Подавляющее большинство владельцев электромобилей заряжают свои машины дома вечером или ночью. Согласно новому исследованию Стэнфорда, мы делаем это неправильно.

В марте исследовательская группа опубликовала статью о созданной ими модели взимания платы за спрос, которую можно применить к множеству групп населения и другим факторам. В новом исследовании, опубликованном 22 сентября в журнале Nature Energy, они применили свою модель ко всей западной части Соединенных Штатов и изучили нагрузку на электрическую сеть региона к 2035 году из-за роста числа владельцев электромобилей. Они обнаружили, что чуть более чем за десятилетие только быстрый рост электромобилей может увеличить пиковый спрос на электроэнергию до 25 процентов, при условии сохранения преобладания ночных зарядок в жилых помещениях.

По словам исследователей, чтобы ограничить высокую стоимость всех этих новых мощностей для производства и хранения электроэнергии, водителям следует перейти на дневную зарядку на работе или на общественных зарядных станциях, что также сократит выбросы парниковых газов. Этот вывод имеет политические и инвестиционные последствия для региона и его коммунальных служб, особенно после того, как Калифорния в конце августа приняла решение запретить продажу автомобилей с бензиновым двигателем и легких грузовиков, начиная с 2035 года.

«Мы призываем политиков учитывать тарифы на коммунальные услуги, которые поощряют дневную зарядку и стимулируют инвестиции в зарядную инфраструктуру, чтобы перенаправлять водителей из дома на работу для зарядки», — сказал соавтор исследования Рам Раджагопал, адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии в Стэнфорде . .

В феврале совокупные продажи электромобилей в Калифорнии достигли 1 миллиона, что составляет около шести процентов легковых и легких грузовиков. К 2030 году штат поставил перед собой цель установить на дорогах 5 миллионов электромобилей. По словам Раджагопала, когда проникновение составит от 30 до 40 процентов автомобилей на дорогах, электросеть будет испытывать значительную нагрузку без крупных инвестиций и изменений в привычках зарядки. Создание такой инфраструктуры требует значительного времени на подготовку и не может быть выполнено за одну ночь.

«Мы рассмотрели весь западный регион США, потому что Калифорния сильно зависит от импорта электроэнергии из других западных штатов. Зарядка электромобилей и все другие виды использования электроэнергии имеют последствия для всего западного региона, учитывая взаимосвязанный характер нашей электросети», — сказала Сиобхан Пауэлл, ведущий автор мартовского исследования и нового.

«Мы смогли показать, что с меньшей домашней зарядкой и большей дневной зарядкой западным США потребуется меньше генерирующих мощностей и накопителей, и они не будут тратить столько солнечной и ветровой энергии », — сказал Пауэлл, доктор философии в области машиностроения. 22 года.

«И это касается не только Калифорнии и западных штатов. Всем штатам, возможно, придется переосмыслить структуру ценообразования на электроэнергию, поскольку их потребности в зарядке электромобилей возрастают, а их электросеть меняется», — добавил Пауэлл, недавно занявший постдокторскую исследовательскую должность в ETH Zurich.

Как только 50 процентов автомобилей на дорогах будут питаться от электричества в западной части США, из которых около половины населения проживает в Калифорнии, потребуется более 5,4 гигаватт для хранения энергии, если привычка зарядки будет следовать нынешнему курсу. Это эквивалент мощности 5 больших ядерных энергетических реакторов. Большой переход к зарядке на работе, а не дома, сократит объем памяти, необходимой для электромобилей, до 4,2 гигаватт.

Изменение стимулов

Текущие тарифы на время использования побуждают потребителей переключать использование электроэнергии на ночное время, когда это возможно, например, запускать посудомоечную машину и заряжать электромобили. Эта структура тарифов отражает время до значительных поставок солнечной и ветровой энергии, когда спрос угрожал превысить предложение в течение дня, особенно во второй половине дня летом.

Сегодня в Калифорнии есть избыток электроэнергии поздним утром и ранним днем, в основном благодаря солнечной энергии. Если бы большинство электромобилей заряжались в это время, то дешевая энергия использовалась бы, а не тратилась впустую. В качестве альтернативы, если большинство электромобилей продолжат заряжаться ночью, то государству потребуется построить больше генераторов, вероятно, работающих на природном газе, или дорогостоящих накопителей энергии в больших масштабах. Электричество, идущее сначала к огромной батарее, а затем к аккумулятору электромобиля, теряет мощность из-за дополнительной остановки.

На местном уровне, если в трети домов в районе есть электромобили, а большинство владельцев продолжают устанавливать начало зарядки в 23:00 или всякий раз, когда тарифы на электроэнергию падают, местная сеть может стать нестабильной.

«Выводы, сделанные в этой статье, имеют два глубоких следствия: во-первых, ценовые сигналы не соответствуют тому, что было бы лучше для энергосистемы и для налогоплательщиков. работы», — сказала Инес Азеведо, другой соавтор новой статьи и доцент кафедры энергетики и инженерии Стэнфордской школы устойчивого развития Дёрра, которая открылась 1 сентября.

«Нам нужно быстро перейти к обезуглероживанию транспортного сектора, на который приходится основная часть выбросов в Калифорнии», — продолжил Азеведо. «Эта работа дает представление о том, как этого добиться. Давайте позаботимся о том, чтобы мы придерживались политики и инвестиционных стратегий, которые позволяют нам делать это устойчивым образом».

Еще одна проблема с дизайном ценообразования на электроэнергию заключается в том, что коммерческие и промышленные потребители взимают большие сборы в зависимости от их пикового потребления электроэнергии. Это может оттолкнуть работодателей от установки зарядных устройств, особенно если у половины или более их сотрудников есть электромобили. Исследовательская группа сравнила несколько сценариев доступности инфраструктуры зарядки, а также несколько различных тарифов на время использования в жилых помещениях и коммерческую плату за спрос. Некоторые изменения ставок ухудшили ситуацию на уровне сети, а другие улучшили ее. Тем не менее, исследование показало, что сценарий с наличием зарядной инфраструктуры, которая поощряет более дневную зарядку и меньшую домашнюю зарядку, обеспечивает самые большие преимущества.