ŠKODA AUTO VYSOKÁ ŠKOLA, O.P.S. B A K A L Á Ř S K Á P R Á C E Hana Kredbová

Transkript

1 ŠKODA AUTO VYSOKÁ ŠKOLA, O.P.S. B A K A L Á Ř S K Á P R Á C E 2013 Hana Kredbová

2 ŠKODA AUTO VYSOKÁ ŠKOLA, O.P.S. Studijní program: B6208 Ekonomika a management Studijní obor: 6208R088 Podniková ekonomika a management provozu VLIV DOSTUPNOSTI DOBÍJECÍCH STANIC NA PRODEJNOST ELEKTROMOBILŮ Hana KREDBOVÁ

3 Vedoucí práce: Ing. Josef Bradáč, Ph.D. 2

4 Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury pod odborným vedením vedoucího práce. Prohlašuji, že citace použitých pramenů je úplná a v práci jsem neporušila autorská práva (ve smyslu zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském a o právech souvisejících s právem autorským). V Mladé Boleslavi, dne 9. prosince

5 Děkuji Ing. Josefu Bradáčovi, Ph.D., za odborné vedení bakalářské práce, poskytnutí hodnotných rad, za jeho čas a vstřícný přístup. Dále děkuji Mgr. Jaromíru Vegrovi za poskytnutí konzultace a cenných informací k problematice, a doc. Ing. Pavlu Štrachovi, Ph.D. et Ph.D. za velmi užitečné rady. 5

6 Obsah Úvod Historický vývoj elektromobilů Vývoj elektrického pohonu ve světě Vývoj elektromobilů na území dnešní ČR Přehled technických řešení elektromobilů Základní charakteristika elektromobilů Charakteristika jízdního projevu Bateriové systémy Nabíjení a typy nabíječek Výhody a nevýhody elektromobilů Shrnutí Faktory ovlivňující rozšíření elektromobilů Pořizovací cena vozu z hlediska užité technologie Finanční a nefinanční podpory poskytované majitelům elektromobilů Náklady na provoz elektromobilu Situace na trhu elektrických automobilů ČR Dobíjecí infrastruktura Dobíjecí infrastruktura v ČR Shrnutí Prodeje bateriových elektrických automobilů Prodeje elektromobilů v ČR Závěr Seznam literatury Seznam obrázků a tabulek Seznam příloh

7 Seznam použitých zkratek a symbolů AC AG Alternating Current (střídavý elektrický proud) Aktiengesellschaft a. s. akciová společnost B2C BEV BMS BRIC CCS CNG ČR DC DKK DPH EMA EUR EVSE FCEV GBP GM CHAdeMO IEA IEC JEVS Kč Business to Customer, trh orientovaný na konečného spotřebitele Battery Electric Vehicle (bateriové elektrické vozidlo) Battery Management System (management bateriového systému) souhrnné označení pro trhy Brazílie, Ruska, Indie a Číny Combined Charging System (typ dobíjecího konektoru) Compressed Natural Gas (stlačený zemní plyn) Česká republika Direct Current (stejnosměrný elektrický proud) Danish Krone Daň z přidané hodnoty Elektrický městský automobil, společný projekt VUT a VÚES Euro Electric Vehicle Supply Equipment, příslušenství k dobíjení elektrického vozu Fuel Cell Electric Vehicle (elektrická vozidla s palivovými články) Pound Sterling General Motors Charge de Move, název japonského konsorcia pro elektromobilitu International Energy Agency (Mezinárodní energetická agentura) International Electrotechnical Commission Japan Electric Vehicle Standards Korun českých 7

8 Li-ion Li-pol MOT test NEDC NiCd NiMH Lithium-iontový akumulátor Lithium-polymerový akumulátor Ministry of Transport test, obdoba STK ve Spojeném království New European Driving Cycle (nový evropský jízdní cyklus), metodika pro výpočet produkce Nikl-kadmiový akumulátor Nikl-metalhydridový akumulátor fyz. veličina účinnost, udává poměr mezi výkonem a příkonem stroje PRE Pražská energetika a. s. RFID SAE STK TDI TENT-T TRIAD TSI UK USA USD ÚVMV VÚES VUT VW Radio Frequency Identification Society of Automotive Engineers Stanice technické kontroly Turbocharged Direct Injection Trans-European Transport Networks (transevropská dopravní síť) souhrnné označení pro trhy Japonska, západní Evropy a severní Ameriky Twincharged Stratified Injection United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland United States of America United States Dollar Ústav pro výzkum motorových vozidel v Praze Výzkumný ústav elektrických strojů točivých v Brně Vysoké učení technické v Brně Volkswagen 8

9 Úvod Tématem bakalářské práce je problematika elektromobility, konkrétně rozšíření bateriových elektrických vozů v České republice. Práce je zaměřena na jednotlivé faktory ovlivňující prodejnost elektrických vozů na trhu B2C, kterými jsou pořizovací cena elektrického automobilu, náklady na jeho provoz a stav dobíjecí infrastruktury. Stěžejním bodem práce je zhodnocení situace dobíjecí infrastruktury v České republice a její vliv na prodejnost elektrických automobilů. Bakalářská práce je členěna do 8 kapitol, včetně kapitoly úvodní a závěrečné. Obsahem prvních dvou kapitol je teoretická část práce. První kapitola uvádí ve zkratce historický vývoj elektrických aut. Druhá kapitola poskytuje přehled technických řešení elektrických vozů zahrnující jejich základní charakteristiku (zejm. koncepci umístění elektromotoru), bateriové systémy využívané v bateriových elektrických vozech a technické řešení nabíjení (typy, režimy nabíjení a konektory využívané pro dobíjení vozů). Závěr druhé kapitoly se soustřeďuje na výhody a nevýhody elektromobilů oproti konvenčním automobilům. Třetí kapitolou začíná analytická část práce, ve které jsou zhodnoceny jednotlivé, výše uvedené faktory ovlivňující rozšíření elektromobilů. V rámci čtvrté kapitoly je poskytnut přehled modelů elektrických osobních automobilů nabízených na trhu v České republice. Pátá kapitola pojednává o vývoji dobíjecí infrastruktury v České republice (počet veřejně dostupných dobíjecích stanic a jejich rozmístění). Obsahem šesté kapitoly je pohled na celosvětové prodeje nových elektrických vozů a vývoj počtu prodaných vozů v České republice. Závěr této kapitoly přináší zhodnocení závislosti vývoje počtu nově prodaných elektrických automobilů na budování dobíjecí infrastruktury v ČR. Závěrečná kapitola uvádí shrnutí problematiky a doporučení autorky práce. 9

10 1 Historický vývoj elektromobilů 1.1 Vývoj elektrického pohonu ve světě Ačkoliv je dnes drtivá většina automobilů poháněna pístovými spalovacími motory, před zhruba sto lety tomu bylo naopak. Vynález vozidla poháněného elektrickou energií je přibližně o půl století starší. Zatímco první automobil poháněný spalovacím motorem sestrojil r německý konstruktér Karl Benz (Remek, 2012, s. 24), první provozuschopný malý tříkolový elektromobil zkonstruoval r holandský profesor Sibrandus Stratingh z Groningen, spolu se svým asistentem Christopherem Beckerem (Hromádko, 2012, s. 47). Jako první silniční vozidlo pak r překonal elektromobil La Jamais Contente, francouzského konstruktéra Jeantauda, rychlost 100 km.h -1 (Remek, 2012, s. 33). Elektrická vozidla na počátku 20. stol. disponovala, oproti těm se spalovacím motorem, jednodušším ovládáním, tichým chodem, vyšší spolehlivostí, bezpečností a větší rychlostí. Roku 1900 jezdilo v USA více elektromobilů než vozidel se spalovacím motorem. Zároveň bylo celosvětově vyrobeno o přibližně 33 % více elektromobilů než automobilů se spalovacím motorem. K zásadní změně na trhu osobních aut došlo v 10. letech 20. stol. a to zejm. zavedením sériové výroby Fordova cenově dostupného modelu T r. 1909, kdy již byly hlavní nedostatky aut se spalovacími motory odstraněny (Hromádko, 2012, s. 47; Remek, 2012, s. 48). V následujících několika desetiletích došlo k hlubokému úpadku elektromobilů; objevovaly se jen ojedinělé pokusy o výrobu takových vozů. Až r sestrojil francouzský Citroën první prototyp elektrického dodávkového vozu. Od r. 1976, kdy došlo ke spojení automobilek Peugeot a Citroën v koncern PSA (PSA Peugeot Citroën; 2013), se rozvíjela výroba francouzských elektromobilů; ty disponovaly stejnosměrným elektromotorem umístěným vpředu (Vegr, 2008, s. 46; DVOHAPER & Elektromobil Company, 2005a). Většina ostatních automobilek začala s vývojem elektromobilů později než Citroën, až s obnovením zájmu o tuto technologii v důsledku ropné krize v 60. letech 20. stol. (Hromádko, 2012, s. 47). Italský výrobce automobilů Fiat začal pracovat na vývoji elektromobilů r Sériové výroby se jako první dočkal až r model Panda Elettra (Vegr, 2008, s. 46). Automobilový výrobce Renault vyvíjí 10

11 elektromobily od r Prvním sériově vyráběným modelem se stal r Clio Electrique (Vegr, 2008, s. 46). Německá automobilka Volkswagen začala s vývojem elektromobilů v 70. letech 20. stol. VW konstruoval elektromobily především na základě modelové řady Golf prvním byl Golf I Electric z přelomu let 1976 a 1977, z 2. generace vycházel Golf CityStromer (1989). Malosériovým modelem určeným k prodeji byl až Golf III CityStromer (Volkswagen AG, 2010). Velkého rozvoje elektromobilů bylo v moderních dějinách dosaženo v USA v 90. letech vlivem projektu Zero-Emissions Vehicle zahájeného r ve státě California. Cílem projektu bylo zvýšit počet užívaných elektromobilů na kalifornských silnicích (Hromádko, 2012, s. 57). Pro velké automobilky bylo stanoveno, že ve státě California by do r měly tvořit vozy s technologií umožňující jízdu bez emisí min. 2 % z počtu prodaných automobilů, do r mělo jít o 5% a do r o 10% podíl z počtu prodaných vozů (California Environmental Protection Agency, 2011). Na základě tohoto projektu představila automobilka General Motors r prototyp elektrického dvoumístného sportovního kupé Impact, na jehož základě byl vyráběn sériový model s názvem GM EV1. Celkem bylo (od r do r. 1999) vyrobeno vozů EV1; ty byly zájemcům poskytovány pouze formou leasingu. Vzhledem k ekonomické nerentabilitě výroby modelu EV1 (kdy tržní cena dosahovala poloviny ceny nákladové) a tlaku ropných společností byl r leasingový program ukončen, všechna EV1, i přes opětovný zájem zákazníků si je pronajmout či vůz odkoupit, stažena zpět a sešrotována (Hromádko, 2012, s ; Siuru, 2008). Do projektu byly dále zapojeny automobilky Toyota a Honda s modely Toyota RAV4EV a Honda EV, i ty r stáhly své vozy z oběhu a nechaly je sešrotovat (Hromádko, 2012 s ). Čtvrtým automobilovým výrobcem v projektu byl Ford. Ten r koupil norskou společnost PIVCO (Personal Independent Vehicle Company), výrobce malých městských elektromobilů PIVCO City. Elektromobily s názvem Ford Th!nk City měl čekat stejný osud a továrna v Norsku měla být uzavřena. Díky odporu zákazníků a norské vlády se nakonec povedlo továrnu odkoupit a většina elektromobilů Th!nk City se vrátila do Norska (DVOHAPER & Elektromobil Company, 2005b). 11

