Il futuro elettrico: Monitorare l'infrastruttura di ricarica dei veicoli elettrici da oggi al 2030

Ogni giorno, milioni di americani affrontano brevi viaggi di andata e ritorno che quasi qualsiasi veicolo elettrico può gestire facilmente. Collega la tua auto alla presa durante la notte e sarà pronta per partire la mattina successiva. Ma cosa succede se ti dimentichi di collegarla? O se hai bisogno di fare un viaggio di 600 miglia? Significa che dovrai rinunciare al viaggio, noleggiare un altro veicolo o forse rischiare di rimanere bloccato sul lato della strada?

Per evitare tali situazioni—e per incentivare l'adozione dei veicoli elettrici—è necessaria una infrastruttura di ricarica solida, inclusi stazioni di ricarica rapida DC ad alta intensità di corrente che possono "riempire" una batteria di un veicolo elettrico in pochi minuti anziché ore. Queste stazioni dovrebbero essere distribuite e posizionate correttamente, in modo che i conducenti abbiano la libertà di fermarsi quando è conveniente, invece di pianificare i loro viaggi in base alla disponibilità dell'infrastruttura di ricarica.

Stime per il futuro delle infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici

Secondo il report del secondo trimestre 2023 del National Renewable Energy Laboratory (NREL), a giugno 2023 c'erano 3,8 milioni di veicoli elettrici (EV) su strada negli Stati Uniti. Sono disponibili 14.244 stazioni pubbliche di ricarica DC fast (definite come stazioni con una capacità di erogazione di potenza di 150kW o superiore) e 114.470 stazioni pubbliche di ricarica AC EV Level 2. Questo corrisponde a 0,4 stazioni di ricarica DC fast e 3,0 stazioni di ricarica Level 2 ogni 100 EV.

Questo stesso rapporto stima che entro il 2030 ci saranno 33 milioni di veicoli elettrici in circolazione negli Stati Uniti, e che saranno necessari 0,6 porti di ricarica rapida DC pubblica e 3,2 porti di Livello 2 pubblici per ogni 100 veicoli elettrici. In termini di numeri assoluti, il rapporto indica la necessità di 182.000 porti DC e 1.067.000 porti L2 in totale—un aumento complessivo di ben oltre un milione.

Costruzione dell'infrastruttura per stazioni di ricarica EV

Le infrastrutture pubbliche di ricarica per veicoli elettrici possono essere suddivise in due tipi principali: a lungo termine (spesso durante la notte) e a breve termine, utilizzate per ricaricare le batterie prima di proseguire immediatamente il viaggio.

L'infrastruttura di ricarica AC più lenta è piuttosto semplice, poiché richiede poco più di una presa robusta e un'installazione adeguata ed è utile in scenari come soggiorni in hotel durante la notte o nei parcheggi di luoghi di lavoro. Le imprese private hanno un incentivo naturale a sviluppare questa infrastruttura. La possibilità di ricaricare sul posto rappresenta un grande incentivo per trascorrere del tempo presso un'attività. Tuttavia, la ricarica AC limita in gran parte la distanza che una persona può percorrere in un giorno all'autonomia della batteria di un'auto elettrica—tipicamente meno di 300 miglia.

L'infrastruttura di ricarica rapida DC, che può ricaricare completamente un veicolo in pochi minuti, è più complessa rispetto alla sua controparte AC. In questo scenario, il trasferimento dell'energia richiede che la corrente AC della rete elettrica venga convertita in un'uscita DC ad alta potenza prima di essere inviata al veicolo.

La gestione e la conversione dell'energia possono essere potenziate attraverso tecnologie come i transistor basati su carburo di silicio. Sono inoltre necessari sensori di corrente per monitorare quanta energia viene trasferita a un veicolo durante la ricarica, e saranno essenziali sia risorse informatiche locali che basate su cloud per mantenere la rete elettrica e il sistema di ricarica funzionanti alla massima capacità.

