sou · H9B373 · 2021-09-02 00:00:00 — Drift och underhåll Elvägsanläggning kr/km,år kr/km,år Drift och underhåll av system för styrning och kr/km,år K 1 +K 2 +K 3 kr/,år Elnätsavgift, fast (för 30 MW ) K en,fast kr/anslutning, år Elnätsavgift, effektberoende del. K en,eff kr/30 MW, år. Antas proportionellt mot abbonerad effekt Verkningsgrad elnät till fordon Medelvärde av verkningsgrad, elnät till fordon Drift och underhåll av mät-, debitering och Andel laddningsenergi vid körning på elväg Laddad energi I förhållande till framdrivningsenergi Summan av båda färdriktningar Summan av båda färdriktningar Observera att summan av kostnadsuppskattningarna K1+K2+K3 inte är lika med summan av de enskilda posterna. Det beror på att de enskilda posterna är de lägsta eller högsta rapporterade posterna för samtliga olika elvägstekniker, medan summan K1+K2+K3 är den lägsta resp högsta summan av de olika posterna för var elvägsteknik för sig. Denna summa skall ses som ett intervall inom vilket det är troligt att drift- och underhållskostnaderna kommer att landa på . Bedömning av kostnadernas storlek En brukaravgift för användare av elvägar behöver täcka alla kost- nader för att tillgängliggöra den elektriska effekt och energi som for- donen på elvägen använder. Här beräknas detta underlag enligt följ- ande: 1.Den totala energikonsumtionen för ett flöde av fordon (både last- bilar och personbilar) inom en vägsträcka beräknas (W). 2.Den totala elektriska effekt som behöver tillföras samma väg- sträcka uppskattas för att bestämma elnätsavgiften för anslutning till mellanspänningsnätet. 3.Den totala kostnaden för drift, underhåll och energi beräknas (TK) baserat på underlag i Tabell 1. 4.Slutligen beräknas denna totalkostnad fördelad över den förbrukade energin, vilket kan ses som ett underlag för en brukaravgift. Den ut elnätet uttagna energimängden till alla fordon [W] beräknas på en sträcka som: �� = 100 ∙ (��� ∙ Å������ + ��� ∙ Å������) ∙ (1 + �����) [����ℎ⁄�������] �� I beräkningen av W ingår kev, som är ett mått på hur mycket extra energi ett fordon tar från en elväg för att lagra till användning utan- för elvägen. Det använda värdet kev=50% betyder att ett elfordon kan köra på en vägsträcka som till två tredjedelar består av elväg. Flera rapporter tyder på att en optimal andel elväg snarare kan vara runt hälften av en vägsträcka (t.ex varannan mil eller varannan kilometer i genomsnitt), varvid alltså fordonet behöver plocka upp ungefär lika mycket energi för laddning som för framdrift, dvs kev=100%. Elnätsavgiften består av en fast avgift och en effektberoende avgift. För att uppskatta elnätsavgiften för den tänkta sträckan an- vänds elnätsavgiften för den 30 MW omriktarstation som matar järn- vägsnätet i . Den samlade toppeffekten för som 100-km sträckan fordrar (Pomst) antas vara 3 gånger högre än medeleffekten över , för att motsvara dygnsvariationerna i vägtrafiken. Antalet anslutningspunkter (Nomst) motsvarande anslutningen av 30 MW omriktarstation beräknas sedan ur toppeffekten divi- derad med 30 MW avrundad uppåt till ett heltal. För de aktuella trafikflödeskombinationerna illustreras det uppskattade antalet trans- formatorstationer i Tabell 2. Antalet 30 MW transformatorstationer som funktion av trafikflödet på en sträcka Flöde av Personbilar [ÅDT] Med energiförbrukning, elnätsavgift, energipris och energiskatt kända samt med befintliga uppskattningar av drift- och underhållskostna- der (Låg och Hög) enligt Tabell 1 kan totalkostnaden per förbrukad kilowattimme beräknas som: + ������ + �������������� + �������������� är fördelad med 5 dagars trafik med de antagna ÅDT-värdena vardera, dvs sammantaget. Tabell 3 visar denna totalkostnad, för vardera driftskostnadsupp- skattningarna Låg respektive Hög. Tabell 4 Totalkostnad, uttryck , för olika kombinationer av trafikflöde, för kostnadsuppskattning Låg (överst) och Hög (nederst) Flöde av Personbilar [ÅDT] [SEK/kWh] Flöde av Personbilar [ÅDT] [SEK/kWh] Om man antar att den