Подавляющее большинство владельцев электромобилей заряжают свои машины дома вечером или на ночь. Мы делаем это неправильно, говорится в новом исследовании Стэнфордского университета.
В марте исследовательская группа опубликовала работу о созданной ими модели спроса на зарядку, которая может быть применена к различным группам 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 электросеть региона, которая возникнет к 2035 году в результате роста числа владельцев электромобилей. Они пришли к выводу, что быстрый рост числа электромобилей может увеличить пиковый спрос на электроэнергию на 25 процентов, если предположить, что в течение десятилетия в регионе будут преобладать ночные зарядки в жилых помещениях.
Чтобы ограничить высокие затраты на все эти новые мощности по выработке и хранению электроэнергии, говорят исследователи, 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 в конце августа Калифорния приняла решение о запрете продаж автомобилей и легких грузовиков, работающих на бензине, начиная с 2035 года.
“Мы призываем политиков рассмотреть тарифы на коммунальные услуги, стимулирующие дневную зарядку, и стимулировать инвестиции в зарядную инфраструктуру, чтобы переместить водителей из дома на работу для зарядки”, — сказал соавтор исследования Рам Раджагопал, доцент кафедры гражданского и экологического строительства в Стэнфорде.
В феврале совокупные продажи электромобилей в Калифорнии достигли 1 миллиона, что составляет около 6% легковых автомобилей и легких грузовиков. Штат нацелился на то, чтобы к 2030 году на дорогах было 5 миллионов электромобилей. Когда уровень перехода достигнет 30-40% от общего числа автомобилей на дорогах, электросеть будет испытывать значительную нагрузку без крупных инвестиций и изменения привычек зарядки, сказал Раджагопал. Создание такой инфраструктуры требует значительного времени и не может быть осуществлено в одночасье.
“Мы рассматривали весь западный регион США, поскольку Калифорния в значительной степени зависит от импорта электроэнергии из других западных штатов. Зарядка электромобилей и все другие виды использования электроэнергии имеют последствия для всего западного побережья, учитывая взаимосвязанную природу нашей электрической сети”, — говорит Шивон Пауэлл, ведущий автор мартовского и нового исследований.
“Мы смогли показать, что при меньшем количестве домашних зарядок и большем — дневных, западным районам США потребуется меньше генерирующих мощностей и накопителей, и они не будут тратить столько солнечной и ветровой энергии”, — добавила доктор Пауэлл, недавно ставшая постдоком в Политехнической школе Цюриха (ETH Zurich). — “Это касается не только Калифорнии — всем штатам, вероятно, придется пересмотреть структуру цен на электроэнергию по мере роста потребностей в зарядке электромобилей”.
Когда 50% автомобилей на дорогах будут работать на электричестве в западной части США, из которых около половины населения проживает в Калифорнии, потребуется более 5,4 гигаватт накопителей энергии, если привычки зарядки будут следовать нынешнему тренду. Это эквивалент мощности 5 крупных ядерных реакторов. Значительный переход на зарядку на работе, а не дома, сократит объем хранилищ, необходимых для EV, до 4,2 гигаватт.
Нынешние тарифы на электроэнергию поощряют потребителей переключать использование электроэнергии — запуск посудомоечной машины или зарядку электромобилей — на ночное время, когда это возможно. Такая структура тарифов отражает эпоху до появления значительных поставок солнечной и ветровой энергии, когда спрос на электроэнергию угрожал превысить предложение в течение дня, особенно поздно вечером летом.
Сегодня в Калифорнии избыток электроэнергии наблюдается поздним утром и ранним днем, в основном благодаря солнечной энергии. Если большинство автомобилей EV будут заряжаться в это время, то дешевая электроэнергия будет использоваться, а не расходоваться впустую. В противном случае, если большинство EV будут продолжать заряжаться ночью, штату придется строить больше генераторов — скорее всего, на природном газе — или дорогие энергонакопители в больших масштабах.
На местном уровне, если треть домов в районе имеет EV, а большинство владельцев продолжают устанавливать зарядку на 11 часов вечера или на время снижения тарифов на электроэнергию, местная сеть может стать нестабильной.
“Выводы, сделанные в данной работе, имеют два глубоких последствия: первое — ценовые сигналы не соответствуют тому, что было бы лучше для энергосистемы и для плательщиков. Второе — это то, что они призывают рассмотреть возможность инвестиций в инфраструктуру зарядки для тех мест, где люди работают”, — сказала Инес Азеведо, другой соавтор новой работы и доцент кафедры энергетических наук и инженерии в Стэнфордской Школе устойчивого развития, которая открылась 1 сентября.
“Нам необходимо быстро двигаться в направлении декарбонизации транспортного сектора, на который приходится основная часть выбросов в Калифорнии”, — продолжает Азеведо. — “Эта работа дает представление о том, как этого добиться. Давайте убедимся, что мы проводим политику и инвестиционные стратегии, которые позволят нам сделать это устойчивым образом”.
Другой проблемой при разработке ценообразования на электроэнергию является взимание большой платы с коммерческих и промышленных потребителей в зависимости от их пикового потребления электроэнергии. Это может лишить работодателей стимула устанавливать зарядные устройства, особенно если половина или более сотрудников имеют электромобили.
Исследовательская группа сравнила несколько сценариев наличия зарядной инфраструктуры, а также несколько различных тарифов на электроэнергию для населения и коммерческих предприятий. Некоторые изменения тарифов ухудшили ситуацию на уровне энергосистемы, в то время как другие улучшили ее. Тем не менее, сценарий наличия зарядной инфраструктуры, который поощряет больше зарядки в дневное время и меньше зарядки дома, обеспечивает наибольшие преимущества, как показало исследование.