EV Tidak Akan Membebani Grid Kuasa, Malah EV (Dan Ais) Adalah Penyelamatnya

Barat AS mengalami gelombang haba yang besar yang mungkin mengakibatkan pemadaman dan peringatan untuk tidak mengecas kereta elektrik pada sebelah petang. Dengan California turut mengarahkan agar semua kereta pada tahun 2035 menjadi elektrik, ini telah menimbulkan semula meme biasa yang sering dituturkan oleh lawan EV, idea bahawa grid kuasa tidak mungkin dapat menangani perkara ini.

Pada masa yang sama adalah benar bahawa kami merancang grid yang boleh diperbaharui, tetapi utama yang boleh diperbaharui, solar dan angin, adalah terputus-putus, bergantung pada masa hari dan cuaca.

Ternyata kedua-dua masalah ini sebenarnya boleh membatalkan satu sama lain, dan digabungkan dengan beberapa teknologi lain tidak akan menjadi masalah sama sekali.

Perlu lebih tenaga, tidak semestinya lebih kuasa

Memang benar bahawa untuk semua kereta menjadi elektrik, kita perlu menjana lebih banyak tenaga elektrik. Kapasiti grid boleh diukur dalam jumlah pengeluaran tenaga tahunan, dan juga dengan kuasa maksimum, dan ini adalah perkara yang berbeza. Tenaga adalah komoditi seperti gelen petrol atau kWj. Kuasa ialah penghantaran tenaga serta-merta, jumlah tenaga yang boleh anda sampaikan dalam satu saat.

Pada grid, permintaan kuasa dan bekalan turun naik pada siang hari. Ia rendah pada waktu malam, tetapi pada hari yang panas, permintaan terus meningkat apabila hari semakin panas dan semakin panas, menyebabkan keperluan untuk lebih banyak penyaman udara. AC ialah pemacu utama permintaan puncak pada grid. Permintaan cenderung memuncak sekitar jam 6 petang tetapi masih kukuh sehingga kira-kira jam 9 malam dan kemudian menurun hingga ke malam. Pada masa yang lebih sejuk tidak ada puncak apabila ia paling panas, jadi biasanya terdapat dua puncak (jauh lebih rendah) pada hari itu. Pada bila-bila masa grid mempunyai kapasiti kuasa. Itu turun naik pada siang hari disebabkan oleh tenaga boleh diperbaharui, tetapi matlamat utama adalah untuk memastikan bahawa dari 4 petang hingga 9 malam, apabila permintaan tertinggi, kami mempunyai kapasiti bekalan yang mencukupi untuk memenuhinya. Jadi kami membelanjakan wang untuk membuat loji kuasa dan talian penghantaran untuk menyediakan bekalan itu.

Carta menunjukkan permintaan dan bekalan California semasa gelombang haba, pada 3 Sept 2022. Jumlah bekalan melebihi 55gW, jadi terdapat sedikit tambahan, tetapi semasa puncak dari 3 petang hingga 9 malam, ia melebihi 40gW.

Selebihnya, bekalan masih ada. Kami mungkin hanya menghidupkan semua loji kuasa pada lewat petang, tetapi kami telah membayarnya dan boleh menjalankannya pada masa lain jika kami mahu. Sesetengah loji, seperti loji nuklear, perlu berjalan sepanjang hari, ia sukar untuk dimatikan. Loji gas asli yang cekap mengambil sedikit masa untuk memanaskan dan menyejukkan, tetapi kita boleh mematikannya apabila tidak diperlukan. Loji hidro boleh dihidupkan dan dimatikan seperti yang dikehendaki. Loji suria sudah tentu hanya menjana kuasa pada siang hari, dan paling banyak apabila cuaca cerah.

