Artykuł zawiera analizę opłacalności budowy szybkich ładowarek samochodów elektrycznych w celu określenia spodziewanych cen tego typu usług

Wstęp

Samochody elektryczne mają tę zaletę i przewagę nad spalinowymi, że energię potrzebną do ich użytkowania można najzwyczajniej uzupełnić w ciągu kilku godzin z domowej instalacji elektrycznej – najlepiej w godzinach nocnych, kiedy energia elektryczna jest tańsza. Taki sposób ładowania, określany mianem podstawowego, jest nie tylko najprostszy, ale także najbardziej ekonomiczny. Z uwagi jednak na ograniczony zasięg aut elektrycznych, niekiedy może wystąpić potrzeba szybkiego ładowania w celu pokonania większych odległości w ciągu jednego dnia. Do tego celu mają służyć zewnętrzne szybkie ładowarki dużej mocy (najczęściej kilkudziesięciu kW), które w zależności od pojazdu skrócą czas ładowania do 15-45 minut i będą pełniły funkcję odpowiednika stacji benzynowej. Zasadnicza różnica między stacją benzynową, a szybką ładowarką polega na tym, że właściciele aut spalinowych odwiedzają stacje benzynowe (jako jedyne źródła paliwa) dosyć regularnie, podczas gdy posiadacze aut elektrycznych najprawdopodobniej będą korzystali z szybkich ładowarek jedynie sporadycznie.

Obecnie jedynym funkcjonującym standardem szybkiego ładowania na świecie jest CHAdeMO - JEVS (Japan Electric Vehicle Standard) G105-1993, który został opracowany w Japonii i przynajmniej na razie jest wspierany jedynie przez niektórych japońskich producentów samochodów. Na horyzoncie pojawiają się co prawda nowe uniwersalne standardy (popierane przez producentów amerykańskich i niemieckich), przygotowywane przez SAE International (wcześniejszy wpis) i ACEA (wcześniejszy wpis 1, wcześniejszy wpis 2), jednak ich wprowadzenie na rynek (wydanie standardu, zaprojektowanie urządzeń i aut, certyfikacja, sprzedaż) może zająć jeszcze rok lub dwa. Do tego czasu standard CHAdeMO ma szansę upowszechnić się na największych rynkach.

porty CHAdeMO i SAE J1772

SAE J1772 combo

Uniwersalny system ładowania Combined Charging System

W chwili obecnej na świecie działa około 1000 szybkich ładowarek CHAdeMO, z czego około 800 w Japonii, a ich liczba rośnie coraz szybciej (wcześniejszy wpis). W Polsce w 2011r. nikt nie zdecydował się na otwarcie punktu szybkiego ładowania samochodów elektrycznych. Poniżej zamieszczona została mapa szybkich ładowarek CHAdeMO, obejmująca znaczną część urządzeń zainstalowanych w Europie.

Tesla Model S

Własny uniwersalny standard ładowania (jednofazowy i prądu stałego) opracowuje także firma Tesla Motors, jednak będzie on dedykowany jedynie samochodom Tesli. Amerykańska firma jest w stanie samodzielnie zbudować własną, szkieletową sieć ładowarek o mocy 90 kW, ponieważ auta Tesli charakteryzują się ponadprzeciętnym zasięgiem – w przypadku najdroższej wersji Modelu S nominalnie nawet około 500 km. W takim przypadku szybkie ładowanie będzie niezmiernie rzadkie i stosunkowo niewielka liczba urządzeń, zainstalowanych w kluczowych miejscach w dużych miastach i na autostradach może okazać się w zupełności wystarczająca.

Pewne dedykowane systemy szybkiego ładowania są używane również w Chinach.

W dalszej części analizy opłacalności budowy publicznie dostępnych szybkich ładowarek dla samochodów osobowych pod uwagę zostaną wzięte jedynie ładowarki CHAdeMO.

Szybkie ładowarki CHAdeMO

Szybkie ładowarki CHAdeMO najczęściej występują w wersji o mocy około 50 kW, chociaż można spotkać także urządzenia o mniejszych mocach – 10, 20, 30 kW lub większych – 60 kW. Zazwyczaj posiadają one jedno wyjście i umożliwiają ładowanie akumulatorów jedynie do 80% ich pojemności (ładowanie do wyższych poziomów nie jest praktykowane, ponieważ może znacznie wydłużyć cały proces i zmniejszyć stopień wykorzystania urządzenia – dopuszczalna moc ładowania powyżej 80% jest silnie ograniczona w celu nieuszkodzenia akumulatorów).

