym po całej Polsce. Jest to więc bardzo duży problem.
I właśnie to jest największym wyzwaniem – barierą – w rozwoju elektromobilności?
Największe wyzwania mają firmy, które zajmują się dystrybucją energii elektrycznej. O ile ze stacjami ładowania można sobie jeszcze jakoś poradzić, bo są już w sprzedaży rozwiązania firm, które oferują stacje nawet o mocy 125kW, 350kW. Na MOP-ach do zainstalowania tego typu instalacji, potrzeba odpowiedniej mocy przyłączeniowej. Ile takich punktów ładowania potrzeba? Można zobaczyć, obserwując, ile dziś samochodów podjeżdża na stację benzynową. Z liczbą stanowisk teraz problemu nie ma, bo na stacji samochód tankuje się w kilka minut. Podładowanie auta elektrycznego będzie trwało zdecydowanie dłużej. Specjalnie użyłem słowa „podładowanie”, bo tak jak w przypadku samochodów osobowych, staramy się nie jeździć do ostatniej kropli paliwa, tak w przypadku baterii elektro-chemicznych, które stosujemy w samochodach, nie rozładowujemy ich do końca, ani też nie powinniśmy ładować ich do 100 procent. Powinno się zostawiać minimum 20 proc., w obu skrajnych zakresach. Samochód elektryczny powinniśmy ładować w zakresie pomiędzy 20 a 80 proc. W tym przedziale ładowanie może odbywać się z maksymalną mocą, o ile tylko warunki temperaturowe na to pozwolą. Baterie wyposażone są w odpowiedniego rodzaju zabezpieczenia, w tym zabezpieczenia termiczne po to, żeby proces ładowania był dla nas i samochodu bezpieczny. W tym też czasie auto ładuje się najszybciej. W przedziale 80-100 proc., szybkość ładowania jest ograniczana. Obserwujemy to zresztą w naszych telefonach komórkowych, gdzie jeżeli chcemy zachować, jak najdłuższą żywotność baterii, to powinniśmy nie przekraczać 80 proc. ładowania i nie rozładowywać jej poniżej 20 proc.
Wyobrażając sobie mały MOP z czterdziestoma punktami ładowania po 50 kW każdy, potrzebujemy 2 megawaty mocy przyłączeniowej. Liczba punktów ładowania musi być wyższa niż na stacji benzynowej, gdyż czas ładowania baterii jest wielokrotnie dłuższy niż czas napełniania baku paliwem.
Stąd stacje ładowania na MOP-ach, powinny być zdecydowanie większe niż obecne stacje benzynowe, a moc przyłączeniowa może być w zakresie 5, a nawet 10 MW. I tu jest problem, bo o ile w sieciach wysokiego i średniego napięcia takie moce są dostępne, to w sieciach niskiego napięcia, w tzw. sieciach dystrybucyjnych, takich mocy nie ma. Rozwój tych sieci wymaga dużych inwestycji. Nikt tego kilkanaście lat temu nie przewidywał. Nawet my, jak pisaliśmy wniosek projektowy w 2016 roku, mieliśmy troszkę inne wyobrażenia na ten temat. Wszyscy zastanawiali się wówczas gdzie instalować stacje? Wiele pomysłów dotyczyło miejsc w mieście, a nie na trasach. Wydawało się, że dobrymi miejscami będą galerie handlowe i miejsca parkingowe przy urzędach. Życie troszkę zmieniło ten pogląd, do galerii jeżdżą z reguły osoby mieszkające w pobliżu. Takie osoby mają z najczęściej tańsze punkty ładowania w pobliżu miejsca zamieszkania, a w szczególności jeżeli mają garaż. Wówczas mogą ładować samochód po takiej taryfie, jaką jest ustalona z zakładem energetycznym. Spora część właścicieli domów jednorodzinnych, inwestuje dziś w generatory fotowoltaiczne, więc posiada nadmiar energii i może go zużytkować na naładowanie samochodu. W centrach miast, stacji ładowania wcale nie musi być tak wiele. Szybkie stacje ładowania będą potrzebne na trasach, a tanie punkty ładowania w pobliżu miejsc zamieszkania lub pracy. Poza tym, zbudowanie infrastruktury w mieście jest dużo prostsze. Można postawić ją w wielu miejscach. Na trasie szybkiego ruchu jest często kilka MOP-ów i tam musi być skoncentrowana duża moc przyłączeniowa. Jest to więc duże ograniczenie.
Mamy w Polsce ponad 30 tysięcy samochodów zelektryfikowanych. Czy to tempo rozwoju jest Pańskim zdaniem satysfakcjonujące?
