Захід США страждає від сильної спеки, яка може призвести до постійних відключень електроенергії та нагадувань не заряджати електромобілі в другій половині дня. Оскільки Каліфорнія також наказала, щоб усі автомобілі до 2035 року були електричними, це відродило загальний мем, який часто говорять противники електромобілів, ідея, що енергомережа не може впоратися з цим.
У той же час це правда, що ми плануємо потужно відновлювану мережу, але ключові відновлювані джерела енергії, сонячна та вітрова, працюють з перебоями, залежно від часу доби та погоди.
Виявляється, ці дві проблеми можуть дещо нівелювати одна одну, а в поєднанні з деякими іншими технологіями проблеми взагалі не виникне.
Потрібно більше енергії, не обов’язково більше
Це правда, щоб усі автомобілі стали електричними, нам потрібно виробляти більше електроенергії. Потужність мережі можна вимірювати як у загальному річному виробництві енергії, так і в максимальній потужності, а це різні речі. Енергія є товаром, як галони бензину або кВт-год. Потужність — це миттєва доставка енергії, кількість енергії, яку ви можете доставити за секунду.
Діаграма, на якій показано попит і пропозицію від сонця, вітру та інших джерел під час великої спеки в … [+]
Каліфорнійський ISO
У мережі попит на електроенергію та пропозиція коливаються протягом дня. Вночі вони низькі, але в теплі дні попит продовжує зростати, оскільки день закінчується і стає спекотніше, що викликає потребу в більшій кількості кондиціонерів. Змінний струм є основною причиною пікового попиту в мережі. Попит, як правило, досягає піку близько 6:9, але залишається високим приблизно до 4:9, а потім спадає до ночі. У більш прохолодний час немає піку, коли найспекотніше, тому в день, як правило, буває два (набагато нижчих) піки. У будь-який момент часу мережа має потужність. Це коливається протягом дня через відновлювані джерела енергії, але головна мета полягає в тому, щоб переконатися, що з XNUMX:XNUMX до XNUMX:XNUMX, коли попит найвищий, ми маємо достатньо потужностей для його задоволення. Тому ми витрачаємо гроші на будівництво електростанцій і ліній електропередачі, щоб забезпечити це постачання.
На діаграмі показано попит і пропозицію в Каліфорнії під час хвилі спеки 3 вересня 2022 року. Загальна пропозиція перевищувала 55 гВт, тож було трохи більше, але під час піку з 3:9 до 40:XNUMX воно перевищувало XNUMX гВт.
Решту дня запаси ще доступні. Ми можемо вмикати всі електростанції лише пізно вдень, але ми заплатили за них і можемо запускати їх в інший час, якщо захочемо. Деякі станції, наприклад атомні, повинні працювати цілий день, їх важко вимкнути. Ефективним газовим установкам потрібен деякий час, щоб нагрітися та охолонути, але ми можемо вимкнути їх, коли вони не потрібні. Гідростанції можна вмикати і вимикати за бажанням. Звичайно, сонячні електростанції виробляють електроенергію лише вдень, і найбільше, коли сонячно.
Автомобілі можна заряджати в будь-який час доби. Середньостатистичний автомобіль у США проїжджає менше 40 миль на день, що означає, що він зазвичай може проїхати 5 днів без заряджання, якщо це потрібно, але вони точно можуть вибрати, коли заряджати, якщо вони можуть підключитися до розетки. Більшість підключаються вночі, коли в мережі найбільше надлишку електроенергії, а електроенергія найдешевша. У майбутньому на роботі буде підключено більше, але для цих автомобілів буде надлишкова потужність приблизно до 2:XNUMX. Дуже невеликій кількості автомобілів під час подорожей доведеться заряджати пізно вдень, і вони сплачуватимуть за це надбавку.
Люди, які цього не розуміли, вважали іронією, що Каліфорнія оголосила про план переходу на повністю електрику до 2035 року того самого тижня, коли хвиля спеки змусила їх нагадати людям не заряджати з 4:9 до XNUMX:XNUMX. Про це неправильно повідомили, оскільки вони просили людей уникати зарядки своїх автомобілів, але насправді порада не заряджати на піку є стандартною хорошою порадою в будь-який час, а не лише під час спеки. Ніхто в Каліфорнії не опинився з мертвою машиною через цей дефіцит, тому що це лише пік попиту для сили, а не енергії, в години пік.
(Слід зазначити, що, незважаючи на попередження, каліфорнійському оператору електромережі ніколи не доводилося постійно відключати електроенергію. Прості текстові повідомлення з проханням зменшити електроенергію справлялися на диво добре.)
