Resiliens i ett elektrifierat transportsystem – Nya beroenden och möjliga störningar (1 av 3)

Under en längre tid har transportsystemets olika delar blivit alltmer effektiva och synkroniserade med allt lägre transportkostnader som följd [1]. Det finns dock andra funktioner för transporter än hög effektivitet och låg kostnad. Många kritiska samhällsfunktioner kräver transporter av gods och människor för att klara sitt uppdrag, vilket även ska fungera i krissituationer. Frågan kring resiliens (ibland benämnt som motståndskraft) i ett alltmer elektrifierad transportsystem är därmed viktig att förstå. I en serie om tre nyhetsbrev kommer omEV undersöka riskerna, möjligheterna och beredskapen med en elektrifierad fordonsflotta från ett resiliensperspektiv. I denna serie fokuserar vi främst på användningen av laddbara fordon (BEV) och störningar på kort- och medellång sikt. En annan viktig fråga är resiliens i leverantörsleden (råvaror, komponenter osv) och mer långsiktiga störningar vilket är ämnen vi kanske återkommer till i framtiden. Det första nyhetsbrevet i serien berör integrationen av elsystemet och transportsystemet, samt möjliga händelser som kan skapa störningar.

Resiliens är förmågan att återhämta sig vid störningar

Resiliens kan beskrivas som ett systems förmåga att återhämta sig till acceptabel nivå inom en tidsperiod efter någon typ av större oväntad händelse eller störning [2]. Resilienshändelser är av karaktären: låg sannolikhet men hög påverkan [3]. Andra begrepp som ofta används i sammanhanget är tillförlitlighet och robusthet. Ett system som är tillförlitligt har hög förmåga att fungera under normala förhållanden [2]. Robusthet är förmågan att fortsätta fungera trots fel i en eller flera subsystem eller komponenter [2]. Vår tolkning är att det som främst skiljer resiliens från dessa begrepp är att det berör oväntade händelser eller oväntade konsekvenser.

Elektrifieringen av transportsektorn skapar nya beroenden

En elektrifierad transportsektor innebär generellt (det kan skilja mellan fordonslag och applikationer) att elsystemet måste hantera en ny typ av elanvändare som har [5]:

• Relativt höga effektuttag
• Svårprognostiserad efterfrågan
• Stor lagringskapacitet hos fordonens batterier
• Möjligheter till flexibilitet i effekt- och energiefterfrågan

Fler laddbara fordon innebär även nya förutsättningar för transportsystemet, som skiftar från ett beroende av flytande bränsle som är relativt lätt att lagra och snabbt att tanka till el som generellt måste tillföras i realtid från elsystemet. Transportsystemet och elsystemet får ömsesidiga beroende där förändringar i en del kan få efterverkningar i andra delar [4], vilket ökar komplexiteten [6].

Liknande synsätt har poängterats av andra forskare (exempelvis [3]). Vilket skapar sårbarheter på grund av ökad komplexitet och risker för kaskadfel (ett fel leder till ett annat) [3]. Den digitala kommunikationen vid laddning mellan aktörer i elsystemet och de laddbara fordonen skapar även en möjlig sårbarhet. En annan utmaning kan vara att integrera ett relativt nytt system med ett beprövat system. Det befintliga elsystemet har väl utvecklade processer, prioriteringar och regleringar som har utvecklats med liten eller ingen beaktning för eldrivna transporter. Mer om detta senare i serien.

Det bör dock poängteras att även nuvarande bränslebaserade transportsystem har ett visst beroende av elsystemet. Bland annat kan elavbrott påverka framkomligheten vid bortfall av trafikljus och även omöjliggöra tankning vid bränslestationer som saknar reservkraft [3]. En viktig skillnad är att laddbara fordons framdrift är beroende av en fungerande elförsörjning vilket skapar sårbarheter för annorlunda typer av händelser och störningar jämfört med ett bränslebaserat transportsystem.

Exempel på händelser som kan påverka elektrifierade transporter och elsystemet

De analyser som har gjorts hittills har primärt fokuserat på händelser som påverkar elsystemet och därmed också energiförsörjningen till ett elektrifierat transportsystem.

