راهنمای جامع زیرساخت شارژ خودروهای برقی (EV)، شامل سطوح شارژ، انواع شبکه، استانداردهای جهانی، چالش‌ها و روندهای آینده.
زیرساخت خودروهای برقی: راهنمای جهانی شبکه‌های شارژ
گذار جهانی به سمت خودروهای برقی (EVs) با انگیزه‌هایی چون نگرانی‌های زیست‌محیطی، مشوق‌های دولتی و پیشرفت در فناوری باتری، در حال شتاب گرفتن است. یک زیرساخت شارژ قوی و در دسترس برای پشتیبانی از این گذار حیاتی است. این راهنما یک نمای کلی و جامع از شبکه‌های شارژ خودروهای برقی در سراسر جهان ارائه می‌دهد و سطوح مختلف شارژ، انواع شبکه، استانداردهای جهانی، چالش‌ها و روندهای آینده را پوشش می‌دهد.
درک سطوح شارژ خودروهای برقی
شارژ خودروهای برقی معمولاً به سه سطح دسته‌بندی می‌شود که هر کدام سرعت شارژ و کاربردهای متفاوتی دارند:
شارژ سطح ۱
شارژ سطح ۱ از یک پریز برق خانگی استاندارد (معمولاً ۱۲۰ ولت در آمریکای شمالی یا ۲۳۰ ولت در اروپا و سایر مناطق) استفاده می‌کند. این کندترین روش شارژ است و در هر ساعت تنها چند مایل به برد خودرو اضافه می‌کند. شارژ سطح ۱ برای خودروهای هیبریدی پلاگین (PHEV) یا برای شارژ کامل باتری خودروی برقی در طول شب مناسب است. یک مثال، استفاده از پریز استاندارد در گاراژ برای شارژ شبانه است که تقریباً ۴ تا ۵ مایل برد در هر ساعت به دست می‌آید.
شارژ سطح ۲
شارژ سطح ۲ به یک پریز ۲۴۰ ولت اختصاصی (در آمریکای شمالی) یا یک پریز ۲۳۰ ولت با آمپر بالاتر (در اروپا و بسیاری از مناطق دیگر) نیاز دارد. شارژرهای سطح ۲ معمولاً در خانه‌ها، محل کار و ایستگاه‌های شارژ عمومی یافت می‌شوند. آنها سرعت شارژ قابل توجهی سریع‌تر از سطح ۱ ارائه می‌دهند و بسته به آمپر شارژر و قابلیت‌های شارژ خودرو، ۱۰ تا ۶۰ مایل برد در هر ساعت اضافه می‌کنند. بسیاری از صاحبان خانه‌ها شارژرهای سطح ۲ را برای شارژ سریع‌تر خودروی برقی خود نصب می‌کنند. شارژرهای سطح ۲ عمومی و محل کار اغلب گزینه‌ای مناسب برای شارژ روزانه فراهم می‌کنند.
شارژ سریع DC (سطح ۳)
شارژ سریع DC (DCFC) که به عنوان شارژ سطح ۳ نیز شناخته می‌شود، سریع‌ترین روش شارژ موجود است. این روش از برق جریان مستقیم (DC) با ولتاژ بالا برای شارژ مستقیم باتری خودروی برقی استفاده می‌کند و شارژر داخلی خودرو را دور می‌زند. ایستگاه‌های DCFC می‌توانند بسته به توان خروجی شارژر و قابلیت‌های شارژ خودرو، در عرض فقط ۳۰ دقیقه، ۶۰ تا بیش از ۲۰۰ مایل برد اضافه کنند. این شارژرها معمولاً در امتداد بزرگراه‌ها و در مکان‌های استراتژیک برای تسهیل سفرهای طولانی یافت می‌شوند. نمونه‌ها شامل سوپرشارژرهای تسلا، ایستگاه‌های Electrify America و شبکه‌های شارژ Ionity هستند. جدیدترین نسل شارژرهای سریع DC می‌توانند تا ۳۵۰ کیلووات یا بیشتر خروجی داشته باشند.
