Chúng ta cần phải vượt qua các rào cản cản trở cuộc cách mạng xe điện—những thách thức về tư duy, chuỗi cung ứng và cơ sở hạ tầng—bằng cách tận dụng các dịch vụ tại các trạm sạc. Nắm bắt các vấn đề ràng buộc, triển khai các bộ đệm một cách có chiến lược trước khi tính đến chi phí, vượt qua các rào cản về cơ sở hạ tầng và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang phương tiện di chuyển bằng điện.
Các chính phủ đã công bố thời hạn loại bỏ dần các loại xe động cơ đốt trong (ICE) và các nhà sản xuất đã công bố kế hoạch ngừng sản xuất chúng. Chiến dịch đã bắt đầu và sẽ không còn đường lùi trên con đường tiến tới mức khí thải bằng 0. Nhưng ban hành một sắc lệnh không đảm bảo một giải pháp.
Việc thiếu tiêu chuẩn hóa bộ sạc trong hệ sinh thái ô tô đang cản trở tốc độ triển khai xe điện. Trong khi đó, tải sạc EV hiện tại, đặc biệt là vào thời gian cao điểm, gây thêm gánh nặng cho lưới điện. Một nghiên cứu gần đây của Đại học Stanford ước tính nhu cầu điện cao nhất sẽ tăng tới 25% do tốc độ tăng trưởng nhanh chóng của xe điện ở miền tây Hoa Kỳ trong một thập kỷ. Điều này ngụ ý các công ty tiện ích cần đầu tư vào các nguồn năng lượng tái tạo bổ sung.
Một ước tính cho thấy số lượng trạm sạc ở Hoa Kỳ cần tăng gấp ba lần so với con số 56.000 hiện tại vào năm 2030. Con số đó có thể đạt được thông qua các khoản đầu tư tư nhân và chương trình trị giá 5 tỷ đô la do chính phủ Hoa Kỳ công bố. Chương trình sẽ tạo ra 500.000 trạm sạc mới trong vài năm tới, gấp hơn 3 lần so với 145.000 trạm xăng ở Mỹ hiện nay.
Các khoản đầu tư như thế này sẽ chủ yếu giải quyết vấn đề về phạm vi sử dụng xe. Tuy nhiên, liệu chỉ cần thêm nhiều trạm sạc nữa là đủ? Trạm sạc là một dịch vụ và khi doanh số bán xe điện tăng lên, thời gian sạc pin sẽ trở thành nút cổ chai. Một tính toán nhanh chứng minh vấn đề này.
Một lần sạc EV lâu hơn gấp ba lần so với việc đổ đầy lại một phương tiện đốt trong, ngay cả khi xem xét tùy chọn sạc nhanh (và thiết lập 480V yêu cầu cơ sở hạ tầng nghiêm túc). Với các mô hình xếp hàng truyền thống, “hình phạt thời gian” sạc xe điện EV này tạo ra một sự ngăn cản mạnh mẽ đối với những du khách vội vàng. Tuy nhiên, việc sử dụng các trạm sạc TOC của Eliyahu Goldratt có thể tạo ra các vùng đệm chiến lược để tránh tắc nghẽn và tăng thông lượng.
Pin và khả năng chi trả
Những hạn chế chính đối với khả năng chi trả và khả năng tiếp cận của EV là nguồn cung cấp nguyên liệu làm pin và trạm sạc để sạc các loại pin đó (Hình 1).
Vào năm 2021, doanh số bán xe điện của Hoa Kỳ đã vượt qua 5% tổng số xe ô tô mới được bán. Chính phủ Hoa Kỳ đã thiết lập mục tiêu doanh số bán xe mới không phát thải (còn gọi là EV) là 50% vào năm 2030. Lượng xe tăng gấp 10 lần này đồng nghĩa với việc nhu cầu vật liệu pin cũng tăng tương ứng. Có thể cần thêm gần 400 mỏ than chì, lithium, niken và coban vào năm 2035 để cung cấp cho tất cả các xe điện mới đó. Ngay cả khi tái chế được xem xét, số lượng mỏ cần thiết vẫn ở mức thấp 300.
