Koliko će struje potrajati za električna vozila budućnosti?

Danas, manje od dva posto vozila koje Amerikanci kupuju su električni. No, u sljedeća tri desetljeća, neki stručnjaci za automobilsku industriju očekuju da bi električna vozila mogla činiti većinu američke i svjetske prodaje automobila.

Sve u svemu, američki vozači bilježe oko tri trilijuna milja godišnje, trošeći više od 170 milijardi galona benzina i dizela. Pretvaranje svih tih cestovnih milja u električnu energiju postavilo bi nove zahtjeve na nacionalni sustav proizvodnje i isporuke električne energije.

Kao dio velike studije energetske infrastrukture, nastojimo shvatiti kako povećanje električnih vozila (EV) može promijeniti način isporuke i potrošnje energije. Do sada smo shvatili da će utjecaj električnih vozila ovisiti o tome gdje živite i kada se naplaćuju.

Procjena koliko će električne energije tražiti

Koristeći sličnu tehniku ​​prikazanu u našem novijem radu o vozilima na vodik, razvili smo procjenu količine električne energije koja bi bila potrebna za punjenje elektrificirane flote osobnih automobila, kamiona i SUV-ova.

Počeli smo s procjenom količine benzina koje svaka županija danas troši. Tada smo prešli kilometre vozila u zahtjeve za električnu energiju na temelju učinkovitosti današnjih električnih vozila.

Doduše, ove metode imaju ograničenja. Broj prijeđenih kilometara može se značajno promijeniti ako autonomna vozila postanu uobičajena i više ljudi se oslanja na Uber, Lyft i druge usluge dijeljenja vozila, na primjer. Međutim, vjerujemo da naš pristup pruža dobru polaznu točku za procjenu buduće potražnje za električnom energijom ako električna vozila postanu norma.

Regionalni utjecaji

Američka električna mreža stalno se razvijala kako bi udovoljila novim zahtjevima tijekom prošlog stoljeća. Ali ako bi se nacionalna vozila brzo pretvorila u električnu mrežu, mreža bi se trebala brže mijenjati. Ovisno o lokalnim vozačkim navikama i mrežnoj infrastrukturi koja je već uspostavljena, naša analiza pokazuje da će električna vozila imati različite utjecaje u različitim regijama.

Budući da Teksas i Kalifornija troše više struje nego bilo koja druga država, oni pružaju dobru sliku o tome kako bi izgledala budućnost ispunjena električnim vozilima. U oba slučaja, povećanje EV-a povećalo bi potrošnju, uz potencijal za naprezanje lokalne infrastrukture.

Da su danas svi putnički automobili u Teksasu elektrificirani, državi bi bilo potrebno približno 110 teravatnih sati električne energije godišnje - prosječna godišnja potrošnja električne energije od 11 milijuna kućanstava. Dodatna potražnja za električnom energijom rezultirala bi povećanjem od 30 posto u odnosu na trenutnu potrošnju u Teksasu.

Za usporedbu, zbog umjerene klime, Kalifornija bi mogla zahtijevati gotovo 50 posto više električne energije nego što trenutno troši ako su putnička vozila u državi potpuno elektrificirana. To znači da bi Kalifornija trebala generirati dodatnih 120 teravat-sati električne energije godišnje.

Priča o dvije mreže

Pogled na rešetke dviju država pokazuje kako oslanjanje na EV za mobilnost može varirati od mjesta do mjesta.

U vrućim ljetnim popodnevima, Texas troši otprilike polovicu električne energije koju proizvodi za napajanje klima uređaja kako bi zgrade bile hladne. Velike sezonske varijacije u potrošnji električne energije zbog klimatizacije znači da država ima elektrane koje miruju tijekom mnogih sati u godini. Neiskorišteni kapaciteti tijekom off-peak sati mogli bi Texasu olakšati ispunjavanje budućih potreba za električnom energijom električnih vozila.

Kalifornijska umjerenija klima znači da je državi potrebno manje struje u ljetnim danima i manje varijabilnosti potražnje na mreži. Kao rezultat toga, Kalifornija ima manji kapacitet proizvodnje od Teksasa kako bi zadovoljio buduće zahtjeve za električnim vozilima.

