Kolik elektřiny to bude trvat, aby si elektrické vozy budoucnosti?

Dnes, méně než dvě procenta vozidel Američané koupit jsou elektrické. V příštích třech desetiletích však někteří odborníci v automobilovém průmyslu očekávají, že elektrická vozidla budou tvořit většinu prodeje automobilů v USA i ve světě.

Všichni řekli, že američtí řidiči zaznamenávají přibližně 3 biliony kilometrů ročně, přičemž spotřebují více než 170 miliard galonů benzínu a nafty. Přeměna všech těchto silnic na elektřinu by kladla nové nároky na národní systém výroby a dodávek elektřiny.

V rámci rozsáhlé studie o energetické infrastruktuře se snažíme pochopit, jak by mohlo zvýšení počtu elektrických vozidel změnit způsob, jakým se energie dodává a spotřebovává. Zatím jsme zjistili, že dopad elektrických vozidel bude záviset na tom, kde žijete a kdy jsou účtovány poplatky.

Odhad toho, kolik elektřiny EVS bude požadovat

Pomocí podobné techniky, která byla popsána v našem nedávném dokumentu o vodíkových vozidlech, jsme vyvinuli hodnocení stavu elektřiny, které by bylo zapotřebí k nabití elektrifikované flotily osobních automobilů, nákladních automobilů a SUV.

Začali jsme odhadem množství benzínu, který každý kraj spotřebuje dnes. Pak jsme převedli vozové míle do požadavků na elektřinu na základě účinnosti dnešních elektromobilů.

Je pravda, že tyto metody mají omezení. Počet ujetých kilometrů by se mohl významně změnit, pokud by se autonomní vozidla staly samozřejmostí a více lidí spoléhá například na služby Uber, Lyft a další služby sdílení vozidel. Věříme však, že náš přístup představuje dobrý výchozí bod pro odhad budoucí poptávky po elektřině, pokud se EV stanou normou.

Regionální dopady

Americká elektrizační soustava se v průběhu minulého století neustále vyvíjela tak, aby vyhovovala novým požadavkům. Pokud by se však národní vozidla rychle stala elektrickou, síť by se musela rychleji měnit. Naše analýza ukazuje, že v závislosti na místních řidičských návycích a již existující infrastruktuře rozvodných sítí budou mít elektrická vozidla v různých regionech různé dopady.

Vzhledem k tomu, že Texas a Kalifornie konzumují více elektřiny než kterékoli jiné státy, poskytují dobrý přehled o tom, jak by mohla vypadat budoucnost naplněná elektrickými vozidly. V obou případech by zvýšení spotřeby elektrické energie vedlo ke zvýšení spotřeby, což by mohlo vést k deformaci místní infrastruktury.

Kdyby dnes byly prakticky všechny osobní automobily v Texasu elektrifikovány, stát by potřeboval přibližně 110 více terawatthodin elektřiny ročně - průměrná roční spotřeba elektřiny 11 milionů domácností. Přidaná poptávka po elektřině by vedla k 30% zvýšení oproti současné spotřebě v Texasu.

Pro srovnání, kvůli mírnějšímu klimatu, Kalifornie může vyžadovat téměř 50% více elektřiny než to současně spotřebuje jestliže osobní vozidla ve státě byla úplně elektrifikovaná. To znamená, že Kalifornie bude muset vyrobit dalších 120 terawatthodin elektřiny ročně.

Příběh dvou Mřížek

Pohled na mřížky obou států ukazuje, jak se spoléhání na EV pro mobilitu může lišit od místa k místu.

V horkých letních odpoledních hodinách, Texas používá asi polovinu elektřiny, kterou vyrábí k napájení klimatizace, aby budovy chladné. Velké sezónní výkyvy v poptávce po elektřině v důsledku klimatizace znamenají, že stát má elektrárny, které se nečiní po celé hodiny. Volná kapacita v době mimo špičku může usnadnit Texasu uspokojení budoucích požadavků na elektrickou energii.

Mírnější klima v Kalifornii znamená, že stát potřebuje v letních dnech méně elektřiny a celkově nižší spotřebu. Výsledkem je, že Kalifornie má k dispozici méně výrobní kapacity než Texas, aby uspokojila budoucí požadavky na poplatky z elektrických vozidel.

