Ekologizacja transportu poprzez zastosowanie fotowoltaiki dla zasilania samochodów elektrycznych (EV)

Key words: sustainable development, electric cars, photovoltaics, renewable energy, alternative fuels.

Słowa kluczowe: zrównoważony rozwój, samochody elektryczne, fotowoltaika, energia odnawialna, paliwa

alternatywne.

Streszczenie

Rynek samochodów elektrycznych rozwija się w ostatnich latach bardzo dynamicznie. Powodem tego stanu rzeczy jest między innymi ogromny postęp technologiczny w dziedzinie baterii litowo-jonowych, produkcji EV, a także rosnące korzyści skali dla tego rynku. W celu zapewnienia zrównoważonego transportu dzięki samochodom elektrycznym, potrzebne jest także ekologicznie czyste paliwo – energia elektryczna pochodząca z odnawialnego źródła energii - które w stu procentach zasili samochód elektryczny. Niniejsza praca udowadnia, że już dzisiaj w segmencie samochodów premium opłacalne staje się użytkowanie samochodu elektrycznego w połączeniu z inwestycją w odnawialne źródło energii – fotowoltaikę – jako źródło paliwa. W porównaniu do samochodu spalinowego, przy zachowaniu podobnych warunków jezdnych i komfortu, EV okazuje się nieporównywalnie tańszy w eksploatacji od samochodu spalinowego, przy porównywalnych cenach zakupu. Wraz ze wzrostem rynku EV, w kolejnych latach obserwowane będzie przesuwanie się opłacalności także do kolejnych segmentów rynku samochodów, tj. compact i mini.

Summary

Electric vehicles’ market has been developing dynamically for the last couple of years. The reason for that is amongst other huge technological development in lithium-ion batteries, EV production, as well as rising economies of scale for this market. In order to enable sustainable transportation thanks to electric vehicles, the ecological fuel is also needed – energy coming from renewable energy source – which will secure fuel for EV in one hundred percent. This paper proves that already today it is economically viable to use electric car in a premium segment in connection with the investment in a renewable energy source – photovoltaics. In comparison to the combustion engine car, provided that all the quality of driving and comfort conditions are comparable, EV turns out to be way cheaper in maintenance, given comparable purchase prices. Together with EV market development, moving the EV profitability towards compact and mini segments will be observed.

Do niedawna rynek motoryzacyjny oraz rynek energii elektrycznej traktowane były oddzielnie i niezależnie. Nie istniały pomiędzy nimi synergie, ani powiązania dla klientów. Powód tego stanu rzeczy jest oczywisty – różne rodzaje nośników energii – choć w większości kopalne w obu przypadkach. Samochody elektryczne otwierają w tym kontekście zupełnie nowy wymiar użyteczności. Są nie tylko sposobem na przemieszczanie się, ale także mogą służyć jako magazyn energii elektrycznej, zdolny do dysponowania mocą w czasie jej największego zapotrzebowania. Z punktu widzenia klienta, energia elektryczna staje się wspólnym mianownikiem dla potrzeb przemieszczania się i funkcjonowania gospodarstwa domowego czy firmy. I tutaj właśnie pojawia się rola energii odnawialnej, w szczególności fotowoltaicznej. Energia pozyskana ze słońca poprzez coraz bardziej zaawansowane technologicznie panele fotowoltaiczne jest w stanie uniezależnić klientów od paliw kopalnych wszędzie tam, gdzie energia jest potrzebna. Dziś odbywać się to może w części - a w przyszłości - w stu procentach, przy dynamicznie rozwijającej się technologii i rosnących korzyściach skali. Dom przyszłości niewątpliwie produkować będzie więcej energii niż jej zużywać, pokrywając jednocześnie zapotrzebowanie na energię EV. Jeszcze kilka lat temu taki rozwój rynku mógł uchodzić za mało realistyczne myślenie życzeniowe, które głównie ze względu na wysokie koszty produkcji, pozbawione było możliwości szybkiej realizacji. Po raz kolejny jednak świat zaskakiwany jest innowacjami, które mają szanse diametralnie zmienić zachowania konsumentów poprzez zaoferowanie nowej jakości w pozyskiwaniu energii i transporcie. Fotowoltaika wysuwa się na zdecydowanego lidera OZE w tym zakresie, głównie ze względu na łatwość jej zastosowań, wkomponowania w budynki i infrastrukturę ładowania EV.
Parafrazując Ericha Fromma1 – potrzebne jest nam nie tylko „zdrowe społeczeństwo” ale także społeczeństwo postępujące odpowiedzialnie w stosunku do środowiska, czego wyrazem jest zwiększanie udziału odnawialnych źródeł energii w konsumpcji i transporcie. Technologia fotowoltaiczna daje szansę na powodzenie tej idei zarówno w pierwszym jak i w drugim sektorze.

Historia EV

Idea samochodów elektrycznych nie jest nowa. Wręcz przeciwnie – samochód napędzany energią elektryczną był poprzednikiem auta spalinowego. Już na początku XX wieku skonstruowano pierwsze samochody napędzane akumulatorami (Anthony, Baker, Detroit, Edison, Studebaker). Jednak już po kilku latach samochody spalinowe zaczęły wypierać z rynku pojazdy elektryczne głównie z powodu sukcesu Forda we wprowadzeniu na rynek forda T. Ciągłe ulepszanie silników spalinowych (rozrusznik, chłodnica) spowodowało, że ostatecznie zdominowały one rozwój motoryzacji na dziesięciolecia. W latach dziewięćdziesiątych w Stanach Zjednoczonych na krótko odrodziła się idea wprowadzenia na rynek samochodu elektrycznego dzięki preferencjom podatkowym. Wyprodukowano EV takich marek, jak General Motors EV1, Toyota, Honda, Ford, Nissan, Chrysler. Na skutek protestów środowiska motoryzacyjnego i lobby naftowego samochody elektryczne nie zdobyły jednak rynku USA w tamtym czasie.

