Rozwój elektromobilności w Niemczech opóźnia niedostatecznie rozbudowana infrastruktura stacji ładowania. Można byłoby przyspieszyć rozbudowę sieci stacji dzięki innowacyjnemu rozwiązaniu Biura Inżynierskiego Fehringer (IBF) z Dortmundu. Opracowało ono stację ładowania, która za pomocą połączenia instalacji fotowoltaicznej i systemu magazynowania energii może zapewnić zieloną energię do ładowania przez całą dobę. Technika WAGO zarządza instalacją i dba o niezawodną transmisję danych.
Jak jeszcze można by było osiągnąć cel, zakładający wprowadzenie na ulice Niemiec miliona pojazdów elektrycznych do roku 2020? Wielu ekspertów skreśliło już ten zamiar jako nierealistyczny. Po pierwsze – niedrogich samochodów elektrycznych o odpowiednim zasięgu jak do tej pory brakuje, a po drugie, jest jeszcze o wiele za mało punktów, gdzie pojazdy mogą naładować akumulatory. Kto chce samochodem elektrycznym przejechać 200-kilometrową trasę, musi w międzyczasie doładować baterię. Tylko gdzie? Obawa przed odległością powstrzymuje potencjalnych klientów.
Na szczęście niemieckie koncerny samochodowe przechodzą do ofensywy. BMW, Daimler, Ford a także Volkswagen ze swoimi spółkami Audi i Porsche chcą wspólnie wybudować sieć punktów szybkiego ładowania w całej Europie. W pierwszym etapie, od roku 2017 ma powstać w sumie 400 stacji ładowania wzdłuż wielkich europejskich szlaków komunikacyjnych. Do roku 2020 powstałaby w Europie gęsta sieć stacji ładowania – prawdziwy zastrzyk energii dla elektromobilności.
Równocześnie innowacyjne przedsiębiorstwa z dużym zaangażowaniem przyspieszają rozwój nowych technologii stacji ładowania. Do najnowszych projektów należą stacje, w których samochody elektryczne ładowane będą przez całą dobę czystą, ekologiczną energią. Warunkiem jest instalacja fotowoltaiczna na dachu stacji, zasilająca stanowiska ładowania energią słoneczną. Jeśli w pogodne dni moduły słoneczne wytworzą więcej energii niż jest to potrzebne do ładowania i niż sieć może przyjąć, to nadwyżki ładują lokalny akumulator litowo-jonowy. Zasila on stanowiska ładowania, kiedy w ciemności moduły nie dostarczają energii – elektryczni nocni jeźdźcy mogą się teraz w każdej chwili kierować do stacji.
Południowe szczyty rozładowane
Koncepcję opracowało Biuro Inżynierskie Fehringer (IBF) z Dortmundu. „Elektromobilność to nasza przyszłość. Koncerny chcą w nadchodzących latach zainwestować 300 milionów euro w rozbudowę infrastruktury zasilania”, mówi dyrektor Nicolaj Fehringer. Za pomocą prototypowego urządzenia o pojemności 36 kWh, w siedzibie firmy w Dortmundzie inżynierowie z IBF pokazali, że także stacja ładowania przy ich biurze również mogłaby być częścią całej sieci. „Połączenie wytwarzania energii, magazynowania jej i ładowania pojazdów działa w tym projekcie bez zarzutu”, mówi Fehringer. System magazynowania energii słonecznej odciąża sieć energetyczną redukując w słoneczne dni niebezpieczne, południowe szczyty – to wydatna pomoc dla systemu energetycznego, który musi zintegrować coraz więcej pojawiających się wytwórców energii odnawialnej.
