Mennyi villamos energiát fog igénybe venni a jövő villamos autóinak?

Ma az amerikaiak kevesebb, mint két százaléka vásárol elektromos. De az elkövetkező három évtizedben néhány autóipari szakértő elvárja, hogy az elektromos járművek az amerikai és a globális autók értékesítésének nagy részét képezzék.

Az amerikai járművezetők évente körülbelül 3 billió mérföldet regisztrálnak, és több mint 170 milliárd gallon benzint és dízelt fogyasztanak a folyamatban. Az összes útvonallá átalakítása villamos energiává új követelményeket támasztana az ország villamosenergia-termelési és szállítási rendszerével.

Egy nagy energiainfrastruktúra-tanulmány részeként megpróbáljuk megérteni, hogy az elektromos járművek (EV-k) növekedése hogyan változtathatja meg az energiaellátás és -felhasználás módját. Eddig már rájöttünk, hogy az elektromos járművek hatása attól függ, hogy hol lakik és mikor fizetnek.

A villamosenergia-igények számának becslése

A hidrogénüzemű járművekről szóló közelmúltbeli tanulmányunkban bemutatott hasonló technikával egy állami állapotfelmérést dolgoztunk ki a villamosított személygépkocsik, teherautók és SUV-k töltéséhez szükséges villamos energia mennyiségéről.

Elkezdtük a benzin mennyiségének becslését, amelyet minden megye ma fogyaszt. Ezután átalakítottuk a gépjármű-mérföldeket a villamosenergia-igényekre a mai EV-k hatékonysága alapján.

Kétségtelen, hogy ezek a módszerek korlátozottak. A megtett mérföldek száma jelentősen megváltozhat, ha az autonóm járművek megszoknak, és több ember például Uberre, Lyftre és más járműmegosztási szolgáltatásokra támaszkodik. Úgy véljük azonban, hogy megközelítésünk jó kiindulópontot jelent a villamos energia jövőbeni keresletének becslésére, ha az EV-k normává válnak.

Regionális hatások

Az amerikai elektromos hálózat folyamatosan fejlődött az új igények kielégítésére az elmúlt évszázad során. De ha a nemzet járművei gyorsan villamossá válnak, a hálózatnak gyorsabban kell változtatnia. A helyi vezetési szokásoktól és a már meglévő hálózati infrastruktúrától függően elemzésünk azt mutatja, hogy az EV-k különböző hatást gyakorolnak a különböző régiókban.

Mivel Texas és California több villamos energiát fogyasztanak, mint bármely más állam, jó pillanatképet adnak arról, hogy egy villamos járművel töltött jövő nézhet ki. Mindkét esetben az EV-k számának növekedése a fogyasztást magasabbra vezetné, ami a helyi infrastruktúra megterhelésének lehetőségével járna.

Ha szinte minden Texasban közlekedő személygépkocsit villamosítottak volna ma, az államnak körülbelül 110 terawatt-órára lenne szüksége évente - az átlagos éves villamosenergia-fogyasztás 11 millió otthon. A hozzáadott villamosenergia-igény 30 százalékos növekedést eredményezne a Texas jelenlegi fogyasztásában.

Összehasonlításképpen, a mérsékeltebb éghajlat miatt Kalifornia közel 50 százalékkal több villamos energiát igényelhet, mint amennyit jelenleg fogyaszt, ha az állami személygépkocsik teljesen villamosítottak. Ez azt jelenti, hogy Kaliforniának évente további 120 terawatt órát kell generálnia.

A két rács meséje

A két állam rácsának megnézése azt mutatja, hogy az EV-k mobilitásának függése helyenként változhat.

A forró nyári délutánokon a Texas a villamos energia körülbelül felét használja fel, hogy az épületeket hűtve tartsa. A légkondicionáló által okozott nagy villamosenergia-igény szezonális változása azt jelenti, hogy az állam erőművei az év számos órájában tétlenek. A csúcsidőn kívüli tartalékkapacitás megkönnyítheti a Texas számára az EV-k jövőbeli villamosenergia-igényeinek kielégítését.

Kaliforniában a mérsékeltebb éghajlat azt jelenti, hogy az államnak kevesebb nyári villamos energiát kell igénybe vennie, és kevesebb a keresletváltozás a hálózaton. Ennek eredményeként Kaliforniának kevesebb a rendelkezésre álló termelési kapacitása, mint a Texas, hogy megfeleljen az elektromos járművek jövőbeli töltési igényeinek.

