Dubbelriktad laddning – ”Vehicle to Grid” V2G
Vad är Vehicle to grid?
Vehicle to Grid, förkortat V2G, är en teknologi som gör det möjligt för eldrivna fordon att inte bara ladda batterierna från elnätet utan också skicka tillbaka el till nätet vid behov. Det skapar en tvåvägskommunikation mellan fordonet och elnätet, där elbilarna kan agera som mobila energilager.
Med V2G kan vi utnyttja elbilars batterikapacitet för att förbättra stabiliteten och effektiviteten i energisystemet, särskilt för att balansera utbudet och efterfrågan på el. För att V2G ska fungera effektivt behöver vi anpassade elbilar, laddstationer, samt system och regelverk som tillåter energiflöde i båda riktningarna. Lagstiftning och regelverk spelar också en avgörande roll för implementeringen av V2G, eftersom anpassningar är nödvändiga för att möjliggöra en bredare användning av denna teknik.
Det finns utmaningar kring batteridegradering och hur frekvent laddning och urladdning påverkar batteriets livslängd. Trots dessa utmaningar erbjuder V2G stora möjligheter, inte minst för att maximera användningen av förnybar energi och minska behovet av de vanliga energireserverna.
Forskning och pilotprojekt pågår för att utforska V2G-teknikens fulla potential och för att hitta lösningar på tekniska och juridiska utmaningar. Intresset för V2G växer bland biltillverkare, energiföretag och konsumenter, vilket antyder en ljus framtid för tekniken. I takt med att V2G-tekniken mognar och blir mer integrerad i energisystemet, kan elbilarna spela en ännu större roll i övergången till en mer hållbar energiförsörjning.
Smart laddning och V2G – en nyckel till att använda energi effektivt
Ett ökande antal elbilar i trafik kan utsätta elnätet för höga belastningar, särskilt om många bilägare väljer att ladda sina fordon samtidigt. För att motverka detta och istället vända elbilarna till en del av lösningen, är det avgörande att integrera transportsektorn effektivt med elsystemet genom smart laddning och V2G-teknik.
Elbilars roll i framtidens elnät
I takt med utvecklingen av framtidens elsystem ökar behovet av energilagring och flexibilitet. Här kan elbilarnas batterier och deras kraftelektronik spela en viktig roll. En elbil kan till exempel agera som ett batteri eller som en källa för energiöverföring. Den kan även tillhandahålla reservkraft till byggnader, ladda andra bilar under nödsituationer eller bidra med kraft för att stödja elnätets behov, förutsatt att den har rätt utrustning.
Framsteg inom V2X-teknologi
Utvecklare förbättrar kontinuerligt teknikerna som låter bilbatterier fungera som energikällor. De benämner ofta dessa tekniker efter deras användningsområden, som V2G (Vehicle to Grid) och V2H (Vehicle to Home), och grupperar dem ibland under termen V2X (Vehicle to Everything) eller dubbelriktad laddning. Skillnaden mellan V2G och smart laddning ligger i att V2G även tillåter elbilarna att leverera energi tillbaka till elnätet.
Utmaningar och innovationer för integrering
Utöver energiöverföring kan V2X även referera till utbyte av information mellan fordon och omgivande system. Att sammanföra elbilar med elnätet innebär en rad utmaningar som kräver innovation på flera nivåer, inklusive utveckling av skräddarsydda erbjudanden, nya affärsmodeller och digitaliseringsprocesser. Detta kan också innebära behovet av ny hårdvara i både fordon och laddstationer, samt i elnätet där avancerade mätare och styrsystem kan bli nödvändiga. Marknadsaktörerna kan behöva anpassa sig till nya roller som tjänsteleverantörer.
Fördelar med smart laddning och V2X
Smart laddning och V2X-teknik kan erbjuda en rad tjänster och fördelar, beroende på om systemet är anslutet till elnätet eller ej. Till exempel kan en byggnad som är antingen nätansluten eller off-grid genom V2H/V2B ibland bidra till elnätet och därmed ses som en del av V2G-lösningen.