Реферер:
Енергія — це те, що виконує корисну роботу, як рух автомобілів і охолодження будинків. Він вимірюється в таких одиницях, як кіловат-години (кВт-год) або навіть у галонах бензину. Потужність - це швидкість потоків енергії, виміряна в кіловатах або кінських силах. Вашій машині може знадобитися галон бензину, щоб проїхати 30 миль, або 7.5 кВт/год, але їй потрібно більше кінських сил, щоб зробити це швидше. Особливо тому, що кВт і кВт-год звучать так схоже, люди плутають їх.
Більше енергії
Нам не потрібно збільшувати потужність мережі, щоб зарядити всі автомобілі, але вона повинна буде виробляти більше енергії. Навіть якщо всі нові автомобілі в 2035 році будуть електричними, більшість бензинових автомобілів піде з доріг лише через 20 років. Сьогодні американці проїжджають близько 3 трильйонів миль на рік (півсвітлового року!), якби вони робили все це на таких автомобілях, як Tesla.
Електромережа США вже збільшила загальний обсяг виробництва енергії на 20% за останні 30 років, тому це, звичайно, те, що робилося раніше без особливих зусиль. Оскільки збільшення може бути більшим, може знадобитися докласти певних особливих зусиль. (Можливо, ні, ми постійно вдосконалюємось у тому, щоб бути більш ефективними, і багато наших приладів і речей, як-от наші лампочки, споживають незначну частину енергії, яку споживали в минулому.)
Хоча нам потрібно на 20% більше енергії, нам не потрібно набагато більше енергії через електромобілі. Нам може знадобитися більше енергії для інших речей — зокрема зростання населення — або нам може знадобитися менше, коли ми станемо ефективнішими. Нові електростанції пропонують і більше потужності, і більше енергії, хоча й різними способами. Якби ми планували просто спалювати більше вугілля та газу, ми могли б отримати більше енергії з існуючих електростанцій, спалюючи більше палива, але це не наш план, тому нам знадобиться більше електростанцій з відновлюваних джерел. Але нам не знадобиться більше сітки через машини.
Електричний автомобіль перед великою сонячною електростанцією в Каліфорнії
Бред Темплтон
Ці додаткові зусилля будуть спрямовані переважно на відновлювані джерела енергії, особливо сонячну. Це не з екологічних причин. Сьогодні сонячна енергетика є найдешевшим видом нових електростанцій для будівництва. Якщо ви подивіться на загальну вартість кВт-год будь-якого типу електростанції, сонячна батарея є переможцем — і вона стає дешевшою з кожним роком. Якщо вам просто потрібна енергія за найнижчою ціною, і ви можете вибирати, коли її використовувати, сонячна електростанція — це єдина електростанція, яку можна побудувати просто за ціною, хоча нульові викиди — це, звичайно, добре.
Незважаючи на те, що він чистий, тихий і простий у управлінні, його єдиним недоліком є те, що він подає електроенергію лише під час сонячної погоди. Насправді, якщо ви хочете генерувати 24 мегават-години на день, ви могли б зробити це за допомогою звичайної електростанції потужністю 1 мегават, яка працює цілий день, але з сонячною енергією вам може знадобитися електростанція потужністю 6 мегават, і ви отримуватимете електроенергію лише вдень, якщо у вас також не було місця для зберігання. Але ця сонячна станція потужністю 6 мегават буде коштувати менше за одиницю енергії, ніж газова, вугільна чи атомна електростанція потужністю 1 мегават.
Щоб вирішити цю проблему, вам потрібно знайти велике навантаження, яке може сприймати переривчасту подачу електроенергії від відновлюваної електростанції, коли їй буде наказано — коли світить сонце або дме вітер.
Це саме той тип навантажувальних батарей, тобто електромобілів. Поки автомобіль підключено до електромережі, він буде брати електроенергію, коли є надлишок, і не братиме її, коли є нестача. Дуже мало інших навантажень настільки гнучкі. Для кожного іншого навантаження вам потрібна електроенергія, коли вона вам потрібна, але з акумулятором ви використовуєте її в інший час, ніж ви використовуєте. Ще одним таким навантаженням є фільтрація води в басейні — вам просто потрібно щодня фільтрувати достатню кількість води, не має значення коли.