kostnadsuppskattning som återges i Tabell 3 skall ligga till grund för en brukaravgift så måste brukaravgiften ställas mot ett jämförbart alternativ. Eftersom elvägar är en teknik för att möjliggöra resor så långa att en föregående nattladdning inte räcker, så är kostnaden för snabbladdning ett jämförbart alternativ, eftersom ett nätverk av snabbladdningsstationer har exakt samma syfte. ligger kostnaden för snabbladdning i intervallet 2.5–8 kro- nor, beroende på avtal med laddningsleverantören. I Tabell 3 har alla totalkostnader lägre än /kWh grönmarkerats. Jämförelsen med snabbladdning är inte helt korrekt. Hänsyn måste också tas till att elvägsfordonet är utrustat med ett betydligt mindre batteri (-... -) och därmed är billigare, lättare och drar mindre energi eller kan ta mer nyttolast samt att inga reseavbrott enbart för laddning behöver förekomma. Dessa faktorer kan bidra till en ökad betalningsvilja för att bruka en elväg, men tas ingen hän- syn till här. Av Tabell 3 kan man dra slutsatsen att för att en elväg skall löna sig måste den brukas av minst 400 till 1000 ÅDT lastbilar ELLER t.ex 100 ÅDT lastbilar kombinerat med 5000 ÅDT personbilar ELLER 2000 till 5000 ÅDT av enbart personbilar. Figur 1 visar vilka vägar i som har en trafikmängd över- stigande 400 resp 1000 ÅDT av enbart lastbilstrafik. Figur 2 visar på samma sätt vägar med en trafikmängd överstigande 2000 resp 5000 ÅDT av blandad trafik, dvs inkluderande personbilar. Dessa bilder ger en uppfattning om vilka vägar som skulle kunna komma ifråga för utbyggnad av elvägar, men man måsta ha i åtanke att bilderna dels bygger på grova antagande om drifts- och under- hållskostnader, samt att all trafik på dessa vägar kan utnyttja elvägs- tekniken. Man skall också ha i minnet att all trafik på de större vägarna inte nödvändigtvis är på en långresa. Skillnaden mellan trafikvolymerna på den vänstra och högra bilden i Figur 1 och Figur 2 antyder dock att de stora stråken mellan Stockholm-Göteborg-Malmö samt en del större vägar runt och har potential att vara kon- kurrenskraftiga även om bara en del av trafiken är verkliga elvägs- användare. Figur 4 Vägar med mer än 400 ÅDT lastbilar (vänster) och mer än 1000 ÅDT lastbilar (höger) Figur 5 Vägar med mer än 2000 ÅDT totaltrafik (vänster) och mer än 5000 ÅDT total trafik (höger) Beräkningarna som görs i denna bilaga är baserade på grova antag- anden om olika typer av drifts-och underhållskostnader som an- vänds i utredningens beräkningsexempel. Även om dessa är grova, så är de också ganska vida och man kan anta att det verkliga utfallet för drifts- och underhållskostnader med en omfattande elvägsutbyggnad bör hamna någonstans i detta vida intervall. Därför är det intressant att utvärdera inom vilka intevall totalkostnaden, uttryckt i kronor/kilowattimma, hamnar med dessa antaganden. Användarkostnaden för en viss laddinfrastruktur blir lägre ju mer den används. Elvägar bör därför, precis som snabbladdningsstationer, delas av så många fordon som möjligt. I denna rapport beräknas den totala kostnaden, inklusive drift- och underhåll, energi, nätavgifter, skatter mm, som en funktion av ett blandat trafikflöde av lastbilar och personbilar. För att den enskilde användaren skall finna drift på en elväg attraktiv bör brukaravgiften (uttryckt i kronor/kilowattimme) ligga på samma nivå, eller lägre, än energikostnaden för laddning vid snabbladdstationer. Här har gränsen /kWh satts som jämförelse. Beräkningarna visar att ett flöde av 400 till 1000 ÅDT av lastbilar krävs för att nå en möjlig brukaravgift på /kWh. Beräkningarna visar också att redan med en måttlig inblandning av elvägsanvändande personbilar sjunker totalkostnaden väsentligt, se Tabell 3. Den viktigaste slutsatsen av denna analys är att totalkostnaden för användning av en elväg har potential att nå nivåer jämförbara med energikostnaden vid snabbladdning, förutsatt nivåer av trafikflöden som förekommer på flera av våra större trafikleder. En annan viktig slutsats är att om