Koľko elektriny bude trvať na výkon elektrických automobilov budúcnosti?

Dnes sú menej ako dve percentá vozidiel, ktoré Američania kupujú, elektrické. V priebehu nasledujúcich troch desaťročí však niektorí odborníci v automobilovom priemysle očakávajú, že elektrické vozidlá budú tvoriť väčšinu predaja automobilov v USA a vo svete.

Americkí vodiči hovoria o 3 biliónach míľ ročne, pričom spotrebujú viac ako 170 miliárd galónov benzínu a nafty. Prevod všetkých týchto ciest na elektrinu by priniesol nové požiadavky na národný systém výroby a dodávky elektriny.

V rámci rozsiahlej štúdie o energetickej infraštruktúre sa snažíme pochopiť, ako sa môže zvýšiť počet elektrických vozidiel (EV), ako sa energia dodáva a spotrebuje. Doteraz sme prišli na to, že vplyv elektrických vozidiel bude závisieť od toho, kde žijete a kedy sú účtované poplatky.

Odhad, koľko elektriny EVS bude vyžadovať

Pomocou podobnej techniky, ktorá sa nachádza v našom nedávnom dokumente o vodíkových vozidlách, sme vyvinuli posúdenie stavu elektriny, ktoré by bolo potrebné na nabitie elektrifikovanej flotily osobných automobilov, nákladných vozidiel a SUV.

Začali sme odhadom množstva benzínu, ktorý dnes každý kraj spotrebuje. Potom sme konvertovali míle vozidiel, ktoré cestovali do požiadaviek na elektrickú energiu na základe účinnosti dnešných elektromobilov.

Je pravda, že tieto metódy majú obmedzenia. Počet prejdených kilometrov by sa mohol výrazne zmeniť, ak by sa autonómne vozidlá stali samozrejmosťou a viac ľudí sa spolieha napríklad na služby zdieľania Uber, Lyft a iných vozidiel. Veríme však, že náš prístup je dobrým východiskovým bodom pre odhad budúceho dopytu po elektrickej energii, ak sa EV stanú normou.

Regionálne vplyvy

Americká elektrická rozvodná sieť sa v priebehu minulého storočia neustále vyvíjala tak, aby vyhovovala novým požiadavkám. Ak by sa však národné vozidlá rýchlo stali elektrickými, sieť by sa musela meniť rýchlejšie. V závislosti od miestnych jazdných návykov a infraštruktúry siete, ktorá už existuje, naša analýza ukazuje, že elektromobily budú mať rôzne dopady v rôznych regiónoch.

Vzhľadom k tomu, Texas a Kalifornia spotrebujú viac elektriny ako ktorýkoľvek iný štát, poskytujú dobrý prehľad o tom, ako by mohla vyzerať budúcnosť s elektrickými vozidlami. V obidvoch prípadoch by zvýšenie elektrozariadení viedlo k vyššej spotrebe s potenciálom zaťažiť miestnu infraštruktúru.

Ak by dnes boli všetky osobné automobily v Texase elektrifikované, štát by potreboval približne 110 terawatthodín elektriny ročne - priemerná ročná spotreba elektriny 11 miliónov domácností. Pridaný dopyt po elektrickej energii by viedol k 30-percentnému nárastu oproti súčasnej spotrebe v Texase.

Pre porovnanie, v dôsledku miernejšieho podnebia môže Kalifornia vyžadovať takmer o 50% viac elektrickej energie, než spotrebuje v súčasnosti, ak by boli osobné vozidlá v štáte plne elektrifikované. To znamená, že Kalifornia by musela vyrobiť ďalších 120 terawatthodín elektriny ročne.

Príbeh dvoch mriežok

Pohľad na mriežky oboch štátov ukazuje, ako sa spoliehanie sa na elektromobily môže líšiť od miesta k miestu.

V horúcich letných popoludňajších hodinách využíva Texas približne polovicu elektrickej energie, ktorú vyrába, na klimatizáciu, aby budovy zostali chladné. Veľké sezónne výkyvy v dopyte po elektrickej energii v dôsledku klimatizácie znamenajú, že štát má elektrárne, ktoré sedia v nečinnosti počas mnohých hodín roka. Voľná ​​kapacita v čase mimo špičiek by mohla uľahčiť Texasu uspokojiť budúce požiadavky na elektrickú energiu pre elektromobily.

Miernejšie podnebie v Kalifornii znamená, že štát potrebuje v letných dňoch menej elektrickej energie a celkovo menšiu variabilitu dopytu. Výsledkom je, že Kalifornia má k dispozícii menej výrobných kapacít ako Texas, aby splnila budúce požiadavky na nabíjanie elektrických vozidiel.

