Скільки електроенергії буде потрібно для електричних автомобілів майбутнього?

Сьогодні менше, ніж два відсотки американських автомобілів купують електрику. Але протягом наступних трьох десятиліть, деякі експерти автомобільної промисловості очікують, що електричні автомобілі можуть скласти більшість американських і глобальних продажів автомобілів.

Все сказане, американські водії журнал приблизно 3 trillion миль за рік, споживаючи більш ніж 170 мільярдів галонів бензину та дизеля у процесі. Перетворення всіх цих дорожніх кілометрів на електроенергію створило б нові вимоги до національної системи виробництва та постачання електроенергії.

Як частина великого дослідження енергетичної інфраструктури, ми прагнемо зрозуміти, як збільшення електричних транспортних засобів (ЕВС) може змінити, як енергія поставляється і споживається. Поки що, ми зрозуміли вплив електричних суден буде залежати від де ви живете та коли вони звинувачуються.

Оцінка, скільки електроенергії буде вимагати

Використовуючи подібну техніку, показану в нашому недавньому папері на водневих транспортних засобах, ми розробили державну оцінку кількості електроенергії, яка була б необхідна для зарядки електрифікованого парку особистих автомобілів, вантажівок і позашляховиків.

Ми почали оцінювати кількість бензину, який споживає сьогодні кожен округ. Ми тоді перетворили милі автомобіля подорожували у електричні вимоги базовані на ефективності сьогодні EVS.

Слід визнати, що ці методи мають обмеження. Кількість миль, які їздили, може значно змінитися, якщо автономні транспортні засоби стануть звичайним явищем, і більше людей покладаються на Uber, Lyft та інші послуги з обміну транспортними засобами, наприклад. Однак, ми вважаємо, що наш підхід є гарною відправною точкою для оцінки майбутнього попиту на електроенергію, якщо ЕВ стануть нормою.

Регіональні наслідки

Електрична мережа США постійно розвивалася, щоб задовольнити нові вимоги протягом усього минулого століття. Але якщо автомобілі країни швидко стануть електричними, мережа повинна змінитися швидше. Залежно від місцевих звичок водіння та вже існуючої інфраструктури, наш аналіз показує, що електростанції будуть мати різний вплив у різних регіонах.

З Texas та California споживають більше електроенергії ніж будь-які інші держави, вони забезпечують гарний snapshot що майбутнє заповнилося з електричними суднами можуть виглядати, як. В обох випадках збільшення обсягів електростанцій призвело б до збільшення споживання, з потенціалом напруження місцевої інфраструктури.

Якщо практично всі пасажирські автомобілі в Техасі були електрифіковані сьогодні, державі буде потрібно приблизно 110 більше тераватт-годин електроенергії на рік - середнє щорічне споживання електроенергії 11 млн. Будинків. Додатковий попит на електроенергію призведе до збільшення на 30% у порівнянні з поточним споживанням у Техасі.

Для порівняння, через більш помірний клімат, Каліфорнія може вимагати майже на 50 відсотків більше електроенергії, ніж зараз споживає, якщо пасажирські автомобілі в державі були повністю електрифіковані. Це означає, що Каліфорнія повинна буде генерувати додатково 120 тераватт-годин електроенергії на рік.

Повість про дві сітки

Огляд мереж двох держав показує, як залежність від електромобілів для мобільності може змінюватися від місця до місця.

На спекотних літніх днях, Техас використовує близько половини електроенергії, яку він генерує для кондиціонування повітря, щоб тримати будівлі прохолодними. Великі сезонні коливання попиту на електроенергію внаслідок кондиціонування повітря означають, що держава має електростанції, які простоюють протягом багатьох годин у році. Запасна потужність під час не-пікових годин може полегшити для Техасу, щоб задовольнити майбутні потреби в електроенергії EVS.

Більш помірний клімат Каліфорнії означає, що держава потребує менше електроенергії в літні дні, і меншу мінливість попиту на мережу загалом. В результаті, California має меншу потужність генерації наявної ніж Texas щоб зустріти майбутні звинувачуючі вимоги з електричних суден.

