Mất bao nhiêu điện để cung cấp năng lượng cho ô tô điện trong tương lai?

Ngày nay, ít hơn hai phần trăm số xe mà người Mỹ mua là điện. Nhưng trong vòng ba thập kỷ tới, một số chuyên gia trong ngành ô tô kỳ vọng xe điện có thể chiếm phần lớn doanh số bán xe của Mỹ và toàn cầu.

Tất cả đã nói, trình điều khiển của Mỹ đăng nhập khoảng 3 nghìn tỷ dặm mỗi năm, tiêu thụ hơn 170 tỷ gallon xăng và dầu diesel trong quá trình này. Chuyển đổi tất cả những dặm đường điện sẽ đặt nhu cầu mới trên hệ thống của quốc gia đối với sản xuất và cung cấp điện.

Là một phần của một nghiên cứu cơ sở hạ tầng năng lượng lớn, chúng tôi đang tìm cách hiểu làm thế nào sự gia tăng của xe điện (EV) có thể thay đổi cách cung cấp và tiêu thụ năng lượng. Cho đến nay, chúng tôi đã tìm ra tác động của xe điện sẽ phụ thuộc vào nơi bạn sống và khi chúng được sạc.

Ước tính EV EV sẽ cần bao nhiêu điện

Sử dụng một kỹ thuật tương tự như trong bài báo gần đây của chúng tôi về phương tiện hydro, chúng tôi đã phát triển một đánh giá theo từng tiểu bang về lượng điện cần thiết để sạc cho một đội xe ô tô cá nhân, xe tải và SUV.

Chúng tôi bắt đầu bằng cách ước tính lượng xăng mỗi quận tiêu thụ ngày hôm nay. Sau đó chúng tôi chuyển đổi dặm xe đi vào yêu cầu điện dựa trên hiệu quả của EVs ngày nay.

Phải thừa nhận rằng những phương pháp này có những hạn chế. Số dặm đã đi có thể thay đổi đáng kể nếu xe tự trị trở nên phổ biến và nhiều người dựa vào Uber, Lyft, và dịch vụ chia sẻ xe khác, ví dụ. Tuy nhiên, chúng tôi tin rằng phương pháp của chúng tôi cung cấp một điểm khởi đầu tốt để ước tính nhu cầu điện trong tương lai nếu EV trở thành tiêu chuẩn.

Tác động khu vực

Lưới điện của Hoa Kỳ đã liên tục phát triển để đáp ứng nhu cầu mới trong suốt thế kỷ qua. Nhưng nếu các phương tiện trên toàn quốc nhanh chóng trở thành điện, lưới điện sẽ cần phải thay đổi nhanh hơn. Tùy thuộc vào thói quen lái xe địa phương và cơ sở hạ tầng lưới điện mà đã có, phân tích của chúng tôi cho thấy EV sẽ có tác động khác nhau ở các khu vực khác nhau.

Vì Texas và California tiêu thụ nhiều điện hơn bất kỳ tiểu bang nào khác, họ cung cấp một ảnh chụp nhanh về một tương lai chứa đầy xe điện có thể trông như thế nào. Trong cả hai trường hợp, sự gia tăng EV sẽ thúc đẩy mức tiêu thụ cao hơn, với khả năng làm căng cơ sở hạ tầng địa phương.

Nếu hầu như tất cả các xe chở khách ở Texas đã được điện khí hóa ngày hôm nay, tiểu bang sẽ cần thêm khoảng 110 giờ điện mỗi năm - mức tiêu thụ điện trung bình hàng năm của 11 triệu gia đình. Nhu cầu điện được thêm vào sẽ dẫn đến tăng 30% so với mức tiêu thụ hiện tại ở Texas.

Để so sánh, vì khí hậu ôn hòa hơn, California có thể cần nhiều điện hơn gần 50% so với mức tiêu thụ hiện tại nếu các phương tiện chở khách trong tiểu bang được điện khí hóa hoàn toàn. Điều đó có nghĩa là California sẽ cần tạo thêm 120 terawatt giờ điện mỗi năm.

Câu chuyện về hai lưới điện

Một cái nhìn về hai tiểu bang Lưới cho thấy mức độ phụ thuộc vào EV cho tính di động có thể thay đổi từ nơi này sang nơi khác.

Vào những buổi chiều mùa hè nóng bức, Texas sử dụng khoảng một nửa lượng điện mà nó tạo ra để điều hòa không khí để giữ cho các tòa nhà mát mẻ. Sự thay đổi lớn theo mùa trong nhu cầu điện do điều hòa không khí có nghĩa là nhà nước có các nhà máy điện không hoạt động trong nhiều giờ trong năm. Công suất dự phòng trong giờ thấp điểm có thể giúp Texas dễ dàng đáp ứng nhu cầu điện trong tương lai của EVs.

Khí hậu ôn hòa hơn ở California có nghĩa là tiểu bang cần ít điện hơn vào những ngày hè và ít biến động nhu cầu trên lưới điện nói chung. Do đó, California có công suất phát điện ít hơn Texas để đáp ứng nhu cầu sạc trong tương lai từ xe điện.