V2G står inför stor potential att erbjuda omfattande fördelar för elsystemet, inklusive förbättrad kontroll och effektivitet i laddningsprocessen för bilägare, ekonomiska incitament genom försäljning av överskottsenergi till nätet, samt bidrag till att hantera nätbelastning, öka flexibiliteten för de som ansvarar för elbalansen och förbättra frekvensregleringen och andra stödtjänster för elsystemet.
Power Circle belyser potentialen hos dubbelriktad laddning, med ett särskilt fokus på V2G, och klargör den tekniska, juridiska och marknadsmässiga situationen för denna teknik.
Potential och praktiska utmaningar med Vehicle to grid
Potential
V2G-tekniken erbjuder en betydande potential att förbättra elsystemets flexibilitet genom att använda elbilars batterier för energilagring och återförsäljning till elnätet. Om elbilar är parkerade 96% av tiden och en framtida vision innebär att upp till 90% av alla batterier sitter i fordon, kan dessa mobila energilager teoretiskt stödja Sveriges elbehov under flera timmar. Energimyndigheten förutspår en ökande integration av V2G, med en fullständig adoption fram till 2050.
Större lagringspotential i elbilar
Elbilars batterier erbjuder en imponerande lagringskapacitet jämfört med de hemmabatterier som blivit allt vanligare i våra hem. Medan ett typiskt hemmabatteri kan lagra omkring 10 kWh, har många av dagens elbilar i Sverige batterikapaciteter på mellan 60 och 80 kWh. Denna stora lagringskapacitet möjliggör för hushållen att effektivisera användningen av egenproducerad solenergi, justera elförbrukningen enligt elprisets fluktuationer och till och med bidra till energimarknaden genom att tillhandahålla olika stödtjänster.
Potentiella intäkter från stödtjänster
En lovande inkomstkälla för V2G kan vara att leverera stödtjänster till elsystemet. Sedan maj 2019 har det öppnats upp fler möjligheter för batterier att bidra till frekvensreglering, vilket har lett till en kraftig ökning av antalet batterier anslutna till elnätet. Men eftersom enskilda hemmabatterier och elbilar är för små för att direkt delta i energi- och stödtjänstmarknaderna, är en aggregator nödvändig.
Denna aggregator samlar ihop många små resurser för att kunna lägga större bud på marknaden. Redan idag finns det aktörer som tillhandahåller aggregerad flexibilitet, från smart laddning till frekvensreglering. För att ytterligare öka incitamenten för elbilars deltagande på stödtjänstmarknaderna, är det dock nödvändigt att förbättra villkoren för aggregering av flexibilitet.
Praktiska utmaningar
Den praktiska användningen begränsas av faktorer som tillgång till laddningsstationer, batteriernas tillstånd och fordonens parkeringstid. Även om inte all kapacitet blir tillgänglig, kan en stor mängd fordon som delar en del av sina batterier bidra avsevärt till elnätet, potentiellt mer än en tredjedel av Sveriges maximala effektbehov under spetsbelastning.
Förstärkta incitament behövs
För att göra V2G-tekniken mer attraktiv behövs starkare incitament för flexibilitet och energilagring. I dagsläget återspeglar inte elnätsavgifterna de fördelar som kommer med att flytta elanvändning i tiden. Dessutom motverkar energiskatten de små incitamenten som skapas genom elprisvariationer, eftersom den är utformad med tanken att el ska förbrukas direkt och inte lagras. Historiskt sett har därför applikationer som använder dubbelriktad laddning för att konsumera elen lokalt varit mest fördelaktiga i Sverige.
Förutsättningar för V2G-tekniken
För att Vehicle to Grid (V2G) ska fungera effektivt måste vi utrusta bilar eller laddningsstationer med avancerad kraftelektronik på hårdvarusidan och utveckla ny hårdvara samt mjukvara som skiljer sig från den traditionella smarta laddningen. Denna teknik gör det möjligt för el att inte bara flöda in i bilens batteri utan också tillbaka ut till elnätet vid behov.
Förutsättningar för dig som elbilsägare
Elbil och kompatibel laddstation
Du behöver en elbil och en V2G-kompatibel laddningsenhet, båda korrekt installerade av en certifierad elektriker för att säkerställa trygg och korrekt anslutning.
