De laatste tijd zijn er vragen gesteld of het elektriciteitsnet de dreiging van grootschalige adoptie van elektrische voertuigen aankan.
Sterker nog, zowel hier als in het buitenland beweren sommige deskundigen dat de zaak gesloten is en dat het elektriciteitsnet en de massale adoptie van elektrische voertuigen onverenigbaar zijn.
Is dit waar? Welke organisaties analyseren het tempo van EV-adoptie in Australië? Welke problemen kunnen zich in de toekomst voordoen en wat zijn de mogelijke oplossingen?
Lees verder en ontdek wie er oog heeft voor de elektrificatie van transport.
In deel één van ons verslag leest u over vijf problemen die de massale acceptatie van elektrische voertuigen met zich mee kan brengen.
Daarna worden in deel twee een aantal oplossingen voor deze problemen besproken, zoals voorgesteld door vooraanstaande experts op dit gebied.
Wie is er betrokken bij het beheer van de macht?
De organisatie die de Australische elektriciteitsnetten beheert, de Australian Energy Market Operator of AEMO, gebruikt de CSIRO om de overgang naar elektrische voertuigen te analyseren en te modelleren.
De CSIRO publiceert regelmatig rapporten over de Australische opname van, en trends binnen, elektrische voertuigen en waarschijnlijke EV-laadbelastingen. Er zijn ook consultants en specialistische groepen die deze organisaties en de overheid adviseren.
Het model laat vier verschillende projecties zien voor de ‘opnamesnelheid’ die de transitie naar elektrische auto’s zou kunnen volgen, afhankelijk van trends, technologie, overheidsbeleid en externe factoren.
Na een trage start lijkt de overgang naar elektrisch nu het meest op het op één na meest agressieve scenario, dat de CSIRO ‘Step Change’ noemt.
Volgens dit scenario zullen er in 2030 ongeveer drie miljoen elektrische voertuigen op de nationale elektriciteitsmarkt (NEM) rijden.
Deze zullen dat jaar ongeveer 10.000 GWh aan elektriciteit verbruiken.
Dat is ongeveer 10 keer zoveel als het elektriciteitsverbruik dat momenteel wordt verbruikt bij het opladen van elektrische auto’s.
Als we hetzelfde scenario blijven volgen, wordt verwacht dat de EV-laadvermogensbehoefte rond 2040 rond de 40.000 GWh zal liggen. De inherente aard van deze EV-laders is dat ze ‘elektronische ladingen’ zijn, zoals computers of elk apparaat zonder elektromotor. Ze zijn ongevoelig voor frequentie en trekken constante stroom, ondanks veranderende netwerkspanningen.
Het leidt allemaal tot serieuze stroombehoeften. Wat kan er misgaan?
Mogelijke netwerkproblemen
Eerst wordt het opladen van elektrische voertuigen tijdens de piekuren in de avonduren besproken.
Hierna ronden we af met het onderzoeken van een groep van vier specifieke netproblemen voor elektrische voertuigen, zoals geïdentificeerd door een aantal toonaangevende energieadviesbureaus.
Het Britse elektriciteitsnetingenieursbedrijf Sysgensys kreeg van de Engelse overheid de opdracht om baanbrekend gedetailleerd onderzoek en analyses uit te voeren naar de verschillende mogelijke effecten van elektrische voertuigen op het Engelse elektriciteitsnet.
In Australië publiceerde het gespecialiseerde energieadviesbureau enX eind 2023 een rapport met richtlijnen voor AEMO voor de komende uitdagingen op het gebied van elektrische voertuigen.
Dat rapport vermeldde maar liefst 24 (p.54) specifieke technische uitdagingen die elektrische voertuigen met zich meebrengen voor het Australische elektriciteitsnet. Hoewel het Australische elektriciteitsnet niet identiek is aan dat van het Verenigd Koninkrijk, zijn veel van de problemen die zich voordoen vergelijkbaar en kunnen sommige van de verschillende soorten risico’s die in beide rapporten worden benadrukt, worden gegroepeerd.
Probleem 1: De avondspits
Als het Australische wagenpark ‘van de ene op de andere dag’ volledig elektrisch zou worden en iedereen zijn auto ’s avonds vroeg zou gaan opladen als hij van het werk thuiskwam, zou het voor ons elektriciteitsnet een enorme uitdaging worden.
Er zijn al formele waarschuwingen over geweest. Tijdens de hittegolf in de zomer van 2022 in Californië, waarschuwden energiebedrijven inwoners om hun auto’s niet op te laden tijdens de avondspits.
Hoewel de spanning op het elektriciteitsnet volledig werd veroorzaakt door de airconditioningsystemen van de bewoners, betoogde academicus Severin Borenstein van de University of California, Berkley, ( , 31 augustus 2022) dat dit de eerste keer was dat een toezichthouder specifiek elektrische voertuigen noemde toen hij bewoners vroeg hun elektriciteitsverbruik te minimaliseren.
Wat betekent dit voor Australië? We hoeven nog niet in paniek te raken.
Californië heeft al meer dan een miljoen EV’s op de weg – veel meer dan in Australië – en er zijn geen EV-gebaseerde netstoringen waargenomen. Dit geldt ook voor een andere vroege markt, Noorwegen.
De echte transitie van Australië naar elektrisch vervoer zal niet ‘van de ene op de andere dag’ plaatsvinden. Er zijn echter proactieve maatregelen nodig om de impact op het net te minimaliseren tijdens de avondspits over vijf jaar, wanneer er mogelijk drie miljoen EV’s op de National Electricity Market (NEM) rijden.
Dergelijke acties worden besproken in deel twee, het gedeelte over oplossingen.
