Cât de mult electricitate va lua electricitatea electrică a viitorului?

Astăzi, mai puțin de două procente din vehiculele pe care americanii le cumpără sunt electrice. Însă în următoarele trei decenii, unii experți din industria automobilelor se așteaptă ca vehiculele electrice să poată alcătui majoritatea vânzărilor de automobile din SUA și din întreaga lume.

Cu toate acestea, șoferii americani înregistrează aproximativ 3 trilioane de mile pe an, consumând peste 170 de miliarde de galoane de benzină și motorină în acest proces. Transformarea tuturor acestor kilometri la electricitate ar pune noi cerințe asupra sistemului națiunii de producere și furnizare a energiei electrice.

Ca parte a unui studiu privind infrastructura energetică majoră, încercăm să înțelegem cum o creștere a vehiculelor electrice (EV) ar putea schimba modul în care energia este alimentată și consumată. Până acum, ne-am dat seama că impactul vehiculelor electrice va depinde de locul în care locuiți și de momentul în care acestea sunt taxate.

Estimarea cât de mult va necesita energie electrică

Folosind o tehnică similară prezentată în recenta noastră lucrare privind vehiculele pe bază de hidrogen, am elaborat o estimare a nivelului de energie electrică care ar fi necesară pentru a încărca o parc electrificat de autoturisme, camioane și SUV-uri.

Am început prin estimarea cantității de benzină consumată de fiecare județ astăzi. Apoi, am convertit mile de vehicule călătorit în cerințele de energie electrică pe baza eficienței vehiculelor electrice de astăzi.

Desigur, aceste metode au limitări. Numărul de kilometri parcurși ar putea schimba semnificativ dacă vehiculele autonome devin obișnuite și, de exemplu, mai mulți oameni se bazează pe serviciile Uber, Lyft și alte servicii de partajare a vehiculelor. Cu toate acestea, considerăm că abordarea noastră oferă un bun punct de plecare pentru estimarea cererii de energie electrică viitoare dacă EV devine normă.

Impactul regional

Rețeaua electrică americană a evoluat continuu pentru a se adapta noilor cerințe pe parcursul secolului trecut. Dar dacă vehiculele națiunii ar deveni rapid electrice, grila ar trebui să se schimbe mai repede. În funcție de obiceiurile locale de conducere și de infrastructura rețelei deja existente, analiza noastră arată că EV va avea efecte diferite în diferite regiuni.

Din moment ce Texas și California consumă mai multă energie electrică decât orice alt stat, acestea oferă o imagine bună a viitorului plin cu vehicule electrice. În ambele cazuri, o creștere a VE ar conduce la creșterea consumului, cu potențialul de a afecta infrastructura locală.

Dacă aproape toate automobilele din Texas au fost electrificate astăzi, statul ar avea nevoie de aproximativ 110 mai multe terawatt-oră de energie electrică pe an - consumul mediu anual de electricitate de 11 milioane de locuințe. Cererea de energie electrică adăugată ar duce la o creștere cu 30% față de consumul curent din Texas.

Prin comparație, din cauza unui climat mai temperat, California ar putea necesita cu aproape 50% mai multă electricitate decât consumă în prezent dacă vehiculele de pasageri din stat au fost complet electrificate. Asta înseamnă că California ar trebui să genereze o cantitate suplimentară de 120 terawatt-oră de energie electrică pe an.

O poveste de două grile

O privire asupra grilelor celor două state demonstrează cum încrederea în EV pentru mobilitate poate varia de la un loc la altul.

În după-amiezile fierbinți de vară, Texas utilizează aproximativ jumătate din energia electrică pe care o generează pentru a acționa aerul condiționat pentru a menține clădirile răcoroase. Variațiile mari sezoniere ale cererii de energie electrică datorate condiționării aerului înseamnă că statul are centrale electrice care stau inactiv pe parcursul mai multor ore ale anului. Capacitatea neutilizată în timpul orelor în afara orelor de vârf ar putea face mai ușor pentru Texas să satisfacă cerințele viitoare de energie electrică ale EV.

Clima climatului temperat al Californiei înseamnă că statul are nevoie de mai puțină energie electrică în zilele de vară, iar variabilitatea cererii este mai mică pe ansamblul rețelei. Ca rezultat, California are o capacitate de producție mai mică decât Texas pentru a satisface cerințele viitoare de încărcare de la vehiculele electrice.