12 1.2 Vývoj elektromobilů na území dnešní ČR Na našem území se vývoji elektromobilů věnoval Ing. František Křižík. Ten od r zkonstruoval 3 modely poháněné elektrickým motorem, všechny s pohonem zadní nápravy. Třetí z jeho vozů byl doplněn spalovacím motorem pro prodloužení dojezdu; šlo v podstatě o první automobil s hybridním pohonem. (Košťál, 2011a, s. 4 5). Stejně tak, jako ve zbytku světa, došlo i na našem území k úpadku elektromobilů od 20. let do 60. let 20. stol., a to díky masovému rozšíření vozidel se spalovacím motorem. Během této doby však došlo díky iniciativě jednotlivců k ojedinělým pokusům o využití elektromobilů (Vegr, 2008, s. 44). Intenzivnější vývoj elektromobilů byl zahájen až koncem 60. let vlivem ropné krize a nepříznivého vývoje životního prostředí ve velkých městech. Výzkumný ústav elektrických strojů točivých (VÚES) v Brně, ve spolupráci Vysokým učením technickým (VUT) v Brně, pracoval mezi lety 1968 až 1973 na prototypu elektrického městského vozu. V rámci projektu EMA (elektrický městský automobil) byly vytvořeny 2 specifikace elektromobilů malý třídvéřový osobní automobil EMA 1 (viz obr. 1 vlevo) a užitkové vozidlo EMA 2 (viz obr. 1 vpravo), postavené na základě vozu Barkas. K sériové výrobě nikdy nedošlo a celý projekt byl nakonec r zastaven (Bělohlavý, Skalický, 2009; Vlk, 2004, s. 199). Zdroj: Autoeco.cz, 2013 Obr. 1 Osobní elektromobil EMA 1 (vlevo) a užitková verze elektromobilu EMA 2 (vpravo) Po projektu EMA proběhlo do r několik dalších pokusů o vytvoření konkurenceschopného elektromobilu. Po politických změnách r byly na našem území uskutečněny destíky přestaveb seriových vozů na elektromobily. Jednou z prvních byla přestavba Škody Favorit na Škodu Shortcut, realizovaná 12

13 firmou Ekolo Jaromíra Vegra (Vegr, 2008, s ). Přestavba byla provedena na zákazku švýcarského zákazníka, odkud r přišla objednávka na dalších 1000 ks tohoto elektromobilu. Zakázku převzala pobočka plzeňské Škodovky, Škoda Elcar Ejpovice. Do r zde byla vyráběna elektrická verze modelu Favorit s názvem Eltra 151L, užitková verze nesla označení Eltra 151 Pick-Up. Většina z několika set kusové produkce Eltra byla vyvezena do západní Evropy (DVOHAPER & Elektromobil Company, 2005c, 2005d). Výrobce užitkových vozů Liaz v Mnichově Hradišti, ve spolupráci s plzeňskou firmou Dioss, vyvíjel od r prototyp čtyřmístného elektromobilu s celohliníkovou karoserií Liaz XGJ. Výsledkem projektu mělo být zavedení tohoto elektromobilu do sériové výroby o velikosti produkce až ks ročně. Maketa vozu byla představena na autosalonu ve Frankfurtu nad Mohanem r Projekt financovala kanadská firma Swissmobile Inc., avšak v důsledku jejího odstoupení od projektu a následného nenalezení potřebných financí na jeho dokončení byl projekt r ukončen (Fejgl, Hlaváč, 2012; Košťál, 2011a, s. 6). Roku 1994 se v ejpovické Škodě Elcar rozjela výroba užitkového elektromobilu Škoda Beta EL, navazující na výrobu elektromobilu Eltra. Pro výrobu byly použity komponenty z modelů 120, Favorit a Pick-Up; karoserie byla vyrobena z kompozitního plastu vyztuženého skelnými vlákny. Po integraci Škody Elcar, Liazu Jablonec nad Nisou a kopřivnické Tatry ke Škodě Plzeň r byla výroba Bety přesunuta do pobočného závodu Tatry v Příboru, zároveň došlo k přejmenování modelu na Tatra Beta (Škoda Auto a. s., 2009; Vegr, 2008, s. 45). Na možnosti budoucí sériové výroby eletrických vozů pracuje i firma Škoda Auto. Zatím posledním výsledkem její práce je elektromobil Octavia Green E Line, vycházející z 2. generace modelu Octavia v provedení kombi. Desetikusová testovací flotila tohoto vozu, vyrobená r. 2011, má sloužit k nasbírání informací z provozu elektromobilu a pomoci při vývoji hybridních a elektrických vozů Škoda (Škoda Auto a. s., 2011). 13

14 2 Přehled technických řešení elektromobilů 2.1 Základní charakteristika elektromobilů Elektromobilem nazýváme takové vozidlo, jehož kola jsou poháněna elektromotorem, příp. soustavou elektromotorů. V závislosti na tom, z jakého zdroje elektromotor odebírá elektrickou energii, rozlišujeme bateriová elektrická vozidla (BEV; Battery Electric Vehicle), kterými se tato práce zabývá, a elektrická vozidla s palivovými články (FCEV; Fuel Cell Electric Vehicle). Elektrická vozidla s palivovými články získávají elektrickou energii v palivových článcích elektrochemickou reakcí mezi redukčním činidlem (palivem) a oxidačním činidlem; tyto látky jsou do článku přiváděny zvenčí. Palivem ve článcích, využívaných pro automobilový průmysl, bývá nejčastěji vodík, v poslední době se jako perspektivní palivo ukazuje methanol (Hromádko, 2012, s. 85). Hnací ústrojí elektromobilu je tvořeno, podobně jako u vozidla se spalovacím motorem, z motoru, převodovky, hnacích hřídelů a diferenciálu s rozvodovkou (Vlk, 2004, s. 122). Většina elektromobilů však ve své konstrukci vícestupňovou převodovku neobsahuje změnu točivého momentu a otáček lze plynule provádět elektronicky (Vlk, 2004, s. 122). Elektromotor je zařízení přeměňující elektrickou energii na mechanickou pomocí elektromagnetické indukce. Elektromotory rozlišujeme dle proudu, kterým jsou napájeny, na stejnosměrné (ty pak dále dle jejich buzení) a střídavé (synchronní a asynchronní motory; Vlk, 2004, s ). Elektromobil může ke svému pohonu využívat různé koncepce umístění elektromotoru (viz obr. 2). Zdroj: Vlk, 2004, s. 122 Obr. 2 Uspořádání hnacího ústrojí elektromobilů: a) přední / zadní pohon, b) tandemový pohon, c) pohon v nábojích kol 14

15 Dnes je nejčastěji užitou koncepcí přední či zadní pohon s centrálně umístěným elektromotorem, vycházející z umístění pohonné jednotky ve vozech se spalovacím motorem (viz obr. 2a). Méně časté uspořádání představuje tandemový pohon (skateboardová / sendvičová konstrukce), kdy jsou dva, příp. čtyři elektromotory umístěny decentrálně a pohánějí jednu nápravu (viz obr. 2b). Třetí možností (viz obr. 2c) je umístění menších elektromotorů do nábojů každého kola (Vlk, 2004, s. 122; Košťál, 2011a, s. 7). Každý z elektromotorů může být nezávisle ovládán, poskytuje tak větší kontrolu nad vozidlem. Díky umístění elektromotorů přímo do nábojů kol nejsou potřeba diferenciál a rozvodové hřídele, tím pádem dochází ke snížení hmotnosti a mechanických ztrát rotačních částí. Zároveň tato koncepce dává při menší zástavbě prostoru větší volnost designérům vozu (Protean Electric, 2013). Komponenty elektrického pohonu se dělí do 3 subsystémů: systém elektrického pohonu (zahrnující elektromotor, řídicí jednotku, elektronický měnič otáček, mechanickou převodovku a poháněnou nápravu), systém zdroje energie (jehož součástí je sada akumulátorových článků, management bateriového systému a nabíjecí jednotka) a pomocná zařízení (kam patří pomocná napájecí jednotka, jednotka posilovače řízení a řídicí jednotka klimatizace; Ehsani, Gao, 2010, s. 105). Nejdražším ze zmíněných subsystémů, a tedy i subsystémem s největším dopadem na cenu vozu, je systém zdroje energie. Samotné sady akumulátorových článků jsou poměrně drahé, ale celkové náklady na bateriový systém navyšuje cena managementu bateriového systému. Management bateriového systému (BMS; Battery Management System) slouží jako rozhraní mezi vozem a sadou akumulátorů. Zajišťuje diagnostiku bateriového systému monitorování důležitých parametrů jednotlivých článků jako jsou teplota, napětí, kapacita článku; dále zabezpečuje optimální teplotu článků chlazením. Spolupracuje s řídicí jednotkou k ovládání rekuperačního brzdění a s nabíjecí jednotkou, kdy monitoruje využití elektrické energie. Při poruše umožňuje díky uloženým informacím stanovit její příčinu (Ehsani, Gao, 2010, s. 106; MGM COMPRO, 2013). 15

16 2.2 Charakteristika jízdního projevu Trakční elektromotor, na rozdíl od pístového spalovacího motoru, poskytuje maximální točivý moment již od nulových otáček, pracuje s vysokou účinností (η > 90 %) v širokém intervalu otáček (spalovací motor pracuje s vysokou účinností jen v úzkém rozsahu výkonu a otáček; viz obr. 3). Je však třeba poznamenat, že vysokým výkonem elektromotor nedisponuje od nulových otáček při rozjezdu je účinnost elektromotoru poměrně nízká, spolu s rostoucími otáčkami rychle roste (viz obr. 4; Kameš, 2004, s. 59). Zdroj: Kameš, 2004, s Obr. 3 Porovnání polí účinnosti elektromotoru (vlevo) a spalovacího motoru (vpravo) Rychlostní (otáčková) charakteristika elektromotoru a její porovnání s otáčkovou charakteristikou pístového spalovacího motoru je zobrazeno na obr. 4. Dle typu elektromotoru a způsobu jeho řízení se tato charakteristika mírně odlišuje (Vlk, 2004, s. 123). Zdroj: Ehsani, Gao, 2010, s. 109; Vlk, 2001, s. 48 Obr. 4 Typický průběh rychlostní (otáčkové) charakteristiky elektromotoru (vlevo) a pístového spalovacího motoru (vpravo) 16

17 2.3 Bateriové systémy Akumulátorové baterie 1, sloužící v elektromobilu jako zásobník elektrické energie, jsou klíčovým komponentem vozu a vzhledem k vysokým nákladům na jejich výrobu značně ovlivňují cenu elektromobilů a tím i jejich úspěch na trhu (Kameš, 2004, s. 48). U akumulátorů (a zdrojů energie obecně) rozlišujeme tyto fyzikální parametry (Kameš, 2004, s. 48; Vlk, 2004, s ): měrný výkon či výkonovou hustotu [W.kg -1 ], tj. odnímatelný elektrický výkon na jednotku hmotnosti ta určuje konečnou rychlost a zrychlení vozidla (Kameš, 2004, s. 48) měrnou energii či energetickou hustotu [Wh.kg -1 ], tj. obsah energie na jednotku hmotnosti ta určuje dojezd vozidla (Kameš, 2004, s. 48) objemovou (volumetrickou) hustotu [Wh.l -1 ], tj. obsah energie na jednotku objemu ovlivňuje využití prostoru vozidla doba nabíjení [h] dle druhu akumulátoru, míře jeho vybití a způsobu dobíjení se pohybuje v rozmezí několika hodin životnost udává, jak velkou vzálenost vůz překoná s jednou sadou akumulátorů; je ovlivněna způsobem nabíjení, vybíjení a údržbou Aby bylo možné akumulátorové baterie využít jako zdroj energie elektromobilů, měly by splňovat tyto parametry (Kameš, 2004, s. 48): možnost rychlého nabíjení, bezúdržbovost životnost 5 až 10 let a s tím související jízdní výkon vyšší než km minimální energetickou hustotu 200 Wh.kg -1 a hustotu výkonu 100 W.kg -1 Tab. 1 porovnává parametry jednotlivých typů akumulátorových článků. 1 akumulátorová baterie vzniká zpravidla sériovým spojením dvou a více akumulátorových článků 17