انواع شبکه‌های شارژ خودروهای برقی
شبکه‌های شارژ خودروهای برقی شرکت‌هایی هستند که ایستگاه‌های شارژ عمومی را اداره و نگهداری می‌کنند. آنها دسترسی به خدمات شارژ را برای رانندگان خودروهای برقی، معمولاً از طریق طرح‌های عضویت، برنامه‌های تلفن همراه یا گزینه‌های پرداخت به ازای استفاده، فراهم می‌کنند. چندین نوع شبکه شارژ خودروی برقی وجود دارد، از جمله:
شبکه‌های اختصاصی
شبکه‌های اختصاصی توسط یک شرکت واحد مالکیت و اداره می‌شوند و معمولاً منحصر به خودروهای آن سازنده هستند. برجسته‌ترین نمونه، شبکه سوپرشارژر تسلا است که در ابتدا فقط برای خودروهای تسلا در دسترس بود. با این حال، تسلا شروع به باز کردن شبکه خود برای سایر خودروهای برقی در برخی مناطق مانند اروپا و استرالیا با استفاده از آداپتور کرده است. این امر به صاحبان خودروهای غیر تسلا اجازه می‌دهد تا به شبکه سوپرشارژر دسترسی پیدا کنند، هرچند قیمت و در دسترس بودن ممکن است متفاوت باشد. سایر تولیدکنندگان ممکن است مسیر مشابهی را دنبال کنند اما در حال حاضر شبکه‌های اختصاصی خارج از تسلا تا حدودی نادر هستند.
شبکه‌های مستقل
شبکه‌های مستقل برای همه رانندگان خودروهای برقی، صرف نظر از سازنده خودرو، باز هستند. آنها طیف گسترده‌ای از ایستگاه‌های شارژ، از جمله گزینه‌های سطح ۲ و شارژ سریع DC را اداره می‌کنند. نمونه‌ها عبارتند از:
- Electrify America: شبکه‌ای که در ایالات متحده و کانادا فعالیت می‌کند و بر ساخت یک شبکه شارژ سریع DC با سرعت بالا متمرکز است.
- ChargePoint: یکی از بزرگترین شبکه‌های مستقل در سطح جهان که هم ایستگاه‌های شارژ سطح ۲ و هم شارژ سریع DC را ارائه می‌دهد.
- EVgo: شبکه‌ای در ایالات متحده که بر شارژ سریع DC تمرکز دارد و راه‌حل‌های شارژ برای اپراتورهای ناوگان فراهم می‌کند.
- Ionity: یک سرمایه‌گذاری مشترک از چندین خودروساز اروپایی که در حال ساخت یک شبکه شارژ پرقدرت در سراسر اروپا است.
- Allego: یک شبکه شارژ اروپایی با تمرکز بر راه‌حل‌های شارژ شهری.
- BP Pulse (قبلاً BP Chargemaster/Polar): یک شبکه مستقر در بریتانیا که در حال گسترش حضور خود در اروپا و ایالات متحده است.
- Shell Recharge: شبکه شارژ جهانی شل که در ایستگاه‌های خدمات منتخب شل و مکان‌های دیگر موجود است.
- Engie EV Solutions: یک ارائه‌دهنده جهانی راه‌حل‌های شارژ خودروی برقی، از جمله بهره‌برداری و نگهداری شبکه.
این شبکه‌ها مدل‌های قیمت‌گذاری مختلفی از جمله طرح‌های اشتراک، گزینه‌های پرداخت به ازای استفاده و شارژ رایگان در برخی مکان‌ها ارائه می‌دهند. آنها اغلب برنامه‌های تلفن همراهی دارند که به رانندگان اجازه می‌دهد ایستگاه‌های شارژ را پیدا کنند، در دسترس بودن را بررسی کنند و جلسات شارژ را آغاز کنند.
شبکه‌های تحت مدیریت شرکت‌های برق
برخی از شرکت‌های برق، شبکه‌های شارژ خودروی برقی خود را، اغلب با مشارکت شرکت‌های دیگر یا سازمان‌های دولتی، اداره می‌کنند. این شبکه‌ها معمولاً بر خدمت‌رسانی به مشتریان در محدوده خدمات آن شرکت برق متمرکز هستند. نمونه‌ها شامل Southern California Edison (SCE) در ایالات متحده و طرح‌های مختلف به رهبری شرکت‌های برق در اروپا و آسیا است. این شبکه‌ها می‌توانند با ارائه گزینه‌های شارژ راحت و مقرون به صرفه، نقش مهمی در ترویج پذیرش خودروهای برقی ایفا کنند.
استانداردهای جهانی شارژ
استانداردهای شارژ، کانکتورهای فیزیکی و پروتکل‌های ارتباطی مورد استفاده برای شارژ خودروهای برقی را تعریف می‌کنند. در حالی که تلاش‌ها برای هماهنگ‌سازی استانداردها در سطح جهانی در حال انجام است، چندین استاندارد مختلف در حال حاضر در سراسر جهان استفاده می‌شود. این تنوع می‌تواند برای رانندگان خودروهای برقی که به صورت بین‌المللی سفر می‌کنند، چالش‌هایی ایجاد کند.