Pewnym wyjątkiem od reguły są ładowarki Blink firmy ECOtality (wcześniejszy wpis), które nie tylko pozwalają użytkownikowi na wybór ładowania także do 90 lub 100%, ale także posiadają dwa wyjścia – przy czym ładowanie drugiego w kolejności samochodu rozpoczyna się automatycznie po zakończeniu ładowania pierwszego.

Szybka ładowarka CHAdeMO firmy Delta Electronics

Szybka ładowarka ECOtality Blink

Terminal szybkiego ładowania ABB Terra

Szybka ładowarka CHAdeMO firmy Nissan

W pełni równoległe ładowane dwóch pojazdów z jednej ładowarki (2x 50 kW) oferują na przykład urządzenia Terra, które zostały zaprojektowane przez firmę Epyon, przejętą następnie przez ABB (wcześniejszy wpis).

Sprawność urządzeń zazwyczaj zawiera się w przedziale między 90-95%, a współczynnik mocy jest bliski jedności.

Na chwile obecną niewiadomą pozostaje trwałość szybkich ładowarek CHAdeMO. Poprawnie zaprojektowane urządzenia z odpowiednim chłodzeniem energoelektroniki potencjalnie mogą służyć właścicielowi nawet 20 lat.

Ceny dostępnych na rynku ładowarek CHAdeMO zazwyczaj nie są podawane do publicznej wiadomości, a ponadto w zależności od producenta mogą być bardzo zróżnicowane. W ostatnim czasie drugą generację urządzeń zaczął na rynek wprowadzać Nissan, któremu w związku z uruchomieniem seryjnej produkcji aut elektrycznych bardzo zależy na rozwoju sieci szybkich ładowarek CHAdeMO.

W Japonii ładowarki Nissana o mocy 49 kW kosztują w standardowej wersji (z podatkiem) 798 tys. JPY (w przeliczeniu około 35 tys. zł), a w przypadku wersji przeznaczonej do instalacji wewnątrz budynków zaledwie 598,5 tys. JPY (w przeliczeniu ponad 26 tys. zł) (wcześniejszy wpis). W USA ceny urządzeń mają zaczynać się od 9,9 tys. USD (w przeliczeniu około 33 tys. zł), co według japońskiej firmy oznacza wydatek od dwóch do trzech razy mniejszy niż w przypadku obecnych na rynku produktów konkurencji (wcześniejszy wpis).

Koszty instalacji oraz przyłączenia urządzeń do sieci elektroenergetycznej zależą od warunków w konkretnej lokalizacji i operatora sieci. Ponieważ jednak nic nie stoi na przeszkodzie, aby potencjalny inwestor wybrał miejsce, gdzie zainstalowanie ładowarki będzie możliwie tanie, można założyć, że koszt instalacji nie powinien w żadnym razie przekroczyć kosztu samego urządzenia.

Ze względu na tryb pracy urządzenia (załączanie na 10-30 minut mocy kilkudziesięciu kW) dodatkowe koszty może wymusić konieczność minimalizacji zakłóceń wprowadzanych do sieci dystrybucyjnej.

Auta zgodne ze standardem CHAdeMO

Nissan Leaf

Citroën C-Zero

Peugeot iOn

Gama samochodów zgodnych ze standardem CHAdeMO jest na razie ograniczona jedynie do modeli produkowanych w Japonii – Mitsubishi i-MiEV, Peugeot iOn, Citroën C-Zero, Nissan Leaf i Mitsubishi Minicab-MiEV. Wkrótce na rynku pojawi się także Toyota iQ EV, a wcześniej auta z opcją szybkiego ładowania w ramach programu demonstracyjnego testowało Subaru – R1e i Plug-In Stella oraz Honda - Fit EV.

Jak dotąd na świecie wyprodukowano blisko 40 tys. samochodów zgodnych ze standardem CHAdeMO – z czego przeważającą większość w ciągu ostatnich 12 miesięcy (wcześniejszy wpis 1, wcześniejszy wpis 2). W Polsce jest ich nie więcej niż 50 (stan na koniec 2011r.)