Obecny stan rynku

Samochód elektryczny jest obecnie uważany za produkt bardzo drogi, luksusowy. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest głównie brak ich masowej produkcji. Prekursorem nowoczesnych samochodów elektrycznych jest kalifornijska Tesla Motors, która wprowadziła na rynek w 2008 roku samochód Tesla Roadster, oferując go w liczbie około 1000 sztuk2 w cenie około 109 000 dolarów amerykańskich. Tesla Roadster jest samochodem sportowym o zasięgu ponad 400 kilometrów, o ponadprzeciętnych osiągach, konkurującym z najlepszymi samochodami sportowymi o napędzie spalinowym. Tesla Motors w 2012 roku wprowadziła na rynek pierwszy luksusowy samochód kompaktowy - Teslę S, której sprzedaż rozwija się obecnie dynamicznie3. W całym 2014 roku Tesla Motors sprzedała blisko 30 000 samochodów. Poza Tesla Motors, będąca segmentem premium, na światowym rynku znaczną role odgrywają samochody w klasie kompaktowej, takie jak Nissan Leaf, będący światowym liderem, jeśli chodzi o liczbę sprzedanych samochodów, a także między innymi BMW i3, czy Renault Zoe. W pierwszej połowie 2014 roku nastąpiła inauguracja sprzedaży dwóch ostatnich modeli w Polsce4. W 2015 i kolejnych latach spodziewana jest kolejna seria nowych samochodów elektrycznych na światowym rynku. Plany Tesli Motors to sprzedaż 50 000 modeli Tesli S w 2015 roku5.

Na świecie szereg wiodących firm motoryzacyjnych zapowiedziało produkcję samochodów elektrycznych na większą skalę6. Inwestycje poszczególnych firm ilustruje Tabela 1. Na szczególną uwagę zasługuje wyżej już wspomniana Tesla Motors z dwoma modelami: Teslą S (pozycja 22) i Teslą X (pozycja 1). Samochody te swoim designem, osiągami oraz znacznie dłuższym dystansem jazdy stają się liderami innowacyjności na światowym rynku.

Tabela 1 Inwestycje wybranych firm motoryzacyjnych w samochody elektryczne, stan na kwiecień 2013
Lp

Rok wejścia na rynek

Marka

Firma

Typ

Produkcja

1 2015

Tesla Model X

Tesla Motors Inc

BEV

Koncepcyjna

2 2014

SIM-Drive SIM- WIL

SIM-Drive Corp

BEV

Koncepcyjna

3 2014

China Great Wall Motor Co EV

Sedan

CODA Automotive Inc

BEV

Duża produkcja

4 2014

FAW-VW Kaili E88

FAW-Volkswagen Co Ltd

BEV

Duża produkcja

5 2013

Audi R8 E-tron

Audi AG

BEV

Mała produkcja

6 2013

BMW i3

Bayerische Motoren

Werke AG

BEV

Koncepcyjna

7 2013

Mercedes Benz SLS eDrive

Daimler AG

BEV

Ogłoszona

8 2013

Chevrolet Spark EV

General Motors Co

BEV

Koncepcyjna

9 2013

Volkswagen Up E- Motion

Volkswagen AG

BEV

Duża produkcja

10 2013

Nissan e-NV200

Nissan Motor Co Ltd

BEV

Koncepcyjna

11 2013

Honda Fit EV

Honda Motor Co Ltd

BEV

Demonstracyjna

12 2013

BYD-Daimler Denza

Shenzhen BYD

Daimler New

Technology Co/The

BEV

Koncepcyjna

13 2013

Ssangyong KEV2

Ssangyong Motor Co

BEV

Koncepcyjna

14 2013

Citroen Berlingo Electrique

Peugeot SA

BEV

Ogłoszona

15 2013

Fiat 500e

Fiat SpA

BEV

Duża produkcja

16 2013

Mahindra e2o

Mahindra & Mahindra Ltd

BEV

Mała produkcja

17 2012

Ford Focus Electric

Ford Motor Co

BEV

Mała produkcja

18 2012

Kia Ray EV

Kia Motors Corp

BEV

Mała produkcja

19 2012

Renault Fluence ZE

Renault SA

BEV

Mała produkcja

20 2012

Renault Zoe ZE

Renault SA

BEV

Mała produkcja

21 2012

Smart forTwo EV

Daimler AG

BEV

Mała produkcja

22 2012

Tesla Model S

Tesla Motors Inc

BEV

Ok. 30 tyś w 2014

BEV- battery electric vehicle – samochód w 100% elektryczny

HEV- hybrid electric vehicle – samochód elektryczny hybrydowy

PHEV- plug-in hybrid electric vehicle – samochód elektryczny hybrydowy z możliwością ładowania baterii jak BEV

 

Źródło: Bloomberg, 04.2013, dane rynkowe

 

Bodźce promujące samochody elektryczne

Głównym bodźcem do produkcji samochodów elektrycznych w Europie stało się przyjęcie pakietu klimatycznego w Unii Europejskiej, który zakłada obniżenie emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych o 20% do roku 2020 w stosunku do roku 1990. W ślad za tym, prawodawstwo Unii Europejskiej w postaci Regulacji EC No 443/2009 z dnia 23 kwietnia 2009 roku, dotyczącej ustanowienia standardów obniżenia emisji spalin dla samochodów pasażerskich, określiło limit emisji CO2. Wynosi on dla nowo produkowanych samochodów 120 g CO2/km. Wyżej wymienioną wartość emisji jest zobligowany uzyskać każdy producent samochodów w Unii Europejskiej. Od roku 2020 wartość ta powinna spaść średnio do 95 g CO2/km7. Biorąc pod uwagę emisyjność najbardziej oszczędnych, nowych samochodów w klasie A (np. Mercedes klasa A posiadający średnie spalanie na poziomie 4,9 l.100 km oraz emisyjność 128 g CO2/km), spełnienie wyżej wymienionych regulacji unijnych będzie wręcz niemożliwe bez wprowadzenia na rynek samochodów elektrycznych. Spowodują one bowiem spadek średniej emisyjności, ponieważ jako samochody napędzane przez akumulatory nie emitują gazów cieplarnianych.