Các vật liệu và công nghệ pin thay thế đưa ra một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để giải quyết hạn chế này. Pin thể rắn và vật liệu thay thế cho cực âm và cực dương là các phương pháp tiếp cận theo định hướng nghiên cứu cần đầu tư vào cơ sở vật chất và nguồn nhân lực. Cho thuê pin và thanh toán dựa trên mức sử dụng cung cấp các mô hình kinh doanh sáng tạo và quy mô kinh tế nhờ thu mua nguyên liệu số lượng lớn.
EV dự kiến sẽ đạt mức giá ngang bằng với xe ICE vào năm 2026, dựa trên việc mua sắm vật liệu pin. Đường cong giá pin đã giảm dần trong thập kỷ qua, với giá pin ô tô đã điều chỉnh theo lạm phát giảm từ 1.200 USD/kWh năm 2010 xuống còn 132 USD/kWh vào năm 2021. Bloomberg ước tính mức giá tương đương của EV là 80 USD/kWh vào năm 2026 ở Mỹ và Châu Âu .
Giá EV bao gồm chi phí pin, do đó, việc tách nó ra khỏi giá sẽ làm giảm đáng kể tổng chi phí của một chiếc xe. Việc tách rời pin và cung cấp tùy chọn hoán đổi pin sẽ thay đổi các trạm sạc từ mô hình dịch vụ thuần túy sang cách tiếp cận dựa trên sản phẩm.
Dịch vụ đổi pin
Các trạm hoán đổi pin là một cách tiếp cận hiệu quả, tiết kiệm thời gian để giảm thiểu tắc nghẽn tại các điểm sạc. Thay vì sạc lại pin, pin đã được sạc sẽ được tráo đổi. Pin cạn kiệt được sạc ngầm, với tốc độ hiệu quả và trong điều kiện lý tưởng, giảm thiểu khả năng quá nhiệt và sử dụng năng lượng tái tạo ở mức tối đa.
Giáo sư Ferdinand Dudenhoeffer, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Ô tô tại Đại học Duisburg-Essen, Đức, tin rằng các nhà sản xuất ô tô châu Âu đang bỏ lỡ cơ hội khi bỏ qua việc hoán đổi pin. Để so sánh, các nhà sản xuất ô tô Trung Quốc có kế hoạch thành lập 24.000 trạm hoán đổi. Trao đổi pin có khả năng làm dịu mô hình kinh doanh trạm sạc. Ông trùm ô tô Chetan Maini, người đã chế tạo chiếc ô tô điện đầu tiên của Ấn Độ, nói rằng hoán đổi pin là con đường phía trước để áp dụng EV an toàn, giá cả phải chăng trên quy mô lớn.
TOC và bộ đệm trạm sạc
Loại bỏ các tắc nghẽn trong quá trình sạc là một cách khác để cải thiện tương lai sạc EV. TOC, vốn đã nổi tiếng trong lĩnh vực sản xuất, cũng áp dụng cho các trạm sạc. Trên thực tế, TOC tăng thêm giá trị cho thời gian chờ đợi của người tiêu dùng và tăng doanh thu cho các nhà khai thác trạm sạc.
Đặc điểm nổi bật của TOC là xác định các tài nguyên tắc nghẽn sản xuất và tối ưu hóa hiệu quả của chúng để tăng sản lượng sản phẩm cuối cùng. Tài nguyên không có dung lượng dư thừa và do đó giới hạn đầu ra của toàn hệ thống là nút cổ chai (ràng buộc). Thời gian xử lý tại máy hoặc tài sản này xác định thời gian chu kỳ tổng thể. Những cải tiến để giảm bớt nguồn lực hạn chế này sẽ trực tiếp làm tăng sản lượng chung, trong khi việc tăng tài sản có công suất dư thừa (không phải tắc nghẽn) có thể không ảnh hưởng đến sản lượng chung. Ràng buộc còn được gọi là trống, “đập” theo nhịp xác định lưu lượng và đầu ra của hệ thống và không thể thiếu đối với kỹ thuật TOC của trống-đệm-dây.
