電動汽車不會使電網過載,事實上電動汽車(和冰)是它的救星

美國西部正在遭受嚴重的熱浪,這可能會導致輪流停電,並提醒人們不要在下午給電動汽車充電。 隨著加利福尼亞州還下令到 2035 年所有汽車都將成為電動汽車,這再次出現了電動汽車反對者經常說的一個常見模因,即電網不可能處理這個問題。

與此同時,我們確實計劃建立一個高度可再生的電網,但關鍵的可再生能源,太陽能和風能,是間歇性的,取決於一天中的時間和天氣。

事實證明,這兩個問題實際上可以在某種程度上相互抵消,並且結合其他一些技術根本不會出現問題。

需要更多的能量,不一定是更多的力量

確實,要讓所有汽車都實現電動化,我們需要產生更多電能。 電網容量既可以用年總發電量來衡量,也可以用最大功率來衡量,這些是不同的東西。 能源是一種商品,如加侖汽油或千瓦時。 功率是能量的瞬時傳遞,即你在一秒鐘內可以傳遞的能量。

在電網上,電力需求和供應在白天波動。 它們在晚上很低,但在溫暖的日子裡,隨著白天的推移,需求不斷攀升,而且變得更熱,導致需要更多的空調。 交流電是電網高峰需求的主要驅動力。 需求往往在下午 6 點左右達到頂峰,但直到晚上 9 點左右仍然很強勁,然後下降到深夜。 在較冷的時候,最熱的時候沒有高峰,所以一天中往往有兩個(低得多的)高峰。 在任何給定時間,電網都有電力容量。 由於可再生能源,這一數字在白天會波動,但關鍵目標是確保從下午 4 點到晚上 9 點,當需求最高時,我們有足夠的供應能力來滿足它。 所以我們花錢建造發電廠和輸電線路來提供這種供應。

該圖表顯示了 3 年 2022 月 55 日熱浪期間加利福尼亞的供需情況。總供應量超過 3gW,因此有相當多的額外供應,但在下午 9 點至晚上 40 點的高峰期,超過 XNUMXgW。

當天剩下的時間,供應仍然可用。 我們可能只在下午晚些時候打開所有的發電廠,但我們已經為它們付費,如果我們願意,可以在其他時間運行它們。 有些工廠,比如核電站,必須整天運行,它們很難關閉。 高效的天然氣工廠需要一些時間來預熱和冷卻,但我們可以在不需要時將其關閉。 水力發電廠可以根據需要打開和關閉。 太陽能發電廠當然只在白天發電,而且在晴天時最多。

汽車可以在一天中的任何時間充電。 美國的汽車平均每天行駛不到 40 英里,這意味著如果需要,他們通常可以連續 5 天不充電,但只要能插電,他們肯定可以選擇何時充電。大多數在晚上插電,當電網上的過剩電力容量最大時,電力是最便宜的。 未來,會有更多的人在工作中插電,但這些汽車的產能將持續到下午 2 點左右。 極少數公路旅行的汽車需要在下午晚些時候充電,他們會為此支付額外費用。

不理解這一點的人認為,具有諷刺意味的是,加州在同一周宣佈到 2035 年實現全電動化的計劃,因為熱浪提醒人們不要在下午 4 點到 9 點充電。 這被誤報了,因為他們要求人們避免給汽車充電,但事實上,不要在高峰期充電的建議在任何時候都是標準的好建議,而不僅僅是在熱浪中。 由於這種短缺,加利福尼亞沒有人發現自己有一輛死車,因為這只是一個需求高峰 為了力量,而不是能量, 在高峰期。

(應該注意的是,儘管有警告,加州電網運營商從來不需要輪流停電。要求人們減少電力的簡單短信效果出奇地好。)

推薦人:

能源是有用的工作,例如移動汽車和冷卻房屋。 它以千瓦時 (kWh) 甚至加侖汽油等單位來衡量。 功率是能量流動的速率,以千瓦或馬力為單位。 您的汽車可能需要一加侖汽油才能行駛 30 英里或 7.5 千瓦時,但它需要更大的馬力才能更快地行駛。 特別是因為 kW 和 kWh 聽起來如此相似,所以人們會感到困惑。

更多能量

我們不需要增加電網的功率來為所有汽車充電,但它需要產生更多的能量。 即使 2035 年的所有新車都是電動的,但要等到大約 20 年後,大多數汽油車才會上路。 今天,美國人每年行駛大約 3 萬億英里(半光年!)如果他們在特斯拉這樣的汽車上做到這一切TSLA
模型 3,每年將需要 750 太瓦時 (tWh)。 2020 年,美國發電量為 4,000 太瓦時,因此增長了約 20%——儘管要到 2050 年左右才會如此。不僅如此,因為將會有卡車每英里使用更多的能源,以及其他效率較低的汽車,而且還有將會有更多的汽車和更多的駕駛,但這讓您大致了解所需的額外能量。 (我們還希望將家用燃氣供暖和熱水從化石燃料轉移到電熱泵,這是一個不同的討論。)

美國電網在過去 20 年中的總能源輸出已經增加了 30%,所以這肯定是以前沒有任何特別努力的事情。 因為增加的幅度可能更大,所以可能需要做出一些特別的努力。 (也許不是,我們在提高效率方面一直在進步,我們的許多電器和燈泡之類的東西所消耗的電量只是過去的一小部分。)