Kereta boleh mengecas bila-bila masa sepanjang hari. Purata kereta AS memandu kurang daripada 40 batu sehari, yang bermaksud mereka biasanya boleh pergi 5 hari tanpa mengecas jika perlu, tetapi mereka pasti boleh memilih bila mereka akan mengecas selagi mereka boleh memasangkannya. Kebanyakan pasang pada waktu malam, apabila terdapat lebihan kapasiti kuasa paling banyak pada grid, dan kuasa adalah yang paling murah. Pada masa hadapan, lebih banyak lagi akan dipasang di tempat kerja, tetapi akan terdapat lebihan kapasiti sehingga kira-kira jam 2 petang untuk kereta tersebut. Sebilangan kecil kereta dalam perjalanan jalan raya perlu dicaj pada lewat petang, dan mereka akan membayar premium untuknya.

Orang yang tidak memahami perkara ini berpendapat adalah ironis apabila California mengumumkan rancangan untuk menggunakan semua elektrik menjelang 2035 pada minggu yang sama dengan gelombang haba membuatkan mereka mengingatkan orang ramai untuk tidak mengecas dari pukul 4 petang hingga 9 malam. Ini telah disalah laporkan apabila mereka meminta orang ramai untuk mengelak daripada mengecas kereta mereka, tetapi sebenarnya nasihat untuk tidak mengecas pada waktu puncak adalah nasihat standard yang baik pada setiap masa, bukan hanya dalam gelombang haba. Tiada sesiapa di California mendapati diri mereka mengalami kereta mati kerana kekurangan ini, kerana ia hanya puncak permintaan untuk kuasa, bukan tenaga, pada waktu puncak.

(Perlu diingatkan bahawa walaupun diberi amaran, pengendali grid California tidak pernah perlu melakukan pemadaman bergulir. Mesej teks ringkas yang meminta orang ramai mengurangkan kuasa berfungsi dengan baik.)

Perujuk:

Tenaga ialah kerja yang berguna, seperti memindahkan kereta dan menyejukkan rumah. Ia diukur dalam unit seperti kilowatt-jam (kWj) atau bahkan dalam gelen petrol. Kuasa ialah kadar aliran tenaga, diukur dalam kilowatt atau kuasa kuda. Kereta anda mungkin memerlukan satu gelen gas untuk pergi sejauh 30 batu, atau 7.5 kWj, tetapi ia memerlukan lebih kuasa kuda untuk melakukannya dengan lebih pantas. Terutama kerana bunyi kW dan kWj sangat serupa, orang ramai membuat mereka keliru.

Lebih banyak Tenaga

Kami tidak perlu meningkatkan kuasa grid untuk mengecas semua kereta, tetapi ia perlu menghasilkan lebih banyak tenaga. Walaupun semua kereta baharu pada tahun 2035 adalah elektrik, ia tidak akan sampai kira-kira 20 tahun selepas itu sebelum kebanyakan kereta petrol meninggalkan jalan raya. Hari ini rakyat Amerika memandu kira-kira 3 trilion batu setahun (setengah tahun cahaya!) Jika mereka melakukan semua itu dalam kereta seperti TeslaTSLA
Model 3, yang memerlukan 750 lebih jam terawatt (tWj) setahun. Pada tahun 2020, AS menjana 4,000 tWj jadi ini adalah peningkatan kira-kira 20% — walaupun tidak sampai sekitar 2050. Ini lebih daripada itu, kerana akan ada trak yang menggunakan lebih banyak tenaga setiap batu, dan kereta lain yang kurang cekap, dan di sana akan menjadi lebih banyak kereta dan lebih banyak pemanduan, tetapi ini memberi anda idea belakang sampul surat tentang jumlah tenaga tambahan yang diperlukan. (Kami juga ingin memindahkan pemanasan gas untuk rumah dan air panas daripada fosil ke pam haba elektrik, yang merupakan perbincangan yang berbeza.)

Grid kuasa AS telah meningkat dalam jumlah pengeluaran tenaga sebanyak 20% dalam tempoh 30 tahun yang lalu, jadi ini sememangnya sesuatu yang telah dilakukan sebelum ini tanpa sebarang usaha khas. Oleh kerana peningkatan mungkin lebih besar, beberapa usaha khas mungkin perlu dibuat. (Mungkin tidak, kami terus menjadi lebih baik untuk menjadi lebih cekap, dan kebanyakan peralatan kami dan perkara seperti mentol lampu kami menggunakan sebahagian kecil daripada kuasa yang mereka gunakan pada masa lalu.)