personbilstrafiken kan dela energiuttaget från elvägar med lastbilar så får det stor betydelse för att sänka brukaravgiften. Hur betalningsviljan för elväg påverkas av kostnad för andra sätt att ladda elfordon Detta dokument är ett inspel till elvägsutredningen och har som syfte att förklara några faktorer som kan påverka betalningsviljan och därför kan komma att sätta ramar för hur brukaravgifterna kan sättas. Rapporten är baserad på de bilder som visades på ett arbetsmöte i utredningen, , och dess syfte är framför allt förklara det som presenterades på arbetsmötet. Detta är ett arbetsmaterial, med delar som inte är granskade och diskuterade i någon stor omfattning och därför kan det innehålla Det är baserat på den kunskapsbild som har byggts upp i många projekt kring kostnaden för elfordon. Den snabba teknik och kostnadsutveckling gör att det råder en stor osäkerhet. så avgör några få viktiga faktorer vilket system som är bäst, och denna rapport syftar till att förklara de viktigaste kost- nadsfaktorer och hur de slår när man analyserar typiska fordons- användning. Dock är det viktigt att veta att det alltid kan finnas speciella saker i ett enskilt fall som kan påverka valet av system. Så man skall inte okritiskt använda de mer generella slutsatserna från denna rapport på enskilda fall. Det finns många olika mål som man bör ha i åtanke då man sätter brukaravgifter, och de kan ibland vara i konflikt med varandra. Där- för kan man inte säkert uttala sig om vad som är rätt brukaravgift bara utifrån en kostnadsanalys. Denna rapport syftar bara till att belysa just konkurrenssituationen mellan elväg och andra sätt att ladda elfordon, och hur den kan påverka brukaravgifterna. För ett system som elvägar, som är en av flera konkurrerande lös- ningar, så sätts ett tak för betalningsviljan framför allt av kostnaden för att använda alternativa sätt att ladda fordonet. De potentiella användarna kommer för det mesta välja andra liknande lösningar istället för elvägen om de totalt sett blir mer kostnadseffektiva. Ju högre brukaravgifter för elvägarna, desto större sannolikhet att flera väljer konkurrerande alternativ, vilket kan göra att underlaget för el- vägen sviker och den därmed riskerar att inte längre vara samhälls- ekonomiskt lönsam. Det kan även finns skäl att en för låg brukaravgift kan vara olämplig, genom att den kan störa närliggande marknader så att de inte funge- rar effektivt, eller att en låg avgift leder till överutnyttjande av en lösning som är dyr för samhället. Rent allmän kan man nog utgå från att en grundprincip bör vara att brukaravgiften stämmer väl med de verkliga kostnaderna för elvägen så att intäkterna ganska så exakt täcker kostnaderna för elvägen. Med en sådan prissättning kommer användarna göra ekonomiskt effektiv val, och andra närliggande marknader påverkas inte så att de fungerar ineffektivt. Dock kan det visa sig att en sådan avgift är för hög för att elvägen skall kunna konkurrera. Prisantaganden som används i denna analys baseras på uppskattning av vad saker kommer att komma att kosta då systemet är utbyggt och har relativt många användare. Initialt under utbyggnad så kan kostnaderna vara högre, men slutsatser som berör strategier som samhället väljer på lång sikt bör normalt baseras på de långsiktiga kostnaderna. Konkurrerande alternativ till elvägar Några av de huvudsakliga konkurrerande lösningarna för elektriska fordon, som alla kan fylla i stort sett samma funktion, är: •Batterifordon med laddning bara •Batterifordon med laddning och laddning från stationära laddare Det finns även möjligheter att driva fordon med biobränslen eller syntetiskt tillverkade fossilfria bränslen, men de tas inte med i denna analys. Rent allmänt brukar man anse att den begränsade tillgången på bioråvara och den höga kostnaden för syntetiska bränslen gör att de sannolikt kommer användas främst i de sektorer där det inte finns några rimliga alternativ till flytande bränsle, såsom långväga sjöfart och medel- till långväga