Es ist in Ordnung, sechs Autos gleichzeitig aufzuladen. Das Aufladen von 60 million könnte etwas schwieriger sein. Nadya Kubik / Shutterstock.com
Heute, weniger als 2 Prozent der Fahrzeuge, die Amerikaner kaufen, sind elektrisch. Doch in den nächsten drei Jahrzehnten erwarten einige Experten der Automobilindustrie, dass Elektrofahrzeuge den größten Teil ausmachen werden US und weltweiter Autoverkauf.
Insgesamt loggen sich amerikanische Fahrer ein 3 Billionen Meilen pro Jahr mehr als verbrauchen 170 Milliarden Gallonen von Benzin und Diesel in den Prozess. Die Umwandlung all dieser Straßenkilometer in Elektrizität würde neue Anforderungen an das nationale System zur Erzeugung und Lieferung von Elektrizität stellen.
Als Teil eines Majors Studie zur Energieinfrastruktur, Wir suchen zu verstehen, wie Zunahme von Elektrofahrzeugen ändert sich vielleicht wie Energie is geliefert und verbraucht. Bisher haben wir herausgefunden, dass die Auswirkungen von Elektrofahrzeugen davon abhängen, wo Sie leben und wann sie aufgeladen werden.
Schätzung des Strombedarfs für Elektrofahrzeuge
Verwenden einer ähnlichen Technik wie in unsere jüngsten Papier Für Wasserstofffahrzeuge entwickelten wir eine länderspezifische Bewertung der Strommenge, die zum Laden einer elektrifizierten Flotte von Pkw, Lkw und SUV benötigt wird.
Wir haben zunächst geschätzt, wie viel Benzin jeder Landkreis heute verbraucht. Wir haben dann die zurückgelegten Fahrzeugmeilen in Strom umgerechnet, basierend auf der Effizienz der heutigen Elektrofahrzeuge.
Zugegebenermaßen weisen diese Methoden Einschränkungen auf. Die Anzahl der zurückgelegten Meilen könnte sich erheblich ändern, wenn autonome Fahrzeuge werden alltäglich und mehr Menschen verlassen sich auf Uber, Lyft und andere Fahrzeug-Sharing-Dienste, zum Beispiel. Wir sind jedoch der Ansicht, dass unser Ansatz einen guten Ausgangspunkt für die Schätzung des zukünftigen Strombedarfs darstellt, wenn Elektrofahrzeuge zur Norm werden.
Regionale Auswirkungen
Das US-amerikanische Stromnetz hat sich kontinuierlich weiterentwickelt, um den neuen Anforderungen im gesamten Land gerecht zu werden letztes Jahrhundert. Aber wenn die Fahrzeuge der Nation schnell elektrisch werden würden, müsste sich das Netz schneller ändern. Abhängig von den örtlichen Fahrgewohnheiten und der bereits vorhandenen Netzinfrastruktur zeigt unsere Analyse, dass Elektrofahrzeuge in verschiedenen Regionen unterschiedliche Auswirkungen haben werden.
Seit Texas und Kalifornien verbrauchen mehr Strom als alle anderen StaatenSie bieten einen guten Überblick darüber, wie eine Zukunft voller Elektrofahrzeuge aussehen könnte. In beiden Fällen würde ein Anstieg der Elektrofahrzeuge den Verbrauch erhöhen und die lokale Infrastruktur möglicherweise belasten.
Wenn heute praktisch alle Pkw in Texas elektrifiziert wären, würde der Staat ungefähr 110 mehr Terawattstunden Strom pro Jahr benötigen - der durchschnittliche jährliche Stromverbrauch von 11 Millionen Häuser. Der zusätzliche Strombedarf würde zu einem Anstieg von 30 Prozent gegenüber dem aktuellen Verbrauch in Texas führen.
Im Vergleich dazu könnte Kalifornien aufgrund eines gemäßigten Klimas fast benötigen 50 Prozent mehr Strom als es derzeit verbraucht, wenn Pkw im Staat voll elektrifiziert waren. Das bedeutet, dass Kalifornien zusätzliche 120-Terawattstunden Strom pro Jahr erzeugen müsste.
Eine Geschichte von zwei Gittern
Ein Blick auf die Gitter der beiden Staaten zeigt, wie unterschiedlich die Abhängigkeit von Elektrofahrzeugen für die Mobilität von Ort zu Ort sein kann.
An heißen Sommernachmittagen nutzt Texas etwa die Hälfte der Elektrizität Es erzeugt eine Klimaanlage, um die Gebäude kühl zu halten. Die starken saisonalen Schwankungen des Strombedarfs aufgrund der Klimatisierung führen dazu, dass die Kraftwerke des Staates viele Stunden im Jahr im Leerlauf stehen. Die freie Kapazität außerhalb der Hauptverkehrszeiten könnte es Texas erleichtern, den zukünftigen Strombedarf von Elektrofahrzeugen zu decken.
Kaliforniens gemäßigteres Klima bedeutet, dass der Staat an Sommertagen weniger Strom benötigt und insgesamt weniger Nachfrageschwankungen im Netz. Infolgedessen verfügt Kalifornien über weniger Stromerzeugungskapazität als Texas, um den zukünftigen Ladebedarf von Elektrofahrzeugen zu decken.
