Nejsou to jen silácká gesta hodná hrdiny akčních filmů, jako když demonstrativně předvedl veřejnosti svého Hummera přestavěného na vodíkový pohon, ale je to jasné směřování vytýčeným směrem. Zatímco my nemáme ani jasno, zda se hybridní auta mají či nemají počítat mezi auta spotřebovávající elektřinu (jak ukázala i nedávná diskuse na Oslu) v Kalifornii jednají dle nekompromisní politiky, tak vlastní akčním hrdinům, které tak často jejich nynější guvernér představoval ve svých dřívějších rolích. Jak se zhostí své nové role terminátora klasických automobilů v Kalifornii? Uvidíme.

Zatímco v Evropě je podíl hybridních a elektrických vozidel na silnicích mizivý a v nejbližší době se nedá předpokládat příliš veliká změna, v USA a hlavně v Kalifornii se musí zabývat řešením situace, která reálně „hrozí“ zasáhnout Spojené státy během jednoho či dvou příštích desetiletí. Kvůli hybridním automobilům se možná budou muset v celých Spojených státech postavit stovky nových elektráren, zejména pokud dojde k jejich rychlému rozšíření a pokud je jejich majitelé budou chtít dobíjet v hodinách energetické „špičky“. Rostoucí počet „plug-in“ hybridních osobních a nákladních aut může zamenat rostoucí potřebu nových energetických zdrojů, ale třeba také ne. To záleží hlavně na tom, jak a kdy budou majitelé svá vozidla dobíjet.

Očekávaný vývoj v nejbližší budoucnosti
Nedávno zveřejněná studie Oak Ridge National Laboratory (ORNL) zkoumala, jak očekávaný nárůst provozu osobních a nákladních automobilů s hybridním pohonem ovlivní elektrickou síť v závislosti na denní či noční době, kdy jsou auta dobíjena. „Některé odhady vlivu elektromobilů předpokládají, že je majitelé budou dobíjet pouze v noci,“ řekl Stan Hadley z programu Cooling, Heating and Power Technologies na ORNL.

Zvětšit obrázek

Nápis, který se bude v USA objevovat na autech čím dál častěji…

„Tento předpoklad ovšem nebere do úvahy lidskou povahu,“ řekl Hadley, který tuto studii vedl. „Spotřebitelé budou spíš zapojovat svá vozidla do zásuvky tehdy, kdy se jim to hodí, než aby tak činili v době, kdy by to upřednostňovali provozovatelé elektrických sítí. Proto bude krom jiného potřeba vytvořit mechanismy, kterými by se zvýhodnilo racionální chování spotřebitelů.
 

V analýze možného dopadu „zásuvkových hybridních automobilů“ projektované na roky 2020 a 2030 ve 13 oblastech Spojených států zkoumali pracovníci ORNL možný vliv těchto vozidel na poptávku po elektřině, dodávku proudu, infrastrukturu, ceny a také s tím spojenou úroveň emisí. Jejich studie předpokládala, že by do roku 2020 měla skupina hybridních sedanů a SUV dělat čtvrtinu prodaných aut, a to včetně podílu v kategorii hybridních sportovních vozů. Pomocí počítačových simulací s použitím Oak Ridge Competitive Electricity Dispatch modelu, který byl vyvinut na ORNL v minulých 12 letech k hodnocení různorodých problémů tohoto kritického elektrického sektoru, bylo modelováno celkem sedm pravděpodobných scénářů vývoje, kde bylo uvažováno s různými časy nabíjení vozidel a bylo počítáno i s různými dalšími proměnnými.

Výsledná zpráva zřetelně ukázala, že potřeba dalších zdrojů, pokud nedojde k rychlejším změnám, by byla nejkritičtější v roce 2030, kdy by hybridní vozy měly už nějakou dobu významný podíl na trhu a tvořily by významnou část automobilů na amerických silnicích. V nejhorším možném případě – pokud by všichni majitelé „elektrických přibližovadel“ nabíjeli své vozy v 5 odpoledne, při potřebě šesti kilowattů příkonu, by bylo potřeba postavit až 160 velkých elektráren, aby pokryly tuto zvýšenou potřebu energie a tato enormní poptávka by přitom navíc ještě omezila rezervní zdroje potřebné pro regulaci jednotlivých regionálních systémů.

Nejlépe vycházel scénář, kdy byla auta zapojena po 10. hodině večer, když je zatížení elektrické sítě minimální a velkoobchodní cena energie nejnižší. V závislosti na poptávce po energii pro domácnosti, by dobíjení vozidel po desáté večer nevyžadovalo, díky této nižší poptávce, žádnou dodatečnou výrobu energie nebo při předpovědích vyšší poptávky jen asi osm nových elektráren v celých Státech.
Nabíjení vozidel

K přeměně střídavého proudu z místní rozvodné sítě na stejnosměrný proud potřebný pro nabíjení baterií elektromobilu a „plug-in“ hybridního automobilu je potřeba transformátor a usměrňovač, které jsou hlavní součástí každé nabíječky. Nabíječka může být umístěna buď v autě, nebo v zařízení navrženém speciálně k dobíjení baterií „plug-in“ hybridních elektromobilů zaparkovaných na delší dobu u bytových komplexů, v hotelech, garážích a podobně. Výzkumníci z DOE spolupracují s americkým automobilovým průmyslem na optimalizaci výkonu „plug-in“ hybridních vozidel, motorů a baterií k optimálnímu provozu. ORNL a univerzita v Tennessee s experty na energetickou elektroniku v National Transportation Research Center hledají zlepšení návrhu nabíjení tak, aby udělali toto zařízení menším, lehčím a levnějším. ORNL je členem Plug-in Hybrid Development Consortium.
Budoucnost patří „chytrým nabíječkám“

Zvětšit obrázek

„Čerpací stanice zítřka“ – budoucnost patří „chytrým nabíječkám.