Trống và tốc độ của nó thiết lập tốc độ cho phần còn lại của xưởng sản xuất hoặc hệ thống vận hành. Sự chậm trễ ở máy này làm giảm tổng sản lượng thành phẩm. Trạm sạc là trống trong chuỗi giá trị xe điện. Tốc độ sạc pin xác định tốc độ đầu ra của trải nghiệm sạc tổng thể. Các công nghệ sạc và pin mới nổi sẽ giảm thời gian sạc trong tương lai, nhưng nó sẽ vẫn là một hạn chế. Mỗi phút tại trạm sạc đều có giá trị, vì vậy điều quan trọng là phải đảm bảo không lãng phí thời gian chờ đợi hoặc sạc.
Bộ đệm ngược dòng tối ưu hóa dung lượng bằng cách tạo thời gian tại ràng buộc. Bộ đệm cũng có thể là trải nghiệm giá trị gia tăng — tại nhà hàng, cửa hàng hoặc trạm bảo trì và sửa chữa — dành cho khách hàng đang chờ ở trạm sạc (Hình 2). Bộ đệm có thể đệm các biến thể khi đến tại mỗi trạm.
Đặc điểm nổi bật của TOC là xác định các nút thắt cổ chai và tối ưu hóa hiệu suất của chúng để tăng thông lượng
Sợi dây trong bộ điều khiển trống-đệm-dây phát hành với tốc độ không lấn át nút cổ chai. Đối với các trạm sạc, sợi dây có thể là luồng thông tin phân bổ ô tô tiếp theo trong bộ đệm để sạc, tùy thuộc vào lượng pin còn lại. Khi một chiếc ô tô đi vào trạm sạc, vị trí của nó trong hàng đợi có thể được quyết định dựa trên lượng điện tích còn lại hoặc hoạt động dự định của người tiêu dùng khi chờ ở trạm – mua sắm, ăn uống hoặc sửa chữa. Ngoài ra, khách hàng cao cấp có thể được ưu tiên trong hàng đợi. Bất cứ khi nào có trạm sạc, xe tiếp theo có thể được báo hiệu để di chuyển vào vị trí tại vị trí sạc, tránh thời gian nhàn rỗi tại điểm giới hạn.
Cách tiếp cận hệ sinh thái cho xe điện
Trong một ấn phẩm trước đó, chúng tôi đã thảo luận về tầm quan trọng của cách tiếp cận hệ sinh thái đối với sự thành công của ngành xe điện. Bộ đệm ngược dòng trong phương pháp sạc pin rất quan trọng trong hệ sinh thái này. Các nhà đầu tư nên xem xét các vùng đệm trong quy hoạch chi tiết cần thiết trước khi thiết lập. Bộ cấu hình trạm sạc cung cấp cách tiếp cận có cấu trúc để quản lý tài chính và vận hành các nút mạng EV quan trọng này.
Hệ sinh thái xe điện là một vụ đánh cược dài hạn đang diễn ra trên quy mô toàn cầu, một cuộc cách mạng di động trăm năm một lần tác động đến gần như mọi người dân. Các quốc gia và thậm chí cả các khu vực hoặc các nhà lãnh đạo chính quyền địa phương nên xem xét tác động tổng thể trong khi lập kế hoạch và thực hiện hệ sinh thái. Việc hoán đổi pin cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà sản xuất xe và pin để đảm bảo khả năng tương tác nhưng hiện tại rất khó đạt được. TOC là một cách tiếp cận để giảm thiểu rủi ro khi triển khai trạm sạc, ngay cả khi không có sự phối hợp như vậy giữa các đối thủ cạnh tranh. Trong khi ngành công nghiệp EV phát triển, TOC là một mô hình thiết thực để triển khai quá trình điện khí hóa phương tiện di chuyển trên quy mô lớn