Godine 2018., Tehnički vijeće za električnu pouzdanost u Teksasu, organizacija koja upravlja većinom električne mreže u Teksasu, postigla je novi vrhunac potražnje od oko 73 gigavata 19. srpnja. Mreža je imala slobodan kapacitet da osigura više od 350 gigavat-sati dodatne struje ako bi neaktivne elektrane nastavile s radom tijekom cijelog dana, a ne samo tijekom vršne potražnje.

Na temelju naših procjena, zahtjevi za punjenje za potpuno elektrificiranu flotu osobnih automobila u Teksasu iznosili bi oko 290 gigavat-sati dnevno, što je manje od raspoloživog viška proizvodnih kapaciteta. Drugim riječima, mreža Teksasa mogla bi teoretski naplatiti potpuno elektrificirani vozni park danas ako bi se vozila naplaćivala tijekom sati izvan glavne prometnice.

Međutim, kada smo napravili istu analizu za Kaliforniju, otkrili smo da, ako EV postanu norma, to bi moglo gurnuti ukupnu potražnju za električnom energijom izvan postojećeg kapaciteta mreže Golden State.

Vrijeme je sve

Možda je čak i važnije od toga koliko će električne energije trošiti električna energija, pitanje je kada će se potrošiti.

Gornje smo procjene temeljili na optimalnim uzorcima punjenja izvan vršnog opterećenja. Ako bi se većina električnih vozila trebala naplaćivati ​​u popodnevnim satima, električna mreža trebala bi više proizvodnih kapaciteta kako bi se izbjegli prekidi.

Kako bi zadovoljili taj zahtjev, Kalifornija i Teksas trebale bi izgraditi nove elektrane ili kupiti više struje iz susjednih država nego što već čine. Države bi također trebale dodatnu infrastrukturu za prijenos i distribuciju kako bi se prilagodila novoj infrastrukturi za punjenje automobila.

Sve u svemu, prijelaz na električna vozila iz vozila s unutarnjim izgaranjem potencijalno bi mogao koštati nekoliko desetaka milijardi dolara u Teksasu, a još više u Kaliforniji kako bi se instalirala nova elektroenergetska infrastruktura ako bi se brojna vozila naplaćivala tijekom vršnih sati.

Poticaji bi mogli smanjiti troškove za opremanje mreže za mnoga električna vozila. Na primjer, komunalne tvrtke mogu naplaćivati ​​različite cijene za električnu energiju tijekom različitih dana i na različite dane u tjednu. Poznata kao cijena korištenja vremena, ova praksa može potaknuti punjenje vozila kada je električna energija obilna tijekom off-peak sati i stoga jeftinija za opskrbu.

Kalifornija i druga područja, uključujući Austin, Texas, već su počeli koristiti različite strategije za primjenu stope korištenja. Druge regije možda žele pozorno promatrati i usvojiti naučene lekcije u tim mjestima kako se povećava broj električnih vozila na cesti.

Cesta ispred

Dok električna vozila mogu povećati količinu električne energije koju SAD troši, ulaganja potrebna za njihovo korištenje mogu biti manja nego što se čini. Mnoge regije već imaju dovoljne proizvodne kapacitete ako se vozila naplaćuju tijekom off-peak sati. Skladištenje energije na električnim vozilima moglo bi osigurati fleksibilnost potrebnu za prebacivanje vremena punjenja i pomoći operaterima mreže da bolje upravljaju ponudom i potražnjom električne energije.

Štoviše, na temelju naših izračuna, novac koji bi Amerikanci sami uštedjeli u troškovima goriva mogli bi nadoknaditi ta ulaganja.

Na primjer, da je većina kalifornijskih vozila bila električna do 2017. godine, procjenjujemo da bi njezini vozači te godine uštedjeli oko 25 milijardi dolara u troškovima goriva - na temelju prosječnih cijena električne energije i benzina.

Osim uštede goriva, neki tržišni analitičari očekuju da će električni automobili biti jeftiniji od konvencionalnih vozila do 2026. godine, što je još jedna potencijalna ekonomska korist.

Iako je izazov predvidjeti buduće cijene benzina, električne energije i vozila, vjerujemo da je vjerojatno da bi raširena upotreba električnih vozila smanjila ukupne troškove prijevoza u Kaliforniji i drugdje. Ove uštede su još veće ako se uzmu u obzir koristi za okoliš, posebice niže emisije ugljika.

Ovaj članak je izvorno objavljen na razgovoru F. Todda Davidsona, Davea Tuttlea, Joshua D. Rhodes i Kazunori Nagasawa. Pročitajte izvorni članak ovdje.