Ile energii elektrycznej zajmie zasilaniu elektrycznych samochodów przyszłości?

Dzisiaj mniej niż dwa procent pojazdów kupowanych przez Amerykanów to pojazdy elektryczne. Jednak w ciągu najbliższych trzech dekad niektórzy eksperci z branży motoryzacyjnej oczekują, że pojazdy elektryczne będą stanowiły większość sprzedaży samochodów w USA i na świecie.

W sumie amerykańscy kierowcy rejestrują około 3 biliony mil rocznie, zużywając w ten sposób ponad 170 miliardów litrów benzyny i oleju napędowego. Przekształcenie wszystkich tych mil na drogę elektryczną stworzyłoby nowe wymagania dla krajowego systemu produkcji i dostarczania energii elektrycznej.

W ramach ważnego badania infrastruktury energetycznej staramy się zrozumieć, jak wzrost liczby pojazdów elektrycznych może zmienić sposób dostarczania i zużywania energii. Jak dotąd odkryliśmy, że wpływ pojazdów elektrycznych będzie zależał od miejsca zamieszkania i okresu, w którym są one pobierane.

Oszacowanie, ile wolontariuszy elektrycznych będzie wymagać

Stosując podobną technikę opisaną w naszym ostatnim artykule na temat pojazdów napędzanych wodorem, opracowaliśmy ocenę stanu energii elektrycznej, która byłaby potrzebna do naładowania zelektryfikowanej floty samochodów osobowych, ciężarowych i SUV-ów.

Zaczęliśmy od oszacowania ilości benzyny, którą zużywa dzisiaj każde hrabstwo. Wówczas przekształcone mile samochodowe przebyły zapotrzebowanie na energię elektryczną w oparciu o wydajność dzisiejszych pojazdów elektrycznych.

Wprawdzie metody te mają ograniczenia. Liczba przejechanych kilometrów może się znacznie zmienić, jeśli autonomiczne pojazdy staną się powszechne, a na przykład więcej osób będzie polegać na Uber, Lyft i innych usługach udostępniania pojazdów. Uważamy jednak, że nasze podejście stanowi dobry punkt wyjścia do oszacowania przyszłego zapotrzebowania na energię elektryczną, jeśli pojazdy elektryczne staną się normą.

Oddziaływania regionalne

Amerykańska sieć elektryczna stale ewoluowała, aby sprostać nowym wymaganiom w ciągu ostatniego stulecia. Ale gdyby pojazdy narodowe szybko stały się elektryczne, sieć musiałaby się szybciej zmienić. W zależności od lokalnych nawyków jazdy i infrastruktury sieciowej, która już istnieje, nasza analiza pokazuje, że pojazdy elektryczne będą miały różne skutki w różnych regionach.

Ponieważ Teksas i Kalifornia zużywają więcej energii niż jakiekolwiek inne stany, zapewniają dobry obraz tego, jak może wyglądać przyszłość pojazdów elektrycznych. W obu przypadkach wzrost liczby pojazdów elektrycznych spowodowałby wzrost zużycia energii, z możliwością obciążenia lokalnej infrastruktury.

Gdyby praktycznie wszystkie samochody osobowe w Teksasie były dzisiaj zelektryfikowane, państwo potrzebowałoby około 110 więcej terawatogodzin energii elektrycznej rocznie - średnie roczne zużycie energii elektrycznej w 11 milionach domów. Dodatkowe zapotrzebowanie na energię elektryczną spowodowałoby 30-procentowy wzrost w stosunku do bieżącego zużycia w Teksasie.

Dla porównania, ze względu na bardziej umiarkowany klimat, Kalifornia może wymagać prawie 50 procent więcej energii elektrycznej niż obecnie zużywa, gdyby pojazdy osobowe w stanie były w pełni zelektryfikowane. Oznacza to, że Kalifornia musiałaby generować dodatkowe 120 terawatogodzin energii elektrycznej rocznie.

Opowieść o dwóch siatkach

Spojrzenie na siatki dwóch stanów pokazuje, jak zależność od pojazdów elektrycznych w zakresie mobilności może się różnić w zależności od miejsca.

W gorące letnie popołudnia w Teksasie zużywa się około połowy energii elektrycznej generowanej na zasilanie klimatyzacji, aby chłodzić budynki. Duże sezonowe wahania zapotrzebowania na energię elektryczną z powodu klimatyzacji oznaczają, że państwo ma elektrownie, które pozostają bezczynne przez wiele godzin w roku. Wolne moce w godzinach poza szczytem mogą ułatwić Teksasowi sprostanie przyszłym potrzebom elektrycznym pojazdów elektrycznych.

Bardziej umiarkowany klimat Kalifornii oznacza, że ​​państwo potrzebuje mniej energii elektrycznej w letnie dni i mniejszej zmienności popytu na sieci. W rezultacie Kalifornia ma mniejszą moc produkcyjną niż Teksas, aby sprostać przyszłym wymaganiom ładowania pojazdów elektrycznych.