Esigenze di base per l'alimentazione e le infrastrutture EVSE

Installare un adeguato sistema di apparecchiature di ricarica per veicoli elettrici (EVSE, ovvero stazioni di ricarica) è un compito imponente. Ciò che forse è ancora più importante è l'infrastruttura di rete sottostante che fornisce energia a queste stazioni, insieme alla moltitudine di dispositivi elettrici che oggi diamo largamente per scontati.

Considera che, se tutte le 182.000 porte DC EVSE proposte fossero in carica contemporaneamente a 350kW (il valore massimo indicato per i caricabatterie DC, un numero che probabilmente aumenterà in futuro), questo genererebbe un carico elettrico di 63,7 gigawatt (GW). Aggiungendo 1.067.000 caricabatterie L2 fino a 19kW ciascuno, avremmo un ulteriore carico di 20,3 GW. In totale, questo dà un consumo teorico di 84 GW.

Sebbene sia quasi impossibile che ogni caricatore fornisca energia contemporaneamente, anche una frazione di 84 GW rappresenta una percentuale significativa della capacità totale di produzione energetica della nazione, che oggi si aggira intorno ai 1200 GW. Saranno necessari aggiornamenti all'infrastruttura esistente per gestire questi carichi maggiori. Allo stesso tempo, i veicoli elettrici connessi possono anche essere utilizzati come backup a batteria bidirezionale, quindi, con una pianificazione attenta, l'adozione rapida dei veicoli elettrici potrebbe offrire alcuni vantaggi per l'infrastruttura.

Certo, oltre alla potenza e all'elettronica per gestirla, i conducenti avranno anche bisogno della presa corretta e del protocollo di ricarica per interfacciare il loro veicolo con l'EVSE. Su questo fronte c'è un eccellente sviluppo.

La buona notizia: Compatibilità con Tesla NACS

I numeri riportati da NREL sopra includono l'attrezzatura Tesla, che fornisce il 61,6% delle stazioni di ricarica rapida DC pubbliche e l'8,7% delle stazioni di ricarica L2 pubbliche. Al momento della stesura, questi caricabatterie non sono facilmente accessibili ad altri produttori di veicoli elettrici.

Tuttavia, a maggio 2023, Ford ha annunciato che i suoi veicoli elettrici (EV) sarebbero stati dotati di una porta NACS (North American Charging Standard) in stile Tesla integrata a partire dal 2025. Ciò significa che gli EV Ford potranno utilizzare la rete di Supercharger di Tesla senza bisogno di un adattatore. Questa mossa (forse ovvia) ha scatenato una valanga virtuale di altri produttori che hanno annunciato la compatibilità futura con NACS. Tra questi ci sono marchi automobilistici noti come GM e Volvo, insieme a nuovi produttori di EV come Rivian e Fisker. Altri, come Volkswagen e Honda, stanno ancora valutando le loro opzioni alla fine del 2023.

D'altra parte, le reti di ricarica per veicoli elettrici non-Tesla, come Blink ed Electrify America, stanno adottando lo standard del connettore NACS. Tesla ha aperto i suoi protocolli di ricarica a novembre 2022, e questo standard ora rientra nella giurisdizione della SAE International. Considerando la tendenza significativa verso l'adozione del NACS sia sui veicoli che sulle infrastrutture di ricarica (EVSE), la standardizzazione sembra imminente.

Il futuro della ricarica dei veicoli elettrici

La tendenza verso la fine del 2023 è orientata a una maggiore implementazione dei veicoli elettrici (EV) e alla standardizzazione delle infrastrutture di ricarica. Indipendentemente dalla forma che assumerà alla fine l'elettrificazione di tutto, sarà necessaria in futuro un'infrastruttura elettrica molto più solida, supportata da componenti interni efficienti, capaci e durevoli per gestire la trasmissione e l'utilizzo dell'energia.