18 Tab. 1 Porovnání parametrů jednotlivých typů akumulátorových článků Typ článku Provozní Napětí Hustota energie Výkonová hustota Životnost teplota článku Wh.kg -1 Wh.l -1 W.kg -1 W.l -1 cyklů let C V Olověný až až +45 2,0 NiCd až +50 1,2 NiMH až 50 1,3 1,4 NaNiCl až 350 2,6 Li-ion až +50 3,6 3,7 Zdroj: Dustmann, 2004, s. 85; Kameš, 2004, s ; Linden, Reddy, 2001, s ; Panasonic, 2007, s. 28; Vlk, 2004, s Princip akumulátoru V akumulátoru dochází k přímé přeměně chemické energie na elektrickou. Akumulátorový článek je složen ze 2 elektrod z různých materiálů a elektrolytu (pevné látky či kapaliny) obsahující volně pohyblivé elektricky nabité částice (kationty, anionty, elektrony). Mezi elektrodami s rozdílným elektrickým potenciálem se vytváří napětí, které způsobuje pohyb iontů v elektrolytu, a tím vodivě spojuje obě elektrody. Pokud jsou elektrody spojeny vnějším vodičem, obvodem protéká proud. Akumulátory (sekundární články) je možno, na rozdíl od primárních článků, opětovně nabíjet. Při nabíjení se pomocí elektrolýzy přeměňuje elektrická energie dodávaná akumulátoru v energii chemickou. Počet nabíjecích a vybíjecích cyklů je omezen, jelikož proces nabíjení neprobíhá dokonale Druhy akumulátorů používaných v BEV Akumulátory rozlišujeme dle chemického složení elektrod a elektrolytu (viz tab. 1). Do 90. let 20. stol. byly v bateriových elektrických vozech k uskladnění elektrické energie využívány převážně olověné akumulátory; ty jsou však v dnešní době v automobilovém průmyslu umisťovány pouze do konvenčních vozů. Nevýhodami olověného akumulátoru, pro které bylo od nich jako zdroje energie v BEV opuštěno, jsou jeho vysoká hmotnost, nízká energetická hustota, výrazný pokles 18

19 kapacity při teplotách nižších než -15 C a při vzrůstu vybíjecích teplot a velká citlivost na režim vybíjení a nabíjení (Kameš, 2004, s. 51; Vlk, 2004, s. 131). V 90. letech nahradily olověné akumulátory v BEV akumulátory nikl-kadmiové (NiCd); i ty již však byly překonány. Mezi jejich hlavní nevýhody patří náchylnost na paměťový efekt a toxicita kadmia (Kameš, 2004, s. 52). Koncem 90. let 20. stol. byly do bateriových elektrických vozů umisťovány nikl-metalhydridové akumulátory (NiMH). Tento typ akumulátoru neobsahuje na rozdíl od NiCd akumulátoru toxické kadmium, zároveň disponuje vyšší energetickou hustotou. Nevýhodami jsou vyšší výrobní náklady, vyšší citlivost na nabíjecí a vybíjecí režim, výskyt paměťového efektu, poloviční životnost oproti NiCd akumulátorům a vyšší náklady na recyklaci (Kameš, 2004, s. 53; Vlk, 2004, s. 133). Dalším druhem akumulátorů, které nejsou příliš vhodné pro využití v elektromobilech, jsou vysokoteplotní akumulátory s tekutou sodíkovou elektrodou, pracující při teplotách 270 až 380 C. Pro zajištění tekutosti sodíkové elektrody a umožnění toku iontů mezi elektrodami je zapotřebí udržovat pracovní teplotu akumulátoru, a to i pokud není vozidlo v provozu. Mimo provoz se bez dobíjení plně nabitý akumulátor vlivem nutnosti udržovat vnitřní teplotu zhruba do týdne vybije (Dustmann, 2004, s. 85; Kameš, 2004, s. 54; Vlk, 2004, s ). Lithium-iontový akumulátor (Li-ion) Lithium-iontový akumulátor je v dnešní době nejčastěji využívaný jako zdroj různých mobilních zařízení, zároveň našel značného využití pro elektrická vozidla. Kladnou elektrodu tvoří (ve vybitém stavu) sloučeniny lithia LiMn 2 O 4, LiCoO 2, LiNiO 2 nebo LiFePO 4 (lithium je samo o sobě velmi nestabilní a mohlo by způsobit explozi akumulátoru). Záporná uhlíková elektroda je vyrobena z koksu, příp. grafitu (viz obr. 5; Kameš, 2004, s. 53; Belza, 2001; Nejedlý, 2011, s. 10). elektroda ze sloučeniny lithia separátor z porézní plastové folie či laminátu uhlíková elektroda Zdroj: Volkswagen AG, 2013a Obr. 5 Znázornění dějů v Li-ion akumulátoru 19

20 Elektrolytem je roztok lithné soli (např. hexafluorofosforečnan lithný Li[PF 6 ]) v agresivních organických rozpouštědlech (propylenkarbonát nebo ethylenkarbonát). Při nabíjení se ionty lithia ukládají do uhlíkové mřížky záporné elektrody, při vybíjení se uvolňují (Kameš, 2004, s. 54). Článek má jmenovité napětí 3,6 až 3,7 V, je velmi citlivý na vybití pod hodnotu 3,0 V a nabití nad hodnotu 4,1 V. Proto bývají akumulátory vybaveny ochranným obvodem, který sleduje minimální a maximální napětí článku. Při překročení hodnoty maximálního napětí při nabíjení obvod článek odpojí (Belza, 2001). Vnitřní stavba Li-ion článku je zobrazena na obr. 6. Zdroj: Nejedlý, 2011, s. 11 Obr. 6 Řez Li-ion článkem Předností tohoto typu akumulátoru je jeho vysoký měrný výkon a energie, nízká úroveň samovybíjení (pokles energie za 1 měsíc o zhruba 10 %) a jeho nenáchylnost k paněťovému efektu. Životnost Li-ion akumulátoru dosahuje až 3000 cyklů. Mezi nevýhody patří závislost kapacity baterie na teplotě (ta má optimální rozsah mezi -20 C až 50 C), větší vnitřní odpor než u NiCd akumulátorů a vyšší cena (Kameš, 2004, s. 54; Linden, Reddy, 2001, s. 574; Nejedlý, 2011, s. 10; Volkswagen AG, 2013a). Při narušení pláště baterie (např. při nehodě) může dojít k jejímu samovznícení. (Musk, 2013). V dnešní době dokážou některé elektromobily na 1 nabití ujet i více než 400 km výkonnější verze Tesly Modelu S, disponující 85 kwh baterií, ujede na jedno nabití v závislosti na rychlosti a stylu jízdy a využívání klimatizace od 211 mil (339 km) v zimním městském provozu po 308 mil (496 km) v dálničním provozu při konstantní rychlosti 55 mph (89 km.h -1 ; Tesla Motors Inc., 2013a). Závislost 20

21 dojezdu na 1 nabití Tesly Model S na rychlosti jízdy ukazuje graf na obr. 7 (oranžová křivka náleží verzi s bateriemi o kapacitě 2 85 kwh, modrá křivka pro verzi baterií o kapacitě 60 kwh). Zdroj: Tesla Motors Inc., 2013a Obr. 7 Graf závislosti dojezdu na 1 nabití elektromobilu Tesla Model S na rychlosti jízdy, pro verze modelu s bateriemi o kapacitě 60 kwh a 85 kwh Lithium-polymerový (Li-pol) Lithium-polymerový akumulátor vychází z akumulátoru lithium-iontového, avšak místo kapalného elektrolytu využívá pevný elektrolyt polymerový kompozit (např. polyakrylonitril) s obsahem lithiových solí. Při této koncepci není nutný separátor (elektrody odděluje pevný elektrolyt). Li-pol akumulátor je v porovnání s Li-ion akumulátorem o 10 až 15 % lehčí (při srovnatelné kapacitě), ale o 10 až 20 % objemnější. K úbytku kapacity s časem dochází rychleji než už Li-ion akumulátorů, oproti těm však lépe funguje za nižších teplot. Díky pevnému elektrolytu je možné vyrábět články o tloušťce několika milimetrů (Nejedlý, 2011, s ). 2.4 Nabíjení a typy nabíječek Akumulátorové baterie elektromobilů jsou dobíjeny z elektrické sítě prostřednictvím nabíjecí jednotky (ta je buď externí, nebo zabudovaná ve voze), která při nabíjení komunikuje s managementem bateriového systému. Nejčastěji využívané nabíjení elektrických vozů pomocí vodivého spojení vozu a elektrické sítě (propojení kabelem) se řídí normou IEC 61851: 2001 (v české verzi 2 fyzikálně správným označením je množství uložené energie; jednotka kwh je jednotkou energie 21

22 ČSN EN Systém nabíjení elektrických vozidel vodivým propojením; Košťál, 2011b, s. 11). K propojení vozu a nabíjecí stanice kabelem je možné využít 3 koncepce umístění konektorů (Mennekes, 2012, s. 131): kabel je pevně spojen s nabíjecí jednotkou vozu, konektor je pouze na straně k dobíjecí stanici (obr. 8 vlevo) kabel je na obou stranách vybaven konektory (obr. 8 uprostřed) kabel je pevně spojen s dobíjecí stanicí, konektor je pouze na straně k vozu (obr. 8 vpravo) Zdroj: Mennekes, 2012, s. 131 Obr. 8 Možnosti provedení dobíjecího kabelu Baterie jsou dobíjeny stejnosměrným proudem. Podle velikosti a typu proudu (stejnosměrný, střídavý), který proudí mezi nabíjecí infrastrukturou a palubní dobíječkou ve voze, měnící střídavý proud na stejnosměrný, rozlišujeme (Kuželka, 2011, s. 14; Mennekes, 2012, s. 135): AC Slow Charging pomalé dobíjení střídavým jednofázovým proudem o velikosti max. 16 A či střídavým třífázovým proudem o max. velikosti 32 A. Při dobíjení je využívána nabíjecí jednotka v automobilu, dobíjecí výkon je s ohledem na jištění běžných zásuvek limitován. Tento způsob dobíjení je určen pro domácí nabíjení, v závislosti na míře vybití akumulátoru trvá nabití 5 až 8 h (Kuželka, 2011, s. 14). Investiční náklady na tento způsob dobíjení jsou relativně nízké, nevýhodou je pak kromě delší doby potřebné pro dobití i zvýšení váhy vozu vlivem integrované nabíjecí jednotky (Mennekes, 2012, s. 132). AC Fast Charging rychlé dobíjení střídavým proudem o velikosti 32 až 64 A. Doba nabíjení je v porovnání s pomalým dobíjením 2x až 4x kratší. 22

23 Pro připojení do elektrické sítě je potřeba využít dostatečně dimenzovanou zásuvku. DC Slow Charging pomalé dobíjení stejnosměrným proudem o max. hodnotě 80 A, maximální dobíjecí výkon činí 38 kw. Tento způsob dobíjení není příliš využíván. DC Fast Charging rychlé dobíjení stejnosměrným proudem. Nabíjecí jednotka o výkonu 50 až 250 kw je zabudována externě, v dobíjecí stanici. K propojení je užito standardizované rozhraní (nejčastěji CHAdeMO, alternativně Combined Charging System CCS či SAE J1772 Combo), skrze které komunikuje přes komunikační protokol externí nabíjecí jednotka s bateriovým managementem vozidla. Po připojení konektoru se vyřadí interní nabíjecí jednotka vozidla a jeho úlohu převezme jednotka externí. Dobíjení na 80 % kapacity baterie trvá obvykle 15 až 30 min. Vzhledem k použití externí nabíjecí jednotky jsou investiční náklady vyšší než v případě dobíjení střídavým proudem (Kuželka, 2011, s. 14; Mennekes, 2012, s. 133). V rámci dobíjení dále rozlišujeme 4 nabíjecí režimy, v závislosti na použitém zdroji energie (stejnosměrný nebo střídavý proud), maximálním výkonu nabíječky a možnostech komunikace mezi vozem a infrastrukturou (Košťál, 2011b, s. 11; Mennekes, 2012, s. 134): nabíjecí režim 1 jde o režim pro nabíjení střídavým proudem o max. hodnotě 16 A. Vozidlo je spojeno přímo (bez příkonové regulace) s rozvodnou sítí, bez možnosti komunikace vozu a nabíječky. Nabíjecí jednotka je integrována ve vozidle. Tento režim se vzhledem k bezpečnostnímu riziku nedoporučuje. nabíjecí režim 2 baterie jsou dobíjeny proudem o max. hodnotě 32 A, napětí dosahuje hodnoty 230 V. Do obvodu mezi nabíjecí jednotku ve vozidle a rozvodnou síť je umístěna řídicí skříň (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE), jež vykonává řídící a bezpečnostní funkci. Na straně vozidla musí být použit standardizovaný konektor. nabíjecí režim 3 řídící skříň (EVSE) umožňující zátěžový a bateriový management je umístěna v nabíjecím stojanu. Je zajištěna komunikace 23