Specialiserad elmätare och abonnemang
Du behöver ett system för att mäta den el som skickas tillbaka till nätet, vilket kräver en specifik elmätare samt ett abonnemang för inmatning. Det är viktigt att du kontaktar din lokala nätoperatör för att ordna detta. Bor du inom Skellefteå Krafts nätområde kontaktar du Skellefteå Kraft Elnät AB.
Samarbetspartner för elförsäljning
För att kunna sälja den el som din bil levererar tillbaka behöver du en partner, till exempel en elhandlare eller en aggregator, som hanterar transaktioner och integrationen av din el in i det större elnätet.
Mjukvaruutveckling och datautbyte
Mjukvaran spelar en kritisk roll. Den måste kunna hantera och utbyta en mängd data mellan bilen, laddstationen och det omgivande elsystemet eller fastigheten. Det handlar om information som rör elavtal, elnätstariffer, faktureringsuppgifter och tekniska parametrar som batteriets laddningstillstånd (State of Charge, SOC) och planerad användning av bilen. För att V2G korrekt ska kunna integreras i det större energisystemet och bidra med tjänster som frekvensreglering, energiutjämning (arbitrage), lokala flexibilitetslösningar eller för att maximera användningen av solenergi hemma, är det viktigt att dela data.
Anpassning till användning och batterihälsa
Utöver tekniska anpassningar måste vi skräddarsy laddningsstrategin efter bilens användning och dess inverkan på batteriets livslängd. Detta kräver att systemet är tillräckligt flexibelt för att hantera olika användningsmönster och säkerställa att batterihälsan inte försämras över tid.
Förståelse för AC och DC i elbilar
När vi pratar om att ladda elbilar dyker ofta frågan upp: ska vi använda växelström (AC) eller likström (DC)? Denna viktiga tekniska detalj påverkar designen av laddningsutrustningen.
Fordonets batteri kräver likström för laddning, medan det allmänna elnätet vi använder huvudsakligen levererar växelström.
Varför är det viktigt?
Elbilars batterier behöver som tidigare nämnts likström för att laddas. Men, vårt huvudsakliga elnät använder växelström. Det innebär att strömmen måste omvandlas från AC till DC någonstans på vägen från elnätet till bilens batteri.
Var sker omvandlingen?
Denna omvandling kan ske på två platser:
- I bilen: Många elbilar har en inbyggd enhet kallad en ombordladdare, som omvandlar AC från laddstationen till DC som batteriet kan använda. För dubbelriktad laddning, där bilen även kan skicka tillbaka energi till nätet, krävs ytterligare kraftelektronik.
- I laddstationen: Alternativt kan omvandlingen ske direkt i laddstationen, som då skickar DC till bilen. Det här liknar de snabbladdare som använder högre effekt och redan idag levererar DC direkt.
Vad innebär det för kostnader och design?
Placeringen av denna kraftelektronik och vem som hanterar kommunikationen med elnätet påverkar inte bara designen utan också var extra kostnader uppstår – i bilen eller i laddinfrastrukturen.
Innovationer på gång
Industrin utforskar båda lösningarna och utvecklar även teknik som kombinerar funktioner, som en växelriktare som kan användas både för ett hushålls solceller och en V2G-kompatibel laddstation.
Genom att förstå dessa tekniska skillnader kan vi bättre se hur framtidens laddinfrastruktur för elbilar kan se ut och vilka möjligheter och utmaningar som finns.
Förståelse för V2G-kommunikation och standardisering
För att elbilar effektivt ska kunna samverka med elnätet och andra enheter i ekosystemet för elbilar, är det viktigt med gemensamma regler och språk, kända som standarder och protokoll. Dessa standarder säkerställer att alla delar av systemet kan ”prata” och förstå varandra, från elbilen till elnätet och alla involverade aktörer.
Vikten av standarder
Standarder och protokoll är som universella språk som gör att olika tekniska system och enheter kan arbeta tillsammans. De är avgörande för att skapa en fungerande helhet där elbilar inte bara kan laddas från elnätet utan också ge tillbaka energi när det behövs, vilket är kärnan i V2G-tekniken.