У 2018 році Рада електричної надійності штату Техас, організація, яка керує більшістю електричних мереж Техасу, 19 липня 19 листопада потрапила до нового пікового попиту приблизно на 73 гігаватт. мережа мала вільні потужності, щоб забезпечити більше 350 гігават-годин додаткової електроенергії, якщо бездіяльні електростанції продовжували працювати протягом дня, а не тільки під час пікового попиту.

Базуючись на наших оцінках, вимоги до зарядки для повністю електрифікованого парку особистих автомобілів в Техасі становитимуть близько 290 гігават-годин на добу, що менше, ніж наявний надлишок виробничих потужностей. Іншими словами, сітка Техасу могла б теоретично зарядити повністю електрифікований автопарк сьогодні, якщо транспортні засоби стягувалися в неробочі години.

Проте, коли ми зробили аналогічний аналіз для Каліфорнії, ми виявили, що якщо ЕВ стануть нормою, вона може підштовхнути загальний попит на електроенергію поза існуючою потужністю енергосистеми Голден Стейт.

Терміни - це все

Можливо навіть більше важливий ніж скільки електроенергії EVS би споживали це питання коли йому би споживалося.

Наведені вище розрахунки базувалися на оптимальних моделях заряджання. Якщо замість цього більшість електромобілів повинні були бути заряджені в другій половині дня, електрична мережа потребуватиме більше потужності генерації, щоб уникнути відключень.

Щоб задовольнити цей попит, Каліфорнія і Техас повинні були б будувати нові електростанції або купувати більше електроенергії з сусідніх держав, ніж вони вже роблять. Держави можуть також потребувати додаткової передачі та інфраструктури розповсюдження пристосувати нову автомобільну інфраструктуру звинувачуючої.

Весь казаний, перехід до EVS з внутрішніх двигунів згоряння двигуни міг потенційно коштувати десятки мільярдів доларів у Texas та навіть більше у California щоб встановити нову інфраструктуру електрики якщо багато суден повинні були бути звинувачені у часи вершини.

Стимули могли б зменшити, що це буде коштувати для оснащення сітки для багатьох електричних транспортних засобів. Наприклад, комунальні підприємства могли стягувати різні тарифи на електроенергію в різні періоди дня і в різні дні тижня. Відомий, як час ціноутворення, що застосовується в часі, така практика може заохотити транспортний заряд, коли електроенергія є більш поширеною протягом непікових годин і, отже, дешевше постачання.

Каліфорнія та інші райони, включаючи Остін, штат Техас, вже почали застосовувати різні стратегії для впровадження ставок часу використання. Інші регіони, можливо, захочуть уважно спостерігати і засвоїти уроки, отримані в тих місцях, коли зростає кількість електричних транспортних засобів на дорозі.

Дорога вперед

В той час, як електростанції можуть збільшити кількість електроенергії, яку споживає США, інвестиції, необхідні для їхнього розміщення, можуть бути меншими, ніж здається. У багатьох регіонах вже є достатньо виробничих потужностей, якщо транспортні засоби стягуються в неробочі години. Зберігання енергії на борту EVs може забезпечити гнучкість, необхідну для перемикання часу зарядки та допомогти операторам мережі краще керувати пропозицією та попитом електроенергії.

Більше того, виходячи з наших розрахунків, гроші, які американці могли б заощадити тільки на витратах на паливо, могли б компенсувати ці інвестиції.

Наприклад, якби більшість транспортних засобів Каліфорнії були електричними до 2017 року, ми оцінюємо, що його водії в цьому році заощадили б близько 25 мільярдів доларів на витрати на паливо - на основі середніх цін на електроенергію та бензин.

Крім економії палива, деякі аналітики ринку очікують, що електричні автомобілі будуть дешевше, ніж звичайні транспортні засоби, до 2026 року, ще однією потенційною економічною вигодою.

В той час, як це кидає виклик передбачити майбутні ціни для бензину, електрики, та судна, ми вважаємо це - певно що широке використання EVS би зменшило загальні кошти перевезення у California та в іншому місці. Ці заощадження ще більші, якщо врахувати екологічні переваги, особливо низькі викиди вуглецю.

Ця стаття була спочатку опублікована на бесіді Ф. Тодда Девідсона, Дейва Татля, Джошуа Д. Родоса і Казунорі Нагасава. Читайте оригінальну статтю тут.