Organizácia, ktorá spravuje väčšinu elektrickej rozvodnej siete Texasu, v roku 2018 zasiahla 19. júla 2018 novú špičkovú dopytovú sieť približne 73 gigawattov. Pri pohľade na mimo špičkové hodiny 19. júla 2018 sme našli ERCOT rozvodná sieť mala nevyužitú kapacitu na poskytovanie viac ako 350 gigawatthodín dodatočnej elektrickej energie v prípade, ak by elektrárne v prevádzke počas celého dňa, a to nielen počas špičkového dopytu.

Na základe našich odhadov by požiadavky na účtovanie poplatkov za plne elektrifikovanú flotilu osobných automobilov v Texase predstavovali približne 290 gigawatthodín denne, čo je menej ako dostupný prebytok výrobnej kapacity. Inými slovami, sieť v Texase by dnes mohla teoreticky účtovať plne elektrifikovaný vozový park, ak by boli vozidlá v čase mimo špičky nabité.

Keď sme však urobili tú istú analýzu pre Kalifornia, zistili sme, že ak sa EV stanú normou, mohli by presiahnuť celkový dopyt po elektrine nad rámec existujúcej kapacity siete Golden State.

Načasovanie je všetko

Možno ešte dôležitejšie ako to, koľko elektriny spotrebuje elektrická energia, je otázka, kedy by sa spotrebovala.

Vyššie uvedené odhady sme založili na optimálnych, mimo špičkových nabíjacích modeloch. Ak by sa namiesto popoludňajšieho času mala účtovať väčšina elektromobilov, elektrická rozvodná sieť by potrebovala väčšiu výrobnú kapacitu, aby sa zabránilo výpadkom.

Na splnenie tohto dopytu by Kalifornia a Texas museli vybudovať nové elektrárne alebo kúpiť viac elektriny zo susedných štátov, ako to robia. Štáty by tiež mohli potrebovať ďalšiu prenosovú a distribučnú infraštruktúru, aby sa prispôsobila novej automobilovej nabíjacej infraštruktúre.

Všetci povedali, že prechod na elektromobily z vozidiel s vnútorným spaľovaním by mohol potenciálne stáť desiatky miliárd dolárov v Texase a ešte viac v Kalifornii na inštaláciu novej elektrickej infraštruktúry v prípade, že by sa počas špičkových hodín malo účtovať veľa vozidiel.

Stimuly by mohli znížiť to, čo bude stáť za to, aby sa sieť elektrických vozidiel vybavila. Verejné služby by napríklad mohli účtovať rôzne sadzby za elektrinu počas rôznych denných dní av rôznych dňoch v týždni. Táto prax, známa ako oceňovanie času používania, môže podporiť nabíjanie vozidiel, keď je elektrina hojnejšia v čase mimo špičky, a preto je lacnejšie.

Kalifornia a ďalšie oblasti, vrátane Austinu v Texase, už začali používať rôzne stratégie na implementáciu mier používania. Iné regióny by mohli chcieť pozorne sledovať a prijať ponaučenia získané na týchto miestach, keďže počet elektromobilov na ceste stúpa.

Cesta Ahead

Zatiaľ čo elektromobily môžu zvýšiť množstvo elektrickej energie, ktorú spotrebuje v USA, investície potrebné na ich umiestnenie môžu byť menšie, ako sa zdá. Mnohé regióny už majú dostatočnú výrobnú kapacitu, ak sú vozidlá účtované mimo prevádzkových hodín. Uskladnenie energie na palubách elektromobilov by mohlo poskytnúť flexibilitu potrebnú na zmenu doby spoplatňovania a pomôcť prevádzkovateľom siete lepšie riadiť ponuku a dopyt po elektrickej energii.

Navyše, na základe našich výpočtov by peniaze, ktoré Američania ušetria na nákladoch na palivo, mohli tieto investície kompenzovať.

Napríklad, ak by do roku 2017 bola väčšina kalifornských vozidiel elektrická, odhadujeme, že jej vodiči by v tomto roku ušetrovali približne 25 miliárd dolárov v nákladoch na palivo - na základe priemerných cien elektriny a benzínu.

Niektorí analytici trhu okrem úspor paliva očakávajú, že elektromobily budú do roku 2026 lacnejšie ako konvenčné vozidlá, čo je ďalší potenciálny ekonomický prínos.

Hoci je náročné predpovedať budúce ceny benzínu, elektriny a vozidiel, domnievame sa, že je pravdepodobné, že rozsiahle používanie elektromobilov by znížilo celkové náklady na dopravu v Kalifornii a inde. Tieto úspory sú ešte väčšie, ak sa zohľadnia environmentálne prínosy, najmä nižšie emisie uhlíka.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od F. Todda Davidsona, Davea Tuttleho, Joshuu D. Rhodesa a Kazunori Nagasawu. Prečítajte si pôvodný článok.