Pakiety akumulatorów w najczęściej spotykanych autach elektrycznych w Europie (i-MiEV, iOn, C-Zero, Leaf) gromadzą około 16 lub 24 kWh energii. Prawdopodobnie w kolejnych latach w sprzedaży stopniowo zaczną pojawiać się także modele z większymi pakietami np. 30 kWh, 40 kWh i więcej.

Wcześniejsze założenie uzupełniania energii jedynie do 80% pojemności akumulatorów determinuje ilość pobranej energii i czas postoju. Najprawdopodobniej najczęściej auta elektryczne nie będą podjeżdżały na stację szybkiego ładowania całkowicie rozładowane, lecz z pewnym niewielkim zapasem energii (10-30%).

Potencjalnie wielokrotne użycie szybkich ładowarek pozwala w ciągu doby przejechać nawet ponad 1000 km, co zostało dowiedzione na przykładzie Nissana Leaf w Holandii (wcześniejszy wpis).

Liczba ładowań, a zajętość stacji

Mitsubishi i-MiEV

Szybkie ładowarki samochodów elektrycznych są „szybkie” w porównaniu do wolnego ładowania z domowej instalacji, jednak w większości przypadków uzupełnianie energii potrwa znacznie dłużej niż tankowanie samochodu spalinowego. W dłuższej perspektywie czas ładowania będzie silnie ograniczał liczbę klientów, którzy w ciągu dnia skorzystają z naszego urządzenia, a część z nich widząc zajęty terminal może w ogóle zrezygnować z czekania na swoją kolej i odwiedzi konkurencję (informacja o zajętości punktu ładowania może być wyświetlana na pokładowej nawigacji). Pod tym względem z pewnością większą popularnością będą cieszyły się stacje z większą liczbą wyjść, dające pewność natychmiastowego rozpoczęcia ładowania.

Czas ładowania nie jest prostą funkcją nominalnej mocy ładowarki i pojemności pakietu, ponieważ przebiega ono nieliniowo (dopuszczalna moc maleje wraz ze wzrostem stanu naładowania) oraz silnie zależy od typu i temperatury akumulatorów. Na potrzeby oszacowania zajętości szybkiej ładowarki zostanie przyjęta średnia moc ładowania około 45 kW (przy nominalnej mocy ładowarki 50 kW i ładowania maksymalnie do 80% pojemności), chociaż w niektórych przypadkach może być ona niższa.

Dodatkowo należy uwzględnić, że stanowisko ładowania będzie niewykorzystane podczas autoryzacji, podłączania, rozłączania. Właściciel pojazdu może się także od czasu do czasu spóźnić z powrotem do auta, gdy zdecyduje się zrobić zakupy w pobliskim sklepie.

Biorąc pod uwagę, że większość użytkowników będzie korzystała z szybkich ładowarek sporadycznie, zróżnicowany popyt na szybkie ładowanie o różnych godzinach, a także niewielki początkowy rozmiar rynku i późniejszą konkurencję, przekroczenie poziomu 15 ładowań dziennie może okazać się trudne.

Modele biznesowe

W przypadku szybkich ładowarek możliwych do zastosowania jest przynajmniej kilka sposobów pobierania opłat za ładowanie, np.:

1. Stała opłata za jedno użycie – najprostszy sposób, w którym użytkownik płaci zawsze tyle samo niezależnie od ilości pobranej energii. Metoda ta jest stosowana między innymi przez E.ON w projekcie pilotażowym w Niemczech, gdzie jedno użycie kosztuje 5 EUR (wcześniejszy wpis), co przy średnim zakładanym zużyciu 10 kWh oznacza stawkę około 2 zł za kWh.
2. Opłata proporcjonalna do zużycia energii elektrycznej (analogicznie jak na stacji benzynowej w przypadku paliwa).
3. Miesięczny abonament pozwalający na dowolne (lub ograniczone) użycie.
4. Niewielki miesięczny abonament pozwalający na dowolne użycie oraz dodatkowa opłata proporcjonalna do ilości pobranej energii.