Ideální scénář počítá s tím, že automobil zítřka nemusí pouze dostávat energii ze sítě, ale také může „vrátit imaginární energii“ zpátky do sítě. „Plug in“ hybridní elektromobily projektované v Department of Energy by měly být zapojované v noci doma do zásuvky, čímž se napojí na lokální systém distribuce elektřiny, aby se jim dobila baterie. Další den bude auto jezdit díky kombinaci získané elektrické energie a podle potřeby i paliva. Podle vize výzkumníků z Oak Ridge National Laboratory bude „chytrá“ autonabíječka schopna napomoci stabilizovat síť rozvodu elektrické energie. Tento stabilizující efekt bude možný za pomoci nových technologií, protože se bude stále více využívat tzv. „chytrých nabíječek“, které znají cenu energie, požadavky rozvodné sítě a čas, kdy by mělo být auto nabité a připravené k jízdě. Sofistikované využití těchto informací bude optimalizovat nabíjení jak z pohledu uživatele, tak i veřejné služby. „Chytré nabíječky“ mohou chránit síť proti náhlým výkyvům napětí v síti, které jsou častým jevem zejména na západě Spojených států. Takový náhlý propad v napětí může způsobit nejenom ztlumení světel, ale třeba i zhroucení počítače či poruchu dalších přístrojů a vybavení. 
 

Zvětšit obrázek

Carolyn Krause: „Po léta byla elektrická auta nepraktickým vrtochem. Tento přetrvávající dojem se mění s faktem, že s podporou z elektrické sítě, budou nedílnou součástí americké automobilové budoucnosti, která může také zpětně přispět do rozvoje rozvodné sítě.“

Možné výhody hybridů
Vyrovnání „špiček a propadů“ ve spotřebě elektřiny je velkým problémem elektrárenských a distribučních společností. Ideální by bylo, kdyby zákazníci omezili spotřebu energie v období nejvyšších nároků v reakci na zvýšení okamžité tržní ceny. To by předpokládalo pružnou cenu energie měnící se podle okamžité spotřeby. Během horkého léta může poptávka kvůli klimatizaci mezi 2. a 6. hodinou odpoledne zvýšit vrchol zatížení téměř nad hranici možností. Oproti tomu, v ostrém kontrastu, ta samá síť může být tu samou noc nevyužitá a energie se spotřebovává prakticky zbytečně. Dobíjení baterií v nočních hodinách by mohlo prospět výrobním a distribučním společnostem, které normálně mají skutečně efektivní využití svých zařízení pouze několik hodin za den. Lokální distribuční síť by pocítila významnou změnu v jejich využívání. 
 

  

Další výhoda plyne ze skutečnosti, že byly dány limity na emise oxidů dusíku z elektráren, ale auta žádné horní limity  na NOx nemají. Namísto toho má každé auto regulovaný stupeň emisí na ujetou míli; takže více aut nebo více mil znamená více emisí. Mezi výhody rozšíření použití „hybridů“ by tak připadla i menší závislost na zahraniční ropě a čistší vzduch.
Další plus širšího použití „hybridů“ je, že nabíjecí stanice mohou být schopny pomoci při regulaci napětí v síti. Výzkumníci v  Distributed Energy Communications and Control laboratory ORNL plánují testovat právě tuto koncepci. Pod vedením Toma Kinga experimentují John Kueck, Tom Rizy a Fran Li s kontrolním a řídícím systémem umožňujícím „chytrým nabíječkám“ regulovat napětí a vylepšovat parametry elektrické energie v síti.
„Naším cílem je ukázat že distribuované zdroje energie, jako třeba palivové články, minielektrárny a pole solárních článků mohou přispět k efektivnějšímu elektrickému distribučnímu systému,“ říká Kueck. „Naše cesta je trochu odlišná od konvenčního energetického průmyslu, který vyžaduje mohutné centrální řízení komunikačního a kontrolního systému.

Zvětšit obrázek

Panely slunečních bateriií mohou u kancelářských budov chránit zaparkovaná vozidla před sluncem a zároveň jim dobíjet baterie.

Myslíme si, že distribuované zdroje energie mohou být kontrolovány lokálními, nezávislými, autonomními, adaptabilními regulátory, které fungují nezávisle, aniž by způsobovaly problémy ostatním součástem rozvodné sítě. Lokální regulace je totiž mnohem levnější, jednodušší a efektivnější než mohutný hierarchický řídicí systém. Předkládáme využití „chytrých nabíječek“ k řízení lokálního napětí jako službu elektrickému systému. S těmito prostředky by obsluha neměla mít starosti s tím, že by se napětí příliš zvýšilo nebo snížilo, pokud by navíc četné malé elektrárničky a fotovoltaická pole byla připojena do tohoto distribučního systému.
Je zřejmé, že Amerika se technologicky vyzbrojuje, aby se přichystala na novou („plug-in“) automobilovou éru. A co Evropa?
 

Zdroj: Oak Ridge National Laboratory