24 vozu a dobíjecí stanice. Standardizované konektory jsou vyžadovány na straně vozidla i výstupu z rozvodné sítě. Nabíjecí režim 3 lze použít pro rychlé dobíjení střídavým proudem, max. hodnota dobíjecího proudu činí 63 A, max. dobíjecí výkon 43,5 kw. nabíjecí režim 4 režim nabíjení stejnosměrným proudem. Nabíjecí stanice má integrovanou řídící a ochrannou funkci, dobíjecí kabel je pevně spojen se stanicí. Nabíjecí jednotka je integrována do nabíjecí stanice. Přehled parametrů jednotlivých nabíjecích režimů je uveden v tab. 2. Tab. 2 Přehled nabíjecích režimů Režim nabíjení Připojení do rozvodné sítě Dobíjení jednofázovým proudem (230 V) Dobíjení třífázovým proudem (400 V) Komunikace s vozem Nabíjecí režim 1 klasická zásuvka, CEE-zásuvka 3 max. 16 A 3,7 kw max. 16 A 11,0 kw žádná Nabíjecí režim 2 klasická zásuvka, CEE-zásuvka max. 16 A 3,7 kw max. 32 A 22,0 kw skrz komunikační modul umístěný v kabelu Nabíjecí režim 3 zásuvka pro konektor typu 2 max. 16 A 3,7 kw max. 63 A 43,5 kw skrz komunikační modul umístěný ve stanici Nabíjecí režim 4 kabel pevně spojený s dobíjecí stanicí stejnosměrné pomalé max. 38 kw stejnosměrné rychlé max. 250 kw skrz komunikační modul umístěný ve stanici Zdroj: Mennekes, 2012, s , Košťál, 2011b, s. 11 Konektory využívané pro dobíjení vozu se řídí mezinárodním standardem IEC Ten však neudává fyzické rozměry konektoru (Horčík, 2010b). V praxi jsou používány 3 typy konektorů, vyhovující standardu IEC (Košťál, 2011b, s. 11): konektor typu 1 slouží pro jednofázové nabíjení proudem do 70 A, tento typ užívají asijští výroci (např. konektor japonského konsorcia CHAdeMO 3 třífázová vícepólová zásuvka určená pro průmyslové použití 24

25 pro dobíjení stejnosměrným proudem) a výrobci z USA (SAE J1772 pro dobíjení jednofázovým střídavým proudem, vhodný i pro domácí dobíjení). konektor typu 2 je konstruován v souladu s normou IEC S tímto konektorem je možné dobíjet jednofázovým proudem 16 až 32 A (nabíjecí režim 2) i třífázovým proudem do 63 A (nabíjecí režim 3), lze přenášet velké výkony (3,7 kw u jednofázové verze, až 43 kw u třífázové verze). Preferují jej němečtí výrobci (typ Mennekes). konektor typu 3 je dimenzován pro nabíjecí proudy 16 až 32 A, upřednostňují jej italští výrobci. Tab. 3 uvádí parametry konektorů pro dobíjení střídavým proudem. Tab. 3 Přehled konektorů pro AC dobíjení Konektor typu 1 SAE J1172 (USA, Japonsko) Konektor typu 2 Mennekes (Z Evropa) Konektor typu 3 Itálie Konektory pro dobíjení AC proudem Výkon max. 19,2 kw max. 43,5 kw max. 43,5 kw Dobíjecí proud do 32 A do 63 A do 63 A Provedení jednofázové jedno a třífázové jedno-, dvou- a třífázové Zdroj: Mennekes, 2012, s. 137, SAE International, 2011 Pro dobíjení stejnosměrným proudem byl v Japonsku vyvinut v rámci konsorcia CHAdeMO (Charge de Move) dle standardu JEVS G105 speciální konektor, pro který se vžilo označení CHAdeMO. Ten dokáže baterie vozu nabíjet proudem o 25

26 hodnotě až 120 A. Nevýhodou, v porovnání s ostatními konektory pro DC dobíjení, je jeho zcela odlišná geometrie, neumožňující kombinovaný konektor i pro AC dobíjení, obtížnější manipulace a vyšší váha (samotný konektor váží 1,6 kg). Konektor je vyobrazen na obr. 9. Dobíjecím konektorem konsorcia CHAdeMO jsou vybaveny např. vozy Nissan Leaf, Mitsubishi i-miev, Peugeot ion a další. Tento typ je poměrně hodně rozšířen; v Japonsku je k dispozici 1 858, v USA 306 a v Evropě 946 stanic s tímto konektorem (stav ). Firma Yazaki připravuje novou verzi konektoru ta by měla být jednodušší pro ovládání a zároveň bezpečnější (CHAdeMO, 2013a, 2013b; Yazaki Corporation, 2012, s. 2 a 17, 2013b). Zdroj: Yazaki Corporation, 2013a Obr. 9 Konektor konsorcia CHAdeMO V USA byl vyvinut konektor SAE J1772. Ten je vyráběn ve 2 provedeních buď pouze pro dobíjení střídavým proudem (např. pro domácí použití), později přišlo provedení Combo vybavené navíc 2 kontakty pro dobíjení stejnosměrným proudem (viz obr. 10). Konektor pro DC dobíjení je konstruován na napětí 200 až 450 V, dobíjecí proud až 200 A a výkon až 90 kw. Při rychlém dobíjení stejnosměrným proudem dokáže nabít baterie vozidla z 20 na 80 % jejich kapacity za 20 min. Výhodou tohoto konektoru oproti konektoru konsorcia CHAdeMO je jednotná základní geometrie s konektorem pro dobíjení střídavým proudem. Většina velkých amerických a japonských automobilek (Ford, General Motors, Honda, Nissan, Toyota) přijala standard SAE J1772 (Pokrzywa, 2011; SAE International, 2011). 26

27 Zdroj: Pokrzywa, 2011 Obr. 10 Konektor SAE J1772 pro dobíjení stejnosměrným proudem Obdobně jako vznikla DC verze konektoru SAE J1772, byl pro DC dobíjení přizpůsoben i konektor Mennekes (viz obr. 11). Původní AC konektor byl dovybaven 2 kontakty pro stejnosměrný proud (o max. hodnotě 200 A). Konektor nyní nese označení CCS (Combined Charging System). Tento typ využívají koncern VW, automobilky BMW, Chrysler, Daimler, Ford a koncern General Motors (Mennekes, 2012, s. 135; Milke, 2013; Vokáč, 2012). Zdroj: Vokáč, 2012 Obr. 11 Konektor CCS pro dobíjení stejnosměrným proudem Problémem v rámci výstavby infrastruktury dobíjecích stanic je nejednotná podoba nabíjecích konektorů. Jelikož konektory, ale i použitý komunikační protokol, nebývají vzájemně kompatibilní, je třeba dobíjecí stanice vybavit několika typy konektorů. V opačném případě nemusí mít řidič vybitého elektromobilu možnost svůj vůz u dané stanice nabít. V současné době je proto řešena otázka standardizace konektorů. Na konferenci Electric Vehicle Symposium EVS26, která proběhla v květnu 2012 v Kalifornii, se na jednotném standardu dobíjení dohodli automobilový výrobci BMW, Ford, Chrysler, Daimler a koncerny General Motors a Volkswagen. Tento standard by měl dle Evropské asociace výrobců automobilů 27

28 nabýt účinnosti r K návrhu jednotného řešení dobíjecího konektoru se zatím nepřipojily japonské automobilky Toyota, Nissan, Mitsubishi a Honda; ty hodlají nadále používat konektor konsorcia CHAdeMO (Vokáč, 2012; World Electric Vehicle Association, 2012). Kromě klasického dobíjení akumulátorů přes kabel je ve fázi vývoje možnost bezkontaktního (indukčního) dobíjení. Systém funguje na principu využití elektromagnetické indukce do primární cívky o šířce 2,5 cm, umístěné ve vozovce či podlaze garáže, je přiváděno napětí z elektrické sítě. Elektrický proud protékající primární cívkou indukuje proměnlivé magnetické pole, které vybudí napětí v sekundární cívce, umístěné v podlaze vozu. Díky uzavřenému okruhu v automobilu začne v obvodu ve voze protékat proud, který dobíjí akumulátory (Košťál, 2012, s. 28). Princip bezkontaktního nabíjení, vyvinutý firmou Volvo, je znázorněn na obr. 12. Zdroj: Košťál, 2012, s. 28 Obr. 12 Systém bezkontaktního nabíjení firmy Volvo Systémy bezkontaktního nabíjení poskytují nabíjecí výkon okolo 3 kw, což zhruba odpovídá pomalému nabíjení střídavým proudem. Reálná účinnost přenosu energie činí min. 90 %, což je o něco méně než při použití kabelového nabíjecího systému. Systém je schopen kompenzovat odchylky v řádu cm od ideální polohy cívek vůči sobě. V rámci systému nabíjení musí být zajištěna bezdrátová komunikace mezi vozidlem a infrastrukturou, která zprostředkovává přenos dat významných pro bezpečnost, řízení procesu nabíjení a vyúčtování odebrané 28

29 energie. Systém je vybaven polohovací asistenční funkcí, která řidiče s vozem navede přímo nad primární cívku, a funkcí automatické aktivace nabíjení po dosažení správné polohy; pokud na nabíjecím místě není žádný elektromobil, indukční přenos se vypne (Košťál, 2012, s ). Výhodou tohoto systému je jeho bezpečnost (nehrozí úraz elektrickým proudem), odpadá manipulace s kabelem a nehrozí zde možnost, že řidič zapomene svůj vůz dát nabít. Jelikož dobíjecí systém nemá pohyblivé části, není tolik náchylný k poškození. Lze jej efektivně využít ve veřejných prostranstvích, jako jsou parkoviště u obchodních center a různých institucí, stanoviště taxislužby apod. Nevýhodou je nižší dobíjecí výkon a nutnost přesného najetí vozu nad dobíjecí stanoviště (tento problém je řešen pomocí asistenční služby). Manévrování s vozem zabere také určitý čas, avšak ten je asi 4x nižší než manipulace s dobíjecím kabelem (Košťál, 2012, s ). Alternativní možností k dobíjení vybitých baterií je jejich výměna (tzv. battery swap). Ta by teoreticky mohla být realizována na běžných čerpacích stanicích či specializovaných místech. Výměna vybitých baterií za zcela nabité by byla časově srovnatelná s běžným tankováním. Aby mohla být tato možnost uplatněna v praxi, bylo by za potřebí používání baterií o jednotném napětí, standardizovaném komunikačním protokolu a standardizované umístění baterií; dnes má však každý výrobce elektromobilů vlastní koncepci umístění baterií. Proto tato alternativa nemá v dnešní době velkého významu, uplatnit ji lze např. pro velkou firemní flotilu elektrobilů jednoho modelu (Mennekes, 2012, s. 133). Americký výrobce elektromobilů Tesla Motors tuto možnost hodlá nabízet na svých dobíjecích stanicích. Majitel vozu bude mít možnost svůj vůz zdarma nabít pomocí rychlonabíječky nebo nechat vyměnit baterie za určitý poplatek. Výměna baterií bude probíhat zcela automatizovaně a zabere zhruba 90 s (Tesla Motors Inc., 2013b). 2.5 Výhody a nevýhody elektromobilů Mezi výhody bateriových elektrických vozidel, v porovnání s vozidly se spalovacím motorem, patří (Hromádko, 2012, s. 47; Vlk, 2004, s. 139; Kameš, 2004, s. 57, 60 61; Košťál, 2011a, s. 8): 29

30 nulové jízdní emise, čímž lokálně nezatěžují životní prostředí (jedná se o důležitý faktor zejména pro velká města, kde pomáhají ke snížení znečištění ovzduší). Je však třeba zmínit, že emise celého elektrického řetězce jsou závislé zejm. na způsobu výroby elektrické energie a proto nemusejí být nulové. možnost vyrábět elektřinu pro pohon vozidla mimo vozidlo samotné umožňuje ve vyšší míře využití obnovitelných zdrojů energie (např. rychlodobíjecí stanice Supercharger firmy Tesla Motors využívají k výrobě energie pro dobíjení vozu solárních panelů na střeše dobíjecí stanice; Tesla Motors Inc., 2013c). Zároveň je tímto možno snižovat závislost jednotlivých států na dovozu ropy. příznivá momentová charakteristika pohonu díky vysokému točivému momentu poskytovanému již od nulových otáček. V porovnání s pístovým spalovacím motorem má elektromotor v širokém intervalu otáček vysoký výkon. nižší hlučnost provozu a tím snížení emisí hluku. Z důvodu absence hluku produkovaného pístovým spalovacím motorem bývají elektromobily vybaveny generátorem zvuku. Ten imituje hluk spalovacího motoru a tím upozorňuje chodce ve své blízkosti na svoji přítomnost. Generátor bývá aktivní v nízkých rychlostech (zhruba do 40 km.h -1 ; Škoda Auto a. s., 2011). vyšší účinnost ( > 90 %) v porovnání s účinností pístového spalovacího motoru (okolo 35 %); elektromobil navíc nespotřebovává při stání žádnou energii pro pohon vozidla, což je výhodné především v městském provozu. rekuperace brzdné energie (energie se částečně navrací do akumulátorů místo jejího zmaření v teplo, zároveň se tím šetří brzdy a snižují emise prachu z brzdových destiček). nižší náklady na údržbu odpadá výměna oleje, elektromotor je v porovnání s pístovým spalovacím motorem jednodušší na údržbu vzhledem k nízkému počtu pohyblivých částic v něm, zároveň jej není potřeba seřizovat. Taktéž není potřeba provádět měření emisí na STK. 30

