Cik daudz elektroenerģijas patērēs nākotnes elektriskajiem automobiļiem?

Šodien mazāk nekā divi procenti amerikāņu transportlīdzekļu ir elektriski. Bet nākamo trīs gadu desmitu laikā daži automobiļu rūpniecības eksperti sagaida, ka elektrotransportlīdzekļi varētu veidot lielāko daļu ASV un pasaules automobiļu pārdošanas.

Visu laiku amerikāņu autovadītāji gadā reģistrē aptuveni 3 triljonus jūdžu, patērējot vairāk nekā 170 miljardus galonu benzīna un dīzeļdegvielas. Visu šo ceļu nobraukšana uz elektroenerģiju radītu jaunas prasības elektroenerģijas ražošanas un piegādes sistēmai.

Kā daļu no liela enerģētikas infrastruktūras pētījuma mēs cenšamies saprast, kā elektrisko transportlīdzekļu (EV) pieaugums varētu mainīt enerģijas piegādi un patēriņu. Līdz šim mēs esam sapratuši, ka elektrisko transportlīdzekļu ietekme būs atkarīga no tā, kur jūs dzīvojat un kad tie tiek iekasēti.

Aprēķināt, cik daudz elektrības būs jāpieprasa

Izmantojot līdzīgu metodi, kas parādīta mūsu nesenajā dokumentā par ūdeņraža transportlīdzekļiem, mēs izstrādājām valsts novērtējumu par elektroenerģijas daudzumu, kas būtu nepieciešams, lai iekasētu elektrificētu personisko automašīnu, kravas automašīnu un SUV autoparku.

Mēs sākām, novērtējot benzīna daudzumu, ko katrs apgabals patērē šodien. Pēc tam mēs pārveidojām transportlīdzekļu jūdzes, kas tika pārvesti uz elektroenerģijas prasībām, balstoties uz šodienas EV efektivitāti.

Protams, šīm metodēm ir ierobežojumi. Braucamo jūdžu skaits var būtiski mainīties, ja autonomie transportlīdzekļi kļūs parastie, un vairāk cilvēku paļaujas uz, piemēram, Uberu, Lyftu un citiem transportlīdzekļu koplietošanas pakalpojumiem. Tomēr mēs uzskatām, ka mūsu pieeja ir labs sākumpunkts nākotnes elektroenerģijas pieprasījuma novērtēšanai, ja EV kļūs par normu.

Reģionālā ietekme

ASV elektrotīkls ir nepārtraukti attīstījies, lai apmierinātu jaunās prasības visā pagājušajā gadsimtā. Bet, ja tautas transportlīdzekļi strauji kļūtu elektriski, tīklam būtu jāmaina ātrāk. Atkarībā no vietējiem braukšanas ieradumiem un jau esošās tīkla infrastruktūras, mūsu analīze liecina, ka EV būs atšķirīga ietekme dažādos reģionos.

Tā kā Teksasa un Kalifornija patērē vairāk elektroenerģijas nekā jebkura cita valsts, tie sniedz labu momentuzņēmumu par to, kāda varētu būt nākotne, kas piepildīta ar elektriskajiem transportlīdzekļiem. Abos gadījumos, palielinoties elektronisko sakaru tīkliem, patēriņš palielināsies, un tas varētu apgrūtināt vietējo infrastruktūru.

Ja gandrīz visi Teksasā esošie pasažieru automobiļi šodien tiktu elektrificēti, valstij būtu vajadzīgs aptuveni 110 vairāk elektroenerģijas stundās gadā - vidējais elektroenerģijas patēriņš gadā ir 11 miljoni mājokļu. Papildu elektroenerģijas pieprasījums izraisītu 30% pieaugumu salīdzinājumā ar pašreizējo patēriņu Teksasā.

Salīdzinājumam, jo ​​mērenāks klimats, Kalifornijai varētu būt nepieciešami gandrīz 50 procenti vairāk elektroenerģijas nekā tas pašlaik patērē, ja valstī pilnībā tiktu elektrificēti pasažieru transportlīdzekļi. Tas nozīmē, ka Kalifornijai būtu jāiegūst papildu 120 terawatu stundām elektroenerģijas gadā.

Stāsts par diviem režģiem

Aplūkojot abu valstu tīklus, redzams, kā paļaušanās uz EVS mobilitātei dažādās vietās var atšķirties.

Karstā vasaras pēcpusdienā Teksasa izmanto apmēram pusi no tās saražotās elektroenerģijas, lai nodrošinātu gaisa kondicionēšanu, lai ēkas saglabātu vēsumu. Lielās sezonālās elektroenerģijas pieprasījuma svārstības gaisa kondicionēšanas dēļ nozīmē, ka valstij ir spēkstacijas, kas daudzu stundu laikā darbojas brīvgaitā. Rezerves jauda ārpusstundu laikā varētu atvieglot Teksasas spēju apmierināt nākotnes elektrības prasības.

Kalifornijas mērenāks klimats nozīmē to, ka vasaras dienās valstij ir vajadzīgs mazāk elektroenerģijas, un kopumā tīklā ir mazāka pieprasījuma atšķirība. Rezultātā Kalifornijā ir mazāk ražošanas jaudu nekā Teksasā, lai apmierinātu nākotnes maksas par elektriskajiem transportlīdzekļiem.

