Trạm sạc – trở ngại lớn cho tương lai ôtô điện

Khách mua xe điện cho rằng tầm hoạt động thấp và thiếu hấp dẫn từ lâu đã trở thành hai trở ngại lớn nhất đối với việc tiêu thụ ôtô điện. Tuy nhiên, ngày nay, với hơn 350 mẫu mới, chất đầy tính năng chuẩn bị ra mắt năm 2025, tầm hoạt động tăng lên tới hơn 300 km, những thuộc tính này cho thấy ôtô điện không còn tự đặt ra các rào cản. Thay vào đó, nếu người tiêu dùng mua ôtô điện với tốc độ như dự kiến trong 5 tới 10 năm tới, hiện trạng thiếu cơ sở hạ tầng cho việc sạc điện sẽ trở thành một trở ngại mới.

Người tiêu dùng chưa được tiếp cận đủ với các trạm sạc nhanh là rào cản nghiêm trọng thứ ba đối với việc mua ôtô điện, sau giá cả và tầm lái, theo khảo sát khách hàng mua ôtô điện ở Trung Quốc, Đức và Mỹ năm 2016 của hãng tư vấn McKinsey. Với giá cả đang giảm xuống và tầm hoạt động tăng lên, vấn đề sạc điện sẽ nhanh chóng trở thành rào cản hàng đầu.

Kịch bản McKinsey đặt ra cho ôtô điện là giả thuyết rằng xấp xỉ 120 triệu ôtô điện sẽ chạy trên đường vào 2030 ở Trung Quốc, Liên minh Châu Âu và Mỹ. Kịch bản tích cực hơn có thể là số xe sẽ tăng gấp đôi. Đi cùng với các cấp độ khác biệt trong lựa chọn xe điện giữa các vùng miền, vấn đề cơ sở vật chất sẽ khiến yêu cầu cho các trạm sạc mang tính địa phương hoá cao hơn. Chẳng hạn, so sánh một thành phố như Los Angeles, nơi có nhiều biệt thự có garage để xe, với Manhattan, nơi các chung cư cao tầng chiếm ưu thế. Hai thành phố này sẽ có các nhu cầu về cơ sở hạ tầng cho việc sạc ôtô điện hoàn toàn khác biệt. 

Kịch bản về lượng xe điện tiêu thụ đến 2030.

Nhu cầu năng lượng to lớn, nhưng sạc điện ở đâu?

Dựa trên lượng xe gia định ở trên, tổng cầu năng lượng sạc cho xe điện ở Trung Quốc, châu Âu và Mỹ có thể tăng đáng kể từ 2020 tới 2030, tăng từ khoảng 20 tỷ kWh lên tới 280 tỷ kWh. Đây có vẻ là con số khổng lồ, nhưng chỉ dưới 10% nhu cầu năng lượng hiện tại của Mỹ.

Nhu cầu năng lượng để sạc ôtô điện.

Khác với ôtô động cơ đốt trong truyền thống, đặc trưng là chỉ có thể nạp nhiên liệu ở các trạm xăng, ôtô điện có thể sạc lại ở nhiều địa điểm với nhiều cách thức. Mô hình của McKinsey phân tích 4 trường hợp sạc, đều giả định cắm sạc từ nguồn điện: ở nhà, nơi làm việc, nơi công cộng và trên đường cao tốc khi di chuyển đường dài. Những trường hợp sử dụng và những công nghệ sạc khác vẫn đang xuất hiện. Chẳng hạn, sạc không dây hay sạc từ đèn đường, có tiềm năng tồn tại, nhưng không được tính trong phân tích này.

Năng lượng tiêu thụ ở nhà và nơi làm việc sẽ phụ thuộc vào số sạc được cắm và lượng năng lượng bộ sạc cung cấp. Sạc điện ở nhà sẽ phụ thuộc vào liệu chủ xe có garage hay không và thu nhập của họ là bao nhiêu. Sạc ở cơ quan sẽ phần lớn phản ánh lựa chọn của người sử dụng lao động hoặc các yêu cầu về quy định.

Tuy nhiên, người ta không chỉ sử dụng ôtô để lái đi làm. Khoảng 3-6% tổng số km là các chuyến đi đường dài, trung bình hơn 160 km. Dù có sạc đầy điện ở nhà, hầu hết các xe điện hiện nay không thể đi khứ hồi như vậy mà không sạc lại. Như vậy lại sinh ra thêm trường hợp sạc điện đường dài.