Ett återkommande tema är konsekvenser av oförutsedda väderhändelser (t ex översvämningar, stormar, värmeböljor) som tros öka i frekvens och magnitud på grund av klimatförändringar [3]. Den lokala kontexten avgör dock vilka typer av händelser och resliensåtgärder som bör prioriteras [3]. Det finns ett antal studier som har undersökt möjlig lokal påverkan på ett elektrifierat transportsystem utifrån specifika typer av händelser. Exempelvis gjordes det nyligen en modellering av möjlig påverkan på ett elektrifierat transportsystem i London vid större översvämningar [7]. Studien modellerar effekten på det publika laddnätverket om laddare skadas av vatten eller om vatten blockerar tillgången till laddplatser [7]. Resultaten visar att de områden i London som är mest sårbara för översvämningar också är de som har mest intensiv användning av publik laddning. Detta kan skapa överflyttningar och efterföljande problematik i kapacitet i andra delar av laddnätverket [7].

Efter orkanen Ian som nyligen drabbade Kuba och södra USA har det spridits synpunkter om hur väl laddbara fordon är anpassade för evakuering vid naturkatastrofer. I en artikel från CleanTechnica är ståndpunkten att laddbara fordon på många sätt är bättre anpassade till evakuering än förbränningsmotorfordon (t ex mindre energibehov vid köbildning och att det ofta finns tillgång till el någonstans efter vägen) [8].

Det finns även analyser av möjliga antagonistiska hot för transportsystemet generellt. Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI) publicerade 2021 rapporten ”Gråzonsproblematik och hybrida hot i transportsystemet” [9]. Rapporten berör bland annat hur beroenden av exempelvis drivmedelsystem och kommunikationsystem utgör en potentiell sårbarhet som kan utnyttjas av antagonister [9]. Det finns flera möjliga tillvägagångssätt. Exempelvis politiska, ekonomiska, psykologiska, informativa (t ex cyberattacker) och subversiva (t ex illegal underrättelseverksamhet och militära [9]. Gråzonssituationer kan vara speciellt svårhanterliga då flera samhällsfunktioner kan påverkas samtidigt [9]. Exempelvis genom påverkan på systemen som ska adressera störningen (bränsledepåer, ledningsfunktioner osv) [9]. Författarna reflekterar även kring elektrifieringen av transportsystemet. Ökad andel laddbara fordon kan initialt ge ökad försörjningstrygghet genom diversifiering av energislag, men samtidigt finns det risk för ökad sårbarheten på grund av bristande kunskap och beredskap för behoven hos laddbara fordon [9]. Exempelvis skulle en koordinerad cyberattack som plötsligt ökar laddningseffekten för ett större antal elfordon kunna resultera i allvarliga störningar i elsystemet [5].

Egen kommentar

I den globala försörjningskedjan pratas det nu om ”From just in time to just in case”. Vilket är en samling ord som summerar vår nutid väl. Oväntade händelser kan, och har inträffat. Samhället har blivit alltmer upplyst om sårbarheter i elsystemet generellt. Laddbara fordon ökar kraven på elsystemet och också samhällskonsekvenserna av eventuella störningar. Det verkar finnas en del kunskapsluckor men det är positivt att det har initierats forskning och aktiviteter inom området. Nästa nyhetsbrev i serien skiftar fokus mot möjligheterna som laddbara fordon har att skapa ett mer resilient transport- och elsystem.

Referenser

[1] Worldbank blog. 2020. länk

[2] Zissis, Georges. ”The R3 Concept: Reliability, Robustness, and Resilience [President’s Message].” IEEE Industry Applications Magazine 25.4 (2019): 5-6. länk

[3] Hussain, Akhtar, and Petr Musilek. ”Resilience Enhancement Strategies For and Through Electric Vehicles.” Sustainable Cities and Society (2022): 103788. länk

[4] Svenson, Pontus, Kerstin Eriksson, and Sara Janhäll. ”Resilience in systems of systems: electrified transport systems.” 2021 16th International Conference of System of Systems Engineering (SoSE). IEEE, 2021. länk

[5] Kern, Dustin, and Christoph Krauß. ”Analysis of E-Mobility-based Threats to Power Grid Resilience.” Computer Science in Cars Symposium. 2021. länk

[6] Intervju med Kersin Eriksson och Sara Janhäll på RISE i september 2022.

[7] Raman, Gururaghav, Gurupraanesh Raman, and Jimmy Chih-Hsien Peng. ”Resilience of urban public electric vehicle charging infrastructure to flooding.” Nature Communications 13.1 (2022): 1-9. länk

[8] CleanTechnica. 2022. länk

[8] Riksdagen. 2011. länk

[9] Rapport: Gråzonsproblematik och hybrida hot i transportsystemet. FOI. 2021. länk