În 2018, Consiliul Electric de Fiabilitate din Texas, organizația care administrează cea mai mare parte a rețelei electrice din Texas, a lovit o nouă cerere de vârf de aproximativ 73 de gigawați pe 19 iulie. Privind la orele de vârf din 19 iulie 2018, am găsit ERCOT rețeaua a avut capacități neutilizate pentru a furniza mai mult de 350 de gigawatți de energie suplimentară dacă centralele electrice idle au continuat să funcționeze pe tot parcursul zilei, nu doar în timpul cererii de vârf.

Pe baza estimărilor noastre, cerințele de tarifare pentru o flotă complet automatizată de autoturisme personale în Texas ar fi de aproximativ 290 de gigawat-oră pe zi, mai puțin decât excedentul disponibil de capacitate de producție. Cu alte cuvinte, rețeaua Texas ar putea încărca teoretic o flotă de vehicule complet electrificate astăzi dacă vehiculele au fost încărcate în timpul orelor de vârf.

Cu toate acestea, când am făcut aceeași analiză pentru California, am constatat că, dacă EV devine normă, aceasta ar putea împinge cererea totală de energie electrică dincolo de capacitatea existentă a rețelei statului de aur.

Timpul este totul

Poate chiar mai important decât cât de mult ar consuma energia electrică este problema când va fi consumată.

Am bazat estimările de mai sus la modele de încărcare optime, în afara vârfurilor. Dacă, în schimb, cele mai multe EV vor fi percepute după-amiaza, rețeaua de electricitate va avea nevoie de mai multă capacitate de generare pentru a evita întreruperile.

Pentru a face față acestei cereri, California și Texas ar trebui să construiască noi centrale electrice sau să cumpere mai multă energie electrică din statele vecine decât le fac deja. De asemenea, statele ar putea avea nevoie de o infrastructură suplimentară de transport și distribuție pentru a se adapta noii infrastructuri de încărcare pentru automobile.

Cu toate acestea, trecerea la EV de la vehiculele cu motor cu ardere internă ar putea costa zeci de miliarde de dolari în Texas și chiar mai mult în California pentru a instala noi infrastructuri de energie electrică în cazul în care multe vehicule ar fi taxate în timpul orelor de vârf.

Stimulentele ar putea reduce ceea ce va costa echiparea rețelei pentru o mulțime de vehicule electrice. De exemplu, utilitățile ar putea percepe rate diferite pentru electricitate în diferite perioade ale zilei și în zile diferite ale săptămânii. Cunoscută ca prețuri de utilizare în timp, această practică poate încuraja încărcarea vehiculelor atunci când energia electrică este mai abundentă în timpul orelor în afara orelor de vârf și, prin urmare, este mai ieftină de furnizat.

California și alte domenii, inclusiv Austin, Texas, au început deja să utilizeze strategii diferite pentru implementarea ratelor de utilizare a timpului de utilizare. Alte regiuni ar putea dori să urmărească îndeaproape și să adopte lecțiile învățate în aceste locuri, pe măsură ce crește numărul de vehicule electrice pe șosea.

Drumul în față

În timp ce VE-urile ar putea crește cantitatea de energie electrică consumată de S.U.A., investiția necesară pentru a le acoperi poate fi mai mică decât pare. Multe regiuni au deja o capacitate de producție suficientă dacă vehiculele sunt încărcate în afara orelor de vârf. Stocarea energiei la bordul vehiculelor electrice ar putea oferi flexibilitatea necesară pentru a schimba timpii de tarifare și pentru a ajuta operatorii de rețea să gestioneze mai bine oferta și cererea de energie electrică.

În plus, pe baza calculelor noastre, banii pe care americanii i-ar economisi numai în ceea ce privește costurile cu combustibilul ar putea compensa aceste investiții.

De exemplu, dacă majoritatea vehiculelor din California au fost electrice până în 2017, estimăm că conducătorii auto ar fi economisit în jur de 25 de miliarde de dolari în acel an în costurile cu combustibilul - pe baza prețurilor medii pentru electricitate și benzină.

Pe lângă economiile de combustibil, unii analiști de piață se așteaptă ca automobilele electrice să fie mai ieftine decât vehiculele convenționale până în 2026, un alt avantaj economic potențial.

Deși este o provocare să prezicem prețurile viitoare pentru benzină, electricitate și vehicule, credem că este probabil ca utilizarea pe scară largă a vehiculelor electrice să reducă costurile totale de transport în California și în alte părți. Aceste economii sunt chiar mai mari dacă se iau în considerare beneficiile pentru mediu, în special emisiile de carbon mai scăzute.

Acest articol a fost publicat inițial în The Conversation de F. Todd Davidson, Dave Tuttle, Joshua D. Rhodes și Kazunori Nagasawa. Citiți articolul original aici.