Kommunikation i ekosystemet
Effektiv kommunikation är nödvändig på alla nivåer inom V2G-ekosystemet. Det innebär att elbilar, laddstationer, elnätsoperatörer och tjänsteleverantörer måste kunna utbyta information smidigt och effektivt för att tekniken ska fungera som tänkt.
Centrala standarder: ISO15118
ISO15118 är en viktig standard som fastställer hur kommunikationen mellan elbilen och laddstationen ska gå till. Den täcker allt från hur bilen identifierar sig vid laddstationen till hur den kan ladda och även skicka tillbaka energi till nätet. Denna standard utvecklas kontinuerligt för att omfatta alltmer avancerade funktioner för V2G.
Protokollet OCPP
OCPP står för Open Charge Point Protocol och definierar hur laddstationerna kommunicerar med det centrala styrsystemet. Vi förväntar oss att nästa version av detta protokoll, OCPP 2.1, kommer att inkludera utökade funktioner för att fullt ut stödja V2G-tekniken.
Framtiden för V2G-kommunikation
Utöver de nämnda standarderna och protokollen utforskar och utvecklar vi ständigt nya metoder för att förbättra kommunikationen inom V2G-ekosystemet. Detta inkluderar att säkerställa att elbilar kan interagera smidigt med elnätet och att de kan bidra med värdefulla tjänster.
Genom att förstå och implementera dessa standarder och protokoll kan V2G-tekniken nå sin fulla potential.
Lagar och regleringar för framtidens elbilsladdning
För att möjliggöra för elbilar att inte bara ladda från elnätet utan också skicka tillbaka el, måste vi anpassa lagar och regler. Idag finns inga stora juridiska hinder för att elbilar ska kunna leverera el tillbaka till nätet. Det krävs däremot att vi har rätt utrustning och avtal. Det handlar bland annat om att ha en elmätare som kan mäta både in- och utmatad el och att någon är villig att köpa den elen som bilen levererar.
Hur ska V2G klassificeras?
Det finns ingen tydlig reglering kring V2G idag, vilket innebär att vi behöver bestämma hur vi ska se på elbilar och laddstationer i detta sammanhang. En idé är att behandla dem som en del av en fast elproduktionsanläggning, likt solceller eller hemmabatterier. Detta skulle förenkla regelverket men också väcka frågor. Frågor om hur vi ska anpassa abonnemang och andra avtal när förhållandena ändras, till exempel vid bilbyte.
Flexibilitet och juridiska utmaningar
Att se elbilen som en mobil inmatningspunkt kan öka flexibiliteten för V2G-tjänster. Idag begränsar olika krav denna möjlighet, såsom behovet av en fast fysisk adress för att kunna erbjuda vissa tjänster. Utmaningar kring anpassningen av elnätets regler, så kallade nätkoder, till mobila energiresurser och frågan om vem som bär ansvaret för att följa dessa regler finns också.
Beskattning av tillbakamatad el
En annan viktig fråga är hur elen ska beskattas. När el lagras i en bil och sedan används igen kan det innebära att samma el beskattas flera gånger, vilket kan bli komplicerat för konsumenter som använder el i olika nätområden. Det finns vissa möjligheter till återbetalning av skatt för el som matas tillbaka till nätet, men reglerna kring detta är begränsade och kan påverka hur V2G-tjänster används i praktiken.
V2X: Från idé till användning i vardagen
Tidiga steg i V2X-utvecklingen
Redan i slutet av 1990-talet började experter formulera begreppet V2X. Det står för ”Vehicle to Everything”. Idén utvecklades däremot inte till praktiska lösningar förrän under de senaste åren. Japan var bland de första länderna som aktivt började utforska och testa möjligheterna med dubbelriktad laddning, där bilens batteri inte bara laddas från elnätet utan också kan leverera energi tillbaka. Nissan var pionjärer med sin modell Leaf och lanserade ”Leaf-to-Home”-konceptet redan 2012, som syftade till att använda bilen som en reservkraftkälla för hemmet.