استانداردهای شارژ AC
- نوع ۱ (SAE J1772): معمولاً در آمریکای شمالی و ژاپن برای شارژ سطح ۱ و سطح ۲ استفاده می‌شود. این کانکتور دارای پنج پین است و از برق AC تک فاز پشتیبانی می‌کند.
- نوع ۲ (Mennekes): کانکتور استاندارد شارژ AC در اروپا که در استرالیا و مناطق دیگر نیز استفاده می‌شود. این کانکتور دارای هفت پین است و از برق AC تک فاز و سه فاز پشتیبانی می‌کند. نوع ۲ اغلب گزینه‌ای ایمن‌تر و همه‌کاره‌تر از نوع ۱ در نظر گرفته می‌شود.
- GB/T: استاندارد ملی چین برای شارژ خودروی برقی که هم برای شارژ AC و هم DC استفاده می‌شود.
استانداردهای شارژ سریع DC
- CHAdeMO: یک استاندارد شارژ سریع DC که در اصل در ژاپن توسعه یافته و عمدتاً توسط نیسان و میتسوبیشی استفاده می‌شود. این کانکتور دارای یک شکل گرد متمایز است. محبوبیت آن در سال‌های اخیر با ظهور CCS کاهش یافته است.
- CCS (Combined Charging System): یک استاندارد شارژ سریع DC که کانکتور شارژ AC نوع ۱ یا نوع ۲ را با دو پین DC اضافی ترکیب می‌کند. CCS در حال تبدیل شدن به استاندارد غالب شارژ سریع DC در آمریکای شمالی و اروپا است. این استاندارد هم از شارژ AC و هم DC پشتیبانی می‌کند و یک راه‌حل شارژ یکپارچه ارائه می‌دهد. دو نوع از آن وجود دارد: CCS1 (بر اساس نوع ۱) و CCS2 (بر اساس نوع ۲).
- GB/T: همانطور که قبلاً ذکر شد، استاندارد GB/T چین شارژ سریع DC را نیز پوشش می‌دهد.
- کانکتور سوپرشارژر تسلا: تسلا از یک کانکتور اختصاصی در آمریکای شمالی استفاده می‌کند، اما سوپرشارژرهای آن در اروپا از کانکتور CCS2 استفاده می‌کنند. تسلا همچنین در حال تطبیق شارژرهای آمریکای شمالی خود برای گنجاندن آداپتور CCS است.
گسترش استانداردهای مختلف شارژ، یک چشم‌انداز شارژ پراکنده ایجاد کرده است. با این حال، روند رو به رشدی به سمت هماهنگ‌سازی وجود دارد و CCS به عنوان استاندارد غالب در بسیاری از مناطق در حال ظهور است. همچنین تلاش‌هایی برای توسعه استانداردهای شارژ جهانی که بتوان در سراسر جهان از آنها استفاده کرد، در حال انجام است.
چالش‌های زیرساخت شارژ خودروهای برقی
علی‌رغم پیشرفت‌های چشمگیر در سال‌های اخیر، چندین چالش در توسعه و استقرار زیرساخت شارژ خودروهای برقی باقی مانده است:
در دسترس بودن و دسترسی‌پذیری
در دسترس بودن ایستگاه‌های شارژ، به ویژه در مناطق روستایی و مجتمع‌های آپارتمانی، یک مانع بزرگ برای پذیرش خودروهای برقی است. بسیاری از خریداران بالقوه خودروهای برقی نگران «اضطراب بُرد» هستند، یعنی ترس از تمام شدن شارژ باتری قبل از رسیدن به یک ایستگاه شارژ. افزایش تراکم و پوشش جغرافیایی ایستگاه‌های شارژ برای کاهش اضطراب بُرد و ترویج پذیرش خودروهای برقی حیاتی است. دسترسی‌پذیر کردن شارژ برای افرادی که در آپارتمان‌ها و مجتمع‌های مسکونی زندگی می‌کنند نیز ضروری است، زیرا بسیاری از ساکنان به امکانات شارژ خصوصی دسترسی ندارند.
