Sähköautot eivät ylikuormita sähköverkkoa, itse asiassa sähköautot (ja jää) ovat sen pelastus

Yhdysvaltain länsiosassa on suuri lämpöaalto, joka voi aiheuttaa sähkökatkoja ja muistutuksia olla lataamatta sähköautoja iltapäivällä. Kun Kalifornia myös määräsi, että vuoteen 2035 mennessä kaikki autot ovat sähköisiä, tämä on nostanut esiin yleisen meemin, jota sähköajoneuvojen vastustajat usein puhuvat, ajatus siitä, että sähköverkko ei voi mitenkään käsitellä tätä.

Samalla on totta, että suunnittelemme pitkälle uusiutuvaa verkkoa, mutta tärkeimmät uusiutuvat energialähteet, aurinko ja tuuli, ovat ajoittaisia, vuorokaudenajasta ja säästä riippuen.

Osoittautuu, että nämä kaksi ongelmaa voivat itse asiassa jossain määrin kumota toisensa, ja yhdistettynä joihinkin muihin tekniikoihin ei tule ollenkaan ongelmaa.

Tarvitsee enemmän energiaa, ei välttämättä lisää tehoa

On totta, että jotta kaikki autot voisivat toimia sähköllä, meidän on tuotettava enemmän sähköenergiaa. Verkkokapasiteettia voidaan mitata sekä vuotuisessa energiantuotannossa että myös maksimiteholla, ja nämä ovat eri asioita. Energia on hyödyke, kuten gallonaa bensiiniä tai kWh. Teho on välitöntä energian toimitusta, energian määrää, jonka voit toimittaa sekunnissa.

Verkossa sähkön kysyntä ja tarjonta vaihtelevat päivän aikana. Ne ovat alhaisia ​​öisin, mutta lämpiminä päivinä kysyntä kasvaa jatkuvasti, kun päivä kuluu ja se kuumenee, mikä aiheuttaa lisää ilmastointia. AC on verkon huippukysynnän ensisijainen tekijä. Kysyntä on yleensä huipussaan noin klo 6, mutta on edelleen vahvaa noin klo 9 asti, minkä jälkeen se laskee yöhön. Viileämpinä aikoina ei ole huippua, kun se on kuumin, joten vuorokaudessa on yleensä kaksi (paljon matalampaa) huippua. Verkolla on kulloinkin tehokapasiteettia. Se vaihtelee päivisin uusiutuvien energialähteiden takia, mutta keskeinen tavoite on varmistaa, että klo 4-9, kun kysyntä on suurinta, meillä on tarpeeksi tarjontaa sen tyydyttämiseen. Joten käytämme rahaa voimaloiden ja siirtolinjojen rakentamiseen tuottamaan energiaa.

Kaaviossa näkyy Kalifornian kysyntä ja tarjonta helleaallon aikana, 3. Kokonaistarjonta oli yli 2022gW, joten ylimääräistä tuli reilusti, mutta huipulla klo 55-3 se on yli 9gW.

Loppupäivän tarjontaa on vielä saatavilla. Saatamme käynnistää kaikki voimalaitokset vasta myöhään iltapäivällä, mutta olemme maksaneet niistä ja voimme käyttää niitä myös muina aikoina, jos haluamme. Joidenkin voimaloiden, kuten ydinvoimaloiden, on oltava käynnissä koko päivän, niitä on vaikea sammuttaa. Tehokkaiden maakaasulaitosten lämpeneminen ja jäähtyminen kestää jonkin aikaa, mutta voimme sammuttaa ne, kun niitä ei tarvita. Vesivoimalaitokset voidaan kytkeä päälle ja pois päältä tarpeen mukaan. Aurinkovoimalat tuottavat sähköä tietysti vain päivällä ja eniten aurinkoisella säällä.

Autoja voi ladata mihin aikaan päivästä tahansa. Keskimääräinen yhdysvaltalainen auto ajaa alle 40 mailia päivässä, mikä tarkoittaa, että ne voivat yleensä olla 5 päivää ilman latausta, jos he tarvitsevat, mutta he voivat varmasti valita, milloin ne latautuvat niin kauan kuin ne voidaan kytkeä pistorasiaan. Useimmat kytkeytyvät yöllä, kun verkossa on eniten ylimääräistä tehokapasiteettia ja sähkö on halvinta. Tulevaisuudessa töihin kytkeytyy lisää, mutta näille autoille on ylimääräistä kapasiteettia noin klo 2 asti. Hyvin pieni määrä maantieajoilla olevia autoja joutuu latautumaan myöhään iltapäivällä, ja he maksavat siitä palkkion.