31 elektromotor potřebuje menší zástavbový prostor než pístový spalovací motor srovnatelného výkonu. ve většině případů odpadá nutnost mít ve vozidle vícestupňovou převodovku a rozjezdovou spojku, čímž se snižuje váha vozidla i náklady na výrobu. v rámci koncepce Smart Grids (chytré sítě) může elektromobil sloužit jako akumulátor elektrické energie, kterou může později dodat zpět do sítě. levnější provoz v porovnání s konvenčním automobilem (vztaženo zejm. pro evropské země; viz kap. 3.3). Nevýhodami bateriových elektrických vozů jsou (Hromádko, 2012, s. 47): omezený dojezd na 1 nabití, daný kapacitou baterií a ovlivněný též jejich vysokou hmotností. omezená životnost baterií např. výrobci Tesla Motors či Nissan dávají na Li-ion baterie záruku 8 let či až ujetých mil (tj až km; Tesla Motors Inc., 2013d; Nissan Motor, 2013a). delší doba potřebná pro dobití baterií v porovnání s dotaknováním vozidla poháněným pístovým spalovacím motorem či elektrickým vozidlem s palivovými články. Nabíjecí doba se odvíjí od použitého výkonu nabíječky, ale i od hloubky vybití baterie a toho, na kolik % kapacity baterii chceme dobít. Vzhledem k vyvíjené možnosti výměny vybitých baterií za nabité na specializovaných stanicích by mohla být tato nevýhoda eliminována. vyšší pořizovací cena, dána především vysokou cenou akumulátorových článků a ceny jejich regulace (viz kap. 3.1). nedostatečná infrastruktura dobíjecích stanic. V dnešní době zatím převládají domácí stanice pro dobíjení elektromobilů, síť veřejných (a poloveřejných) stanic je stále ve vývoji, každý rok jich však značně přibývá (viz kap. 5). snížení dojezdu v zimních měsících v důsledku spotřeby elektrické energie pro vytápění vozu až o 30 % (Tesla Motors Inc., 2013a). 31

32 problém ekologické recyklace akumulátorů. Některé složky akumulátorů, např. olovo v olověném akumulátoru či kadmium v NiCd akumulátoru, jsou toxické, a proto je třeba dbát na jejich odbornou recyklaci. I když je recyklace finančně náročná, umožňuje znovu využít poměrně drahé kovy (např. lithium z Li-ion akumulátorů) k výrobě akumulátoru nového. Nutnost periodického dobíjení baterií vlivem jejich samovybíjení. U Li-ion baterií dosahuje pokles energie uložené v nich za 1 měsíc zhruba 10 %. 2.6 Shrnutí U současně sériově vyráběných elektrických vozů bývá využívána koncepce centrálně umístěného elektromotoru, k napájení je využíváno Li-ion baterií. Současné elektromobily umožňují průměrný dojezd okolo 200 km na jedno nabití; technologicky je ale možné vyrobit vozidlo s vyšším dojezdem (např. maximální dojezd automobilu Tesla Model S činí 496 km na 1 nabití). K dobíjení baterií vozu se používají různé typy konektorů. Pro dobíjení střídavým proudem jsou převážně používány 2 konektory konektor dle standardu SAE J1172 (využívaný v USA a Japonsku) a konektor typu Mennekes (využívaný v Evropě). K dobíjení stejnosměrným proudem je využíváno konektorů konsorcia CHAdeMO, příp. konektoru SAE J1772 Combo a konektoru CCS. Na jednotném standardu dobíjení se zatím dohodli američtí a evropští automobiloví výrobci, japonští výrobci dále upřednostňují dobíjecí řešení japonského konsorcia CHAdeMO. Výhodami bateriových elektrických vozů, v porovnání s vozidly poháněnými pístovým spalovacím motorem, jsou především nulové jízdní emise, možnost většího využití obnovitelných zdrojů energie, příznivé jízdní vlastnosti, vyšší účinnost motoru a nižší provozní náklady a náklady na údržbu. V porovnání s jinými alternativními pohony vozidel, např. elektrickými vozidly poháněnými palivovými články, je jejich výhodou možnost dodání energie vozu kdekoliv, kde je přístupná dostatečně dimenzovaná zásuvka elektrické energie, nejen na specializovaných místech. Mezi nevýhody elektromobilů patří omezený dojezd a životnost baterií (udávaná na zhruba 8 let), delší doba potřebná pro dobití baterií, vyšší pořizovací cena vozu a nedostatečná infrastruktura dobíjecích stanic. 32

33 3 Faktory ovlivňující rozšíření elektromobilů Prodej elektrických vozů a jejich počet v provozu ovlivňují faktory, kterým se věnuje tato kapitola. Jejich přehled je zobrazen na obr. 13. O některých z nich již bylo hovořeno v kap (otázka bateriového systému a dojezdu) a v kap. 2.5 (např. problém recyklace baterií). Na počty prodejů elektrických vozů mají vliv i další faktory, jako např. recese ekonomiky; takový faktor má však vliv na automobilový průmysl jako takový, nejen na prodej vozidel s alternativními pohony. Obr. 13 Ishikawa diagram - prodejnost elektromobilů Dle průzkumu KPMG, zaměřeného na trhy zemí TRIAD (Japonsko, západní Evropa a severní Amerika) a BRIC (Brazílie, Rusko, Indie a Čína), jsou pro spotřebitele rozhodujícími faktory pro koupi elektrického vozu cena baterií a náklady na dobíjení, snadnost dobíjení (tj. míra obtížnosti připojení vozu k dobíjecí infrastruktuře a přístupu k dobíjecím stanicím), dojezd vozu na 1 nabití a životnost baterií (KPMG International, 2013, s. 7). Graf na obr. 14 vyjadřuje procentuální poměr respondentů, kteří považují dané faktory za extrémně či velmi důležité. 33

34 Zdroj: zpracováno dle KPMG International, 2013, s. 7 Obr. 14 Pět nejdůležitějších faktorů ovlivňujících rozhodnutí spotřebitele ohledně nákupu elektromobilu (průzkum trhů zemí TRIAD a BRIC). 3.1 Pořizovací cena vozu z hlediska užité technologie Vyšší výrobní, a tudíž i pořizovací cena elektrického vozu je dána především vysokou cenou akumulátorových článků a cenou jejich regulace (bateriového managementu). Průměrná cena Li-ion akumulátoru bez příslušenství pro pohon elektromobilu činila r USD/kWh, celkové náklady na bateriový systém vč. nákladů na bateriový management činily zhruba 792 USD/kWh, což je přibližně dvojnásobek oproti samotné ceně akumulátorových článků bez příslušenství (Cluzel, Douglas, 2012, s. 23). Na příkladu vozu Nissan Leaf ilustruji, jakou část prodejní ceny tvoří cena bateriového systému. V USA stojí Nissan Leaf v základní výbavě USD, bateriový systém disponuje kapacitou 24 kwh. Cena bateriového systému tudíž činí USD, což je 66 % prodejní ceny (Nissan Motor, 2013a, 2013b). Předpokládá se, že cena baterového systému bude v důsledku rozvoje technologie a zvýšení sériovosti výroby klesat r by celý systém mohl stát 320 USD/kWh, v roce 2030 pak 215 USD/kWh (Cluzel, Douglas, 2012, s. 50). Předpokládaný pokles cen bateriového systému pro vozidlo s bateriemi o kapacitě 30 kwh a 69 kwh ilustruje graf na obr

35 Zdroj: zpracováno dle Cluzel, Douglas, 2012, s. 50 Obr. 15 Předpokládaný vývoj cen bateriového modulu jako celku pro bateriové elektrické vozidlo s bateriovým systémem o kapacitě 30 kwh a 69 kwh 3.2 Finanční a nefinanční podpory poskytované majitelům elektromobilů Jednotlivé státy podporující elektromobilitu poskytují za účelem jejího rozvoje dotace či jiná finanční a nefinanční zvýhodnění při nákupu a užívání elektromobilu. Jednou z forem podpory je jednorázový příspěvek poskytovaný na nákup nového elektrického auta. V USA činí dotace na nákup elektromobilu USD, tedy např. při nákupu Nissanu Leaf se jedná o 26 % z pořizovací ceny USD. (U.S. Department of Energy, 2013a; Nissan Motor, 2013b). Ve Spojeném království je na nákup elektromobilu poskytována dotace ve výši 25 % z pořizovací ceny, max. do výše GBP, ve Francii EUR. V Norsku je nákup elektromobilu osvobozen od DPH (Tesla Motors Inc., 2013e). Kromě příspěvků na nákup vozidla je ve velké části států podporujících rozvoj elektromobility uplatněno osvobození od silniční daně (dle legislativy daného státu se pak může jednat o daň uvalenou pouze na vozidla používaná pro účely podnikání či na všechna vozidla) či je na něj poskytována sleva. Osvobození od silniční daně platí např. ve Spojeném království, Francii či Německu. V Norsku je na silniční daň za firemní elektromobily poskytována 50 % sleva. V Dánsku je majitel osvobozen od roční ekologické daně ve výši DKK. Dále je majitelům elektromobilů poskytována např. výhoda bezplatného parkování ve velkých městech (Dánsko), možnost jízdy v pruhu pro autobusy (Norsko) či osvobození od platby mýtného při vjezdu do centra města (Londýn). 35

36 Výše státní podpory na nákup elektromobilu má na jejich prodejnost podstatný vliv, jak ukazuje obr. 16. Nejvíce elektromobilů po přepočtu na obyv. se r prodalo v Norsku (792,24 elektromobilu/mil. obyv.), kde je také jedna z nejvyšších podpor v rámci EU ( EUR); na výši prodejů v Norsku má však významný vliv ekologické smýšlení jeho obyvatel i vlády. Naopak jeden z nejnižších prodejů byl za rok 2012 v ČR, kde výše podpory dosahuje pouhých 170 EUR. Zdroj: zpracováno dle CCFA, 2013, s. 62; SDA/CIA, 2013, s. 33; Eurostat, 2012; Tesla Motors Inc., 2013e; JATO, 2011 Obr. 16 Počet prodaných elektromobilů v jednotlivých evropských zemích za rok 2012 a výše dotace na jejich nákup V rámci ČR není bohužel na nákup elektrického automobilu poskytována dotace, osvobození od DPH či jiné daňové zvýhodnění poskytované při nákupu vozu. Zatím jedinným zvýhodněním je, dle zákona č. 16/1993 Sb., o dani silniční, ve znění pozdějších předpisů, 3, písm. f), odst. 1, osvobození vozidel do 12 t s elektrickým pohonem od silniční daně (max. úspora až Kč ročně). Silniční daň jsou povinny platit osoby využívající silniční motorová vozidla pro účely podnikání či jiné samostatné výdělečné činnosti; tudíž se nejedná o plošné zvýhodnění spotřebitelů. 36