2018-ban a Texas elektromos megbízhatósági tanácsa, a Texas legtöbb elektromos hálózatát kezelő szervezet, július 19-én körülbelül 73 gigawattnyi új csúcsigényt ért el. 2018. július 19-én a csúcsidőn kívüli órákat nézve az ERCOT-ot találtuk A hálózatnak nincs többletkapacitása ahhoz, hogy több mint 350 gigawatt-órás kiegészítő villamos energiát biztosítson, ha a tétlen erőművek továbbra is a nap folyamán működtek, nem csak a csúcsigény alatt.

Becslések alapján a Texasban egy teljesen villamosított személygépkocsi-flottára vonatkozó díjkötelezettség naponta körülbelül 290 gigawatt-óra lenne, ami kevesebb, mint a rendelkezésre álló többletkapacitás. Más szavakkal, a Texas grid elméletileg feltölthet egy teljesen villamosított járműparkot, ha a járműveket csúcsidőn kívül töltik.

Amikor ugyanezt az elemzést végeztük Kaliforniában, azt találtuk, hogy ha az EV-k normává válnak, akkor a villamos energia iránti teljes kereslet meghaladhatja a Golden State hálózatának meglévő kapacitását.

Az időzités minden

Talán még ennél is fontosabb, mint a villamosenergia-fogyasztás mértéke az, hogy mikor fogják fogyasztani.

A fenti becsléseket optimális, csúcsmentes töltési mintákra alapoztuk. Ha ehelyett a legtöbb EV-t délután kell felszámolni, a villamosenergia-hálózatnak nagyobb termelési kapacitásra lenne szüksége a megszakítások elkerülése érdekében.

Ahhoz, hogy ezt az igényt kielégítsük, Kaliforniának és Texasnak új erőműveket kell építenie, vagy több villamos energiát kellene vásárolnia a szomszédos államoktól, mint amilyeneket már megtettek. Az államoknak további átviteli és elosztó infrastruktúrára is szükségük lehet az új autóipari töltési infrastruktúra befogadására.

A belső égésű motoros járművek EV-jére való áttérés potenciálisan több tízmilliárd dollárba kerülhet Texasban és még több Kaliforniában, hogy új villamosenergia-infrastruktúrát telepítsen, ha sok járművet fel kell tölteni a csúcsidőben.

Az ösztönzők csökkenthetik azt, ami a villamos járművek sokrétű felszereléséhez fog kerülni. Például a közművek különböző díjakat számíthatnak fel a villamos energiaért a különböző napszakokban és a hét különböző napjaiban. Ez a gyakorlat időhasználati árképzésként ismert, ami ösztönözheti a járművek töltését, amikor a villamos energia a csúcsidőn kívül bőségesebb, és ezért olcsóbb.

Kalifornia és más területek, köztük Austin, Texas, már elkezdtek különböző stratégiákat használni a felhasználási idő arányának megvalósítására. Más régiók szorosan figyelni fogják, és az ilyen helyeken szerzett tanulságokat elfogadják, mivel az elektromos járművek száma az úton emelkedik.

Az előttünk lévő út

Míg az EV-k növelhetik a villamos energia mennyiségét, az Egyesült Államok elfogyasztja, az ezek befogadásához szükséges beruházás kisebb lehet, mint amilyennek megjelenik. Számos régió már rendelkezik elegendő termelési kapacitással, ha a járműveket csúcsidőn kívül töltik. Az EV-ek fedélzetén lévő energiamegtakarítás biztosítaná a rugalmasságot a töltési idők eltolásához, és segíthet a hálózatüzemeltetőknek a villamos energia kínálatának és keresletének jobb kezelésében.

Ráadásul számítások alapján az amerikaiak önmagukban megtakaríthatják az üzemanyagköltségeket, ellensúlyozhatják ezeket a beruházásokat.

Például, ha Kaliforniában a legtöbb járművet 2017-ig elektromosan működtették, úgy becsüljük, hogy a vezetők 25 milliárd dollárt takarítottak meg az évben az üzemanyagköltségekben - a villamos energia és a benzin átlagára alapján.

Az üzemanyag-megtakarítások mellett néhány piaci elemző elvárja, hogy 2026-ig az elektromos autók olcsóbbak legyenek, mint a hagyományos járművek, és ez egy másik potenciális gazdasági előny.

Míg a benzin, a villamos energia és a járművek jövőbeni árainak megjósolása nehéz feladat, úgy véljük, hogy valószínű, hogy az EV-k széles körű használata csökkentené a Kaliforniában és másutt történő szállítás teljes költségét. Ezek a megtakarítások még nagyobbak, ha figyelembe veszik a környezeti előnyöket, különösen az alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátást.

Ezt a cikket eredetileg F. Todd Davidson, Dave Tuttle, Joshua D. Rhodes és Kazunori Nagasawa című közleményében publikálták. Olvassa el az eredeti cikket itt.