Ihmiset, jotka eivät ymmärtäneet tätä, pitivät ironista, että Kalifornia ilmoitti suunnitelmastaan ​​siirtyä täysin sähköön vuoteen 2035 mennessä samalla viikolla, kun helleaalto sai heidät muistuttamaan ihmisiä olemaan lataamatta kello 4–9. Tämä ilmoitettiin väärin, koska he pyysivät ihmisiä välttämään autonsa lataamista, mutta itse asiassa neuvot olla lataamatta ruuhka-aikoina ovat tavallisia hyviä neuvoja kaikkina aikoina, ei vain helleaaltojen aikana. Kenelläkään Kaliforniassa ei ollut kuollutta autoa tämän puutteen vuoksi, koska se on vain kysynnän huippu tehosta, ei energiasta, ruuhka-aikoina.

(Huomaa, että varoituksista huolimatta Kalifornian verkko-operaattorin ei koskaan tarvinnut tehdä sähkökatkoja. Yksinkertaiset tekstiviestit, joissa ihmisiä pyydettiin vähentämään sähköä, onnistuivat yllättävän hyvin.)

Suosittelija:

Energia tekee hyödyllistä työtä, kuten autojen siirtämistä ja kodin jäähdyttämistä. Se mitataan yksiköissä, kuten kilowattitunteina (kWh) tai jopa gallonoina bensiiniä. Teho on energian virtausnopeus kilowatteina tai hevosvoimina. Autosi saattaa tarvita gallonan kaasua ajaakseen 30 mailia tai 7.5 kWh, mutta se tarvitsee enemmän hevosvoimaa tehdäkseen sen nopeammin. Erityisesti koska kW ja kWh kuulostavat niin samanlaisilta, ihmiset hämmentyvät.

Enemmän energiaa

Meidän ei tarvitse lisätä verkon tehoa ladataksemme kaikkia autoja, mutta sen on tuotettava enemmän energiaa. Vaikka kaikki uudet autot vuonna 2035 ovat sähköisiä, suurin osa bensiiniautoista poistuu tieltä vasta noin 20 vuoden kuluttua. Nykyään amerikkalaiset ajavat noin 3 biljoonaa mailia vuodessa (puoli valovuotta!), jos he tekisivät kaiken tämän Teslan kaltaisissa autoissaTSLA
Malli 3, joka tarvitsisi 750 terawattituntia (tWh) lisää vuodessa. Vuonna 2020 Yhdysvalloissa tuotettiin 4,000 20 tWh, joten tämä on noin 2050 % kasvua – tosin vasta vuoden XNUMX tienoilla. Se on enemmän kuin se, koska siellä on kuorma-autoja, jotka kuluttavat paljon enemmän energiaa kilometriä kohden, ja muita vähemmän tehokkaita autoja. on enemmän autoja ja enemmän ajoa, mutta tämä antaa sinulle taustakäsityksen tarvittavasta lisäenergian määrästä. (Haluamme myös siirtää kotien kaasulämmityksen ja lämpimän käyttöveden fossiilisista sähkölämpöpumppuihin, mikä on eri keskustelua.)

Yhdysvaltain sähköverkko on jo lisännyt energian kokonaistuotantoaan 20 % viimeisen 30 vuoden aikana, joten tämä on varmasti jotain, mitä on tehty ennenkin ilman erityisiä ponnisteluja. Koska lisäys saattaa olla suurempi, voi olla tarpeen tehdä erityisiä ponnisteluja. (Ehkä ei, olemme jatkuvasti tehokkaampia, ja monet laitteistamme ja laitteistamme, kuten hehkulampuistamme, kuluttavat murto-osan aiemmin käyttämänsä tehosta.)