雖然我們需要多出 20% 的能源,但由於電動汽車,我們不需要更多的電力。 我們可能需要更多的能量來做其他事情——尤其是人口增長——或者當我們變得更有效率時我們可能需要更少的能量。 新發電廠提供更多電力和更多能源,儘管方式不同。 如果我們計劃只燃燒更多的煤和天然氣,我們實際上可以通過燃燒更多的燃料從現有的工廠獲得更多的能源,但這不是我們的計劃,所以我們需要更多的可再生工廠。 不過,因為有汽車,我們不需要更多的電網。

這種額外的努力將主要來自可再生能源,尤其是太陽能。 這不是出於任何環境原因。 今天,太陽能是建造成本最低的新型發電廠。 當您查看任何類型的工廠每千瓦時的總成本時,太陽能是贏家——而且每年都在變得更便宜。 如果您只想以最低的價格獲得能源,並且您可以在使用時進行選擇,那麼太陽能是唯一一個僅靠價格建造的工廠——儘管零排放當然很好。

雖然它乾淨、安靜且易於操作,但它的一個缺點是它只在陽光明媚的時候才能供電。 事實上,如果你想每天發電 24 兆瓦時,你可以用一個 1 兆瓦的普通電廠全天運行,但如果使用太陽能,你可能需要一個 6 兆瓦的電廠,而你只能獲得電力白天,除非你也有存儲空間。 但是,該 6 兆瓦太陽能發電廠的單位能源成本將低於 1 兆瓦天然氣、煤炭或核電廠。

為了解決這個問題,你需要找到一個大負載,當它被告知時——當陽光普照或刮風時——可以承擔可再生植物的間歇性電力輸送。

這正是負載電池的類型,也就是電動汽車。 一輛車只要插上電源,有餘的時候就取電,缺的時候不取。 很少有其他負載如此靈活。 對於其他所有負載,您在需要時都需要電源,但使用電池時,您使用它的時間與使用它的時間不同。 像這樣的另一種負載是過濾游泳池水——你只需要每天過濾足夠的水,什麼時候都沒有關係。

加熱和冷卻

電網上最大的負載以及需求高峰的原因是冷卻,當我們將加熱從化石燃料轉換為熱泵(相反的空調)時,它也將成為一個大負載。 但是,如果我們使用為此設計的設備,加熱和冷卻也可以改變他們的需求。 那是因為您可以將熱量(或冷量)儲存在最便宜的“電池”中——水。

較新的先進空調知道當天晚些時候需要多少空調。 在夜間和早晨,它們將水冷卻並凍結成絕緣的冰罐。 當電力便宜且充足時,當溫度較低且需要較少的努力時,他們會這樣做。 後來,當電力稀缺時,他們用冰來冷卻建築物。 我們的溫度預測現在非常準確,因此計算機可以控制整個過程,使其快速高效。 電力要么在晚上(當需求低)要么在早上(當它仍然涼爽並且太陽能大量過剩時)。太陽能過剩將如此之大,以至於所有可以及時移動的負載(如電池) ,製冷和製熱)將在早上採取盈餘。 可再生能源需要存儲,但存儲將是汽車中的電池,以及冰罐或(用於加熱)熱水。 還將有其他類型的存儲(抽水蓄能和電池以及其他方法),但與我們堅持使用舊空調相比,我們需要的存儲空間要少得多。

因此,未來可再生電網的大部分問題都可以通過電動汽車和冰來解決。 請注意,這不涉及通過所謂的“車輛到電網”技術將汽車用作電池。 一旦電池變得超耐用,這可能會完成,但是當昂貴的汽車電池在運行時用完時就沒有意義了,除非在電網過載期間可以以非常高的現貨價格出售電力。

(用於製冷和供暖的冰蓄冷的部署速度出奇地慢。據該領域最早的公司 Ice Energy 的前首席執行官 Mike Hopkins 所說,安裝空調的人只是不習慣新事物,甚至是基本的政府指令並沒有讓它發生得足夠快。他認為法律應該開始要求儲存——不一定是冰——用於新建築的供暖和製冷,這將解決高峰需求問題。)

太陽能的問題是它按照太陽的時間表發電,而不是你的。 電動汽車需要更多電能,但可以按照太陽的時間表接受。 這兩個問題相互抵消。 當您添加空調、家庭供暖系統和熱水系統的能力來製造和儲存供暖和製冷並在以後分配時,就好像問題是為彼此製造的一樣。 當然,這並不能解決所有問題——我們將需要其他類型的存儲,可能還需要更多的風能、核能和地熱能。 我們仍將在一段時間內使用我們的天然氣工廠來達到頂峰。 有些人認為我們甚至會使用電動汽車中的電池在高峰期將電力賣回電網以避免這種情況。 在上面的圖表中,黃色的太陽能線路將變得更高——實際上高於峰值需求,但這會在晚上 7 點太陽下山時產生一個大問題,突然間所有的峰值電力都必須來自非太陽能。

電動汽車拯救電網的方式是,它們讓我們建立了大量廉價的綠色太陽能發電能力,然後為我們提供了一個地方,可以將所有額外的太陽能輸出從早上到下午 3 點。

我們還需要在早上 8 點到下午 3 點停車的地方安裝更多充電插頭,這是工作場所和家庭的混合。 雖然晚上是最方便的時間,但廉價的太陽能盈餘將在早上。 仍有許多工作要做,但電動汽車憑藉其在掌權方面的靈活性,將成為解決方案的一部分,而不是問題的一部分。

資料來源:https://www.forbes.com/sites/bradtempleton/2022/09/12/evs-wont-overload-the-power-grid-in-fact-evs-and-ice-are-its-salvation/