Probleem 2: Risico’s met betrekking tot belastingstappen, spanning en frequentie
Voltage en frequentie voor de meeste huizen en bedrijven in Australië zouden nominaal 230 volt moeten zijn bij een frequentie van 50 Hz (AS60038). Natuurlijk kunnen waarden in de echte wereld onder en boven deze idealen liggen.
Hoe EV-laders (beter bekend als voedingsapparatuur, of EVSE) reageren in deze situaties kan potentieel problemen veroorzaken. Als ze uitschakelen na een verstoring, met name in grote aantallen, verdwijnt hun belasting plotseling van het net, waardoor een neerwaartse belastingverschuiving ontstaat die een ‘stap’ wordt genoemd.
De verlaging van de belasting kan leiden tot overfrequentieomstandigheden waardoor de marktdeelnemer ‘ondersteunende diensten’ (zoals snelwerkende netbatterijen) moet inschakelen om de frequentiestabiliteit te herstellen.
Natuurlijk zal elk belangrijk element van een energiesysteem dat uitvalt, een plotselinge onbalans in vraag en aanbod creëren, zoals wanneer een kolengenerator uitvalt. Dit is dus zeker geen probleem dat alleen geldt voor EVSE.
Als er op een bepaald tijdstip veel elektrische voertuigen worden aangezet, kan dat ook de druk op het elektriciteitsnet verhogen.
De start van 9 uur ’s avonds daluren zou bijvoorbeeld een opwaartse stap kunnen veroorzaken, omdat EV-eigenaren hun auto’s zo instellen dat ze profiteren van goedkopere tarieven. Een van de problemen voor Australië is dat er geen formele regelgeving is die bepaalde gedragskenmerken van EVSE voorschrijft in termen van spanningsrespons of willekeurige vertragingen bij het inschakelen.
AEMO heeft simpelweg geen regelgevende macht over kleinschalige apparaten die achter huishoudelijke elektriciteitsmeters zitten. Opladers, zonnepanelen, thuisbatterijen etc. (die gezamenlijk Consumer Energy Resources worden genoemd) zitten in hetzelfde schuitje.
Probleem 3: Hellingen
Sysgensys en enX identificeerden ook ernstige stijgingen in de vraag naar stroom afkomstig van EVSE, die druk op het net zouden kunnen zetten. Een goed voorbeeld voor Australië is de nadering van een ernstige storm.
De kans op een black-out na een grote storm kan ertoe leiden dat veel EV-eigenaren ‘paniek kopen’ en hun auto’s massaal opladen ter voorbereiding op een mogelijk langdurig stroomverlies. Het enX-rapport geeft een voorbeeld van een dergelijk scenario dat zich over een paar jaar voordoet.
“Hoewel de gebeurteniswaarschuwing lokaal kan zijn, waarbij voldoende EV-laders tegelijkertijd op dezelfde invoer reageren, kan dit gevolgen hebben voor het totale energiesysteem”, aldus het rapport.
“Als bijvoorbeeld 10 procent van de voertuigen in Queensland zou beginnen met opladen op 7,4 kW, zou dat in 2030 resulteren in een toename van de belasting met ongeveer 550 MW.”
Probleem 4: Ophalen van koude lading
Als de stroomvoorziening langere tijd uitvalt, kunnen er grotere problemen ontstaan bij het herstel ervan.
‘Cold load pickup’ is de term voor de extra stroom die nodig is om de normale werking in dergelijke situaties te hervatten. Het wordt veroorzaakt door apparaten zoals automatische temperatuursensoren in koel-, warmwater- en airconditioningsystemen die na de stroomuitval ontwaken als de elektriciteit wordt hersteld.
Vervolgens beginnen ze automatisch grote hoeveelheden stroom te verbruiken om het systeem dat ze bedienen weer op de normale stand te krijgen.
EV-laders zouden nog een dergelijke belasting toevoegen en de hoge stroomvereisten van het net kunnen verlengen, aangezien EV-batterijen van verbonden auto’s het opladen hervatten tot een vooraf ingesteld niveau. Er kunnen ook spannings- en frequentieproblemen optreden tijdens een vertraagd herstel.
Probleem 5: Communicatie en cyberbeveiliging
Zowel in de rapporten van Sygensys als in die van enX worden problemen met communicatie en cyberbeveiliging geïdentificeerd.
Problemen zijn onder andere EVSE-communicatiehiërarchieën en wiens instructies over het opladen van een auto voorrang hebben. Uw instructies, uw Home Energy Management System of een netbeheerder?
Ook de mate van zichtbaarheid en controleerbaarheid van EVSE door netbeheerders is een belangrijk punt. Bovendien zijn de communicatieprotocollen en -normen die het gedrag van EVSE bepalen, nog in ontwikkeling.
Voorspelbaar EVSE-gedrag wanneer communicatiesystemen uitvallen, zal van groot belang zijn. En wat in de huidige wereld cruciaal is, is dat kwetsbaarheden in de beveiligingsprotocollen van sommige producten ertoe kunnen leiden dat grote aantallen oplaadapparatuur defect raken. open voor hacking – met gevolgen voor de schaal van het netwerk, zoals enorme belastingstappen en mogelijk wijdverbreid vermogensverlies.
Voor dit probleem (en de meeste andere) zijn oplossingen beschikbaar, maar Australië heeft nog geen gestandaardiseerde of structurele oplossingen aangenomen.
Het is dus duidelijk dat er echte problemen zijn met de integriteit van het netwerk. Wat gebeurt er in Australië en wat wordt er gedaan om deze problemen te voorkomen?
In deel twee wordt het Australische onderzoek besproken en worden de gedachten van experts uit de sector gedeeld.