Vaikka tarvitsemme 20 % enemmän energiaa, emme tarvitse paljon enemmän tehoa sähköautojen takia. Saatamme tarvita enemmän valtaa muihin asioihin – erityisesti väestönkasvuun – tai saatamme tarvita vähemmän tehokkuuttamme. Uudet voimalaitokset tarjoavat sekä enemmän tehoa että enemmän energiaa, vaikkakin eri tavoin. Jos aikoisimme polttaa vain enemmän hiiltä ja kaasua, voisimme itse asiassa saada enemmän energiaa olemassa olevista laitoksista polttamalla enemmän polttoainetta, mutta se ei ole suunnitelmamme, joten tarvitsemme lisää uusiutuvia laitoksia. Emme kuitenkaan tarvitse lisää verkkoa autojen takia.

Tämä lisäponnistelu tulee pääasiassa uusiutuvista energialähteistä, erityisesti aurinkoenergiasta. Se ei johdu ympäristösyistä. Nykyään aurinkovoima on halvin rakennettava uusi voimalaitos. Kun tarkastellaan minkä tahansa tyyppisten laitosten kokonaiskustannuksia kilowattituntia kohden, aurinkoenergia on voittaja – ja se tulee halvemmaksi joka vuosi. Jos haluat vain energiaa halvimmalla hinnalla ja voit valita, milloin käytät sitä, aurinkovoimala on ainoa laitos, joka rakentuu yksinkertaisesti hinnan mukaan – vaikka nollapäästöt ovat varmasti mukavat.

Vaikka se on puhdas, hiljainen ja helppokäyttöinen, sen yksi haittapuoli on, että se antaa virtaa vain aurinkoisella säällä. Itse asiassa, jos haluat tuottaa 24 megawattituntia vuorokaudessa, voit tehdä sen 1 megawatin tavallisella laitoksella, joka on käynnissä koko päivän, mutta aurinkoenergialla saatat tarvita 6 megawatin laitoksen ja saisit vain energiasi päivällä, ellei sinulla ole myös säilytystilaa. Mutta tuo 6 megawatin aurinkovoimala maksaisi vähemmän energiayksikköä kohti kuin 1 mW:n kaasu-, hiili- tai ydinvoimala.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi sinun on löydettävä suuri kuorma, joka kestää uusiutuvan laitoksen jaksoittaisen sähkönsyötön, kun sen käsketään – kun aurinko paistaa tai tuuli puhaltaa.

Juuri tämän tyyppisiä kuorma-akkuja, eli sähköautoja, ovat. Niin kauan kuin auto on kytkettynä sähköverkkoon, se ottaa virtaa, kun on ylijäämää, eikä ota sitä, kun on pulaa. Hyvin harvat muut kuormat ovat niin joustavia. Jokaista toista kuormaa varten tarvitset virtaa silloin, kun sitä tarvitset, mutta akulla otat sen eri aikaan kuin käytät sitä. Toinen tällainen kuormitus on uima-altaan veden suodatus – sinun tarvitsee vain suodattaa tarpeeksi joka päivä, ei väliä milloin.

Lämmitys ja jäähdytys

Sähköverkon suurin kuormitus ja huippukysynnän syy on jäähdytys, ja kun siirrymme lämmityksestä fossiilisista polttoaineista lämpöpumppuihin (ilmastointilaitteet päinvastoin), siitä tulee myös suuri kuormitus. Mutta lämmitys ja jäähdytys voivat myös muuttaa tarpeensa, jos käytämme siihen suunniteltuja varusteita. Tämä johtuu siitä, että voit varastoida lämpöä (tai kylmää) halvimpaan "akkuun" - veteen.

