Koliko električne energije bo potrebno za električni avtomobili prihodnosti?

Danes je manj kot dva odstotka vozil, ki jih kupijo Američani, električni. Toda v naslednjih treh desetletjih nekateri strokovnjaki za avtomobilsko industrijo pričakujejo, da bodo električna vozila predstavljala večino ameriške in svetovne prodaje avtomobilov.

Ameriški vozniki vse leto poročajo približno tri bilijone milj na leto, pri čemer porabijo več kot 170 milijard galon bencina in dizelskega goriva. Pretvorba vseh teh cestnih kilometrov v elektriko bi postavila nove zahteve nacionalnemu sistemu za proizvodnjo in dobavo električne energije.

V okviru velike študije o energetski infrastrukturi si prizadevamo razumeti, kako lahko povečanje števila električnih vozil spremeni način dobave in porabe energije. Do sedaj smo ugotovili, da bo vpliv električnih vozil odvisen od tega, kje živite in kdaj se zaračunavajo.

Ocena, koliko električnih električnih vozil bo zahtevalo

Z uporabo podobne tehnike, predstavljene v našem nedavnem dokumentu o vozilih na vodikov pogon, smo razvili oceno stanja električne energije, ki bi bila potrebna za polnjenje elektrificiranega voznega parka osebnih avtomobilov, tovornjakov in terenskih vozil.

Začeli smo z ocenjevanjem količine bencina, ki ga vsaka občina porabi danes. Nato smo prevožene kilometre vozil spremenili v potrebe po električni energiji na podlagi učinkovitosti današnjih električnih vozil.

Res je, da imajo te metode omejitve. Število prevoženih kilometrov se lahko bistveno spremeni, če avtonomna vozila postanejo običajna in več ljudi se zanaša na Uber, Lyft in druge storitve za izmenjavo vozil. Vendar pa verjamemo, da je naš pristop dobro izhodišče za ocenjevanje prihodnjega povpraševanja po električni energiji, če bodo električna vozila postala norma.

Regionalni učinki

Ameriško električno omrežje se je nenehno razvijalo, da bi zadostilo novim zahtevam v zadnjem stoletju. Toda če bi se nacionalna vozila hitro spremenila, bi se morala mreža hitreje spreminjati. Glede na lokalne vozne navade in obstoječo omrežno infrastrukturo, naša analiza kaže, da bodo električna vozila imela različne učinke v različnih regijah.

Ker Teksas in Kalifornija porabijo več električne energije kot katera koli druga država, zagotavljajo dober posnetek, kako bi lahko izgledala prihodnost, napolnjena z električnimi vozili. V obeh primerih bi povečanje števila električnih vozil povečalo porabo, kar bi lahko vplivalo na lokalno infrastrukturo.

Če bi danes skoraj vse osebne avtomobile v Teksasu elektrificirali, bi država potrebovala približno 110 več električne energije na leto - povprečno letno porabo 11 milijonov domov. Dodatno povpraševanje po električni energiji bi povzročilo 30-odstotno povečanje glede na sedanjo porabo v Teksasu.

Za primerjavo, zaradi bolj umirjenega podnebja bi Kalifornija potrebovala skoraj 50 odstotkov več električne energije, kot jo trenutno porabi, če bi bila potniška vozila v državi popolnoma elektrificirana. To pomeni, da bi morala Kalifornija ustvariti dodatnih 120 teravatnih ur električne energije na leto.

Zgodba o dveh mrežah

Pogled na mrežo dveh držav kaže, kako se lahko odvisnost od EV za mobilnost razlikuje od kraja do kraja.

V vročih poletnih popoldanskih urah v Teksasu porabi približno polovico električne energije, ki jo proizvaja za klimatizacijo, da ohranja stavbe hladne. Velika sezonska nihanja v povpraševanju po električni energiji zaradi klimatizacije pomenijo, da ima država elektrarne, ki mirujejo več ur v letu. Neizkoriščena zmogljivost v času izven prometne konice bi lahko Teksasu olajšala izpolnjevanje prihodnjih zahtev po električni energiji.

Kalifornijsko bolj zmerno podnebje pomeni, da država potrebuje manj električne energije v poletnih dneh in manjšo variabilnost povpraševanja na mreži. Zaradi tega ima Kalifornija na voljo manj proizvodnih zmogljivosti kot Texas, da bi izpolnila prihodnje zahteve za polnjenje električnih vozil.