Projektowanie stacji ładowania nie oszczędziło jednak inżynierom z IBF wyzwań: jak efektywnie połączyć poszczególne systemy – moduły solarne, akumulatory litowo-jonowe, stanowiska ładowania i falownik – w jednolity system? Jak zapewnić prawidłowe przesyłanie danych między poszczególnymi komponentami? I jaki układ sterowania, przy wysokich wymaganiach technicznych, będzie wystarczająco kompaktowy, aby umieścić go w skrzynce rozdzielczej, gdzie nie będzie rzucał się w oczy i zajmie niewiele miejsca? W projekcie, gdzie na małej przestrzeni umieścić trzeba różne technologie, kompaktowość jest istotnym wymogiem.
Szukając właściwego rozwiązania firma IBF wybrała produkty WAGO. Moduł do zdalnego sterowania PLC (750-8207/025-001) zarządza transmisją i wymianą danych. Komunikacja z systemem nadrzędnym odbywa się za pomocą protokołu TCP/IP IEC 60870-5-104 poprzez połączenie VPN. „W ten sposób spełniamy wymagania operatorów sieci oraz najwyższe standardy bezpieczeństwa, takie jak Biała Księga BDEW”, mówi Fehringer. Kolejna zaleta sterownika PLC WAGO: dzięki zintegrowanemu modemowi GSM informacje o stanie pracy układu są wysyłane za pomocą wiadomości SMS oraz e-mail. Poza tym kontroler oferuje, oprócz funkcji zdalnego sterowania oraz nadzoru, również wizualizację. Zintegrowany serwer WWW umożliwia inżynierom konfigurowanie i otrzymywanie informacji o stanie pracy. „Zazwyczaj osiągnięcie takiej funkcjonalności wymagałoby dodatkowych nakładów”, mówi Fehringer. Dzięki możliwości rozbudowy o moduły z portami szeregowymi komunikacja z kolejnymi podsystemami w obrębie stacji nie stanowi żadnego problemu. Przykładowo, jeden układ komunikuje się za pomocą protokołu MODBUS RTU, inny za pomocą własnego protokołu szeregowego. Sterownik zapewnia na wszystkich poziomach zadań konieczną elastyczność i otwartość na przyszłe rozwiązania.
Zaawansowana technologia – a przykuwa wzrok
Obok zalet czysto technicznych stacja ładowania to także uczta dla oka: kolorowe oświetlenie LED stanowiska ładowania tworzy w ciemności przyjemną atmosferę. „Przywiązujemy dużą wagę do wzornictwa, bo człowiek spędza czas tam, gdzie się dobrze czuje”, mówi Fehringer. Połączenie najnowszej technologii i dobrego smaku już teraz wzbudza zainteresowanie uznanych firm. „Trwają rozmowy na najwyższym szczeblu”. To w przyszłości mogłaby być ciekawa propozycja – zakupy lub odpoczynek w podróży połączone z ładowaniem samochodu. Nadwyżka wytworzonej energii pokryje zapotrzebowanie właścicieli stacji na energię elektryczną. Dla takiego zastosowania Fehringer chce zaoferować większe zasobniki o pojemności 400 kWh.
Innym modelem biznesowym byłoby złączenie kilku akumulatorów o pojemności 400 kWh w większą jednostkę i eksploatować ją jako połączony zasób. Wtedy ich moc można by było sprzedawać wielkim operatorom sieci jako regularną energię elektryczną, wyrównując tym samym krótkie wahania w sieci przesyłowej. Według Nicolaja Fehringera, system mógłby dostarczać w pierwszym rzędzie tak zwanej rezerwy regulacji pierwotnej, która musi pojawić się w sieci już w ciągu 30 sekund, a nie dopiero po 5 lub 15 minutach, jak rezerwa regulacji wtórnej i rezerwa odtworzeniowa. Tym samym rezerwa regulacji pierwotnej stawia wysokie wymagania wobec techniki zdalnego sterowania, wymaga bowiem wysokiej funkcjonalności pomiaru i sterownika. Dla WAGO to bułka z masłem: firma już w wielu projektach udowodniła, że właściwe rozwiązanie ma pod ręką.
Daniel Wiese, WAGO.DE