Pozostaje jednak pytanie o emisyjność pierwotną, potrzebną do wytworzenia energii elektrycznej, zgromadzonej w aucie elektrycznym. Przyjmijmy dla przykładu warunki polskie, które wydają się skrajne na tle krajów unijnych, jeśli chodzi o emisję CO2. Przy założeniu, że samochód elektryczny zużywa około 15 kWh na 100 kilometrów8 oraz emisja CO2 1 MWh energii elektrycznej w sieci elektroenergetycznej wynosi ok. 0,89 tony9, obniżona o około 10% udziału OZE w sieci elektroenergetycznej, to samochód elektryczny emituje około 120 g CO2/km, czyli mniej więcej tyle samo, co bardzo dobrej klasy pod względem emisji samochód o napędzie spalinowym. Tak więc całkowita emisyjność samochodu elektrycznego, jeśli chodzi CO2, pozostaje na tym samym poziomie. Sytuacja zmienia się jednak, gdy zastąpi się źródło konwencjonalne odnawialnym źródłem energii w 100%. Wtedy emisyjność samochodu elektrycznego spadłaby do 0 g CO2/km. W warunkach polskich jednak, taka wartość jest niemożliwa do osiągnięcia. Należy przyjąć docelowo w 2017 roku 12,9% energii odnawialnej w finalnej sprzedaży energii elektrycznej do odbiorców końcowych10. Daje to obniżenie emisyjności do poziomu około 116 g CO2/km11. Z roku na rok następował będzie stopniowy postęp w obniżaniu emisyjności polskiej elektroenergetyki na skutek wyłączania starych bloków energetycznych i zastępowania ich bardziej efektywnymi nowymi mocami, tj. blokami gazowymi, węglowymi, a być może także jądrowymi, bazującymi na czystych technologiach12 oraz źródłami wykorzystującymi odnawialne źródła energii. Daje to ogromny potencjał do obniżenia emisyjności CO2 również w transporcie, jako że będzie on pośrednio korzystał z czystych technologii zastosowanych w elektroenergetyce.

Warto podkreślić, iż wielkość emisji CO2 spada w Polsce regularnie. Poczynając od 1990 roku obserwuje się zmniejszenie emisji z 375 tys. ton CO2 do nieco ponad 320 tys. ton w roku 201313, co stanowi spadek o ponad 14%. Z kolei udział transportu w całkowitej emisji CO2 wynosi 13,4%14. Stanowi on więc istotną część emisji szkodliwych gazów do atmosfery. Rządy wielu państw europejskich prowadzą wysiłki w celu obniżenia emisyjności szkodliwych gazów pochodzących z transportu. Jednak jak pokazują dane statystyczne, od roku 1990 nastąpił w Unii Europejskiej nie spadek, a wzrost udziału emisji gazów pochodzących z transportu. Porównując rok 1990 z 2012 było to 14%15. Jednocześnie zauważalna jest pozytywna tendencja spadkowa od roku 2000: udział emisji gazów z transportu w porównaniu do roku 2012 spadł o 2,7%16.
Jednym ze sposobów w osiągnięciu celu zmniejszenia emisji jest promowanie produkcji bądź zakupu samochodów elektrycznych. Tabela 2 przedstawia systemy wsparcia dla EV, aktualne w roku 2014, także w krajach poza Unią Europejską.

Tabela 2 Wsparcie rządowe dla rozwoju rynku samochodów elektrycznych w wybranych krajach, stan na 2014 rok

NORWEGIA
Wielkość rynku w 2013 r.: 7882 auta (5,5% rynku).
Wsparcie rządowe:
- zwolnienie z podatku VAT od zakupu auta
- zwolnienie z innych podatków od zakupu i sprzedaży EV
- zwolnienie z opłat za parkowanie (szczególnie istotne w Oslo)

DANIA
Wsparcie rządowe:
– zwolnienie z podatku VAT za zakup EV poniżej 2000 kg. Budżet 6,6 milionów dolarów.

HOLANDIA
Wsparcie rządowe:
- zwolnienie z podatku VAT od zakupu auta
- zwolnienie z rocznego podatku od posiadania auta

FRANCJA
Wsparcie rządowe: samochody emitujące poniżej 20 gram CO2/km otrzymują wsparcie 6 300 euro, z maksymalnym wsparciem 20% wartości samochodu brutto. Ponadto EV zwolnione są z podatku od samochodów.

WIELKA BRYTANIA
Plan: 800 000 EV do 2020 Wsparcie rządowe:
- ulga w postaci 5 000 funtów od samochodów poniżej progu emisji 75 g CO2/km

- zwolnienie z podatku od posiadania auta

CHINY
Wielkość rynku w 2020:
5 milionów EV/PHEV przed 2020 rokiem
Wsparcie rządowe:
- zwolnienie z 10% podatku na zakup EV

NIEMCY
Wielkość rynku w 2020: 1 milion EV/PHEV przed 2020 rokiem Wsparcie rządowe: coroczne zwolnienie od podatku od posiadania auta przez okres 10 lat licząc od daty zakupu EV, a także 1 miliard euro na badania i rozwój do 2013 r.

SZWECJA
Wielkość rynku w 2020: 600 000 EV
Wsparcie rządowe:
- zwolnienie od podatku od posiadania auta przez okres 5 lat licząc od daty zakupu EV dla samochodów poniżej zużycia energii 37 kWh/100 km.
- Super green car premium: wsparcie 40 000 SEK, dla pierwszych 5 000 tysięcy aut,poniżej emisji CO2 na poziomie 50g/km.