Năm 2018, Hội đồng Độ tin cậy Điện Texas, tổ chức quản lý hầu hết lưới điện của Texas, đã đạt được nhu cầu cao nhất mới khoảng 73 gigawatt vào ngày 19 tháng 7. Nhìn vào giờ thấp điểm vào ngày 19 tháng 7 năm 2018, chúng tôi đã tìm thấy ERCOT lưới điện có khả năng dự phòng để cung cấp hơn 350 gigawatt giờ điện bổ sung nếu các nhà máy điện nhàn rỗi tiếp tục hoạt động suốt cả ngày, không chỉ trong thời gian cao điểm.

Dựa trên ước tính của chúng tôi, các yêu cầu tính phí cho một đội xe ô tô cá nhân được điện khí hóa hoàn toàn ở Texas sẽ là khoảng 290 gigawatt giờ mỗi ngày, ít hơn mức dư thừa khả năng sản xuất. Nói cách khác, về mặt lý thuyết, lưới điện Texas có thể tính phí một đội xe được điện khí hóa hoàn toàn nếu các phương tiện được sạc trong giờ thấp điểm.

Tuy nhiên, khi chúng tôi thực hiện phân tích tương tự cho California, chúng tôi thấy rằng nếu EV trở thành tiêu chuẩn, nó có thể đẩy tổng nhu cầu về điện vượt quá khả năng hiện có của lưới điện Golden State.

Thời gian là tất cả

Có lẽ thậm chí còn quan trọng hơn bao nhiêu điện EV sẽ tiêu thụ là câu hỏi khi nào nó sẽ được tiêu thụ.

Chúng tôi dựa trên các ước tính trên về các kiểu sạc tối ưu, ngoài giờ cao điểm. Nếu thay vào đó, hầu hết các EV sẽ được sạc vào buổi chiều, lưới điện sẽ cần nhiều công suất phát điện hơn để tránh mất điện.

Để đáp ứng nhu cầu đó, California và Texas sẽ cần xây dựng các nhà máy điện mới hoặc mua thêm điện từ các quốc gia láng giềng so với trước đây. Các tiểu bang cũng có thể cần cơ sở hạ tầng truyền tải và phân phối bổ sung để phù hợp với cơ sở hạ tầng sạc ô tô mới.

Tất cả đã nói, việc chuyển đổi sang EV từ các phương tiện động cơ đốt trong có thể có khả năng tốn hàng chục tỷ đô la ở Texas và thậm chí nhiều hơn ở California để lắp đặt cơ sở hạ tầng điện mới nếu nhiều phương tiện phải được sạc trong giờ cao điểm.

Ưu đãi có thể giảm chi phí để trang bị lưới cho nhiều xe điện. Ví dụ, các tiện ích có thể tính giá điện khác nhau trong các thời điểm khác nhau trong ngày và vào các ngày khác nhau trong tuần. Được biết đến như giá cả thời gian sử dụng, thực tế này có thể khuyến khích sạc xe khi điện dồi dào hơn trong giờ thấp điểm và do đó cung cấp rẻ hơn.

California và các khu vực khác, bao gồm Austin, Texas, đã bắt đầu sử dụng các chiến lược khác nhau để thực hiện tỷ lệ sử dụng thời gian. Các khu vực khác có thể muốn theo dõi chặt chẽ và áp dụng những bài học kinh nghiệm ở những nơi đó khi số lượng xe điện trên đường tăng lên.

Con đường phía trước

Mặc dù EV có thể làm tăng lượng điện mà Hoa Kỳ tiêu thụ, khoản đầu tư cần thiết để chứa chúng có thể nhỏ hơn so với mức xuất hiện. Nhiều khu vực đã có đủ công suất phát nếu xe được sạc trong giờ thấp điểm. Việc lưu trữ năng lượng trên tàu EV có thể cung cấp sự linh hoạt cần thiết để thay đổi thời gian sạc và giúp các nhà khai thác lưới quản lý tốt hơn việc cung cấp và nhu cầu điện.

Hơn nữa, dựa trên tính toán của chúng tôi, số tiền mà người Mỹ sẽ tiết kiệm được chỉ bằng chi phí nhiên liệu có thể bù đắp cho các khoản đầu tư này.

Ví dụ, hầu hết các xe California California đều chạy điện vào năm 2017, chúng tôi ước tính rằng các tài xế của hãng sẽ tiết kiệm được khoảng 25 tỷ đô la chi phí nhiên liệu trong năm đó - dựa trên giá trung bình cho điện và xăng.

Ngoài việc tiết kiệm nhiên liệu, một số nhà phân tích thị trường hy vọng xe điện sẽ rẻ hơn so với xe thông thường vào năm 2026, một lợi ích kinh tế tiềm năng khác.

Mặc dù khó khăn trong việc dự đoán giá xăng, điện và xe trong tương lai, chúng tôi tin rằng có khả năng việc sử dụng rộng rãi EV sẽ làm giảm chi phí vận chuyển chung ở California và các nơi khác. Những khoản tiết kiệm này thậm chí còn lớn hơn nếu các lợi ích môi trường, đặc biệt là lượng khí thải carbon thấp hơn, được tính đến.

Bài viết này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện của F. Todd Davidson, Dave T Ink, Joshua D. Rhodes và Kazunori Nagasawa. Đọc văn bản gôc ở đây.