Tổng hợp sạc điện ở nhà, cơ quan và đường dài có thể theo lý thuyết bao quát toàn bộ nhu cầu năng lượng của một chủ xe điện. Tuy vậy, vẫn có một bộ phần tài xế sử dụng xe điện là xe sơ-cua, chỉ dùng để di chuyển ngắn hay làm những việc lặt vặt. Tất nhiên bộ phận này không nhiều. Ví dụ, tài xế không sạc điện ở nhà hay cơ quan chắc chắn sẽ sạc nơi công cộng; tài xế chạy quá mức dung lượng của pin một ngày nào đó cũng sẽ cần tới các trạm sạc nhanh; và tài xế quên sạc ở nhà hay ở nhà không có chỗ cắm sạc cũng phải phụ thuộc vào các lựa chọn khác, từ đó sinh ra trường hợp sạc điện nơi công cộng.

Sạc ở nhà, cơ quan và nơi công cộng

Mọi người thường có xu hướng ưu tiên sạc ở nhà trước. Hầu hết các ôtô một chỗ ngồi vẫn đậu khoảng 8-12 tiếng ban đêm, sạc điện ở nhà dễ và rẻ hơn sạc ở bất cứ chỗ nào khác. Lý do là: ở hầu hết các quốc gia, giá điện khu dân cư rẻ hơn giá điện cho tổ hợp thương mại, khu công nghiệp, và việc sạc điện có thể diễn ra qua đêm khi giá điện ngoài giờ cao điểm rẻ hơn.

Trong kịch bản lấy sạc ở nhà là trung tâm, xấp xỉ 75-80% chủ xe điện ở Mỹ và EU phải tiếp cận được với việc sạc ở nhà, tức là phải cung cấp được tới 75% nhu cầu năng lượng của họ trong 2020. Tỷ lệ đóng góp cao của các biệt thự ở các bang có tỷ lệ xe điện cao sẽ đảm bảo được yêu cầu này, đặc biệt là ở California và các bang vùng tây bắc Thái Bình Dương. Trung Quốc có tỷ lệ tham gia sạc ở nhà thấp hơn nhiều bởi có ít biệt thự hơn. Ngay cả khi cân nhắc đến giải pháp thay thế là lấy sạc nơi công cộng làm trung tâm, tầm quan trọng của việc sạc ở nhà sẽ vẫn phù hợp hơn tại Mỹ.

Một trạm sạc ở London, Anh> Ảnh: Driving UK

Ở Liên minh châu Âu, khi ôtô điện trở thành phương tiện chính, qua thời gian, việc sạc điện có thể chuyển sang các phương án ở nơi công cộng và cách xa nhà dân, với tỷ lệ sạc điện ở nhà giảm từ xấp xỉ 75% năm 2020 tới khoảng 40% năm 2030. Bởi nhiều hộ gia đình có thu nhập trung bình và thấp không có lựa chọn sạc điện ở nhà sẽ mua ôtô điện từ năm 2020 trở đi. Ở Trung Quốc, sạc nơi công cộng sẽ trội hơn và ngày càng trở nên quan trọng theo thời gian, tăng từ 55-60% ở năm 2020 tới xấp xỉ 80% năm 2030. Hạn chế cơ cấu của các thành phố có mật độ dân số cao, quy mô các bãi đỗ xe trên đường và trong các garage thương mại lớn hơn, là các nhân tố kích thích nhu cầu sạc ôtô nơi công cộng tăng cao.

Trong tương lai gần, mức độ sử dụng sạc điện nơi công cộng thấp không thể gây trở ngại đáng kể đối với sự lựa chọn ôtô điện ở EU và Mỹ. Nhưng tình thế này lại khác hẳn với Trung Quốc, nơi quá nửa năng lượng sạc cho ôtô điện đến từ nguồn điện công cộng. Hơn nữa, tầm quan trọng của sạc điện công cộng sẽ ngày càng lớn hơn vào năm 2030, củng cố thêm nhu cầu cho các chiến lược dựa trên nhu cầu của thị trường mục tiêu.

Chọn sạc chậm, nhanh hay siêu nhanh?

Vấn đề tiếp theo ngoài địa điểm sạc là loại công nghệ sạc. Ba loại hạ tầng sạc ôtô điện chính đang tồn tại là:

Sạc xoay chiều (AC), hay còn gọi là level 1 hoặc level 2. Ở hệ thống này, một bộ chuyển điện trong ôtô chuyển nguồn điện xoay chiều sang điện một chiều (DC), sau đó sạc pin ở cả level 1 (tương đương với một ổ điện gia dụng) hoặc level 2 (240V), hoạt động ở mức năng lượng khoảng 20 kW.