USA
Wielkość rynku w 2020: 1 milion do 2015
Wsparcie rządowe:
Do 7 500 dolarów na samochód dla pierwszych 200 tyś aut
Ponad 2 miliardy dolarów subsydiów dla producentów baterii oraz komponentów EV/PHEV.

Źródła: 1) ACEA: Overview of purchase and tax incentives for electric vehicles in the European Union, 04 2014, 2) Environmental Science and Policy 42 (2014): The Norwegian support and subsidy policy of electric cars. Should it be adopted by other countries? Bjart Holtsmark, Anders Skonhoft, 3) Bloomberg.com (wsparcie EV w Chinach), 4) opracowanie własne na podstawie informacji prasowych, listopad 2014

 

Nieprzypadkowo lista państw składa się głównie z krajów dominujących gospodarczo w Europie i na świecie, które jako „produkt uboczny” swojego rozwoju ekonomicznego dostrzegają duże zanieczyszczenie powietrza lub widzą potencjał na krajowym rynku EV ze względu na regulacje prawne i ekologiczną postawę obywateli.

 

Jakie korzyści może przynieść e-mobility?

Przede wszystkim należy podkreślić, iż samochody elektryczne, jako idea, która miałaby się szeroko upowszechnić potrzebuje bodźca, który spowoduje, iż potencjalni klienci będą skłonni przesiąść się do pojazdu droższego, ale posiadającego zalety, których nie daje tradycyjny samochód. Tym bodźcem, a zarazem główną zaletą, jest bardzo niska emisja CO2 (w zależności od źródła pochodzenia energii elektrycznej napędzającej EV), połączona z ogromnym komfortem bezgłośnego poruszania się samochodu. Dzięki tym dwóm cechom pojazd elektryczny jest zupełnie inny od tradycyjnego. Są to cechy szczególnie ważne w dużych miastach, gdzie natężenie ruchu, zanieczyszczenie powietrza oraz hałas powodowane przez pojazdy stanowią główny problem dla mieszkańców, także w Polsce17. Dlatego właśnie tak duże znaczenie może mieć upowszechnienie samochodu elektrycznego - w znaczny sposób przyczynić się może do wzrostu dobrobytu mieszkańców, w sposób odczuwalny i szybki.
Warto podkreślić także inną zaletę samochodu elektrycznego, która wpisuje się w ideę zrównoważonego rozwoju. Jest to fakt, iż silnik elektryczny przetwarza energię pierwotną w sposób bardziej efektywny, niż silnik spalinowy. Sprawność silnika elektrycznego wynosi 88%18, podczas gdy silnika spalinowego ok. 30%. Innymi słowy, silnik elektryczny wykorzystuje bardziej efektywnie zasoby naturalne, co w skali makro oznacza ogromne oszczędności energii pierwotnej.

Kolejnym aspektem przemawiającym za rozwojem samochodów elektrycznych jest możliwość traktowania pojazdów jako magazynów energii w celu bilansowania wahań zapotrzebowania na energię elektryczną. Samochody włączone do sieci elektroenergetycznej podczas ładowania akumulatorów mogłyby jednocześnie, w razie konieczności, oddać część energii do systemu elektroenergetycznego. Zakładając, że pojemność akumulatora małego samochodu EV to ok. 20 kWh, wystarczyło by ich 50 tysięcy, aby osiągnąć łączną moc 1000 MW – czyli wielkość dużej elektrowni. Część z tej dostępnej mocy mogłaby być oddawana do sieci elektroenergetycznej, gdy samochód stoi (tzw. model power-to-grid). Przeciętnie użytkownik samochodu spędza w nim średnio kilkadziesiąt minut dziennie, włączenie samochodu do sieci, a tym samym jego dostępność do celów bilansowania, byłaby znacząca.

 

Wyzwania EV

Jedną z głównych wad samochodów elektrycznych jest cena. Jak wcześniej zostało wspomniane, koszt Tesla S plasuje się w widełkach cenowych klasy premium i wynosi około 70 tys. dolarów. Obecnie rynek znajduje się na początkowym etapie rozwoju – produkcja masowa dopiero zaczyna się rozwijać i nie powoduje jeszcze wystarczających korzyści skali, które wykreowałyby większą dostępność cenową. Drugą wadą jest mała korzyść ekologiczna w przypadku samochodów elektrycznych korzystających z energii elektrycznej wyprodukowanej głównie ze źródeł węglowych. Taka sytuacja występuje m.in. w Polsce, jako że nasycenie MWh przez CO2 wyprodukowanej w polskim sektorze elektroenergetycznym wynosi, jak zaznaczono już wcześniej, około 0,89 t. W tym wypadku emisyjność jest zbliżona do poziomu emisyjności oszczędnych, nowych samochodów spalinowych. Należy obiektywnie przyznać, że wartość 120 g/km emisji CO2 to za mało, aby nazwać EV ekologicznym. Potrzebne jest więc połączenie samochodu elektrycznego ze źródłem odnawialnym, które znacznie obniży lub zredukuje emisyjność do 0 g CO2/km. Doskonale tę potrzebę wypełnia źródło fotowoltaiczne. Trzecim mankamentem EV jest brak publicznie dostępnej infrastruktury ich ładowania, która jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania rynku. Pierwsze kroki zostały już jednak podjęte, głównie przez duże koncerny energetyczne w stolicach europejskich, m.in. w Berlinie19, czy Londynie20. Także w Warszawie postawiono już pierwsze 12 stacji ładowania samochodów elektrycznych z inicjatywy firmy energetycznej RWE Polska21. Aby rynek samochodów elektrycznych mógł się rozwijać potrzeba zdecydowanych działań wszystkich państw Unii. Najnowsza Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych z października 2014 roku daje szanse na przyspieszenie rozwoju infrastruktury ładowania EV w krajach Unii, w tym w Polsce. Nakłada ona na kraje członkowskie obowiązek stworzenia publicznie dostępnej infrastruktury ładowania samochodów elektrycznych do dnia 31 grudnia 2020 roku. Do 2016 roku natomiast Polska jest zobligowana do przedstawienia planu rozwoju wyżej wymienionej sieci22. Ustanowienie powyższej legislacji na poziomie unijnym stwarza szansę na dynamiczny rozwój rynku samochodów elektrycznych.

