Колко електричество ще отнеме за електрически автомобили на бъдещето?

Днес по-малко от два процента от превозните средства, които американците купуват, са електрически. Но през следващите три десетилетия някои експерти от автомобилната индустрия очакват електромобилите да съставляват по-голямата част от продажбите на автомобили в САЩ и света.

Като цяло американските шофьори регистрират около 3 трилиона мили на година, изразходвайки повече от 170 милиарда литра бензин и дизел. Превръщането на всички тези пътни мили в електричество би поставило нови изисквания към националната система за производство и доставка на електроенергия.

Като част от широкомащабно проучване на енергийната инфраструктура, ние се стремим да разберем как увеличаването на ел. Превозните средства може да промени начина, по който се доставя и консумира енергия. Досега сме разбрали, че влиянието на електрическите превозни средства ще зависи от това къде живеете и кога се таксуват.

Оценка на това колко електроенергия ще изисква електроенергията

Използвайки подобна техника, описана в нашата неотдавнашна книга за водородните превозни средства, разработихме оценка на количеството електроенергия, която ще е необходима за зареждане на електрифициран парк от лични автомобили, камиони и джипове.

Започнахме с оценка на количеството бензин, което всеки окръг консумира днес. След това сме превърнали автомобилните километри в енергийни нужди въз основа на ефективността на днешните електромобили.

Разбира се, тези методи имат ограничения. Броят на изминатите мили може да се промени значително, ако автономните превозни средства станат обичайни и повече хора разчитат на Uber, Lyft и други услуги за споделяне на превозни средства, например. Въпреки това, ние вярваме, че нашият подход осигурява добра отправна точка за оценка на бъдещото търсене на електроенергия, ако електромобилите станат норма.

Регионални въздействия

Електрическата мрежа на САЩ непрекъснато се е развивала, за да посрещне нови изисквания през миналия век. Но ако автомобилите на нацията бързо станат електрически, мрежата ще трябва да се промени по-бързо. В зависимост от местните навици на шофиране и вече изградената мрежова инфраструктура, нашият анализ показва, че електромобилите ще имат различно въздействие в различните региони.

Тъй като Тексас и Калифорния консумират повече електроенергия, отколкото всяка друга държава, те осигуряват добра снимка на това как може да изглежда бъдещето, изпълнено с електрически превозни средства. И в двата случая увеличаването на ЕП ще доведе до по-голямо потребление, с потенциал за натоварване на местната инфраструктура.

Ако почти всички леки автомобили в Тексас бяха електрифицирани днес, държавата ще има нужда от около 110 повече електроенергия годишно - средното годишно потребление на електроенергия от 11 милиона домакинства. Допълнителното потребление на електроенергия ще доведе до 30-процентно увеличение спрямо сегашното потребление в Тексас.

За сравнение, поради по-умерения климат, Калифорния може да изисква почти 50 процента повече електроенергия, отколкото в момента се консумира, ако пътническите превозни средства в държавата са напълно електрифицирани. Това означава, че Калифорния трябва да генерира допълнителни 120 тераватчаса електроенергия годишно.

Приказка за две решетки

Поглед към мрежите на двете държави показва как зависимостта от електромобилите за мобилност може да варира от място на място.

В горещите летни следобеди, Тексас използва около половината от електроенергията, която генерира, за да захранва климатичните инсталации, за да запази сградите студени. Големите сезонни колебания в търсенето на електроенергия, дължащи се на климатичните инсталации, означават, че държавата разполага с електроцентрали, които седят на празен ход през много часове на годината. Резервният капацитет по време на ненатоварените часове може да улесни Тексас да посрещне бъдещите нужди от електроенергия на електромобили.

По-умереният климат в Калифорния означава, че държавата се нуждае от по-малко електроенергия през летните дни и по-малко променливост на търсенето в мрежата като цяло. В резултат на това Калифорния разполага с по-малко производствен капацитет от Тексас, за да посрещне бъдещите изисквания за зареждане от електрически превозни средства.