Sạc một chiều DC, hay còn gọi là level 3 hoặc sạc nhanh một chiều. Hệ thống sạc này chuyển nguồn AC từ lưới điện sang DC trước khi nạp vào xe và sạc pin mà không cần đến bộ chuyển điện, hoạt động ở mức năng lượng từ 25 đến hơn 350 KW.

Sạc không dây. Hệ thống này sử dụng sóng điện từ để sạc pin. Thường có một tấm sạc kết nối với ổ cắm điện trên tường và một tấm gắn vào phương tiện. Các công nghệ hiện tại tương đương với các nguồn sạc level 2 và có thể cung cấp năng lượng lên tới 11 KW.

Công suất của bộ sạc quyết định tốc độ sạc nhanh hay chậm. Nguồn sạc xoay chiều level 1 và level 2 thích hợp nhất cho gia đình và nơi làm việc bởi khoảng thời gian đỗ ôtô dài và chi phí thấp hơn: một bộ sạc level 2 cơ bản cho một căn hộ có thể có giá cỡ 500 USD. Nguồn sạc nhanh một chiều thích hợp nhất trong các trường hợp thời gian cấp bách, chẳng hạn trên cao tốc và khi sạc nhanh nơi công cộng.

Nguồn điện xoay chiều cơ bản level 1 và 2 sẽ tiếp tục giữ thế thống trị áp đảo công nghệ sạc tới 2030, cung cấp từ 60 đến 80% năng lượng tiêu thụ. Hầu hết quá trình sạc sẽ diễn ra ở nhà, công sở, và qua các trạm sạc chậm công cộng . Sạc nhanh một chiều dường như đóng vai trò lớn hơn ở Trung Quốc, yêu cầu nhiều cơ sở hạ tầng sạc công cộng hơn.

Tính toán chi phí 

Dựa trên các thông tin sơ lược và công nghệ hiện có, ngành công nghiệp ôtô điện có thể cần tới khoảng 40 triệu bộ sạc trên khắp Trung Quốc, châu Âu và Mỹ, tương ứng với vốn đầu tư cơ bản tích luỹ khoảng 50 tỷ USD cho tới năm 2030. Tính riêng Mỹ sẽ cần 13 triệu bộ sạc tích luỹ và xấp xỉ 11 tỷ USD đầu tư tới 2030. Liên minh châu Âu cần 15 triệu bộ sạc tích luỹ và khoảng 17 tỷ USD đầu tư trong cùng thời kỳ. Tại Trung Quốc, con số này là 14 triệu bộ sạc tích luỹ và 19 tỷ USD đầu tư.

Vốn đầu tư vào hệ thống sạc.

Trong khi hầu hết bộ sạc – hơn 95% - sẽ là ở nhà và công sở xét từ góc độ tổng số bộ sạc đếm được, tỷ lệ vốn đầu tư chúng đại diện là gần 70% trên tổng số. Điều này phản ánh chi phí cho bộ sạc nhanh cao hơn đáng kể. Tính trung bình, bộ sạc level 2 sử dụng ở nhà có giá thấp hơn 1.000 USD; khi dùng ở công sở hoặc nơi công cộng có thể tốn khoảng 3.000 tới 5.000 USD. Bộ sạc nhanh một chiều giá khởi đầu ở mức 25.000 USD và, tuỳ thuộc vào công suất điện, có thể lên tới hơn 200.000 USD cho mỗi đơn vị.

Hiện nay, việc kinh doanh nguồn sạc level 2 ở nhà và nơi công sở không phức tạp, bởi vốn trả trước và chi phí vận hành thấp. Kinh doanh nguồn sạc nhanh một chiều nơi công cộng khó khăn hơn. Lý do bao gồm vốn trả trước cao, chi phí vận hành đắt đỏ hơn và mức độ sử dụng còn thấp. Trong tương lai gần, điều này đặt ra một câu hỏi quan trọng: Ai sẽ cung cấp nguồn vốn cần thiết cho sạc điện công cộng trong khi tỷ lệ sử dụng vẫn ở mức thấp, đặc biệt ở Trung Quốc nơi nhu cầu sạc công cộng cao hơn?

Theo McKinsey