flyg. Därför har de inte tagits med i denna analys som bara gäller vägfordon. Vad avgör vilken lösning användarna väljer Länge så det var tekniskt och ekonomiskt orimligt att bygga batteri- elfordon som kunde köra långt på en laddning, och därmed fanns det egentligen bara två sätt som var rimliga för att driva helelektriska lastbilar för medellånga till långa avstånd – elväg och vätgasdrift. Dock har batteriteknologin utvecklats massivt och batterier är nu- mera mycket billigare, lättare och håller längre än vad man antog i tidiga studier. Dessutom så har det visat sig fungera bra med snabb- laddning av batterier, vilket möjliggör att ladda fullt på bara en nor- mal lunchrast . Det gör att man nu måste ta med fler alternativ i jämförelsen när man skall analysera elvägar. Till stora delar är valet en ekonomisk fråga, och speciellt kom- mersiella aktörer kan antas agera ekonomiskt rationellt. Det är då totala kostanden för transporten som skall jämföras, inte bara kost- naden för ”bränslet”, och det finns flera olika sätt på vilken elvägar eller dess konkurrenter påverkar kostnaden. I nästa avsnitt diskutera de huvudsakliga kostnaderna för lastbilstransporter. I bild 1 visas de huvudsakliga delarna som påverkar totalkostnaden för lastbilstransporter. •Avskrivning på basfordon, exklusive batteri eller strömav- tagare/pickup för elvägen. Det kan anses att basfordonet kostar ungefär detsamma oavsett vilken av de olika infrastrukturerna som används. •Avskrivning på strömavtagare/pickup för elvägen •Underhåll och försäkring. Denna post har i denna analys ansetts lika för alla undersökta lösningar. •Kostnad för elenergi. Den har här ansetts lika för alla alternativen, men en viss variation i elpris och veckan kan nog förväntas. •Till sist så skall fordonsanvändaren betala för sin andel av inve- steringen i infrastruktur. I denna rapport inkluderas avskrivning för egna laddare, publika snabbladdare och elvägar. Valet av typ av ellastbil kommer ha en direkt inverkan på kostnad för batteri, elvägspickup och infrastruktur, och detta markeras med gul färg i bilden nedan. Ytterligare två faktorer kan påverka totalkost- naden, indirekt, och det är förarlönen som kan öka om en del av laddningen sker på tid då föraren måste vänta på betald arbetstid, och det faktum att batterivikten kan reducera mängden last som lastbilen kan frakta. Om lastmängden reduceras kommer det att betyda att det totalt kommer krävas fler lastbilar för att utföra transportarbetet. Det kommer att yttra sig som att totalkostnaden multipliceras med en faktor som är 1 delat med den verkliga lastförmågan i procent av lastförmågan på en konventionell lastbil av samma sort. Figur 1 Beräkning av totalkostnad för lastbilstransport, samt vilka av kostnadsfaktorerna som påverkas direkt och indirekt av valet av infrastruktur för energitillförsel. (X, Y och Z anger hur stor andel av fordonets energi som tas från olika typer av infrastruktur) Kort genomgång av faktorerna som påverkar totalkostnaden I detta avsnitt diskuteras de kostnadsposter som skiljer sig åt väsent- ligt mellan olika typer av ellastbilar. Eftersom inte alla kostnadsdelarna varierar med valet av infrastruktur för energitillförsel till fordonet, så behöver inte alla kostnadsposter vara med i en jämförelse. I figuren nedan visas vilka kostnadsposter som tas med för att jämföra de olika systemens kostnadseffektivitet. Observera att kostnaden som kommer sig av reducerad lastförmåga i detta fall beräknas som en kostnad som summeras till de andra kostnaderna, istället för att beräknas som en multiplikator för total- kostnaden. Det är en nödvändig förenkling när man inte längre beräknar alla kostnader och den fungerar bra för att uppskatta effek- ten av reducerad last så länge totalkostnaden för en lastbil inte varierar allt för mycket mellan de lika typerna av lastbilar, och det gör de inte i detta fall. I följande avsnitt så diskuteras dessa olika kostnadsposter var för sig. För att kunna jämföra olika typer av kostnader