W Polsce sprzedaż energii do ładowania samochodów elektrycznych na początkowym etapie może być kłopotliwa, ponieważ najprawdopodobniej będzie wymagała uzyskania koncesji. Problem ten został już definitywnie rozwiązany np. w Kalifornii, gdzie operatorzy punktów ładowania pojazdów elektrycznych sprzedający energię elektryczną są traktowani jako odbiorcy końcowi, a nie tak jak firmy zajmujące się dystrybucją energii elektrycznej (wcześniejszy wpis).

Szybka ładowarka CHAdeMO firmy AeroVironment

Podstawowym problemem przy sprzedaży energii elektrycznej podczas szybkiego ładowania aut elektrycznych jest jej stosunkowo niewielka wartość. W przypadku stacji benzynowych, kierowcy tankują paliwo za 50-200 zł, dzięki czemu wliczony w cenę koszt obsługi jest niewielką częścią rachunku. W przypadku szybkiego ładowania, uzupełniona energia elektryczna będzie warta kilka-kilkanaście złotych, a ponadto sam proces potrwa dłużej. Wobec tego właściciel ładowarki, chcący w rozsądnym czasie odzyskać zainwestowane pieniądze, będzie zmuszony sprzedawać energię nawet kilkukrotnie drożej.

Należy zwrócić uwagę, że ze względu na większy niż w przypadku ładowania domowego koszt, użytkownicy samochodów elektrycznych będą korzystali z szybkich ładowarek jedynie wtedy, gdy stanie się to niezbędne (dłuższa podróż, obawa o niewystarczający zasięg). Unikanie szybkiego ładowania może wynikać także z chęci nie narażania akumulatorów na przedwczesne zużycie.

Operatorzy, chcący zwiększyć rentowność ładowarek mogą być w takiej sytuacji skłonni do oferowania możliwości szybkiego ładowania w ramach miesięcznego abonamentu. Głównie z tego powodu w Japonii, gdzie standard CHAdeMO jest najbardziej rozpowszechniony, zapowiedziano utworzenie organizacji Charging Network Development Organization, która ma pośredniczyć między użytkownikami, a właścicielami szybkich ładowarek (wcześniejszy wpis).

Dodatkowe przychody z instalacji szybkiej ładowarki, operator może uzyskać z większych obrotów w pobliskim obiekcie np. markecie lub w niewielkim stopniu z reklam wyświetlanych na ekranie urządzenia. Potencjalnie budowa infrastruktury może także przynieść korzyści w postaci rabatu na zakup samochodów producenta, który sprzedaje auta elektryczne kompatybilne z naszą ładowarką.

Ryzyko

Budowa infrastruktury do szybkiego ładowania to nowy i dosyć niepewny biznes, w którym nikt nie gwarantuje na tyle szybkiego rozwoju rynku aut elektrycznych, aby przedsięwzięcie stało się opłacalne. Ponadto, nawet jeśli rynek będzie się rozwijał w zadowalającym tempie, trudno przewidzieć dalsze losy standardów ładowania i czy sprzedawane auta będą kompatybilne z naszą stacją. Przystosowanie ładowarki do innego standardu lub podwyższenie jej mocy, jeśli po pewnym czasie moc 50 kW straci na atrakcyjności będzie wiązało się z dodatkowymi, bliżej nieokreślonymi kosztami.

Stawiając szybką ładowarkę należy liczyć się także z konkurencją, która nie tylko może zainstalować własne urządzenie i odebrać nam część klientów (bardziej dogodna lokalizacja, niższa cena, większa moc, lepszy model biznesowy, bardziej uniwersalne urządzenie, większa liczba wyjść), ale również z projektami demonstracyjnymi jak na przykład firmy RWE Effizienz w Niemczech, gdzie do końca 2012r. ładowanie będzie bezpłatne (wcześniejszy wpis). Z kolei Nissan postanowił rozdać w Europie 400 szybkich ładowarek współpracującym operatorom (wcześniejszy wpis), co postawi ich w zdecydowanie lepszej sytuacji od firm inwestujących wyłącznie swój kapitał.

Urządzenie może być w niektórych lokalizacjach narażone na uszkodzenie przez chuliganów lub samochód. Dodatkowo trudno ocenić jak stacja będzie sprawowała się w rzeczywistych warunkach oraz czy nie ulegnie po pewnym czasie poważnej awarii.