37 Dalším zvýhodněním, poskytovaným majitelům vozidel s elektrickým pohonem, je možnost výhodnějšího pojištění. Většina pojišťoven činných v ČR řadí elektromobily do kategorie osobních automobilů se zvdvihovým objemem motoru nižším než 1000 cm 3, cena ročního povinného ručení bez příplatkových služeb a bez předchozího bonusu se pak pohybuje okolo Kč (Kooperativa Pojišťovna, 2012; Redakce Ekobonus.cz, 2011b). Ve většině případů se na ně proto nevztahuje výhodnější pojištění než na vůz nižší třídy se zážehovým motorem. 3.3 Náklady na provoz elektromobilu Jedním z nejdůležitějších faktů, hovořících pro nákup elektromobilu, je jejich levný provoz. Majitel elektrického vozu ušetří nejen na již zmíněné údržbě (viz kap. 2.5) a příp. daňových zvýhodněních, ale zejména na nákladech na ujetý km. Pro demonstraci tohoto faktoru následuje porovnání pořizovací ceny a ročních nákladů na provoz v ČR dostupného elektromobilu Nissan Leaf a srovnatelných vozů se zážehovým motorem VW Golf 1.2 TSI 77 kw a vznětovým motorem VW Golf 1.6 TDI 77 kw. Porovnání, uvedené v tab. 4, uvádí celkové náklady (vč. pořizovací ceny) pro ČR, po dobu záruky poskytované na baterie Leafu na evropském trhu, tedy po dobu 5 let (Nissan, 2013c) 4. Výpočet je proveden pro ročně ujetou vzdálenost km (což je za 5 let km, tedy záruka udávaná Nissanem na baterie). Dále je v rámci příkladu uvažováno pouze nabíjení pomocí domácí dobíjecí stanice (pro zjednodušení nejsou zahrnuty tarify pro nabíjení u veřejné dobíjecí stanice). Do výpočtu v rámci modelové situace jsou zahrnovány náklady na palivo, roční povinné ručení a náklady na technickou kontrolu (po prvních 4 letech provozu, dále pak každé 2 roky). Do kalkulace nejsou započítány náklady totožné bez ohledu na pohon vozidla cena dálniční známky a náklady na pneumatiky. Dále nejsou zahrnovány náklady na servis vozu z důvodu jejich obtížné predikce (snadno stanovitelnou položkou jsou náklady na výměnu provozních kapalin a filtrů; náklady na výměnu brzdových komponentů, komponentů motoru či zavěšení jsou silně závislé na způsobu jízdy a průběžné údržbě automobilu). Vzhledem k velkým rozdílům celkových nákladů v porovnání 4 pozn.: V USA poskytuje Nissan na baterie Leafu záruku 8 let / ujetých km. 37

38 elektromobilu a konvenčního vozu by jejich započtení do kalkulace neovlivnilo výsledek z hlediska ekonomické výhodnosti či nevýhodnosti elektromobilu. Úspora na silniční dani není do výpočtu zahrnuta, jelikož uvažuji užití automobilu pouze pro osobní účely (nikoliv pro účely podnikání). Případná úspora by činila oproti zážehové verzi Golfu Kč za 5 let, oproti dieselové verzi Golfu Kč za 5 let. Použité ceny jsou z let 2012 až 2013, v rámci výpočtu není uvažován jejich vývoj v období delšího horizontu. Výpočet celkových nákladů za 5 let provozu modelů Nissan Leaf, VW Golf 1.2 TSI a 1.6 TDI v ČR je uveden v tab. 4, grafické porovnání nákladů znázorňuje obr. 17. Tab. 4 Výpočet provozních nákladů a návratnosti pořizovací ceny pro Nissan Leaf, VW Golf 1.2 TSI 77 kw a VW Golf kw, v rámci ČR. Nissan Leaf (80 kw) VW Golf 1.2 TSI 77 kw VW Golf 1.6 TDI 77 kw spotřeba 16,85 kwh/100 km 1 4,9 l/100 km 3,8 l/100 km sazba za jednotku 3,887 Kč/kWh 2 36,68 Kč/l 3 36,46 Kč/l 4 spotřeba na 100 km 65,50 Kč 179,73 Kč 138,55 Kč roční náklady na palivo ( km) ,19 Kč ,40 Kč ,60 Kč roční povinné ručení ,00 Kč 4 328,00 Kč 6 441,00 Kč STK (technická kontrola + měření 650,00 Kč 1 070,00 Kč 1 430,00 Kč emisí) 6 pořizovací cena ,00 Kč ,00 Kč ,00 Kč provoz první 3 roky ,57 Kč ,20 Kč ,80 Kč provoz další 2 roky ,38 Kč ,80 Kč ,20 Kč Celkové náklady ,95 Kč ,00 Kč ,00 Kč 1 počítáno s průměrnou spotřebou 15,00 kwh/100 km dle jízdního cyklu NEDC (údaj výrobce) a nabíjecí účinností 89 % 2 průměrná cena elektřiny pro domácnosti za r. 2012, zdroj: UK. Department of Energy & Climate Change, 2013a 3 průměrná cena benzínu Natural 95 pro rok 2012, zdroj: ČSÚ, průměrná cena nafty pro rok 2012, zdroj: ČSÚ, cena povinného ručení za rok u pojišťovny Kooperativa, základní cena bez bonusů, ručení pojišťovny do výše 35 mil. Kč 6 cena služeb vybrané stanice STK ve středočeském kraji (Mladá Boleslav) 7 základní cena modelu bez příplatků (pro model Leaf provedení Visia, pro modely Golf - provedení Trendline) Zdroj: zpracováno dle ČSÚ, 2013; Kooperativa Pojišťovna a. s., 2012; Nissan Motor, 2013c, 2013d; STK Pecha v. o. s., 2013; UK. Department of Energy & Climate Change, 2013a; Volkswagen AG, 2013c 38

39 pořizovací cena provoz první 3 roky provoz další 2 roky Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč 0 Kč Nissan Leaf (80 kw) VW Golf 1.2 TSI 77 kw VW Golf 1.6 TDI 77 kw Obr. 17 Porovnání celkové investice do nákupu a provozu vozu Nissan Leaf, VW Golf 1.2 TSI 77 kw a VW Golf 1.6 TDI 77 kw, v rámci ČR. Dle provedeného srovnání vyplývá, že celkové náklady na pořízení a provoz elektrického Nissanu Leaf jsou přibližně o Kč vyšší než náklady na pořízení a provoz srovnatelného vozu s konvenčním pohonem (zážehovým či vznětovým motorem). V ČR tedy není ekonomicky výhodné, takový vůz si pořídit. Je však potřeba poukázat na to, že uvedené srovnání vychází z údajů o spotřebě uvedené výrobci (a často neodpovídá skutečnosti); na spotřebu má značný vliv i způsob jízdy. Srovnání ekonomičnosti vybraných 3 modelů bylo provedeno také pro situaci ve Spojeném království, kde je pořízení elektromobilu státem finančně podporováno. Do výpočtu byly stejně jako v předchozím případě zahrnuty náklady na palivo, technickou kontrolu (po prvních 3 letech provozu, dále pak každý rok) a roční povinné ručení (tzv. Third part only, což je obdoba našeho povinného ručení). Na rozdíl od výpočtu pojištění v ČR výši pojistného v UK ovlivňuje nejen typ vozidla a jeho parametry, ale také věk a pohlaví pojistitele, jeho bydliště, podmínky, za jakých je vozidlo zaparkováno, zaměstnání a účel užívání vozu. V rámci výpočtu nákladů na provoz ve Spojené království nebyla do kalkulace zahrnuta úspora na mýtném do centra Londýna při použití elektromobilu (jen těžko lze odhadnout, kolikrát do roka bude taková cesta zapotřebí a zda vůbec, při 39

40 možnosti využití hromadné dopravy). Výpočet celkových nákladů za 5 let provozu modelů Nissan Leaf, VW Golf 1.2 TSI a 1.6 TDI v UK je uveden v tab. 5, grafické porovnání nákladů znázorňuje obr. 18. Tab. 5 Výpočet provozních nákladů a návratnosti pořizovací ceny pro Nissan Leaf, VW Golf 1.2 TSI 77 kw a VW Golf kw, v rámci UK. Nissan Leaf (80 kw) VW Golf 1.2 TSI 77 kw VW Golf 1.6 TDI 77 kw spotřeba 16,85 kwh/100 km 1 4,9 l/100 km 3,8 l/100 km sazba za jednotku 0,1393 GBP/kWh 2 1,36 GBP/l 3 1,42 GBP/l 4 spotřeba na 100 km 2,35 GBP 6,67 GBP 5,40 GBP roční náklady na palivo ( km) 469,44 GBP 1 334,76 GBP 1 079,20 GBP roční povinné ručení ,00 GBP 2 684,00 GBP 2 620,00 GBP technická kontrola 6 54,85 GBP 54,85 GBP 54,85 GBP roční silniční daň 0,00 GBP 30,00 GBP 7 0,00 GBP 8 pořizovací cena ,00 GBP ,00 GBP ,00 GBP pořizovací cena po příspěvku na pořízení ,00 GBP ,00 GBP ,00 GBP provoz první 3 roky 9 475,32 GBP ,28 GBP ,60 GBP provoz další 2 roky 6 426,58 GBP 8 207,22 GBP 7 508,10 GBP Celkové náklady ,91 GBP ,50 GBP ,70 GBP 1 počítáno s průměrnou spotřebou 15,00 kwh/100 km dle jízdního cyklu NEDC (údaj výrobce) a nabíjecí účinností 89 % 2 průměrná cena elektřiny pro domácnosti za r. 2012, zdroj: UK. Department of Energy & Climate Change, 2013a 3 průměrná cena benzínu pro rok 2012, zdroj: UK. Department of Energy & Climate Change, 2013b 4 průměrná cena nafty pro rok 2012, zdroj: UK. Department of Energy & Climate Change, 2013b 5 cena ročního pojištění (Third part only) u One Call Insurance Services Ltd., kalkulováno pro 28letou, vdanou, bezdětnou řidičku z Liverpoolu, 5 let řidičský průkaz, bez bonusů 6 max. výše poplatku za MOT test 7 výše daně pro další roky, pro první rok je daň 0 GBP 8 vzhledem k nízké produkci CO 2 (99 g CO 2 /km) spadá tento model do skupiny vozů, pro které platí nulová sazba silniční daně 9 základní cena modelu bez příplatků (pro model Leaf provedení Visia, Golf - pětidvéřové provedení) Zdroj: Moneysupermarket.com, 2013; Nissan Motor, 2013d; UK. Department of Energy & Climate Change, 2013a, 2013b; VCA, 2013; Volkswagen AG, 2013b 40

41 pořizovací cena po dotaci provoz první 3 roky provoz další 2 roky GBP GBP GBP GBP GBP GBP GBP GBP 0 GBP Nissan Leaf (80 kw) VW Golf 1.2 TSI 77 kw VW Golf 1.6 TDI 77 kw Obr. 18 Porovnání celkové investice do nákupu a provozu vozu Nissan Leaf, VW Golf 1.2 TSI 77 kw a VW Golf 1.6 TDI 77 kw, v rámci UK. Z uvedené kalkulace vyplývá, že za daných podmínek se ve Spojeném království jednotlivci nákup elektromobilu a jeho provoz ekonomicky vyplatí, úspora činí GBP oproti zážehovému Golfu a GBP oproti dieselovému Golfu. Z grafu na obr. 18 je zároveň vidět, že návratnost investice do elektrického Nissanu je delší než první 3 roky provozu. Velkou roli v rámci ekonomické výhodnosti hraje již zmíněný příspěvek na pořízení elektromobilu (v případě Nissanu Leaf ve výši GBP); bez této dotace by výše celkových nákladů na elektromobil převýšila náklady na konvenční automobil. 41

42 4 Situace na trhu elektrických automobilů ČR Zatímco v jiných evropských státech je nabídka elektromobilů poměrně široká, v ČR jsou od 2. poloviny roku 2013 oficiálně k dostání 3 elektrické automobily: Nissan Leaf, Peugeot ion a BMW i3 (BMW, 2013b; Nissan, 2013c; Peugeot 2013b). V minulosti bylo možno v ČR koupit i dvoumístný elektrický Smart Fortwo ED a 2 sesterské elektromobily Peugeotu ion: Citroën C-Zero a Mitsubishi i-miev (Redakce Ekobonus.cz, 2013). Elektromobily Peugeotu a Citroënu jsou založeny na modelu Mitsubishi i-miev mají proto téměř shodné parametry, a to jak v rámci pohonu, tak i karoserie a podvozku. Zároveň všechny využívají stejného konektoru a komunikačního protokolu pro dobíjení pro rychlé stejnosměrné dobíjení konektor konsorcia CHAdeMO, pro střídavé dobíjení SAE J1772 (Horčík, 2010a; Peugeot, 2013a). Od října r přibyl v nabídce na našem trhu elektromobil BMW i3. Ten bude možno objednat za příplatek ( Kč) s dvouválcovým zážehovým motorem pro navýšení dojezdu na 340 km (BMW, 2013b). Přehled parametrů a ceny bateriových elektrických automobilů dostupných na trhu v ČR je uveden v tab. 6. Pokud má český spotřebitel zájem o některý z jiných elektrických automobilů, má možnost jej nechat dovést. Ze západní části EU si může pořídit např. některý z elektromobilů vyráběný francouzským Renaultem (dvoumístné vozítko Twizy, malý hatchback Zoe, sedan Fluence Z.E. či užitkový Kangoo Z.E.), již zmíněný dvoumístný Smart Fortwo ED a nově také luxusní elektromobil Tesla Model S (Daimler AG, 2013; Renault, 2013; Tesla Motors Inc., 2013f). 42