Leta 2018 je Svet za električno zanesljivost v Teksasu, organizacija, ki upravlja večino električnega omrežja v Teksasu, 19. julija dosegel novo najvišjo povpraševanje po približno 73 gigavatih. Če pogledamo off-peak ure za 19. julij 2018, smo našli ERCOT omrežje je imelo proste zmogljivosti, da bi zagotovilo več kot 350 gigavatnih ur dodatne električne energije, če bi neaktivne elektrarne še naprej delovale ves dan, ne samo med največjim povpraševanjem.

Na podlagi naših ocen bi bile zahteve za polnjenje popolnoma elektrificiranega voznega parka osebnih avtomobilov v Teksasu okoli 290 gigavatnih ur na dan, kar je manj od razpoložljivega presežka proizvodnih zmogljivosti. Z drugimi besedami, teksaška mreža bi lahko teoretično zaračunavala popolnoma elektrificiran vozni park danes, če bi bila vozila zaračunana v času, ko ni bilo konice.

Ko smo opravili enako analizo za Kalifornijo, pa smo ugotovili, da če bi EV postali norma, bi lahko potisnili celotno povpraševanje po električni energiji preko obstoječe zmogljivosti omrežja Golden State.

Čas je vse

Morda je še bolj pomembno, koliko električne energije bi porabili električna energija, je vprašanje, kdaj bi jo porabili.

Zgornje ocene smo utemeljili na optimalnih vzorcih polnjenja zunaj najvišje vrednosti. Če bi se namesto tega večina EV-jev zaračunavala popoldne, bi električno omrežje potrebovalo več proizvodnih zmogljivosti, da bi se izognili izpadom.

Da bi zadostili temu povpraševanju, bi morale Kalifornija in Teksas zgraditi nove elektrarne ali kupiti več električne energije iz sosednjih držav, kot že zdaj. Države bodo morda potrebovale tudi dodatno prenosno in distribucijsko infrastrukturo, da bi prilagodile novo infrastrukturo za polnjenje avtomobilov.

Prehod na vozila z motorjem z notranjim izgorevanjem bi lahko v Teksasu in še več v Kaliforniji stalo na desetine milijard dolarjev za vgradnjo nove elektroenergetske infrastrukture, če bi se v času največjih ur zaračunavalo veliko vozil.

Spodbude bi lahko zmanjšale stroške za opremljanje omrežja za veliko električnih vozil. Na primer, javne službe bi lahko zaračunavale različne cene električne energije v različnih dnevnih časih in različnih dneh v tednu. Takšna praksa je znana kot določanje cen z uporabo časa, ki lahko spodbuja polnjenje vozil, kadar je električna energija ob obrobnih urah večja in zato cenejša za oskrbo.

Kalifornija in druga območja, vključno z Austinom v Teksasu, so že začela uporabljati različne strategije za izvajanje stopenj časovne uporabe. Druge regije bi morda želele pozorno spremljati in sprejeti izkušnje, pridobljene v teh krajih, saj se število električnih vozil na cesti dvigne.

Cesta naprej

Čeprav lahko električna vozila povečajo količino električne energije, ki jo porabijo ZDA, so lahko naložbe, ki so potrebne za njihovo namestitev, manjše, kot se zdi. Mnoge regije že imajo zadostno proizvodno zmogljivost, če se vozila zaračunavajo v času, ko ni prometne konice. Skladiščenje energije na električnih motorjih bi lahko zagotovilo prožnost, ki je potrebna za prestavitev časa polnjenja in pomoč upravljavcem omrežja pri boljšem upravljanju ponudbe in povpraševanja po električni energiji.

Še več, na podlagi naših izračunov bi lahko denar, ki bi ga Američani prihranili samo s stroški goriva, nadomestil te naložbe.

Na primer, če bi bila večina kalifornijskih vozil do leta 2017 električna, ocenjujemo, da bi njeni vozniki v tem letu prihranili približno 25 milijard dolarjev pri stroških goriva - na podlagi povprečnih cen električne energije in bencina.

Poleg prihranka goriva nekateri tržni analitiki pričakujejo, da bodo električni avtomobili cenejši od običajnih vozil do leta 2026, kar je še ena možna gospodarska korist.

Čeprav je težko napovedati prihodnje cene bencina, električne energije in vozil, verjamemo, da bi razširjena uporaba električnih vozil zmanjšala skupne stroške prevoza v Kaliforniji in drugod. Ti prihranki so še večji, če se upoštevajo okoljske koristi, zlasti nižje emisije ogljika.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovorih F. Todda Davidsona, Davea Tuttlea, Joshua D. Rhodesa in Kazunorija Nagasawa. Preberite izvirni članek tukaj.