Osobną kwestią jest znaczny spadek cen nowych ładowarek w ciągu ostatniego roku, który również nie zachęca do ich pochopnego zakupu.

Powyższe względy wymuszają taką kalkulację stawek za korzystanie ze stacji, aby inwestor miał pewność względnie szybkiego okresu zwrotu – okres 7-8 lat wydaje się absolutnym maksimum w stosunku do ponoszonego ryzyka.

Założenia ogólne

W analizie opłacalności budowy infrastruktury do szybkiego ładowania samochodów elektrycznych ograniczymy się wyłącznie do urządzeń o mocy 50 kW, zgodnych ze standardem CHAdeMO, z których korzystać będą głównie kierowcy aut osobowych.

Aby przedsięwzięcie miało szansę względnie szybko zacząć przynosić zysk, całkowity koszt zakupu i instalacji ładowarki nie powinien przekraczać 80 tys. zł netto, z czego około 40-50 tys. zł może przypadać na urządzenie (biorąc pod uwagę ceny ładowarek Nissana na świecie), a 30-40 tys. zł na instalację i opłaty jednorazowe w możliwie przystępnej lokalizacji. Samo zwiększenie mocy przyłączeniowej o 50 kW, w miejscu gdzie nie trzeba budować nowego przyłącza, może kosztować około 6-7 tys. zł netto (120-135 zł/kW).

Do obliczeń przyjęto cenę energii elektrycznej w taryfie całodobowej C21 dla małych firm (ładowanie będzie przebiegało głównie w dzień) na poziomie 0,45 zł/kWh netto w pierwszym roku. Ponadto zakłada się wzrost cen energii w kolejnych latach w średnim tempie 5% rocznie (nieco szybciej od inflacji).

Dodatkowe koszty stałe związane między innymi z dystrybucją energii elektrycznej (kilka tysięcy złotych rocznie), dzierżawą ziemi i miejsca parkingowego, konserwacją, łącznością i rozliczeniami użytkowników, ubezpieczeniem, reklamą, oraz ewentualną modernizacją urządzenia przyjęto na średnim poziomie 10 tys. zł netto rocznie. Średnioroczny wzrost kosztów stałych będzie następował w tempie 3%.

W obliczeniach założono średnioważony koszt kapitału na poziomie 10% oraz podatek dochodowy od zysków wynoszący 19%.

Scenariusz bazowy

W scenariuszu bazowym zakłada się, że średnia liczba ładowań w ciągu dnia będzie stopniowo rosła od jednego w pierwszym roku do 15 w dziesiątym roku. Początkowo na niewielką liczbę ładowań będzie miała wpływ niewielka liczba samochodów, a w kolejnych latach także pojawienie się konkurencyjnych stacji szybkiego ładowania. Ponadto ze względu na wysoką cenę ładowania, z tego typu urządzeń użytkownicy będą korzystali jedynie wtedy, gdy okaże się to niezbędne.

Średnia ilość energii elektrycznej pobieranej podczas jednego ładowania w scenariuszu bazowym rośnie od 10 kWh w pierwszym roku do 18 kWh w dziesiątym roku, co wynika przede wszystkim z przyjęcia założenia o stopniowym wzrośnie wielkości pakietów akumulatorów w samochodach.

W przypadku sprzedaży energii elektrycznej na stacji szybkiego ładowania w sposób analogiczny do sprzedaży paliw na stacji benzynowej, zostanie przyjęte założenie, że przez cały okres energia sprzedawana będzie czterokrotnie drożej niż kupowana.

Scenariusz bazowy + zwiększone obroty sklepu

W tym wariancie zakłada się, że oprócz sprzedaży energii elektrycznej dodatkowe przychody będą generowane przez pobliski sklep odnotowujący większe obroty. Na potrzeby symulacji założono dodatkowy zysk na średnim poziomie 2 zł przy okazji każdego ładowania przez cały okres.

Scenariusz optymistyczny

Scenariusz optymistyczny różni się od bazowego znacznie większą średnią liczbą ładowań w ciągu dnia, która rośnie od pięciu w pierwszym roku do 20 w dziesiątym roku.