 

Kalkulacja opłacalności samochodów elektrycznych

Jak wspomniano powyżej, samochód elektryczny można nazwać w pełni ekologicznym, jeśli źródło energii elektrycznej zasilającej pojazd pochodzi ze źródła odnawialnego. Sytuacja w polskim systemie elektroenergetycznym nie pozwala na spełnienie tego warunku. Dlatego też konieczne jest zbudowanie własnego źródła odnawialnego, które zaspokoi potrzeby samochodu na energię. Poniżej przedstawiono analizę opłacalności takiego przedsięwzięcia w połączeniu z oceną opłacalności zakupu i użytkowania samochodu elektrycznego w porównaniu do auta spalinowego.

Inwestycja w elektrownię fotowoltaiczną (PV) o mocy 5 kW

W celu zaspokojenia zapotrzebowania na energię elektryczną dla samochodu elektrycznego niezbędne jest zainstalowanie około 5 kW elektrowni fotowoltaicznej. Taka moc zapewnia w warunkach polskich produkcję około 4,5 MWh energii rocznie, co przy średnim zużyciu energii przez samochód elektryczny na poziomie 15 kWh/100 km daje przebycie dystansu około 30 000 km. Poniżej przedstawione są trzy scenariusze inwestycji w elektrownię fotowoltaiczną: scenariusz pesymistyczny, optymistyczny i bazowy. Różnią się one poziomem kosztów inwestycyjnych, odpowiednio: 48 100 PLN, 37 600 PLN oraz 39 700 PLN. Ważnym założeniem modelu jest produkcja energii elektrycznej w 100% na potrzeby własne – firmy, gospodarstwa domowego lub bezpośrednio potrzeby samochodu. Dzięki temu średni ważony koszt wytworzenia energii elektrycznej (LCOE – leveraged cost of electricty) z PV staje się jednocześnie ceną za kWh zużytą przez samochód elektryczny, a energia ta jest w 100% odnawialna – pochodząca ze słońca. Do dalszej analizy opłacalności samochodu elektrycznego napędzanego energią ze słońca przyjęto Scenariusz Bazowy w celu uczynienia modelu jak najbardziej realnym ekonomicznie. Średni ważony koszt wytworzonej i zużytej energii elektrycznej ze słońca (LCOE) przez 25 kolejnych lat dla tego wariantu wynosi 0,38 PLN/kWh, uwzględniając spadek produktywności PV rocznie o 0,6% oraz koszty eksploatacji. Oznacza to, że inwestując w roku bazowym około 40 000 PLN w PV otrzymujemy w zamian produkcję paliwa przez kolejne 25 lat, które pozwoli inwestorowi na przejechanie prawie 700 000 km (w zależności od rodzaju pojazdu). Warto nadmienić, iż w analizie opłacalności samochodu elektrycznego przyjęto kilka dodatkowych założeń:

- ujęto tylko 10 lat pracy PV, natomiast przyjęto całe koszty inwestycyjne (ang. capital expenditures - CAPEX). Pozostałe 15 lat pracy stanowią dodatkowy długofalowy czynnik działający na korzyść połączenia PV i EV,
- przyjęto, że koszty eksploatacji samochodu elektrycznego i spalinowego pozostają na tym samym poziomie, wobec niemożliwości zweryfikowania realnych kosztów eksploatacji EV w ciągu kolejnych 10 lat, jako że seryjna produkcja EV obecna jest na światowym rynku od około dwóch lat. Dane zebrane od użytkowników EV pozwalają przypuszczać, że koszty te są znacznie niższe niż dla samochodu spalinowego23, głównie ze względu na znacznie niższą liczbę części i mniej skomplikowany silnik,

- założono brak konieczności wymiany baterii w EV w ciągu 10 lat,
- nie brano pod uwagę faktu mniejszego zasięgu samochodów elektrycznych w porównaniu do spalinowych, ani braku dobrze rozwiniętej sieci publicznych punktów ładowania EV. Jest to ważny czynnik negatywnie oddziałowujący na obecne postrzeganie EV,

- nie brano pod uwagę dynamicznego rozwoju superszybkich, darmowych stacji ładowania przez Tesla Motors (dla posiadaczy samochodu Tesla): 124 stacje w USA, 82 stacje w Europie. W Polsce planowane jest 5 stacji w 2015 roku24.

 

Założenia modelu opłacalności

W Tabeli 3 przedstawiono założenia do obliczenia średniego ważonego kosztu wytworzenia energii z PV (LCOE) oraz scenariusze wartości LCOE w zależności od kosztów inwestycyjnych. Parametr LCOE informuje, jaką cenę energii elektrycznej ze źródła fotowoltaicznego uzyska inwestor przez cały okres działania PV, biorąc pod uwagę zarówno koszty inwestycyjne CAPEX, jak i koszty eksploatacji przez okres 25 lat, łącznie z wymianą inwertera po 10 latach. LCOE oblicza się dzieląc koszty przez wytworzoną energię w ciągu całego okresu.