През 2018 г. Съветът за електрическа надеждност в Тексас, организацията, която управлява по-голямата част от електрическата мрежа на Тексас, достигна нов пик от около 73 гигавата на 19 юли. С поглед към часовете извън пиковите часове за 19 юли 2018 г. намерихме ERCOT мрежата имаше свободен капацитет за осигуряване на повече от 350 гигаватчаса допълнително електричество, ако неизползваните електроцентрали продължиха да работят през целия ден, а не само по време на върхово търсене.

Въз основа на нашите оценки, изискванията за зареждане на напълно електрифициран парк от лични автомобили в Тексас ще бъдат около 290 гигаватчаса на ден, по-малко от наличния излишък от производствени мощности. С други думи, мрежата на Тексас теоретично би могла да таксува напълно електрифициран автомобилен парк днес, ако превозните средства са били зареждани по време на ненатоварени часове.

Когато направихме същия анализ за Калифорния, обаче, установихме, че ако електромобилите станат норма, тя може да прокара общото търсене на електроенергия извън съществуващия капацитет на мрежата на Golden State.

Времето е всичко

Може би дори по-важно от това колко електроенергия ще консумират електричество е въпросът кога ще се консумира.

Направихме горните оценки на оптимални модели за зареждане извън пика. Ако вместо това повечето електромобили трябваше да бъдат таксувани в следобедните часове, електропреносната мрежа ще се нуждае от по-голям производствен капацитет, за да се избегнат прекъсвания.

За да отговори на това търсене, Калифорния и Тексас ще трябва да построят нови електроцентрали или да закупят повече електроенергия от съседните държави, отколкото вече правят. Държавите може да се нуждаят и от допълнителна инфраструктура за пренос и разпределение, за да приспособят новата инфраструктура за зареждане на автомобили.

Преминаването към електромобили от превозни средства с двигатели с вътрешно горене може потенциално да струва десетки милиарди долари в Тексас и дори повече в Калифорния, за да се инсталира нова електроенергийна инфраструктура, ако много превозни средства ще бъдат таксувани по време на пиковите часове.

Стимулите могат да намалят това, което ще струва да се оборудва мрежата за много електрически превозни средства. Например, комуналните услуги биха могли да начисляват различни тарифи за електричество през различни часове на деня и в различни дни от седмицата. Известна като ценообразуване с „време на употреба“, тази практика може да насърчи зареждането на превозните средства, когато електричеството е по-изобилно по време на ненатоварените часове и следователно е по-евтино за доставка.

Калифорния и други области, включително Остин, Тексас, вече са започнали да използват различни стратегии за прилагане на нормите за времетраене. Други региони може да искат да наблюдават отблизо и да приемат поуките от тези места, тъй като броят на електрическите превозни средства по пътя нараства.

Пътят напред

Докато електромобилите могат да увеличат количеството електроенергия, консумирана от САЩ, инвестицията, необходима за тях, може да е по-малка, отколкото изглежда. Много региони вече имат достатъчен производствен капацитет, ако превозните средства се таксуват по време на ненатоварените часове. Съхранението на енергия на бордовите електромобили би могло да осигури гъвкавост, необходима за прехвърляне на времето за зареждане и да помогне на операторите на мрежи да управляват по-добре предлагането и търсенето на електроенергия.

Нещо повече, на базата на нашите изчисления, парите, които американците биха спестили само за разходите за гориво, могат да компенсират тези инвестиции.

Например, ако повечето от калифорнийските превозни средства бяха електрически до 2017 г., смятаме, че водачите му биха спестили около 25 млрд. Долара през тази година в разходите за гориво - въз основа на средните цени за електричество и бензин.

В допълнение към икономиите на гориво, някои пазарни анализатори очакват електрическите автомобили да бъдат по-евтини от конвенционалните превозни средства до 2026 г., което е друга потенциална икономическа полза.

Въпреки че е трудно да се предскаже бъдещите цени на бензина, електричеството и превозните средства, ние вярваме, че широкото използване на електромобили ще намали общите разходи за транспорт в Калифорния и другаде. Тези спестявания са още по-големи, ако се вземат предвид екологичните ползи, особено по-ниските въглеродни емисии.

Тази статия първоначално е била публикувана на разговор от Ф. Тод Дейвидсън, Дейв Татъл, Джошуа Д. Роудс и Казунори Нагасава. Прочетете оригиналната статия тук.