W scenariuszu optymistycznym, z uwagi na większą liczbę użytkowników stacji, energia sprzedawana jest trzykrotnie drożej niż kupowana.

Wyniki symulacji

Niezależnie od przyjętego scenariusza, przy odpowiedniej kalkulacji wysokości cen, wszystkie sposoby pobierania opłat pozwalają uzyskać podobne okresy zwrotu. Poniżej w formie wykresu przedstawione zostały wyniki dla systemu najbardziej intuicyjnego, w którym opłata jest proporcjonalna do ilości pobranej energii elektrycznej.

Podsumowanie

Niniejszy artykuł nie ma na celu dokładnego wyliczenia opłacalności instalacji szybkiej ładowarki, gdyż tą każdy inwestor musi dla danych warunków określić samodzielnie. Chodzi jedynie o oszacowanie spodziewanego poziomu cen szybkiego ładowania (w krótkiej perspektywie), przy którym tego typu biznes może stać się atrakcyjny dla inwestorów, bo tylko wtedy będą oni skłonni wyłożyć pieniądze na takie przedsięwzięcie.

Budowa stacji szybkiego ładowania jest obarczona dużym ryzykiem, co wymusza taką kalkulację cen, aby urządzenia zwróciły się dosyć szybko – najlepiej w ciągu 5-6 lat, maksymalnie 7-8 lat (nawet jeśli będą sprawne znacznie dłużej). Przy takim okresie zwrotu z inwestycji, niezależnie od modelu biznesowego szybkie ładowanie będzie drogie. Kierowcy korzystający z szybkiej ładowarki będą musieli pogodzić się z tym, że uzupełniają energię nawet kilkukrotnie drożej niż z domowej instalacji wolnego ładowania. To, w połączeniu ze świadomością potencjalnego niewielkiego wpływu szybkiego ładowania na trwałość akumulatorów, spowoduje, że szybkie ładowarki będą odwiedzane jedynie, gdy stanie się to niezbędne.

Z drugiej strony, przeważająca większość osób zamawiających Nissana Leaf z rocznika 2011 w Stanach Zjednoczonych wybrała droższą wersję z portem CHAdeMO, mimo początkowego braku tego typu urządzeń, co sugeruje, że właściciele aut elektrycznych będą skłonni zapłacić za szybkie ładowanie więcej.

W uzyskaniu wyższych rentowności może pomóc instalacja szybkich ładowarek obok sklepów i restauracji, dzięki czemu pewne dodatkowe przychody będą pochodziły z większych obrotów tych obiektów. W zależności od warunków może to skrócić okres zwrotu o przynajmniej kilka-kilkanaście procent.

W rozważanym scenariuszu optymistycznym (mało prawdopodobnym), w którym od początku uruchomienia szybkiej ładowarki średnio każdego dnia będzie z niej korzystało pięć osób, istnieje możliwość pewnego obniżenia cen w porównaniu ze scenariuszem bazowym przy zachowaniu akceptowalnej rentowności, jednak w zasadniczy sposób nie zmienia to sytuacji. Nadal koszt ładowania będzie ograniczał użycie urządzeń do minimum.

Teoretycznie wysokie rentowności szybkich ładowarek można uzyskać stosując je do ładowania floty firmowych aut elektrycznych np. taksówek. Jest to jednak nieco inny typ działalności w stosunku do urządzeń dostępnych publicznie i wymaga pewnego harmonogramu pracy, aby samochody nie blokowały się wzajemnie. W celu uzyskania krótkich okresów zwrotu także w tym przypadku urządzenia powinny być od początku wykorzystywane przynajmniej 10-15 razy w ciągu dnia.

Spośród omawianych modeli biznesowych najlepszym wydaje się ten, w którym kierowca płaci za ilość pobranej energii elektrycznej. Opłata stała za jedno użycie może zostać zastosowana w początkowym okresie, jednak na dłuższą metę ze względu na różne ilości pobieranej energii będzie ona niesprawiedliwa. Najprawdopodobniej najchętniej stosowanym modelem będzie abonament miesięczny (być może połączony z rachunkiem za energię elektryczną), który operatorom stacji szybkiego ładowania da stały przychód. Niestety taka forma pobierania opłat może okazać się dla użytkowników najdroższa.