Tekniska framsteg och standardisering
Den japanska laddstandarden CHAdeMO var tidigt ute med att möjliggöra dubbelriktad laddning, och Nissan Leaf blev en av de första kommersiellt tillgängliga bilarna som stödde denna teknik. Men idag har bilindustrin i stort sett enats kring de europeiska laddstandarderna CCS för likström (DC) och Typ 2 för växelström (AC), vilket kräver nya tekniska lösningar och standarder för att dubbelriktad laddning ska kunna erbjudas på bred front.
Bilindustrins engagemang
Många biltillverkare, inklusive Volvo, Polestar, Volkswagen, Ford och Hyundai, har redan lanserat eller planerar att lansera bilar som stöder V2G-tekniken. Däremot finns det viss tveksamhet bland vissa tillverkare angående hur denna teknik kan påverka batteriets livslängd och prestanda. Vissa bilar erbjuder V2G-funktionalitet men med begränsningar i mängden energi som kan levereras eller under en begränsad tid. Det finns också bilar som stöder V2L (”Vehicle to Load”), vilket kan ses som ett första steg mot V2G.
Utmaningar och framsteg
Trots att fler bilmodeller med V2G-funktionalitet börjar dyka upp på marknaden, återstår fortfarande utmaningar innan tekniken kan implementeras i stor skala. Det handlar om att utveckla passande affärsmodeller, skapa incitament för användarna och standardisera tekniken. Det finns också ett behov av att justera regelverk och sänka kostnaderna för dubbelriktad laddningsteknik, vilket troligen kommer att ske i takt med att fler standarder etableras. Power Circle anger i en syntesrapport att en bred kommersialisering av V2G-tekniken kan bli möjlig inom ett till fem år, förutsatt att vi framgångsrikt adresserar dessa utmaningar.
Batteridegradering i V2G-system
Batteriets livslängd och V2G
När vi utforskar möjligheterna med Vehicle to Grid (V2G), är det viktigt att också tänka på hur detta kan påverka elbilens batteri över tid, ett fenomen känt som batteridegradering. Denna degradering kan direkt påverka hur lönsamt V2G är för elbilsägaren.
V2G och batteriets hälsa
Forskning visar att V2G-användning kan påskynda det cykliska åldrandet av batteriet, men det är fortfarande oklart om V2G påverkar batteriets livslängd mer än traditionell laddning. Laddning utan avancerad teknik som anpassar sig efter batteriets SOC (”State of Charge”) kan även det påskynda kalenderåldrandet.
Utmaningar med forskning på batteridegradering
Att studera batteridegradering över tid är utmanande, bland annat eftersom det tar lång tid att genomföra tester med låg laddningseffekt. Många elbilstillverkare visar intresse för att delta i forskningsprojekt för att bättre förstå hur V2G påverkar batterier och hur detta kan reflekteras i batterigarantier.
Vikten av ekonomisk balans
Det är viktigt att komma ihåg att även om batteridegradering sker, är den ofta minimal. Nyckeln till framgång med V2G är att intäkterna från att leverera energi och tjänster till elnätet överstiger de eventuella kostnaderna för ökad batteridegradering.
Grundläggande termer inom elbilsladdning
V1G – Enkelriktad smart laddning
Detta begrepp refererar till traditionell smart laddning där strömmen endast flödar från elnätet till bilen.
Dubbelriktad laddning
Känd som bidirektionell laddning, denna teknik möjliggör för strömmen att flöda både till bilen och tillbaka från bilen till elnätet.
V2H/B – Från fordon till hemmet
Detta innebär att bilen har förmågan att förse ett hem eller en byggnad med elektricitet vid behov.
V2G – Från fordon till nät
Med denna teknik kan bilen bidra med elektricitet tillbaka till det allmänna elnätet, som ett sätt att stödja och stabilisera det övergripande elsystemet.
V2V – Från fordon till fordon
Denna term beskriver möjligheten för elbilar att dela eller överföra energi till varandra, vilket kan vara särskilt användbart i nödsituationer.
V2L – Från fordon till last
Detta avser användningen av bilens batteri för att strömförsörja externa enheter eller verktyg, fungerande som reservkraft eller som en off-grid energikälla.
V2X – Samlingsbegrepp
Denna förkortning står för ”Fordon till Allt” och inkluderar alla ovanstående interaktioner och energiflöden mellan elbilar och andra system eller enheter.