سرعت شارژ
در حالی که شارژ سریع DC می‌تواند زمان شارژ را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، اما هنوز هم بیشتر از سوخت‌گیری یک وسیله نقلیه بنزینی طول می‌کشد. بهبود سرعت شارژ برای راحت‌تر کردن خودروهای برقی برای سفرهای طولانی ضروری است. پیشرفت‌ها در فناوری باتری و زیرساخت شارژ به طور مداوم محدودیت‌های سرعت شارژ را جابجا می‌کنند. علاوه بر این، نرخ شارژ فعلی یک خودروی برقی می‌تواند تحت تأثیر دمای محیط قرار گیرد، بنابراین این نیز حوزه دیگری برای تمرکز است.
استانداردسازی
فقدان کانکتورها و پروتکل‌های شارژ استاندارد می‌تواند برای رانندگان خودروهای برقی سردرگمی و ناراحتی ایجاد کند. وجود چندین استاندارد شارژ، رانندگان را ملزم می‌کند که آداپتور حمل کنند یا بسته به وسیله نقلیه و مکان خود از شبکه‌های شارژ مختلف استفاده کنند. هماهنگ‌سازی استانداردهای شارژ در سطح جهانی، تجربه شارژ را ساده کرده و پذیرش گسترده‌تر خودروهای برقی را ترویج می‌کند.
ظرفیت شبکه برق
افزایش تقاضا برای برق از سوی خودروهای برقی می‌تواند به شبکه برق موجود، به ویژه در ساعات اوج مصرف، فشار وارد کند. ارتقاء زیرساخت شبکه برای پذیرش تعداد روزافزون خودروهای برقی در جاده‌ها ضروری است. فناوری‌های شارژ هوشمند، که برنامه‌های شارژ را برای به حداقل رساندن تأثیر بر شبکه بهینه می‌کنند، نیز می‌توانند به کاهش این چالش کمک کنند. به عنوان مثال، شرکت‌های برق می‌توانند برای صاحبان خودروهای برقی که وسایل نقلیه خود را در ساعات غیر اوج مصرف شارژ می‌کنند، انگیزه ارائه دهند.
هزینه
هزینه نصب و بهره‌برداری از ایستگاه‌های شارژ خودروی برقی می‌تواند قابل توجه باشد، به ویژه برای ایستگاه‌های شارژ سریع DC. مشوق‌های دولتی و سرمایه‌گذاری خصوصی برای تسریع استقرار زیرساخت شارژ مورد نیاز است. هزینه برق نیز می‌تواند یک عامل باشد، زیرا قیمت شارژ بسته به مکان، زمان روز و شبکه شارژ می‌تواند متفاوت باشد. قیمت‌گذاری شفاف و رقابتی برای اطمینان از مقرون به صرفه ماندن شارژ خودروی برقی ضروری است.
نگهداری و قابلیت اطمینان
ایستگاه‌های شارژ خودروی برقی برای اطمینان از عملکرد صحیح، به نگهداری منظم نیاز دارند. ایستگاه‌های شارژ از کار افتاده می‌توانند برای رانندگان خودروهای برقی ناامیدکننده باشند و می‌توانند اعتماد به زیرساخت شارژ را تضعیف کنند. اجرای برنامه‌های نگهداری قوی و ارائه تعمیرات به موقع برای اطمینان از قابلیت اطمینان ایستگاه‌های شارژ ضروری است.
روندهای آینده در زیرساخت شارژ خودروهای برقی
چشم‌انداز شارژ خودروهای برقی با ظهور فناوری‌ها و مدل‌های کسب و کار جدید، دائماً در حال تحول است. در اینجا برخی از روندهای کلیدی که آینده شارژ خودروهای برقی را شکل می‌دهند، آورده شده است:
شارژ بی‌سیم
فناوری شارژ بی‌سیم به خودروهای برقی اجازه می‌دهد تا بدون کانکتور فیزیکی و با استفاده از کوپلینگ القایی یا رزونانسی شارژ شوند. شارژ بی‌سیم می‌تواند راحت‌تر از شارژ با کابل باشد، زیرا نیاز به دستکاری کابل‌ها را از بین می‌برد. همچنین می‌توان آن را در جاده‌ها ادغام کرد و به خودروهای برقی اجازه داد تا در حین رانندگی شارژ شوند. با این حال، شارژ بی‌سیم در حال حاضر کارایی کمتر و هزینه بیشتری نسبت به شارژ با کابل دارد. انتظار می‌رود با بهبود فناوری، این روش گسترده‌تر شود.