Tabela 3 Założenia do oszacowania średniego ważonego kosztu wytworzenia energii elektrycznej z PV (LCOE)

Poniżej przedstawiono trzy warianty LCOE, w zależności od wielkości CAPEX. Do dalszych

obliczeń użyto Scenariusza Bazowego, jako najbardziej realistycznego. Źródło: opracowanie własne

 

INSTALACJA PV o mocy 5 kW na potrzeby ładowania samochodu elektrycznego

Źródło: opracowanie własne

Opłacalność zakupu i użytkowania samochodu elektrycznego vs spalinowego

W celu porównania opłacalności zakupu i użytkowania samochodu elektrycznego i spalinowego konieczne jest przyjęcie szeregu założeń. Przedstawione są one w Tabeli 4. Dotyczą głównie średniego spalania paliwa na 100 km dla samochodów spalinowych (od 4,2 do 9,5 l/100 km), przebytego dystansu rocznie (30 tyś km), ceny paliwa (5,1 PLN/l).

Tabela 4 Założenia ogólne dotyczące kosztów spalania samochodów, kosztów zużycia energii przez EV, ceny paliwa, liczby przejechanych kilometrów rocznie

Zużycie paliwa 4,2 l/100 km - Mini Cooper 55 kW

21,4

Zużycie paliwa 6,1 l/100 km - Nissan Note

31,1

Zużycie paliwa 7,8 l/100 km - Mercedes S 250 CDI L

39,8

Zużycie paliwa 9,5 l/100 km - Audi A8 3.0 TDI

48,5

Dystans km rocznie

30 000

Średnia cena paliwa [PLN]

5,1

Cena energii elektrycznej [PLN/kWh] - LCOE PV

0,38

Klasa Mini [PLN/km] na podstawie Mini Cooper

0,12

Klasa Compact [PLN/km] na podstawie Nissan Note

0,13

Klasa Premium [PLN/km] na podstawie Audi A8 3.0

0,2

Zużycie energii elektrycznej przez EV

[kWh/100 km]

konieczna moc fotowoltaiki do przejechania 30 tyś km przez samochód elektryczny [kW]

BMW i3

13

4,3

Nissan Leaf

15

5

Tesla S 85 kW

18

6

Tesla E w przygotowaniu od 2017 r.

15

5

Spalania aut spalinowych

[PLN/100 km]

Mini Cooper 55 kW

21,4

Nissan Note

31,1

Audi A8 3.0 TDI

48,5

Liczba lat użytkowania samochodu

10

Źródło: opracowanie własne

 

Ostatecznym wynikiem powyższych założeń jest przyjęcie średnich kosztów przebycia dystansu 30 000 km rocznie przez poszczególne samochody spalinowe i elektryczne. Dla samochodów spalinowych jest to wartość roczna na poziomie od 6 426 PLN do 14 535 PLN, w zależności od klasy pojazdu. Z kolei dla samochodów elektrycznych konieczne jest przyjęcie dodatkowych założeń, z uwagi na specyfikę paliwa. Szczegóły tych założeń przedstawiono w Tabeli 5. Dla poszczególnych rodzajów EV potrzebne są różne moce PV, aby umożliwić przejechanie założonego dystansu (od 4,3 do 6 kW mocy PV). Energia dla EV jest produkowana w źródle, które inwestor musi nabyć w momencie zakupu samochodu. Źródło PV jest więc inwestycją, która zwracać się będzie w czasie. Jego czas pracy będzie znacznie dłuższy, niż żywotność EV. Dlatego też konieczne jest dokonanie pewnego uproszczenia na niekorzyść PV – rozłożenia kosztów PV tylko na 10 lat, nie na 25, tak aby móc porównać jego koszty z kosztami samochodu spalinowego. W rzeczywistości jednak PV służyć będzie przez kolejne 15 lat produkując energię elektryczną na potrzeby inwestora, w tym potencjalnie dla kolejnych samochodów elektrycznych. Jest to dodatkowa korzyść PV, nieujęta liczbowo w poniższej kalkulacji.

Tabela 5 Koszty paliwa na rok, konieczne do przejechania 30 000 km.

Marka samochodu

Koszt paliwa na rok

Koszt PV dla EV dla przejechania 30ys. km na rok na okres 25 lat

BMW i3

-

21 840

Mini Cooper 55 kW

6 426

-

NISSAN LEAF

-

25 200

Nissan Note

9 333

-

TESLA S 85 kW

-

30 240

TESLA E [w przygotowaniu od 2017 r.]

-

25 200

Audi A8 3.0 TDI

14 535

-

Posiadając dane na temat obliczonego wyżej średnio ważnego kosztu wytworzenia energii elektrycznej ze źródła fotowoltaicznego na potrzeby własne, oraz powyższe założenia dotyczące samochodu spalinowego, można dokonać analizy porównawczej opłacalności EV. Jak pokazuje Wykres 1 i Tabela 6, różnice w przejechaniu 100 km dla samochodu spalinowego i elektrycznego rosną wraz ze wzrostem klasy samochodów: od 15,4 PLN/100 km dla klasy mini, do 40,2 PLN/100 km dla klasy premium.

 

Wykres 1 Koszty przejechania 100 km przez EV przy wykorzystaniu energii słonecznej z PV

Źródło: opracowanie własne

 

Tabela 6 Koszty energii elektrycznej wytworzonej z PV dla przejechania 100 km przez EV i samochody spalinowe25

Średnie zużycie energii elektrycznej przez samochód elektryczny - koszty PLN na 100 km

Scenariusz bazowy - 5460 PLN/kW mocy PV

Scenariusz pesymistyczny - 7140 PLN/kW mocy PV

Scenariusz optymistycz ny - 5040 PLN/kW mocy PV

Nowy samochód spalinowy

Zużycie auta 13 kWh/100 km [BMWi3 oszczędna jazda]

4,9

6,0

4,7

Mini Cooper 21,4

Zużycie auta 15 kWh/100 km [NISSAN LEAF]

5,7

6,9

5,4

Nissan Note 31,1

Zużycie auta 16 kWh/100 km [TESLAS 60 kW]

6,1

7,3

5,7

Mercedes S 250 39,8

Zużycie auta 18 kWh/100 km [TESLAS85kW]

6,8

8,3

6,5

Audi A8 3.0 TDI 48,5

Źródło: opracowanie własne

 

Podsumowanie

Klasa samochodów premium

Wniosek z Tabeli 6 pozwala postawić tezę o opłacalności samochodów elektrycznych w porównaniu do spalinowych w klasie premium już w pierwszym roku ich użytkowania (break even point 1 na Wykresie 2). Z uwagi na fakt, iż samochody w klasie premium - Tesla S oraz przykładowy model Audi A8 posiadają podobną cenę zakupu (ok. 350 000 PLN brutto), a koszty ich paliwa różnią się znacznie, już dzisiaj można stwierdzić, że posiadanie samochodu w klasie premium Tesla S i dodatkowo 6 kW instalacji fotowoltaicznej do produkcji paliwa jest finansowo bardziej opłacalne, niż zakup spalinowego samochodu klasy premium. Każdy rok użytkowania Tesli S generuje zerowe koszty paliwa, z powodu zainwestowania w jego źródło jednorazowo ponad 30000 PLN w pierwszym roku użytkowania. Dla przykładowego pojazdu klasy premium – Audi A8 musimy wydać co roku ponad 14 tyś PLN na paliwo, aby przejechać ten sam dystans 30 tys. km.

Klasa samochodów compact i mini

Jak pokazuje Tabela 7 oraz Wykres 2 , w tej klasie nie możemy mówić jeszcze o opłacalności samochodów elektrycznych w porównaniu do spalinowych. Cena samochodów w klasie compact i mini jest za niska, a cena EV za wysoka, aby zerowe koszty paliwa zrekompensowały w okresie 10 lat zwrot z inwestycji w EV i PV. Ceny klasy compact to 45 tys. PLN dla Nissana Note i ok. 130 tys. PLN dla elektrycznego Nissana Leaf, natomiast dla klasy mini: Mini Cooper: 69 tys. PLN, BMW i3: 160 tys. PLN. Po 10 latach dla klasy compact różnica w cenie to wciąż około 30 tys. PLN, a dla klasy mini – prawie 60 tys. PLN – w obu przypadkach na korzyść samochodów tradycyjnych. Analizując rynek przyszłych samochodów elektrycznych, uwzględniono w analizie model Tesla E, który ma pojawić się na światowym rynku w 2017 roku. Dla tego modelu, znacznie tańszego od obecnej klasy premium, istnieje moment zrównania opłacalności: koszty Tesla E i Nissan Note zrównują się w dziesiątym roku użytkowania, co zobrazowano na Wykresie 2 i w Tabeli 7 (break even point 2).

Tabela 7 Opłacalność samochodów elektrycznych i spalinowych

 

W najbliższych kilku latach konsekwencje rozwoju rynku samochodów elektrycznych będą rewolucyjne dla rynku motoryzacyjnego. Powstanie bowiem zupełnie nowa jakość przemieszczania się na dużą skalę, cechująca się w stu procentach ekologicznym paliwem (np. pochodzącym z fotowoltaiki), zwiększonym komfortem jazdy dzięki bardzo niskiemu poziomowi hałasu i zwiększonej dynamice jazdy. Już dziś obserwujemy opłacalność samochodów elektrycznych w klasie premium (Tesla S), napędzanych czystą energią słoneczną, w porównaniu do samochodów spalinowych klasy premium. Masowa produkcja EV spowoduje obniżenie kosztów ich wytwarzania, a co za tym idzie przesunięcie opłacalności do kolejnych segmentów rynku – samochodów klasy compact – na przykład planowana Tesla E w 2017 r., a także samochody elektryczne takich marek jak Volkswagen, BMW, Mercedes, Renault, Nissan. Samochody elektryczne umożliwiają także nowe spojrzenie na elektroenergetykę: EV poruszać się będą po drogach, napędzane w znacznej mierze energią odnawialną, w tym fotowoltaiczną, a podczas postoju umożliwiać bilansowanie systemu elektroenergetycznego poprzez udostępnienie mocy z naładowanych baterii. Dziś głównym źródłem energii elektrycznej w Europie są duże elektrownie konwencjonalne – węglowe, jądrowe, gazowe. W perspektywie kilkunastu lat dynamicznie rozwijająca się energia odnawialna (głównie słoneczna i wiatrowa) w istotny sposób zmienić może energy-mix i spowodować większe rozproszenie źródeł wytwarzania.

W celu zagwarantowania konsumentowi lepszych warunków życia w długim okresie, czego ważnym elementem jest sposób transportu, a przy tym ochrony środowiska naturalnego, potrzebne są nowe, bardziej efektywne sposoby przetwarzania energii, czego częścią jest właśnie e-mobility. Działania koncernów motoryzacyjnych w kierunku planowanej produkcji samochodów elektrycznych dają nadzieję na powodzenie tego projektu, czego najbardziej dobitnym przykładem jest właśnie kalifornijska Tesla Motors. Po raz kolejny Krzemowa Dolina wyznacza kierunki rozwoju innowacji – już nie tylko w branży internetowej (Google, Facebook), czy telekomunikacyjnej (Apple), ale także w motoryzacji. Wiele firm energetycznych oraz rządy krajów europejskich, podążając często za legislacją Unii Europejskiej w tej materii26, podejmują starania, aby stworzyć niezbędną infrastrukturę ładowania pojazdów elektrycznych.

 

BIBLIOGRAFIA

 

  1. 1)  Bloomberg,http://www.bloomberg.com/news/2014-11-06/tesla-projecting-several- years-of-50-growth-sparks-share-surge.html, 11 listopada 2014 r.

  2. 2)  BMW.pl, teslamotors.com, nissan.pl, audi.pl, merceder-benz.pl, mini.com.pl, magazynauto.pl, autocentrum.pl. Strony odwiedzone ostatnio 10 listopada 2014 r.

  3. 3)  Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/94/UE w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych, 22 października 2014 r.