V roce 2018, elektrická spolehlivost rady Texasu, organizace, která řídí většinu elektrické sítě Texasu, hit nové špičkové poptávky zhruba 73 gigawatts 19. července. Při pohledu na mimo špičku hodin 19. července 2018, jsme našli ERCOT mřížka měla volnou kapacitu k tomu, aby poskytla více než 350 gigawatthodin dodatečné elektřiny v případě, že elektrárny na volnoběh pokračovaly v provozu po celý den, a to nejen během špičkové spotřeby.

Na základě našich odhadů by požadavky na zpoplatnění plně elektrifikovaného vozového parku osobních automobilů v Texasu byly asi 290 gigawatthodin denně, což je méně než přebytek výrobní kapacity. Jinými slovy, Texaská mřížka by dnes mohla teoreticky účtovat plně elektrifikovaný vozový park, kdyby byla vozidla v době mimo špičku účtována.

Když jsme však provedli stejnou analýzu pro Kalifornii, zjistili jsme, že kdyby se EV stala normou, mohla by tlačit celkovou poptávku po elektřině nad stávající kapacitu sítě Golden State.

Načasování je všechno

Možná ještě důležitější než kolik elektřiny by spotřebovávala elektrická energie, je otázka, kdy by se spotřebovávala.

Výše uvedené odhady jsme založili na optimálních vzorcích nabíjení mimo špičku. Pokud by místo odpoledne měla být účtována většina elektromobilů, elektrická síť by potřebovala větší výrobní kapacitu, aby se zabránilo výpadkům.

K uspokojení této poptávky by Kalifornie a Texas musely budovat nové elektrárny nebo kupovat více elektřiny ze sousedních států, než doposud. Státy by také mohly potřebovat další přenosovou a distribuční infrastrukturu, která by umožnila přizpůsobit novou infrastrukturu pro zpoplatnění automobilů.

Přechod na vozidla s elektrickým pohonem z vozidel s vnitřním spalováním by mohl potenciálně stát v Texasu desítky miliard dolarů a ještě více v Kalifornii instalovat novou elektrickou infrastrukturu, pokud by mělo být během špiček účtováno mnoho vozidel.

Pobídky by mohly snížit náklady na vybavení sítě pro elektrická vozidla. Např. Služby mohou účtovat různé ceny elektřiny během různých denních dnů a v různé dny v týdnu. Tento postup, známý jako stanovení ceny za užívání, může podpořit zpoplatnění vozidel, když je elektřina hojnější v době mimo špičku, a tudíž levnější.

Kalifornie a další oblasti, včetně Austinu v Texasu, již začaly používat různé strategie pro implementaci míry využití času. Ostatní regiony mohou chtít pozorně sledovat a přijímat poučení z těchto míst, jak stoupá počet elektrických vozidel na silnici.

Road Ahead

Zatímco elektromobily mohou zvýšit množství elektřiny, kterou spotřebovávají Spojené státy, investice potřebné k jejich umístění mohou být menší, než se zdá. Mnohé regiony již mají dostatečnou výrobní kapacitu, pokud jsou vozidla účtována v době mimo špičku. Skladování energie na palubách elektromobilů by mohlo poskytnout flexibilitu potřebnou k posunu dob nabíjení a pomoci provozovatelům sítí lépe řídit nabídku a poptávku po elektřině.

Navíc, na základě našich výpočtů, by peníze Američanů ušetřily jen náklady na palivo, by mohly tyto investice kompenzovat.

Například, kdyby většina automobilů v Kalifornii byla v roce 2017 elektrická, odhadujeme, že její řidiči by v tomto roce ušetřili zhruba 25 miliard dolarů v cenách pohonných hmot - na základě průměrných cen elektřiny a benzínu.

Kromě úspor paliva někteří analytici trhu očekávají, že do roku 2026 budou elektromobily levnější než konvenční vozidla, což je další potenciální ekonomický přínos.

I když je náročné předvídat budoucí ceny benzínu, elektřiny a vozidel, domníváme se, že je pravděpodobné, že široké využívání elektromobilů sníží celkové náklady na dopravu v Kalifornii i jinde. Tyto úspory jsou ještě větší, pokud jsou zohledněny přínosy pro životní prostředí, zejména nižší emise uhlíku.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation F. Todda Davida, Dave Tuttle, Joshua D. Rhodese a Kazunori Nagasawa. Přečtěte si originální článek zde.