43 dobíjení výkon trakční baterie motor karoserie vozu hmotnost Tab. 6 Porovnání parametrů bateriových elektrických automobilů dostupných v současné době na trhu v ČR Parametry Nissan Leaf BMW i3 Peuget ion Pohotovostní (bez řidiče) [kg] max. užitečná [kg] délka [mm] výška [mm] šířka (bez zpětných zrcátek) [mm] rozvor kol [mm] rozchod předních kol [mm] rozchod zadních kol [mm] objem zavazadlového prostoru [dm 3 ] počet míst k sezení maximální výkon [kw] max. točivý moment [Nm] typ Li-ion Li-ion Li-ion kapacita [kwh] 24,00 18,80 16,00 poskytovaná záruka na baterie 5 let/ km 8 let/ km 5 let/ km 1 umístění baterií pod podlahou pod podlahou pod podlahu kombinovaná spotřeba 2 [kwh/100 km] 15,00 12,90 13,50 dojezd (dle NEDC) [km] max. rychlost [km.h -1 ] zrychlení km.h -1 [s] 11,5 7,2 15,9 konektor AC SAE J1772 Mennekes, Typ 2 SAE J1772 konektor DC CHAdeMO CCS CHAdeMO Cena základního provedení vč. DPH Kč Kč Kč 1 záruka udávaná výrobcem na celý pohonný systém, neudává záruku samostatně pro baterii 2 dle NEDC, ECE R101; spotřeba testována standardizovanou zátěží 68 kg hmotnost řidiče, 7 kg hmotnost nákladu Zdroj: zpracováno dle Nissan Motor, 2013a, 2013c, 2013d; BMW, 2013a, 2013b, 2013c; Peugeot 2013a, 2013b, 2013c 43

44 5 Dobíjecí infrastruktura Vzhledem k tomu, že dobíjení elektromobilu je časově náročnější než natankování klasického automobilu, nechávají se elektromobily dobíjet v místech parkování. Dobíjecí infrastruktura jako taková zahrnuje dobíjecí stanice v soukromém sektoru (domácí dobíjení), tak i ve veřejném (dobíjecí stanice přístupné na ulici, letištích či nádražích) a poloveřejném sektoru (nákupní střediska, hotely, banky, restaurace; Mennekes, 2012, s. 7). Vzhledem k obtížně dostupným údajům ohledně domácích dobíjecích stanic se práce zaměřuje na zmapování hustoty nabíjecích stanic ve veřejném a poloveřejném sektoru. Spolu s rozvojem elektrických vozidel docházelo k rozvoji a rozšiřování nabíjecích míst od veřejně dostupných zásuvek v plůtcích před významnými obchody, které sloužily k dobíjení elektrických kočárů koncem 19. stol. (Hromádko, 2012, s. 47), přes dobíjecí stanice s konektory individuálního tvaru dle výrobce vozu, až k dnešnímu trendu standardizace dobíjecího konektoru, nutného pro masové rozšíření elektrických vozů. K výraznému celosvětovému rozvoji dobíjecí infrastruktury dochází až od r Do konce r bylo celosvětově zprovozněno veřejných a polověřejných pomalých nabíjecích stanic a rychlonabíječek (International Energy Agency, 2013, s. 14). Vývoj počtu dobíjecích míst v rámci celosvětové infrastruktury je ilustrován na obr. 19, kde zelená křivka zobrazuje vývoj počtu pomalých dobíjecíc stanic, modrá křivka vývoj počtu rychlodobíjecích stanic. Zdroj: International Energy Agency, 2013, s. 14 Obr. 19 Celosvětový vývoj počtu pomalých dobíjecích stanic (slow chargers) a rychlodobíjecích stanic (fast chargers) od r do konce r

45 Nejvíce rychlodobíjecích stanic mají uživatelé k dispozici v Japonsku (1400 stanic koncem r. 2012), kde se také nachází nejvíce rychlodobíjecích stanic na počet elektrických vozidel v provozu (30 rychlodobíjecích stanic na 1000 elektrických vozidel). Vysoký počet dobíjecích míst se nachází také v USA, kde se z více jak 98 % jedná o dobíjecí stojany pro pomalé nabíjení (celkem bylo v USA dobíjecích stanic, z toho pouze 200 stanic rychlodobíjecích; International Energy Agency, 2013, s ). Mapa veřejných dobíjecích stanic v USA k datu je zobrazena v příloze č. 1 (U.S. Department of Energy, 2013b). Přehled počtu veřejných pomalých a rychlých dobíjecích stanic dle jednotlivých států je uveden v grafu na obr. 20. Zdroj: International Energy Agency, 2013, s. 14 Obr. 20 Přehled počtu pomalých dobíjecích stanic (slow chargers) a rychlodobíjecích stanic (fast chargers) dle států, stav koncem r Do r očekává Mezinárodní energetická agentura (IEA) nárůst celkového počtu pomalých dobíjecích stanic na 2,4 mil., rychlodobíjecíh stanic by mělo být k dispozici okolo Oficiálním cílem japonské vlády je navýšit do r počet pomalých dobíjecích stanic na 2 mil., rychlodobíjecích stanic na USA chtějí do r zvýšit celkový počet veřejných dobíjecích stanic na více než Rozšiřování počtu elektromobilů v provozu a rozvoj dobíjecí infrastruktury podporuje i Evropská komise, jejímž cílem je do r snížit emise skleníkových plynů v odvětví dopravy o min. 60 % v porovnání se stavem v r Pro 45

46 dosažení tohoto cíle hodlá konvenční automobily ve městech nahradit elektromobily do r má být podíl automobilů na konvenční paliva ve městech snížena na polovinu, do r by měly zmizet z městského provozu zcela. K tomu je zapotřebí rozvinout stávající dobíjecí infrastrukturu počet dobíjecích stanic by měl z počtu stanic koncem r stoupnout na stanic do konce r Evropská unie bude pro tento účel poskytovat finanční podporu z programu TENT-T pro rozvoj transevropské dopravní sítě, fondů soudržnosti a strukturálních fondů (Evropská komise, 2011, 2013). Přehled počtu veřejných dobíjecích míst koncem r a plánovaného počtu pro r je uveden v příloze č. 2 (Evropská komise, 2013). 5.1 Dobíjecí infrastruktura v ČR Za rozvojem sítě dobíjecích stanic v ČR stojí především iniciativa občanského sdružení Elektromobily o. s., jehož zasazování se o rozvoj elektromobility u nás sahá do r. 1980, k oficiálnímu založení došlo až v r Elektromobily o. s., v čele s předsedou Mgr. Jaromírem Vegrem, sdružuje průmyslové podniky, výzkumné instituce a další firmy či státní orgány, které se podílejí na výzkumu a inovacích v oblasti elektromobility, jakož i jednotlivé uživatele elektrických vozidel. Cílem sdružení je podpora rozvoje elektromobility v ČR (Elektromobily o. s., 2010). První veřejně dostupné dobíjecí místo bylo vybudováno v Desné v Jizerských horách v dubnu r Šlo o pomalé nabíjení střídavým proudem, určené především pro dobíjení elektrických vozíků pro handicapované, ale poskytovalo možnost dobít také elektrický vůz (MF DNES, 2007). Do listopadu r vzrostl aktuální počet dostupných dobíjecích na 193 míst (s počtem 208 stanic), z čehož 59 dobíjecích míst bylo soukromých. Soukromá dobíjecí místa poskytují většinou členové sdružení či jiní nadšenci pro elektromobily. Mapa veřejných a neveřejných dobíjecích míst je zobrazena na obr. 21, dobíjecí místa jsou barevně rozlišena dle poskytovaného nabíjecího výkonu (od fialové barvy pro pomalé AC dobíjení v nabíjecím režimu 1 až po zeleně označné rychlé AC dobíjení v nabíjecím režimu 3). 46

47 Zdroj: ASEP, 2013 Obr. 21 Mapa dobíjecích míst v ČR (stav listopad r. 2013) Ze 149 veřejných a poloveřejných dobíjecích stanic jich 45,6 % provozují dodavatelé elektrické energie, 16,8 % ubytovací a stravovací zařízení (hotely, penziony, autokempy a restaurace), 7,4 % prodejci a výrobci elektrických automobilů (vč. dealerů velkých výrobců jako např. Peugeot); dobíjení elektromobilů poskytují i některé obce v rámci infocenter, vzdělávací instituce, elektrárny využívající obnovitelné zdroje či samotní dodavatelé dobíjecí techniky. Struktura veřejně přístupných dobíjecích stanic v ČR je zachycena na obr. 22. výrobce elektrických zařízení 4 stanice auto- a motoservis 3 stanice pojišťovny 2 stanice ostatní 17 stanic malé elektrárny 5 stanic čerpací stanice 6 stanic dodavatelé elektrické energie 68 stanic obec, vzdělávací instituce 8 stanic autodealer / výrobce elektrovozů 11 stanic ubytovací a stravovací zařízení 25 stanic Zdroj: zpracováno dle ASEP, 2013 Obr. 22 Struktura veřejně přístupných dobíjecích stanic v ČR v listopadu r

48 počet dobíjecích stanic Jedním z nejdůležitějších budovatelů veřejně dostupných dobíjecích stanic v ČR je firma ČEZ a. s. Ta od listopadu r vystavěla 38 dobíjecích stanic (z toho 34 veřejných), z čehož ta před pražskou centrálou ČEZu v Praze 4 umožňuje rychlé dobíjení stejnosměrným proudem o výkonu 50 kw prostřednictvím konektoru konsorcia CHAdeMO (ČEZ a. s., 2013e). Vývoj počtu dobíjecích stanic firmy ČEZ je znázorněn na obr / / / / / / / /2013 Zdroj: zpracováno dle ČEZ a. s., 2012a j, 2013a d Obr. 23 Vývoj počtu dobíjecích stanic vybudované firmou ČEZ v ČR. ČEZ buduje své dobíjecí stanice zejm. u infrastrukturních partnerů, mezi které patří některá města (např. Vrchlabí, Pardubice, Ostrava) či městské části (Praha 5, 14 a 16), dále pak síť supermarketů Kaufland či Tesco Stores, obchodní centra vlastněná společností Ségécé Česká republika (OC Nový Smíchov a Novodvorská Plaza v Praze, OC Plaza v Plzni) a další společnosti, např. řetězec rychlého občerstvení McDonald s či prodejce automobilů AAA Auto (ČEZ, 2013g). K listopadu r se nacházelo 22 stanic v Praze (vč. té rychlodobíjecí na stejnosměrný proud), 2 v Plzni, 2 ve Vrchlabí, 1 v Trutnově, 2 v Hradci Králové, 1 v Sedlci-Prčici (ta je mimo jiné sídlem občanského sdružení Elektromobily), 1 v Dukovanech a 3 v Ostravě. Každá ze stanic je osazena 2 zásuvkami jednou standardní zásuvkou o napětí 230 V pro dobíjení jednofázovým proudem o velikosti 16 A a jednou zásuvkou typu Mennekes o napětí 400 V pro dobíjení třífázovým proudem o velikosti 32 A. Dobíjecí kabel musí mít majitel elektromobilu svůj (ČEZ a. s., 2012k). Pro využívání dobíjecích stanic je třeba mít s firmou ČEZ uzavřenou zákaznickou smlouvu, služba je zpoplatněna měsíčním paušálem ten r činil 100 Kč, r a 2014 pak 150 Kč. Na základě smlouvy je 48