2018. gadā Teksasas Elektriskās uzticamības padome, organizācija, kas pārvalda lielāko daļu Teksasas elektrotīklu, 19. jūlijā sasniedza jaunu maksimālo pieprasījumu - aptuveni 73 gigavatus. Aplūkojot 2018. gada 19. jūlija ārpusstundas laiku, mēs atradām ERCOT tīklam bija neizmantota jauda, ​​lai nodrošinātu vairāk nekā 350 gigavatu stundu papildu elektroenerģijas, ja dīkstāves spēkstacijas turpināja darboties visas dienas garumā, ne tikai maksimālā pieprasījuma laikā.

Balstoties uz mūsu aplēsēm, maksa par pilnībā elektrificētu personīgo automašīnu floti Teksasā būtu aptuveni 290 gigavatstundas dienā, kas ir mazāka par pieejamo ražošanas jaudas pārpalikumu. Citiem vārdiem sakot, Teksasas tīkls teorētiski varētu iekasēt pilnībā elektrificētu transportlīdzekļu parku, ja transportlīdzekļi tika iekrauti ārpus pīķa stundām.

Tomēr, kad mēs veicām to pašu analīzi attiecībā uz Kaliforniju, mēs noskaidrojām, ka, ja EV kļūs par normu, tas varētu virzīt kopējo elektroenerģijas pieprasījumu pēc Zelta valsts tīkla esošās jaudas.

Laiks ir viss

Iespējams, vēl svarīgāk nekā tas, cik daudz elektrības patērēs elektrotīkls, ir jautājums par to, kad tas tiks patērēts.

Mēs balstījām iepriekš minētos aprēķinus uz optimāliem, ārpus pīķa uzlādes modeļiem. Ja tā vietā lielākā daļa EV būtu jāmaksā pēcpusdienā, elektrotīklam būtu vajadzīga lielāka ražošanas jauda, ​​lai izvairītos no pārtraukumiem.

Lai apmierinātu šo pieprasījumu, Kalifornijai un Teksasai būtu jāizveido jaunas spēkstacijas vai jāpērk vairāk elektroenerģijas no kaimiņvalstīm, nekā tās jau dara. Valstīm varētu būt nepieciešama papildu pārvades un sadales infrastruktūra, lai pielāgotu jaunu automobiļu uzlādes infrastruktūru.

Visbeidzot, pāreja uz iekšdedzes dzinēju transportlīdzekļu EVS, iespējams, varētu izmaksāt desmitiem miljardu dolāru Teksasā un vēl vairāk Kalifornijā, lai uzstādītu jaunu elektroenerģijas infrastruktūru, ja daudzu transportlīdzekļu skaits būs jāapmaksā pīķa stundās.

Stimuli varētu samazināt to, ko tas maksās, lai aprīkotu tīklu daudziem elektriskajiem transportlīdzekļiem. Piemēram, komunālie maksājumi varēja pieprasīt dažādus tarifus par elektroenerģiju dažādos dienas laikos un dažādās nedēļas dienās. Šī prakse, kas pazīstama kā cenu noteikšanas laiks, var veicināt transportlīdzekļu uzlādi, kad elektroenerģija ir daudz bagātāka ārpus pīķa stundām un tāpēc ir lētāka.

Kalifornija un citas jomas, tostarp Ostina, Teksasa, jau ir sākušas izmantot dažādas stratēģijas, lai īstenotu laika patēriņa likmes. Citi reģioni, iespējams, vēlēsies rūpīgi sekot līdzi un pieņemt šajās vietās gūto pieredzi, jo palielinās elektrisko transportlīdzekļu skaits uz ceļa.

Ceļš uz priekšu

Lai gan elektrotīkli var palielināt elektroenerģijas daudzumu, ASV patērē, nepieciešamo investīciju apjoms var būt mazāks, nekā parādās. Daudzos reģionos jau ir pietiekama ražošanas jauda, ​​ja transportlīdzekļi tiek iekrauti ārpus pīķa stundām. Enerģijas uzglabāšana uz klāja var nodrošināt elastību, kas nepieciešama, lai pārslēgtu uzlādes laiku un palīdzētu tīkla operatoriem labāk pārvaldīt elektroenerģijas piedāvājumu un pieprasījumu.

Turklāt, pamatojoties uz mūsu aprēķiniem, nauda, ​​ko amerikāņi ietaupītu tikai degvielas izmaksās, varētu kompensēt šos ieguldījumus.

Piemēram, ja līdz 2017. gadam lielākā daļa Kalifornijas transportlīdzekļu būtu elektriski, mēs uzskatām, ka tā vadītāji šajā gadā ietaupītu aptuveni 25 miljardus ASV dolāru degvielas izmaksās, pamatojoties uz vidējām elektroenerģijas un benzīna cenām.

Papildus degvielas ietaupījumam daži tirgus analītiķi sagaida, ka līdz 2026. gadam elektromobiļi būs lētāki nekā parastie transportlīdzekļi, un tas ir vēl viens potenciāls ekonomiskais ieguvums.

Lai gan ir grūti prognozēt nākotnes cenas benzīnam, elektroenerģijai un transportlīdzekļiem, mēs uzskatām, ka ir iespējams, ka plaši izmantoto elektronisko iekārtu izmantošana samazinās kopējās transporta izmaksas Kalifornijā un citur. Šie ietaupījumi ir vēl lielāki, ja tiek ņemti vērā ieguvumi videi, jo īpaši oglekļa emisijas.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts F. Todd Davidson, Dave Tuttle, Joshua D. Rhodes un Kazunori Nagasawa sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.