Опалення та охолодження
Найбільшим навантаженням на електричну мережу та причиною пікового попиту є охолодження, і коли ми переходимо від опалення з викопного палива на теплові насоси (кондиціонери навпаки), це також стане великим навантаженням. Але опалення та охолодження також може змінити їхню потребу, якщо ми використовуємо обладнання, призначене для цього. Це тому, що ви можете накопичувати тепло (чи холод) у найдешевшій «батареї» з усіх — воді.
Кондиціонер (тепловий насос) на основі зберігання льоду, спочатку розроблений як «Крижаний ведмідь».
Міністерство енергетики США
Нові вдосконалені кондиціонери точно знають, скільки кондиціонерів знадобиться пізніше того ж дня. Вночі та вранці вони охолоджують і заморожують воду в ізольованих резервуарах із льодом. Вони роблять це, коли електроенергії дешево й достатньо, а температура нижча й вимагає менше зусиль. Пізніше, коли електроенергії не вистачає, вони використовують цей лід для охолодження будівель. Наші прогнози температури тепер дуже точні, тому комп’ютери можуть контролювати весь цей процес, щоб зробити його швидким і ефективним. Електроенергія буде надходити або вночі (коли попит низький), або вранці (коли все ще прохолодно і є великий надлишок сонячної енергії). Сонячний надлишок буде настільки великим, що всі навантаження, які можуть переміщатися в часі (наприклад, батареї) , охолодження та нагрівання) забере надлишок вранці. Відновлювані джерела енергії потребують зберігання, але цим сховищем будуть батареї, які вже є в автомобілях, і баки з льодом або (для опалення) гарячою водою. Будуть також інші типи накопичувачів (насосна гідросистема, батареї та інші методи), але нам знадобиться набагато менше, ніж якщо ми залишимося з нашими старими кондиціонерами.
Таким чином, велику частину проблем майбутньої відновлюваної мережі можна вирішити за допомогою електромобілів і льоду. Зауважте, що це не стосується автомобілів, які працюють як батареї за так званою технологією «транспортний засіб до мережі». Це можна зробити, коли батареї стануть надзвичайно довговічними, але це не має сенсу, коли дорогі автомобільні батареї виснажуються під час роботи, якщо тільки електроенергія не може продаватись за дуже високими спотовими цінами під час перевантаження мережі.
(Сховище льоду для охолодження та обігріву розгортається напрочуд повільно. За словами Майка Хопкінса, колишнього генерального директора Ice Energy, першої компанії в космосі, люди, які встановлюють кондиціонери, просто не звикли до нових речей і навіть до елементарних урядових Він вважає, що закон повинен вимагати накопичення — не обов’язково льоду — для опалення та охолодження в новобудові, і це вирішить проблему пікового попиту.)
Проблема Solar полягає в тому, що вона виробляє електроенергію за графіком Сонця, а не за вашим. Електромобілі потребують набагато більше електроенергії, але можуть прийняти її за розкладом Сонця. Дві проблеми працюють, щоб знищити одна одну. Коли ви додаєте здатність кондиціонерів повітря, систем домашнього опалення та систем гарячого водопостачання виробляти та накопичувати опалення та охолодження, а потім розподіляти їх пізніше, це ніби проблеми були створені одна для одної. Звичайно, це не вирішує всього — нам знадобляться інші типи сховищ, і, можливо, більше вітрової, ядерної та геотермальної. І ми ще деякий час будемо використовувати наші газові установки на найвищих піках. Деякі люди думають, що ми навіть будемо використовувати батареї в електромобілях, щоб продавати електроенергію назад в мережу на піку, щоб уникнути цього. На діаграмі вище жовта сонячна лінія стане набагато вищою — фактично вищою за піковий попит, але це створює велику проблему о 7:XNUMX, коли сонце зайде, і раптово вся ця пікова потужність має надходити від несонячної системи.
Те, як електромобілі є порятунком для мережі, полягає в тому, що вони дозволяють нам побудувати тонну дешевої екологічної сонячної потужності, а потім дають нам місце для розміщення додаткової сонячної енергії з ранку до 3:XNUMX.
Нам також потрібно буде встановити набагато більше зарядних розеток там, де автомобілі паркуються з 8:3 до XNUMX:XNUMX, тобто як на робочих місцях, так і вдома. Хоча ніч є найзручнішим часом, надлишок дешевої сонячної енергії буде вранці. Попереду ще багато чого, але електромобілі з їх гнучкістю в отриманні влади стануть частиною рішення, а не частиною проблеми.
Джерело: https://www.forbes.com/sites/bradtempleton/2022/09/12/evs-wont-overload-the-power-grid-in-fact-evs-and-ice-are-its-salvation/