شارژ هوشمند
فناوری‌های شارژ هوشمند برنامه‌های شارژ را برای به حداقل رساندن تأثیر بر شبکه و کاهش هزینه‌های برق بهینه می‌کنند. شارژرهای هوشمند می‌توانند با شبکه برق ارتباط برقرار کرده و نرخ شارژ را بر اساس قیمت‌های لحظه‌ای برق و شرایط شبکه تنظیم کنند. آنها همچنین می‌توانند شارژ را برای خودروهای برقی که بیشترین نیاز را دارند، در اولویت قرار دهند. شارژ هوشمند می‌تواند به تعادل بار روی شبکه کمک کرده و نیاز به ارتقاءهای گران‌قیمت شبکه را کاهش دهد. فناوری خودرو به شبکه (V2G)، که به خودروهای برقی اجازه می‌دهد برق را به شبکه بازگردانند، یکی دیگر از حوزه‌های توسعه امیدوارکننده است.
تعویض باتری
تعویض باتری شامل جایگزینی باتری خالی شده خودروی برقی با یک باتری کاملاً شارژ شده در یک ایستگاه اختصاصی است. تعویض باتری می‌تواند سریع‌تر از شارژ سریع DC باشد، زیرا تعویض باتری فقط چند دقیقه طول می‌کشد. همچنین می‌تواند نگرانی‌ها در مورد تخریب باتری و مدیریت پایان عمر آن را برطرف کند. با این حال، تعویض باتری به بسته‌های باتری استاندارد و سرمایه‌گذاری قابل توجه در زیرساخت نیاز دارد. در حالی که این روش خارج از بازارهای خاص (مانند چین) به طور گسترده پذیرفته نشده است، اما همچنان یک حوزه مورد علاقه باقی مانده است.
شارژ سیار
خدمات شارژ سیار، شارژ درخواستی را برای خودروهای برقی با استفاده از واحدهای شارژ سیار، مانند ون‌ها یا تریلرهایی که به باتری یا ژنراتور مجهز هستند، فراهم می‌کنند. شارژ سیار می‌تواند برای ارائه شارژ اضطراری به خودروهای برقی سرگردان یا برای خدمت‌رسانی به رویدادها و جشنواره‌هایی که زیرساخت شارژ ثابت محدود است، مفید باشد. همچنین می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای صاحبان خودروهای برقی باشد که به امکانات شارژ خصوصی دسترسی ندارند.
ادغام با انرژی‌های تجدیدپذیر
ادغام شارژ خودروهای برقی با منابع انرژی تجدیدپذیر، مانند انرژی خورشیدی و بادی، می‌تواند تأثیر زیست‌محیطی خودروهای برقی را بیشتر کاهش دهد. شارژ خورشیدی در محل می‌تواند برق پاک و مقرون به صرفه برای شارژ خودروی برقی فراهم کند. فناوری‌های شارژ هوشمند همچنین می‌توانند برای اولویت‌بندی شارژ در دوره‌های تولید بالای انرژی تجدیدپذیر استفاده شوند. ترکیب خودروهای برقی با انرژی‌های تجدیدپذیر می‌تواند یک سیستم حمل و نقل واقعاً پایدار ایجاد کند.
توافق‌نامه‌های رومینگ استاندارد
همزمان با گسترش شبکه‌های شارژ خودروهای برقی، توافق‌نامه‌های رومینگ استاندارد اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کنند. توافق‌نامه‌های رومینگ به رانندگان خودروهای برقی اجازه می‌دهد تا از ایستگاه‌های شارژ شبکه‌های مختلف بدون نیاز به ایجاد حساب‌های جداگانه یا دانلود چندین برنامه استفاده کنند. این امر تجربه شارژ را ساده کرده و سفر رانندگان خودروهای برقی را در مناطق مختلف آسان‌تر می‌کند. ابتکاراتی مانند اتحادیه شارژ باز (OCA) در حال تلاش برای ترویج قابلیت همکاری و پروتکل‌های رومینگ استاندارد هستند.
نتیجه‌گیری
توسعه یک زیرساخت شارژ قوی و در دسترس برای حمایت از گذار جهانی به حمل و نقل برقی حیاتی است. در حالی که چالش‌ها باقی هستند، پیشرفت‌های قابل توجهی در سال‌های اخیر حاصل شده و فناوری‌های جدید و هیجان‌انگیزی در افق دیده می‌شوند. با پرداختن به چالش‌ها و پذیرش فرصت‌ها، می‌توانیم یک زیرساخت شارژ ایجاد کنیم که راحت، مقرون به صرفه و پایدار باشد و راه را برای آینده حمل و نقل پاک‌تر و پایدارتر برای همه هموار کند.