W 2018 r. Rada ds. Niezawodności elektrycznej w Teksasie, organizacja zarządzająca większością sieci elektrycznej w Teksasie, 19 lipca osiągnęła nowy szczytowy popyt w wysokości około 73 gigawatów. Patrząc na godziny poza szczytem na 19 lipca 2018 r., Znaleźliśmy ERCOT sieć miała wolne moce produkcyjne, aby zapewnić ponad 350 gigawatogodzin dodatkowej energii elektrycznej, gdyby elektrownie bezczynne nadal działały przez cały dzień, a nie tylko podczas szczytowego zapotrzebowania.

Według naszych szacunków, wymagania dotyczące opłat za w pełni zelektryfikowaną flotę samochodów osobowych w Teksasie wyniosłyby około 290 gigawatogodzin dziennie, mniej niż dostępna nadwyżka mocy wytwórczych. Innymi słowy, sieć w Teksasie mogłaby teoretycznie naładować dziś w pełni zelektryfikowaną flotę pojazdów, gdyby pojazdy były ładowane poza godzinami szczytu.

Kiedy jednak przeprowadziliśmy tę samą analizę dla Kalifornii, stwierdziliśmy, że jeśli pojazdy elektryczne staną się normą, może to zwiększyć całkowite zapotrzebowanie na energię elektryczną ponad istniejącą moc sieci Złotego Państwa.

Czas to wszystko

Być może nawet ważniejsze niż zużycie energii elektrycznej przez EV jest kwestia tego, kiedy zostanie zużyta.

Powyższe szacunki oparliśmy na optymalnych wzorcach ładowania poza szczytem. Gdyby zamiast tego po południu pobierano opłaty za większość pojazdów elektrycznych, sieć elektryczna wymagałaby większej mocy wytwórczej, aby uniknąć przestojów.

Aby sprostać temu zapotrzebowaniu, Kalifornia i Teksas będą musiały zbudować nowe elektrownie lub kupić więcej energii elektrycznej z sąsiednich stanów, niż to już robi. Państwa mogą również potrzebować dodatkowej infrastruktury przesyłowej i dystrybucyjnej, aby pomieścić nową infrastrukturę ładowania samochodów.

W sumie przejście na pojazdy elektryczne z pojazdów z silnikami spalinowymi może potencjalnie kosztować dziesiątki miliardów dolarów w Teksasie, a jeszcze więcej w Kalifornii, aby zainstalować nową infrastrukturę elektryczną, jeśli w godzinach szczytu miałoby być ładowanych wiele pojazdów.

Zachęty mogą zmniejszyć koszty wyposażenia sieci w wiele pojazdów elektrycznych. Na przykład przedsiębiorstwa energetyczne mogą naliczać różne stawki za energię elektryczną w różnych porach dnia i w różnych dniach tygodnia. Ta praktyka, znana jako cennik czasu użytkowania, może zachęcać do ładowania pojazdów, gdy energia elektryczna jest bardziej obfita w godzinach poza szczytem, ​​a zatem jest tańsza w dostawie.

Kalifornia i inne obszary, w tym Austin w Teksasie, już zaczęły stosować różne strategie w celu wdrożenia wskaźników czasu użytkowania. Inne regiony mogą chcieć uważnie obserwować i przyjmować wnioski wyciągnięte z tych miejsc, gdy liczba pojazdów elektrycznych na drodze wzrasta.

Droga przed nami

Podczas gdy pojazdy elektryczne mogą zwiększyć ilość energii elektrycznej zużywanej przez USA, inwestycja wymagana do ich umieszczenia może być mniejsza niż się wydaje. Wiele regionów ma już wystarczającą zdolność produkcyjną, jeśli pojazdy są ładowane poza godzinami szczytu. Magazynowanie energii na pojazdach elektrycznych może zapewnić elastyczność niezbędną do zmiany czasu ładowania i pomóc operatorom sieci lepiej zarządzać podażą i popytem na energię elektryczną.

Co więcej, w oparciu o nasze obliczenia, pieniądze, które Amerykanie zaoszczędziliby na samych kosztach paliwa, mogłyby zrównoważyć te inwestycje.

Na przykład, gdyby większość kalifornijskich pojazdów była elektryczna do 2017 r., Szacujemy, że jej kierowcy zaoszczędziliby w tym roku około 25 miliardów dolarów na kosztach paliwa - w oparciu o średnie ceny energii elektrycznej i benzyny.

Oprócz oszczędności paliwa niektórzy analitycy rynkowi oczekują, że do roku 2026 samochody elektryczne będą tańsze niż pojazdy konwencjonalne, co stanowi kolejną potencjalną korzyść ekonomiczną.

Chociaż przewidywanie przyszłych cen benzyny, energii elektrycznej i pojazdów jest trudne, uważamy, że powszechne stosowanie pojazdów elektrycznych zmniejszyłoby całkowite koszty transportu w Kalifornii i gdzie indziej. Oszczędności te są jeszcze większe, jeśli uwzględni się korzyści środowiskowe, zwłaszcza niższą emisję dwutlenku węgla.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w rozmowie F. Todda Davidsona, Dave'a Tuttle'a, Joshua D. Rhodesa i Kazunori Nagasawy. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.