Prawdziwy rozwój elektromobilności dopiero ruszy. Obecnie mamy przewagę aut hybrydowych, które ze względu na zasięg, opłaca się eksploatować w mieście. Trzeba mieć na uwadze, że od przyszłego roku wchodzą nowe normy Euro 7. Jest ona bardzo rygorystyczna względem emisji spalin, gdyż radykalnie ogranicza dopuszczalną zawartość CO2 i NOx. Nawet część hybryd nie będzie spełniała jej wymagań. Producenci będą musieli płacić dodatkowe kary, które przecież przeniosą na kupujących. Ceny hybryd i aut spalinowych wzrosną; szacuje się, że o ok. 20- 30 procent. Biorąc pod uwagę różnego rodzaju formy dopłat do aut elektrycznych, może to sprawić, że ceny drogich dziś aut elektrycznych, zbliżą się do tych spalinowych. Niemal wszystkie koncerny mają już w ofercie samochody elektryczne, więc firmy są już przygotowane do elektromobilności. Wolumen jest niski, bo auta są wciąż drogie. Pojawiają się też różnego rodzaju rozwiązania, o których słyszeliśmy przy okazji premiery polskiej Izery. Cena samochodu nie została jeszcze podana, ale podobnie jak inne samochody elektryczne, ma on być oferowany w formie długoterminowego leasingu. To oznacza, że tego typu auta staną się osiągalne dla wielu ludzi. O podobnym modelu sprzedaży myśli wielu producentów.
Elektromobilność zmienia podejście do motoryzacji. Kiedyś, była to czysta mechanika. Dziś jest to elektryka, elektronika i dane. Z punktu widzenia uczelni, czy powinno się coś zmienić w systemie nauczania?
Chciałoby się powiedzieć, że tak, jednak tworzenie kierunków dla małej liczby studentów to wciąż duże obciążenie finansowe dla Uczelni. Moim zdaniem, w pierwszym rzędzie powinno się uczyć myślenia, rozumienia praw i kojarzenia wiedzy z zakresu różnych specjalności. Jeżeli wykształcimy inżyniera, który potrafi zrozumieć wiele faktów, to będzie on zdolny do samodzielnego rozwiązywania problemów i będzie rozumieć potrzebę dalszego kształcenia się. Nauka i pamięć jest ważna, ale bez umiejętności kojarzenia to tylko wiedza encyklopedyczna. Możemy oczywiście kształcić specjalistów w wybranym zakresie, ale za kilka lat świat znów się zmieni. Absolwent musi posiadać umiejętność samokształcenia; a my musimy dać mu dobre podstawy, dobre kwalifikacje w zakresie danej dyscypliny naukowej. Do programów kształcenia na pewno wprowadzić należy elementy elektromobilności jak i związane z tym magazynowanie i wykorzystywanie energii akumulatorów. Formułując programy kształcenia należy pamiętać, że przedmioty te powinny obejmować zagadnienia nie tylko z zakresu energoelektroniki, ale również z elektroenergetyki, metrologii, podstaw mechaniki, a nawet fizyki i chemii. Jeżeli będziemy umieli połączyć tę wiedzę, to zmiany w technologii nie będą nam straszne i inżynierowie będą mogli spokojnie rozwiązywać współczesne problemy. Niekoniecznie musimy tworzyć nowe kierunki związane z elektromobilnością, gdyż obecnie nawet ofert pracy w tym zakresie nie ma wiele. Kształcenie w obszarze elektromobilności może być realizowane raczej w ramach specjalności, niż kierunku. Oczywiście szersze zmiany są niezbędne aby dostosować i dopasować ofertę badawczą i dydaktyczną do technologii jest potrzeb współczesnego rynku.
Czy czeka nas przełom w technologii baterii?
Przełom w bateriach ma miejsce cały czas, a postęp jest znaczący. Już dziś wiemy, że w przyszłości możemy mieć w większym zakresie do czynienia z bateriami litowo-fosforowymi, natomiast te układy jeszcze się rozwijają. Równolegle do tego przybiera na znaczeniu technologia ogniw paliwowych, w których wodór jest źródłem energii. Tankujemy więc wodór do pojazdu, a ogniwa paliwowe współpracujące z akumulatorami litowo-jonowymi doładowują te baterie. Ogniwa paliwowe rozwiązują szereg problemów. Nasz pojazd może być użytkowany na dużo większych odległościach, a tankowanie może odbywać się dużo szybciej niż ładowanie.
Myśli Pan, że to jest przyszłość elektromobilności? Auta wodorowe?
Myślę, że w dużej mierze tak, ze względu na wykorzystanie wodoru w ogniwach paliwowych. Uważam, że w tym przypadku rewolucja obejmie najpierw duże pojazdy, takie jak autobusy. Widzimy, że takie rozwiązania pojawiają się już również w samochodach osobowych. To rozwiązanie ogranicza częstość ładowania. Źródłem wodoru mogą być natomiast farmy wiatrowe. Na Bałtyku budujemy takie farmy, a ze względu na duże moce nie możemy ich sprząc z siecią elektroenergetyczną na lądzie. Projektuje się więc elektrolizery wody, aby produkować czysty wodór, który będzie mógł być wykorzystywany właśnie w ogniwach paliwowych.