och få värden som är jämförbara för olika storlekar av lastbilar och olika sätt att använda dem så måste kostnaderna normaliseras på något sätt. I detta fall har vivalt att räkna alla kostnader utslagna per kWh energi lastbilen använder. Det ger värden som många har lättare att relatera till än om man räknar totala kostnader eller något liknande. Som referens kan man tänka att elenergipriset (med rörlig elnäts- avgift och energiskatter) är i storleksordning /kWh. Diesel- bränslet kostar i sin tur ca 3–som driver fordonet framåt. Figur 2 Beräkning av skillnaden i kostnad mellan olika sätt att försörja ett fordon med energi Batterikostnad per kWh beräknas enkelt genom att ta priset för att köpa batterisystemet i fordonet och dela det med den totala energi- mängden som används för fordonets framdrift. Vi antar att batteri- systemet kostar /kWh. Bild 3 Batteriets kostnad per kWh Som ett exempel så kan man räkna ut vad ett batteri som används med bara nattladdning kostar. En sådan beräkning visas i bilden nedan, och för en lastbil som kör ungefär lika långt så blir kostnaden /kWh. Detta är, som viskall se nedan, relativt lågt jämfört med kostnader för snabb- laddare och elvägsinfrastruktur och därför kommer nattladdning ofta vara ett billigt alternativ, som man bara går ifrån om det finns speciella skäl som leder till ökade kostnader såsom reducerad lastförmåga. Det är alltså inte längre en sanning att det alltid är bra att minimera batteristorleken av kostnadsskäl. Om ett fordon skall använda en elväg måste det utrustas med en speciell pickup/strömavtagare för elvägen. Den kommer se olika ut beroende på vilken typ av elvägsteknik som används, och dess kost- nad kommer kunna variera mycket. I denna rapport har vi ingen uppskattning av priset, men det bedöms vara så pass lågt att det inte påtagligt påverkar totalkostnaderna för lastbilar i kommersiell drift. Priset för pickupen kan dock ha större påverkan på totalkostnaden för fordon som kör mindre, så för personbilar och fordon som inte körs så kan dess kostnad spela större roll. Kostnad för ökad förarlön För ett fordon som måste stå still och ladda under arbetsdagen så kan förarkostnaden öka. Varje extra timme som föraren skall avlönas kostar, med sociala avgifter, ca . Det går enkelt att räkna ut hur mycket detta kostar per kWh som fordonet laddas med om man vet hur hög effekt som fordonet laddas med, genom att dividera lönekostnaden med laddningseffekten. Om man laddar med 100 kW så är lönekostnaden för en väntande förare /kWh medan den bara är /kWh om man laddar med 600 kW. En effekt på 600 kW kan låta mycket, men det är en mycket realistisk laddningseffekt för en långtradare som har ett stort batteri. Som jämförelse kan man nämna att bussar med ett batteri om ca 300 kWh kan laddas med ca 300 kW laddningseffekt. De framräknade ökade förarkostnaderna är ett värsta fall. Verkliga kostanden kan i många fall vara noll kr/kWh, om all laddning kan ske under förarens raster eller då föraren gör något nyttigt som att lasta eller lossa sitt fordon. Eftersom lastbilsförare har lagstadgade minimiraster så kan det ofta gå att planera så att laddning kan genomföras helt eller delvis under rasterna, så för långtradare som kan köra på en laddning så kan den lagstadgade minimirasten vara tillräcklig för att ladda. Bild 4 Förarkostnad om föraren måste vänta under laddning, per kWh Kostnad för minskad lastförmåga Om batteriet väger mycket kommer maximal tillåten vikt för lasten att minska, eftersom det finns en övre totalvikt för en lastbil. Om vi räknar på 40-tons lastbil så har den en totalkostnad på /h då den är i drift. Den drar i medeltal ca 100 kW för sin körning, så totalkostnaden motsvarar / kWh den förbrukar. Normalt kan en sådan lastbil lasta ca , så varje reduktion om kan reducera lastförmågan . Om man tappar verklig lastförmåga så ökar det kostnaderna av totalkostnaden om /kWh vilket är /kWh. Merkostnaden ökar ju mer lastförmågan sjunker, så reducerad lastvikt kostar /kWh. Som