  4. 4)  Fromm E., Zdrowe społeczeństwo, vis-à-vis, Kraków 2012

  5. 5)  Greencarreports.com, Life with Tesla Model S: Tires cost me more than my fuel does,

    strona ostatnio odwiedzona 13 listopada 2014 r.

  6. 6)  Konferencja Renault Polska dn. 14 czerwca 2012: http://www.mg.gov.pl/node/16299

  7. 7)  London’s Major: http://www.tfl.gov.uk/corporate/media/newscentre/16007.aspx

  8. 8)  Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej – Załącznik do

    Regulaminu konkursu GIS – Część B.I Metodyka. Dane na podstawie Wartości opałowe i wskaźniki emisji do raportowania w ramach Wspólnotowego Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok 2013, Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami, 2013

  9. 9)  Główny Urząd Statystyczny, Ochrona Środowiska, Warszawa, 2014

  10. 10)  Główny Urząd Statystyczny, Ochrona Środowiska, Warszawa, 2009

11) Progress towards achieving the Kyoto and EU 2020 objectives, European

Commission, październik 2014
12) Polityka Energetyczna Polski do 2020 roku
13) Program ochrony środowiska przed hałasem dla Warszawy z dnia 21.10.2010,

http://bip.warszawa.pl/Menu_podmiotowe/Urzad/Biura_Urzedu/OS/Dokumenty_do_ pobrania/Program+ochrony+%C5%9Brodowiska+przed+ha%C5%82asem+dla+m.st. +Warszawy.htm

  1. 14)  Regulacja European Comission nr 443/2009 z dnia 23 kwietnia 2009 roku

  2. 15)  Renault-Nissan: http://www.nissan-global.com/EN/NEWS/2010/_STORY/100621-

    02-e.html

16) Reuters: http://www.reuters.com/article/idUSTRE64J70O20100521
17) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 roku w sprawie

szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia (...)

18) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 roku w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia (...)

19) RWE e-mobility: http://www.rwe.com/web/cms/en/113648/rwe/press-news/press- release/?pmid=4002466

20) RWE Polska: http://www.rwe.pl/web/cms/pl/346496/home/inwestycje/e-mobility 21) Teslamotors.com/supercharger, Third Quarter 2014 Shareholders Letter, 5 listopada 2014 r.


22) Tesla Motors: http://www.teslamotors.com

PRZYPISY

1 Erich Fromm: Zdrowe społeczeństwo, vis-à-vis, Kraków 2012 
2 Tesla Motors: http://www.teslamotors.com
3 Reuters: http://www.reuters.com/article/idUSTRE64J70O20100521
4 Konferencja Renault Polska dn. 14 czerwca 2012: http://www.mg.gov.pl/node/16299 
5 Bloomberg, http://www.bloomberg.com/news/2014-11-06/tesla-projecting-several-years-of-50-growth-sparks- share-surge.html , ostatnio odwiedzona 11.11.2014 r.
6 Renault-Nissan: http://www.nissan-global.com/EN/NEWS/2010/_STORY/100621-02-e.html 
7 Regulacja EC No 443/2009 z dnia 23 kwietnia 2009 roku
8 www.bmw.pl, specyfikacja techniczna samochodu elektrycznego BMW i3: 13,5 kWh/100 km
9 Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej – Załącznik do Regulaminu konkursu GIS – Część B.I Metodyka. Dane na podstawie Wartości opałowe i wskaźniki emisji do raportowania w ramach Wspólnotowego Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok 2013, opublikowane przez Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami, s. 3.
10 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 roku w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia (...)
11 Obliczenia własne
12 Zgodnie z założeniami Polityki Energetycznej Polski do roku 2020 ponad 12 000 MW będzie musiało być poddanych gruntownej modernizacji, a kolejne 12 000 MW wybudowanych.
13 Ochrona Środowiska, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa, 2014 rok, strona 51.
14 Ochrona Środowiska, GUS, 2009, dane za rok 2007, str. 232: http://www.stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/PUBL_se_ochrona_srodowiska_2009r.pdf, tj. 38 213 ton CO2/ 285 287 ton CO2
15 Progress towards achieving the Kyoto and EU 2020 objectives, European Commission, październik 2014, strona 33. 
16 Tamże. 
17 Program ochrony środowiska przed hałasem dla Warszawy z dnia 21.10.2010: 
http://bip.warszawa.pl/Menu_podmiotowe/Urzad/Biura_Urzedu/OS/Dokumenty_do_pobrania/Program+ochron y+%C5%9Brodowiska+przed+ha%C5%82asem+dla+m.st.+Warszawy.htm 
18 Na przykładzie Tesla Roadster: http://www.teslamotors.com/goelectric 
19 RWE e-mobility: http://www.rwe.com/web/cms/en/113648/rwe/press-news/press-release/?pmid=4002466 20 London’s Major: http://www.tfl.gov.uk/corporate/media/newscentre/16007.aspx
21 RWE Polska: http://www.rwe.pl/web/cms/pl/346496/home/inwestycje/e-mobility
22 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych z paździrnika 2014 roku, art. 4, pkt.1 
23 Greencarreports.com: Life with Tesla Model S: Tires cost me more than my fuel does, strona ostatnio odwiedzona 13 listopada 2014 r. 
24 Teslamotors.com/supercharger, and Third Quarter 2014 Shareholders Letter, 5 listopada 2014 r., strona 2. 
25 Źródła danych dotyczących samochodów: bmw.p, teslamotors.com, nissan.pl, audi.pl, merceder-benz.pl, mini.com.pl, magazynauto.pl, autocentrum.pl. Strony odwiedzone ostatnio 10 listopada 2014 r. 
26 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych z paździrnika 2014 roku 

O autorze:

Maciej Chmieliński

Doktorant na Uniwersytecie Ekonomicznym we Wrocławiu, Menedżer Projektów w Dziale Rozwoju Przedsiębiorstwa / M&A RWE Polska S.A. w Warszawie.