Uudemmat edistyneet ilmastointilaitteet tietävät, kuinka paljon ilmastointia tarvitaan myöhemmin samana päivänä. Yön ja aamun aikana ne jäähdyttävät ja jäädyttävät vettä eristettyihin jääsäiliöihin. He tekevät tämän, kun sähkö on halpaa ja runsaasti, ja kun lämpötila on alhaisempi ja se vaatii vähemmän vaivaa. Myöhemmin, kun sähköä on vähän, he käyttävät jäätä rakennusten jäähdyttämiseen. Lämpötilaennusteemme ovat nyt erittäin tarkkoja, joten tietokoneet voivat ohjata koko prosessia tehdäkseen siitä nopean ja tehokkaan. Sähköä tulee joko yöllä (kun kysyntä on vähäistä) tai aamulla (kun on vielä viileää ja aurinkoenergiaa on paljon ylijäämää.) Auringon ylijäämä on niin suuri, että kaikki kuormat, jotka voivat liikkua ajassa (kuten akut) , jäähdytys ja lämmitys) ottaa ylijäämän aamulla. Uusiutuvat tarvitsevat säilytystilaa, mutta säilytystilana ovat autoissa jo olevat akut sekä jää- tai (lämmitykseen) kuumavesisäiliöt. Säilytystyyppejä on myös muita (pumppuvesi ja akut ja muut menetelmät), mutta tarvitsemme sitä paljon vähemmän kuin jos pitäisimme vanhoissa ilmastointilaitteissamme.

Sellaisenaan suuri osa tulevan uusiutuvan verkon ongelmista voidaan ratkaista sähköautoilla ja jäällä. Huomaa, että tämä ei koske autoja, jotka toimivat akkuina niin sanotun "ajoneuvosta verkkoon" -tekniikan kautta. Tämä voidaan tehdä, kun akuista tulee erittäin pitkäikäisiä, mutta se ei ole järkevää, kun kalliit auton akut kuluvat loppuun toimiessaan, ellei sähköä voida myydä erittäin korkeilla spot-hinnoilla verkon ylikuormituksen aikana.

(Jäävaraston käyttöönotto jäähdytystä ja lämmitystä varten on ollut yllättävän hidasta. Avaruuden varhaisimman yrityksen Ice Energyn entisen toimitusjohtajan Mike Hopkinsin mukaan ilmastointia asentavat ihmiset eivät vain ole tottuneet uusiin asioihin ja jopa perushallitukseen. mandaatit eivät tee sitä riittävän nopeasti. Hän uskoo, että lain pitäisi alkaa vaatia varastointia – ei välttämättä jäätä – lämmitykseen ja jäähdytykseen uudisrakennuksissa, ja tämä ratkaisee huippukysynnän ongelman.)

Aurinkoenergian ongelma on se, että se tuottaa sähköä auringon aikataulun mukaan, ei sinun. Sähköautot tarvitsevat paljon enemmän sähköenergiaa, mutta voivat ottaa sen vastaan ​​auringon aikataulussa. Nämä kaksi ongelmaa kumoavat toisensa. Kun lisäät ilmastointilaitteiden, kodin lämmitysjärjestelmien ja käyttövesijärjestelmien kyvyn valmistaa ja varastoida lämmitystä ja jäähdytystä ja jakaa niitä myöhemmin, on kuin ongelmat olisi tehty toisilleen. Tämä ei tietenkään ratkaise kaikkea – tarvitsemme muuntyyppisiä varastoja ja luultavasti lisää tuuli-, ydin- ja geotermistä. Ja käytämme vielä jonkin aikaa maakaasulaitoksiamme huippuhuipuissa. Jotkut ihmiset ajattelevat, että käytämme jopa sähköautojen akkuja myydäksemme sähköä takaisin verkkoon huipulla tämän välttämiseksi. Yllä olevassa kaaviossa keltainen aurinkoviiva tulee paljon korkeammaksi – itse asiassa korkeammaksi kuin kysyntähuippu, mutta se aiheuttaa suuren ongelman klo 7, kun aurinko laskee ja yhtäkkiä kaiken huipputehon on tultava muusta kuin aurinkoenergiasta.

Sähköautot ovat verkon pelastus, sillä ne antavat meille mahdollisuuden rakentaa paljon halpaa, vihreää aurinkokapasiteettia ja sitten antaa meille paikan laittaa kaikki ylimääräinen aurinkoenergia aamusta klo 3:een.

Meidän on myös asennettava paljon enemmän latauspistokkeita paikkoihin, joissa autot pysäköidään klo 8–3, mikä on sekoitus työpaikkoja ja koteja. Vaikka yö on sopivin aika, halpa aurinkoenergian ylijäämä on aamulla. Paljon on vielä tehtävää, mutta sähköautot joustavuutensa ansiosta ovat osa ratkaisua, eivät osa ongelmaa.