Batteridegradering
Batteridegradering innebär att ett batteris förmåga att lagra energi minskar över tid. Det händer på grund av naturligt åldrande och hur batteriet används, som att ladda och urladda det ofta. Över tid kan det leda till att batteriet inte håller lika länge mellan laddningarna som när det var nytt.
Vad orsakar batteridegradering?
Batteridegraderingen kan bero på två saker:
- Cykliskt åldrande: Det uppstår genom batteriets laddnings- och urladdningscykler. Faktorer som antalet cykler, laddningshastighet och mängden energi som används per cykel påverkar hur snabbt batteriet åldras.
- Kalenderåldrande: Detta relaterar till batteriets faktiska ålder och dess tillstånd vid vila, känd som State of Charge (SOC). Till exempel kan ett batteri som ofta är fulladdat åldras snabbare.
Ovanstående händelser är inte linjära och kan påverkas av flera faktorer, inklusive batteriets kemiska sammansättning och omgivningstemperatur.
Vad är en aggregator?
En aggregator är en aktör som kombinerar många små energiresurser, som t.ex. enskilda elbilar, för att skapa en större, samlad energikapacitet. Genom att aggregera energi från många källor kan aggregatören lägga större bud på energimarknaden och delta i stödtjänster som frekvensreglering, vilket hjälper till att stabilisera elnätet.
Aggregatorers roll i elnätet
En nyckelaktör för effektiv energiförsörjning
Aggregatorer blir allt viktigare i energisektorn för att hantera den växande efterfrågan på energi och integrationen av förnybara källor. De samordnar olika energitjänster och resurser, som sol- och vindkraft, för att effektivisera elförsörjningen och stödja ett hållbart och pålitligt elnät.
Skapar flexibilitet genom resursaggregering
Genom att kombinera många små energikällor kan aggregatorer öka flexibiliteten och stabiliteten i elnätet. De använder avancerad teknik för att övervaka och optimera energiflödet, vilket hjälper till att matcha energiproduktionen med förbrukningen.
Balanserar elnätet och deltar på elmarknaden
Aggregatorer spelar en avgörande roll i att balansera elnätet genom att snabbt anpassa energitillförseln till förändringar i efterfrågan. De deltar också på elmarknaden, där de kan sälja överskottsel eller tillhandahålla viktiga stödtjänster.
Främjar hållbar energi
Genom att integrera förnybara energikällor bidrar aggregatorer till en mer hållbar energiframtid. De stödjer övergången från fossila bränslen till renare energiformer och spelar en viktig roll i att minska växthusgasutsläppen.
Möter framtidens utmaningar
Trots potentialen möter aggregatorer utmaningar såsom komplexa regelverk och behovet av avancerade system. Framtiden ser dock ljus ut med utvecklingen av smarta elnät och ny teknik som öppnar upp nya möjligheter för effektiv energihantering.
Vad menas med ”State of charge”? (SOC)
SOC är ett mått på den nuvarande laddningsnivån i ett batteri jämfört med dess maximala kapacitet, vanligtvis uttryckt i procent. En SOC på 100 % innebär att batteriet är fulladdat, medan en SOC på 0 % innebär att batteriet är helt urladdat.
EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment)
Detta begrepp används för att beskriva den utrustning och infrastruktur som behövs för att ladda elbilar.
CPO (Charge Point Operator)
En operatör ansvarig för att hantera och underhålla laddningsstationer, säkerställer att laddningspunkterna fungerar som de ska.
EMSP (E-mobility Service Provider)
En tjänsteleverantör som hanterar kundrelationer och tillhandahåller själva laddtjänsten för elbilsanvändare. EMSP kan vara densamma som CPO men det är inte ett krav.
ISO 15118
En internationell teknisk standard som täcker alla aspekter av V2G-teknik, inklusive användarfall, hårdvarukrav, nätverksprotokoll, samt krav för hård- och mjukvaruanslutningar och kryptering.
OCPP (Open Charge Point Protocol)
Ett kommunikationsprotokoll som definierar hur laddstationer kommunicerar med ett centraliserat styrsystem, ofta kallat backend.