49 zákazníkovi přidělen RFID čip, pomocí kterého stanici odemkne a dle nějž dochází k fakturaci služby. Stání u dobíjecí stanice je vyhrazeno elektrickým vozům (ČEZ a. s., 2013f, 2013i). Firma ČEZ plánuje další rozšíření dobíjecích stanic v horizontu několika let. Původním plánem bylo provozovat do konce r na 200 dobíjecích stanic v ČR, tohoto cíle však nebylo ani zdaleka dosaženo. Rozšiřování je plánováno zejm. u infrastrukturních partnerů konkrétně u firem Tesco a McDonald s, či ve městech Dolní Břežany a Cerhenice ve Středočeském kraji (ČEZ a. s., 2013g, 2013h). Do r má ČEZ v plánu vybudovat celorepublikovou páteřní síť, která by zajišťovala cestování mezi krajskými městy (viz obr. 24). Roku 2020 by ČEZ měl provozovat 500 nabíjecích stanic, čímž by mělo být zajištěno celorepublikové pokrytí dobíjecí infrastrukturou ČEZu (Knespl, 2013). Zdroj: Knespl, 2013, s. 4 Obr. 24 Plánovaný stav dobíjecí infrastruktury firmy ČEZ v r (červeně značné jsou dobíjecí stanice vystavěné do května r. 2013). Druhým velkým poskytovatelem veřejných dobíjecích stanic v ČR je firma Pražská energetika, a. s. (PRE). Ta se v rámci budování sítě dobíjecích stanic soustředila na region Prahy, kde do listopadu r zřídila 15 nabíjecích míst s počtem 27 dobíjecích stojanů (přičemž dobíjecí stanice u úřadu městské části Praha je neveřejná a určená pouze pro zaměstnance). Z toho 10 dobíjecích stojanů se nachází v garážích v rámci Centra Černý Most, 4 před Centrem energetického 49

50 poradenství PRE, dále je pak v daných lokalitách vždy po 1 stanici. PRE poskytuje další 2 mimopražské dobíjecí stanice u nákupních parků v Brně a Ostravě. Prvních 5 stanic provozovaných PRE bylo zprovozněno v únoru r V grafu na obr. 25 je zachycen vývoj počtu dobíjecích stanic (označovaných jako epointy) a dobíjecích míst provozovaných Pražskou energetikou. Spolu s tím je na obr. 25 zanesen i údaj o nákupu elektrických vozidel pro potřeby firmy (Vodrážka, 2013, s. 4). Zdroj: Vodrážka, 2013, s. 4 Obr. 25 Vývoj počtu nabíjecích míst a stanic firmy PRE Většina stanic Pražské energetiky je dostupná non-stop; parkovací stání je obdobně jako u ČEZu vyhrazeno elektromobilům. Dobíjecí stojan se odemkne pomocí RFID karty; ta je firmou PRE do konce r zapůjčována majitelům elektrických vozidel bezplatně. Dodavatelem dobíjecích AC sloupků je finská firma ENSTO; zatím jedinou stanici pro DC rychlodobíjení (umístěnou před sídlem PRE) dodal švýcarský výrobce zařízení pro energetický průmysl ABB (Pražská energetika a. s., 2013a, 2013b, 2013c). Také další distributoři elektrické energie, firmy RWE AG a E.ON AG, budují svoji dobíjecí infrastrukturu, avšak zatím ne tak rozsáhlou. Německý dodavatel elektřiny a plynu RWE zprovoznil koncem května r rychlodobíjecí stanici před svou 50

51 centrálou v Praze (jedna zásuvka slouží pro dobíjení střídavým proudem o výkonu 22 kw, druhá pro dobíjení stejnosměrným proudem o výkonu 50 kw). Od té doby však další stanici v ČR nevystavěl, ačkoliv k listopadu r provozoval v Evropě 1009 dobíjecích míst (RWE AG, 2012, 2013). Distributor elektřiny E.ON otevřel první veřejnou dobíjecí stanici již v květnu r. 2010, a to v Brně v prostorách parkoviště nákupního centra Galerie Vaňkovka. Do listopadu r zřídil další 4 dobíjecí místa (1 v Brně v areálu letiště a 3 v Praze). Dobíjení je u stanic firmy E.ON zatím poskytováno bezplatně a je dostupné non-stop. K odemčení stojanu je užito E.ON autorizační karty, ta je k dispozici v místě stanice (E.ON Česká republika, s. r. o., 2010, 2012; Redakce Ekobonus.cz, 2011a; Siemens s. r. o., 2011). E.ON má v plánu do r vystavět dalších 5 až 10 veřejných dobíjecích míst, a to především u obchodních center (Fürst, 2013, s. 41). Český stát plánuje přispívat k rozvoji dobíjecí infrastruktury. ČR je v rámci Evropské unie zapojena do programu na podporu tzv. čisté mobility. Projektu se účastní některá ministerstva a asociace řešící otázky elektromobility a pohonu na CNG. Investiční prioritou je v rámci programu rozvoj nízkouhlíkových dopravních systémů a podpora udržitelné městské dopravy, konkrétně tedy podpora vozidel na CNG a elektřinu a s tím související rozvoj potřebné infrastruktury (Muřický, 2013). 5.2 Shrnutí Počet dobíjecích stanic v ČR je v porovnání se státy západní Evropy nízký. K listopadu r bylo uživatelům elektromobilů k dispozici 193 dobíjecích míst, z čehož 59 míst poskytovaly soukromé osoby. Veřejné stanice provozují 4 energetičtí distributoři - ČEZ, PRE, RWE a E.ON; v rámci poloveřejných dobíjecích míst mohou majitelé elektromobilů své vozy dobít v areálu některých ubytovacích zařízení či u některých autodealerů. První veřejně dostupnou dobíjecí stanici zprovoznila až v květnu r firma E.ON. Graf vývoje počtu dobíjecích stanic provozovaných energetickými distributory v ČR je zobrazen na obr

52 05/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /2013 počet veřejných dobíjecích stanic Obr. 26 Graf vývoje počtu dobíjecích stanic provozovaných energetickými distributory v ČR Celkem dnes energetičtí distributoři v ČR provozují 68 veřejných dobíjecích stanic, z toho 52 stanic v Praze (viz mapa na obr. 27). Stanice jsou vybaveny konektorem typu Mennekes pro AC dobíjení (kabel musí mít uživatel svůj), pouze 3 stanice umožňují rychlé DC dobíjení (prostřednictvím konektoru CHAdeMO, rychlodobíjecí stanice zatím nejsou vybaveny konektorem CCS). Většina z dobíjecích stojanů je přístupná non-stop; k jejich odemčení je zapotřebí RFID identifikátoru (v podobě klíčenky či karty). Dobíjení je u firmy ČEZ zpoplatněno měsíčním paušálem; ostatní distributoři jej zatím poskytují bezplatně. Obr. 27 Rozmístění dobíjecích stanic provozovaných distributory energie v ČR (stav k listopadu r. 2013) 52

53 6 Prodeje bateriových elektrických automobilů Prodeje bateriových elektrických vozů (BEV) rok od roku stoupají, zejména pak od r (viz obr. 29), kdy se začalo rozvíjet budování dobíjecí infrastruktury. V současné době zaujímají elektromobily celosvětově tržní podíl 0,02 % ze všech osobních automobilů. Jak je vidět z obr. 28, největšími trhy elektrických automobilů jsou Japonsko ( prodaných elektromobilů v r. 2012) a Spojené státy americké ( prodaných elektromobilů v r. 2012). V Evropě zaujímají významné postavení na trhu Francie, Norsko, Německo a Spojené království. Cílem International Energy Agency je zvýšit počet prodaných elektromobilů do r na 5,9 mil. (International Energy Agency, s. 10, 12; EDTA, 2013). Zdroj: International Energy Agency, s. 12 Obr. 28 Světové prodeje bateriových elektrických vozů za r. 2012, rozdělení dle zemí. I přes rostoucí počet prodaných bateriových elektrických vozidel zůstává jejich podíl na celkovém trhu osobních automobilů v jednotlivých státech nízký za prvních 10 měsíců r činil tento podíl v UK 0,12 %, ve Francii 0,33 % a v USA 0,30 % (CCFA, 2013, s. 38; EDTA, 2013; SMMT, ). Vývoj počtu prodaných BEV na trhu UK, Francie a USA je znázorněn na obr. 29. počet prodaných BEV * počty prodaných BEV za měsíce 1-10/ * * * UK FR USA Zdroj: zpracováno dle CCFA, 2013, s. 38; EDTA, 2013; Observatoire du Véhicule d Entreprise, 2013; SMMT, Obr. 29 Počet ročně prodaných bateriových elektrických vozidel na trhu UK, Francie a USA 53

54 Nejlépe prodávaným elektrickým vozem v Evropě je Nissan Leaf (24,48 % všech prodaných BEV v období od ledna r do srpna r. 2012). Následují jej sesterské modely Mitsubishi i-miev, Citroën C-Zero a Peugeot ion (ty zaujímají v součtu tržní podíl 45,41 %). Přibližně 6% podíl zaujímá každý z modelů Renault Fluence, Smart Fortwo ED a Bolloré Bluecar (AVERE, 2012, s. 1). 6.1 Prodeje elektromobilů v ČR V ČR bylo v listopadu r evidováno celkem 307 elektrických automobilů, z nichž 161 jich bylo tzv. nové generace (elektrických automobilů vyrobených od r a mladších; Marušinec, 2013; s. 8). Počet prodaných bateriových elektrických vozů v ČR je v porovnání se státy západní evropy velmi nízký r se na mil. obyv. ČR prodalo v průměru 7,52 elektrického osobního automobilu (pro srovnání: v UK se za stejné období prodalo 20,04 BEV/mil. obyv. a ve Francii 86,59 BEV/mil. obyv). První 4 elektromobily, z těch sériově vyráběných, se v ČR prodaly v prosinci r Jednalo se o elektrický dvoumístný vůz Smart Fortwo ED. Od prosince r do října r bylo registrováno 161 nových elektrických vozů, v průměru tedy 5 vozů měsíčně. Průměrný podíl BEV na celkových registracích nových osobních automobilů činil 0,03 %. V grafu na obr. 30 jsou znázorněny počty nově registrovaných bateriových elektrických automobilů v ČR (SDA/CIA, ) * počty prodaných BEV za měsíce 11-12/2013 byly vypočteny na základě porovnání měsíčních prodejů minulých let * Zdroj: zpracováno podle SDA/CIA, Obr. 30 Počty nově registrovaných bateriových elektrických vozů na území ČR za období 10/ /

55 Co se týče struktury prodejů, má téměř 50% podíl na prodejích Peugeot ion; dalšími poměrně úspěšně prodávanými modely byly Citroën C-Zero (sesterský model Peugeotu ion, patřící do segmentu nižší třídy) a Smart Fortwo ED (řadící se do segmentu velmi malých městských vozů). V porovnání s vozem segmentu střední třídy, Nissanem Leaf, byly tyto modely na českém trhu nabízeny delší dobu. Jedním z nejméně prodávaných elektromobilů v ČR je zatím BMW i3, vzhledem k náběhu jeho prodejů v říjnu 2013 lze však očekávat nárůst jeho tržního podílu. Počty prodaných bateriových elektrických vozů na trhu v ČR za období od října r do října r jsou znázorněny v grafu na obr. 31. Nissan Leaf 11 vozů Škoda Octavia 1 vůz BMW i3 1 vůz Mitsubishi i-miev 2 vozy Smart Fortwo ED 27 vozů Citroën C-Zero 43 vozů Peugeot ion 76 vozů Zdroj: zpracováno podle SDA/CIA, Obr. 31 Počty prodaných modelů na trhu BEV v ČR, za období 10/2010 až 10/2013. Vývoj počtu prodejů elektrických automobilů v ČR je značně ovlivněn nákupem energetických firem, které do své firemní flotily zařadily bateriové elektrické vozy tyto prodeje celkem tvořily 45,96 % veškerých prodejů osobních elektrických automobilů registrovaných od r ČEZ využívá pro testování provozu svých stanic 40 Peugeotů ion, společnost E.ON vlastní 25 elektromobilů Smart Fortwo ED, Pražská energetika a. s. má ve svém vozovém parku 7 Citroënů C-Zero, RWE v ČR provozuje 2 Citroëny C-Zero. Část elektřinou poháněných vozů využívají zaměstnanci pro běžnou potřebu, část těchto automobilů distributoři zapůjčily orgánům státní správy, technickým vysokým školám a dalším organizacím za účelem testování v běžném provozu a propagace elektromobility (Vodrážka, 2013; Fürst, 2013; RWE AG, 2011; ČEZ a. s., 2013d). 55