jämförelse kan man säga att motsvarar vikten av ett batterisystem på ca 500 kWh. Observera att bara för att batteriet väger mycket så måste man inte tappa lastförmåga i verkligheten. Exakt hur mycket lastförmåga man tappar beror på om lasten är tung eller inte. Många lastbilar är fullastade innan den maximala lastvikten uppnås, helt enkelt för att godset som transporteras är lätt. Så om lastförmågan i ton minskar med till exempel så ökar TCO:n som mest , men den kan också öka om lastförmågan var begränsad av släpets volym eller släpets golvyta istället för av lastens vikt. Dessutom skall inte hela batteriets vikt räknas bort från maximal lastvikt, för en elektrisk drivlina är lättare än en dieselmotordrivlina. För en tung dragbil så antas i denna rapport den delen av batteri- vikten som överstiger minska maxlasten. De första 2 tonnen antas kompenseras av att en elmotor är mycket lättare än en diesel- motor, och att man inte behöver tanken på ellastbilen. Bild 5 Merkostnad om batteriets vikt reducerar lastförmågan I detta avsnitt uppskattas kostnaderna för investering i infrastruk- turen för de jämförda sätten att tillföra elfordonet energi. I bild 6 så visas vilka system som jämförs. Några alternativa infrastrukturer för att tillföra energi till elfordon Kostnaden för infrastruktur som delas av flera fordon måste på något sätt fördelas mellan de olika användarna. I detta fall så antas den fördelas i relation till antal kWh som utnyttjats. Det är en för- delningsgrund som kommer fungera bra när det gäller att styra mot ett effektivt nyttjande av infrastrukturen. Man kan nog även komma att gissa att priset per kWh kanske kommer att variera med till exempel tid , men det har inte tagits med i denna analys. Kostnad för olika former av elinfrastruktur består av flera delar: •Avskrivning av byggandet av en ny elanslutning. Denna kostnad kommer i grova drag att vara proportionell med maximala effek- ten på elanslutningen. För högeffektabonnemang, som de flesta laddarna kommer att ha, så är abonnemangskostnaden i stort sett proportionell mot maxeffekten. •Avskrivning och underhåll på laddare eller annan utrustning som skall omvandla och styra effekt från nätet till att matas över till batterierna eller till elvägen. Denna kostnad är i stort sett pro- portionell mot effekten som utrustningen är dimensionerad för. •Hyra för marken som utrustningen skall stå på, och för stationär laddare även hyra för parkeringsplatsen där fordonet skall stå uppställt under laddning. •Avskrivning och underhåll på eventuell elvägsutrustning. Även denna kostnad antas proportionell mot maximal effekt den kan föra över. •(Elnätets överföringsavgift tas inte med i infrastrukturkostnaden, utan ses som en kostnad för elenergin, eftersom den bara beror på hur mycket energi man använder) Notera att alla de kostnader som tas med är oberoende av hur mycket energi som används, och de är i stort proportionella mot anläggningens effekt. Det gör att kostnaden per kWh kommer att vara en årlig kostnad per kW installerad effekt, delad med ut- nyttjandegraden. Utnyttjandegraden definieras som den årliga medeleffekten som anläggningen levererar delad med dess instal- lerade effekt. Följaktligen är kostnaden per kWh kraftigt beroende på hur mycket laddarna eller elvägen utnyttjas. De årliga kost- naderna per kW effekt kan antas vara relativt lika för olika typer av laddare, så den starkaste orsaken till varierande kostnader har att göra med att olika typer av laddare används olika mycket. Kostnaderna för elvägar har i stort sett samma kostnadsdelar som stationära laddare plus kostnaden för avskrivning och underhåll av själva elvägen. Det gör att vi här antar att elvägen kommer att vara dyrare per kWh än stationära laddare, vid samma utnyttjandegrad. Därmed blir en viktig faktor då man uppskattar kostnaderna för olika typer av elinfrastruktur hur mycket de utnyttjas. I denna rap- port görs följande uppskattningar av infrastrukturkostnad för de olika typerna av infrastruktur: