כמה חשמל יידרש חשמל מכוניות חשמל של העתיד?

כיום, פחות משני אחוזים של כלי הרכב האמריקנים לקנות הם חשמליים. אבל בתוך שלושה עשורים הבאים, כמה מומחים בתעשיית הרכב מצפים כלי רכב חשמליים יכול להמציא את רוב המכירות בארה"ב המכונית העולמית.

בסך הכל, נהגים אמריקאים להיכנס כ -3 טריליון קילומטרים בשנה, צריכת יותר מ -170 מיליארד גלונים של בנזין וסולר בתהליך. המרת כל אלה קילומטרים הכביש לחשמל יהיה להציב דרישות חדשות על המערכת של האומה לייצור והספקת חשמל.

כחלק ממחקר מרכזי בתחום האנרגיה, אנו מבקשים להבין כיצד עלייה בכלי רכב חשמליים (EV) עשויה לשנות את האופן שבו האנרגיה מסופקת ונצרכת. עד כה, הבנו את ההשפעה של כלי רכב חשמליים יהיה תלוי איפה אתה גר ומתי הם טעונים.

אומדן כמה חשמל EVs תידרש

באמצעות טכניקה דומה בהשתתפות שלנו נייר האחרונות על כלי רכב מימן, פיתחנו המדינה על ידי המדינה הערכה של כמות החשמל כי יהיה צורך לחייב צי מחשמל של מכוניות, משאיות, מכוניות שטח.

התחלנו על ידי אמידת כמות של בנזין כל המחוז צורכת היום. לאחר מכן, הרכבנו קילומטרים ברכב שנכנסו לדרישות חשמל בהתבסס על היעילות של EVS של ימינו.

אמנם, לשיטות אלה יש מגבלות. מספר קילומטרים נסע יכול להשתנות באופן משמעותי אם כלי רכב אוטונומיים להיות נפוץ יותר אנשים מסתמכים על Uber, Lyft, ושירותים אחרים לרכב שיתוף, למשל. עם זאת, אנו מאמינים כי הגישה שלנו מספקת נקודת התחלה טובה להערכת הביקוש לחשמל בעתיד אם EVs יהפכו לנורמה.

השפעות אזוריות

רשת החשמל של ארה"ב התפתחה ללא הרף כדי להתאים לדרישות חדשות במהלך המאה האחרונה. אבל אם כלי הרכב של האומה היו הופכים במהירות לחשמל, הרשת הייתה צריכה להשתנות מהר יותר. בהתאם להרגלי הנהיגה המקומיים ולתשתית הרשת שכבר נמצאת במקום, הניתוח שלנו מראה כי ל- EVs יהיו השפעות שונות באזורים שונים.

מאז טקסס וקליפורניה צורכים יותר חשמל מכל מדינות אחרות, הם מספקים תמונה טובה של מה העתיד מלא מכוניות חשמליות עשוי להיראות. בשני המקרים, עלייה ב- EVs תניע את הצריכה גבוהה יותר, עם פוטנציאל להטעין את התשתית המקומית.

אם כמעט כל מכוניות הנוסעים בטקסס היו מחשמל היום, המדינה תצטרך כ -100 טרה-שעות נוספות של חשמל בשנה - צריכת החשמל השנתית הממוצעת של 11 מיליון בתים. תוספת הביקוש לחשמל תביא לגידול של 30% לעומת הצריכה הנוכחית בטקסס.

לשם השוואה, בגלל אקלים ממוזג יותר, קליפורניה עשויה לדרוש כמעט 50 אחוזים יותר חשמל ממה שהיא צורכת כיום אם כלי רכב נוסעים במדינה היו מחשמל באופן מלא. כלומר, קליפורניה תצטרך לייצר עוד 120 טרה-שעה של חשמל בשנה.

סיפור של שתי רשתות

מבט על שתי המדינות "רשתות מדגים כיצד הסתמכות על EVS עבור ניידות יכול להשתנות ממקום למקום.

בשעות אחר הצהריים החמות של הקיץ, טקסס משתמשת בכמחצית מהחשמל שהיא מייצרת כדי למזגן אוויר כדי לשמור על הבניינים קרירים. ההבדלים העונתיים הגדולים בביקוש לחשמל עקב מיזוג אוויר פירושו שלמדינה יש תחנות כוח היושבות בטל במשך שעות רבות של השנה. קיבולת חילוף במהלך שעות שיא שיאפשר להקל על טקסס לענות על דרישות החשמל בעתיד EV.

האקלים הממוזג של קליפורניה אומר שהמדינה זקוקה פחות חשמל בימי הקיץ, ופחות השתנות ביקוש על הרשת הכללית. כתוצאה מכך, קליפורניה יש יכולת ייצור פחות זמין מאשר טקסס לפגוש דרישות הטעינה בעתיד מכלי רכב חשמליים.

בשנת 2018, מועצת האמינות החשמלית של טקסס, הארגון שמנהל את מרבית הרשת החשמלית של טקסס, פגעה בביקוש שיא חדש של כ -73 גיגאוואטים ב -19 ביולי. כשהתבוננו בשעות השיא של 19 ביולי 2018, מצאנו את ה- ERCOT לרשת יש יכולת פנוי לספק יותר מ 350 gigawatt שעות של חשמל נוסף אם תחנות כוח בטל המשיך לפעול במשך כל היום, לא רק במהלך שיא הביקוש.

בהתבסס על האומדנים שלנו, דרישות הטעינה עבור צי מחשמל מלא של מכוניות אישיות בטקסס יהיה על 290 ג 'יואט שעות ביום, פחות העודף הזמין של כושר הייצור. במילים אחרות, רשת טקסס יכול באופן תיאורטי לחייב צי רכב חשמלית לחלוטין היום אם כלי רכב היו מחויב במהלך שעות שיא.

כאשר עשינו את אותו ניתוח עבור קליפורניה, עם זאת, מצאנו כי אם EVs להיות הנורמה, זה יכול לדחוף את הביקוש הכולל לחשמל מעבר קיבולת הקיימת של הרשת של מדינת הזהב.

תזמון הוא הכל

אולי אפילו חשוב יותר מאשר כמה חשמל EVs היה צורכים היא השאלה מתי זה יהיה נצרך.

ביססנו את ההערכות לעיל על דפוסי הטעינה האופטימליים והבלתי מבוססים. אם במקום EVs היו להיות מחויב אחר הצהריים, רשת החשמל צריך יותר קיבולת הדור כדי למנוע הפסקות.

כדי לענות על הביקוש הזה, קליפורניה טקסס יצטרכו לבנות תחנות כוח חדשות או לקנות יותר חשמל ממדינות שכנות ממה שהם כבר עושים. המדינות עשויות גם להזדקק לתשתית הולכה ותפוצה נוספת כדי להתאים לתשתית טעינה חדשה של הרכב.

בסך הכל, המעבר EVs מ ברכב מנועי בעירה פנימית עלולה לעלות עשרות מיליארדי דולרים בטקסס ואף יותר בקליפורניה להתקין תשתית חשמל חדשה אם כלי רכב רבים היו להיות מחויב בשעות השיא.

תמריצים יכול להפחית מה זה יעלה לצייד את הרשת עבור הרבה כלי רכב חשמליים. לדוגמה, שירות יכול לגבות תעריפים שונים עבור חשמל בשעות שונות של היום ובימים שונים של השבוע. המכונה תמחור זמן השימוש, נוהג זה יכול לעודד את הטעינה הרכב כאשר החשמל הוא שופע יותר בשעות מחוץ לשיא ולכן זול יותר לספק.

קליפורניה ואזורים אחרים, כולל אוסטין, טקסס, החלו כבר להשתמש באסטרטגיות שונות ליישום שיעורי זמן השימוש. אזורים אחרים עשויים לרצות לצפות מקרוב ולאמץ את הלקחים שנלמדו באותם מקומות כמו מספר כלי רכב חשמליים על הכביש עולה.

הדרך קדימה

בעוד EVs עשוי להגדיל את כמות החשמל שארה"ב צורכת, ההשקעה הנדרשת כדי להתאים אותם עשוי להיות קטן יותר מאשר זה נראה. אזורים רבים כבר יש יכולת ייצור מספיק אם כלי רכב טעונים במהלך שעות שיא. אחסון האנרגיה על הלוח EVS יכול לספק את הגמישות הדרושה כדי להזיז פעמים טעינה ולסייע למפעילי הרשת לנהל טוב יותר את היצע וביקוש של חשמל.

מה יותר, בהתבסס על החישובים שלנו, הכסף האמריקאי היה לחסוך בעלויות הדלק לבד יכול לקזז את ההשקעות האלה.

לדוגמה, אם רוב כלי הרכב של קליפורניה היו חשמליים עד 2017, אנו מעריכים כי הנהגים שלה היה חוסך סביב $ 25 מיליארד דולר באותה שנה בעלויות הדלק - מבוסס על המחירים הממוצעים של חשמל ובנזין.

בנוסף חיסכון בדלק, כמה אנליסטים בשוק צופים מכוניות חשמליות להיות זול יותר מאשר כלי רכב קונבנציונליים על ידי 2026, עוד יתרון כלכלי פוטנציאלי.

אמנם זה מאתגר לחזות את המחירים העתידיים עבור דלק, חשמל, וכלי רכב, אנו מאמינים כי סביר להניח כי השימוש הנרחב של EV יגרום להקטנת עלויות הכוללת של תחבורה בקליפורניה ובמקומות אחרים. חיסכון זה אפילו גדול יותר אם היתרונות הסביבתיים, במיוחד פליטת פחמן נמוכה יותר, נלקחים בחשבון.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי פ טוד דוידסון, דייב טאטל, יהושע ד רודוס, ו Kazunori Nagasawa. קרא את המאמר המקורי כאן.