In 2018 erreichte der Electric Reliability Council von Texas, die Organisation, die den größten Teil des texanischen Stromnetzes verwaltet, einen neuen Spitzenbedarf von ungefähr 73 Gigawatt im Juli 19. Bei Betrachtung der Nebenzeiten für Juli 19, 2018, stellten wir fest, dass das ERCOT-Netz über Kapazitätsreserven verfügt, um mehr als 350 Gigawattstunden zusätzlichen Strom bereitzustellen, wenn die stillgelegten Kraftwerke den ganzen Tag über nicht nur während der Spitzenlast betrieben werden.
Nach unseren Schätzungen würde der Ladebedarf für eine vollelektrifizierte Pkw-Flotte in Texas bei etwa 290 Gigawattstunden pro Tag liegen, weniger als der verfügbare Überschuss an Erzeugungskapazität. Mit anderen Worten, das texanische Stromnetz könnte heute theoretisch eine vollelektrifizierte Fahrzeugflotte aufladen, wenn Fahrzeuge außerhalb der Hauptverkehrszeiten aufgeladen würden.
Bei der gleichen Analyse für Kalifornien haben wir jedoch festgestellt, dass Elektrofahrzeuge, wenn sie zur Norm werden, die Gesamtstromnachfrage über die vorhandene Kapazität des Golden State-Netzes hinaus treiben können.
Timing ist alles
Noch wichtiger als der Verbrauch von Elektrofahrzeugen ist vielleicht die Frage, wann sie verbraucht werden.
Die obigen Schätzungen basieren auf optimalen Lademustern außerhalb der Spitzenzeiten. Wenn stattdessen die meisten Elektrofahrzeuge am Nachmittag aufgeladen würden, würde das Stromnetz mehr Erzeugungskapazität benötigen, um Ausfälle zu vermeiden.
Um diese Nachfrage zu befriedigen, müssten Kalifornien und Texas neue Kraftwerke bauen oder mehr Strom kaufen aus den Nachbarstaaten als sie es bereits tun. Die Staaten könnten auch zusätzliche Übertragungs- und Verteilungsinfrastruktur benötigen, um neue Fahrzeuge aufzunehmen Ladeinfrastruktur.
Alles in allem der Übergang zu Elektrofahrzeugen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor könnte möglicherweise kosten Dutzende Milliarden Dollar in Texas und noch mehr in Kalifornien, um eine neue Strominfrastruktur zu installieren, wenn viele Fahrzeuge während der Stoßzeiten aufgeladen werden.
Anreize könnten die Kosten für die Ausstattung des Stromnetzes für viele Elektrofahrzeuge senken. Zum Beispiel könnten Versorgungsunternehmen zu verschiedenen Tageszeiten und an verschiedenen Wochentagen unterschiedliche Stromtarife berechnen. Bekannt als Nutzungsdauer Preisgestaltung kann diese Praxis das Laden von Fahrzeugen fördern, wenn Strom außerhalb der Hauptverkehrszeiten in größerem Umfang zur Verfügung steht und daher billiger zu liefern ist.
Kalifornien und andere Bereiche, einschließlich Austin, Texashaben bereits begonnen, verschiedene Strategien zur Umsetzung anzuwenden Nutzungsdauer. Andere Regionen möchten vielleicht genau hinschauen und die dort gewonnenen Erkenntnisse nutzen, wenn die Anzahl der Elektrofahrzeuge auf der Straße steigt.
Die Straße entlang
Während Elektrofahrzeuge den Stromverbrauch in den USA erhöhen können, sind möglicherweise geringere Investitionen erforderlich, als es den Anschein hat. Viele Regionen verfügen bereits über eine ausreichende Erzeugungskapazität, wenn Fahrzeuge außerhalb der Hauptverkehrszeiten aufgeladen werden. Der Energiespeicher an Bord von Elektrofahrzeugen könnte die erforderliche Flexibilität bieten, um die Ladezeiten zu verschieben, und den Netzbetreibern helfen, das Angebot und die Nachfrage nach Elektrizität besser zu steuern.
Darüber hinaus könnten nach unseren Berechnungen die Kosten, die die Amerikaner allein bei den Kraftstoffkosten einsparen würden, diese Investitionen ausgleichen.
Wenn beispielsweise die meisten kalifornischen Fahrzeuge von 2017 elektrisch betrieben worden wären, hätten die Fahrer in diesem Jahr Schätzungen zufolge Kraftstoffkosten in Höhe von rund 25 Mrd. USD eingespart - basierend auf dem Durchschnittspreise für Strom und Benzin.
Einige Marktanalysten erwarten neben Kraftstoffeinsparungen auch Elektroautos billiger als herkömmliche Fahrzeuge von 2026 ein weiterer potenzieller wirtschaftlicher Vorteil.
Es ist zwar schwierig, die zukünftigen Preise für Benzin, Strom und Fahrzeuge vorherzusagen, wir glauben jedoch, dass der weit verbreitete Einsatz von Elektrofahrzeugen die Gesamtkosten für den Transport in Kalifornien und anderswo senken würde. Diese Einsparungen sind umso größer, je mehr die Umwelt profitiert geringere Kohlenstoffemissionen, berücksichtigt.
Die Union of Concerned Scientists hat den CO2-Fußabdruck von Elektrofahrzeugen im Vergleich zu benzinbetriebenen Autos untersucht.
Über den Autor
F. Todd Davidson, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Energieinstitut, University of Texas at Austin; Dave Tuttle, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, The Energy Institute ,, University of Texas at Austin; Joshua D. Rhodes, Forschungsstipendiat für Energie, University of Texas at Austinund Kazunori Nagasawa, Postdoktorand, Nationales Erneuerbare-Energielaboratorium
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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