Walaupun kita memerlukan 20% lebih tenaga, kita tidak memerlukan lebih banyak kuasa kerana kereta elektrik. Kita mungkin memerlukan lebih banyak kuasa untuk perkara lain - terutamanya pertumbuhan penduduk - atau kita mungkin memerlukan lebih sedikit apabila kita menjadi lebih cekap. Loji kuasa baharu menawarkan lebih banyak kuasa dan lebih banyak tenaga, walaupun dalam cara yang berbeza. Jika kami merancang untuk membakar lebih banyak arang batu dan gas, kami sebenarnya boleh mendapatkan lebih banyak tenaga daripada loji sedia ada dengan membakar lebih banyak bahan api, tetapi itu bukan rancangan kami jadi kami memerlukan lebih banyak loji boleh diperbaharui. Kami tidak memerlukan lebih banyak grid kerana kereta, walaupun.

Usaha tambahan ini akan datang kebanyakannya daripada boleh diperbaharui, terutamanya solar. Itu bukan atas sebab persekitaran. Hari ini tenaga solar adalah jenis loji janakuasa baharu yang paling murah untuk dibina. Apabila anda melihat jumlah kos setiap kWj daripada mana-mana jenis loji, solar adalah pemenang — dan ia semakin murah setiap tahun. Jika anda hanya mahukan tenaga untuk harga terendah, dan anda boleh memilih dan memilih apabila anda menggunakannya, solar adalah satu-satunya loji yang dibina berdasarkan harga — walaupun pelepasan sifar sememangnya bagus.

Walaupun ia bersih dan senyap serta mudah dikendalikan, satu kelemahannya ialah ia hanya memberikan kuasa apabila cuaca cerah. Sebenarnya, jika anda ingin menjana 24 megawatt-jam sehari, anda boleh melakukannya dengan loji biasa 1-megawatt berjalan sepanjang hari, tetapi dengan solar anda mungkin memerlukan loji 6-megawatt, dan anda hanya akan mendapatkan kuasa anda. pada siang hari, melainkan anda juga mempunyai simpanan. Tetapi loji solar 6 megawatt itu akan menelan kos lebih rendah bagi setiap unit tenaga daripada loji gas, arang batu atau nuklear 1 mW.

Untuk menyelesaikan masalah itu, anda perlu mencari beban besar yang boleh mengambil penghantaran kuasa terputus-putus bagi loji boleh diperbaharui apabila diarahkan — apabila matahari bersinar atau angin bertiup.

Itulah jenis bateri muatan, iaitu EV. Selagi kereta dipasang, ia akan mengambil kuasa apabila terdapat lebihan, dan tidak mengambilnya apabila terdapat kekurangan. Sangat sedikit beban lain yang fleksibel. Untuk setiap beban lain, anda memerlukan kuasa apabila anda memerlukannya, tetapi dengan bateri anda mengambilnya pada masa yang berbeza daripada anda menggunakannya. Satu lagi beban seperti ini ialah menapis air kolam renang — anda hanya perlu menapis secukupnya setiap hari, tidak kira bila.

Pemanasan dan Penyejukan

Beban terbesar pada grid elektrik, dan punca permintaan puncak, adalah penyejukan, dan apabila kita menukar pemanasan daripada bahan api fosil kepada pam haba (penghawa dingin secara terbalik) ia juga akan menjadi beban yang besar. Tetapi pemanasan dan penyejukan juga boleh mengalihkan keperluan mereka, jika kita menggunakan gear yang direka untuk itu. Ini kerana anda boleh menyimpan haba (atau sejuk) dalam "bateri" termurah - air.

Penghawa dingin canggih yang lebih baharu tahu berapa banyak penyaman udara yang diperlukan pada hari itu. Pada waktu malam dan pagi, mereka menyejukkan dan membekukan air ke dalam tangki ais terlindung. Mereka melakukan ini apabila elektrik murah dan banyak, dan apabila suhu lebih rendah dan ia memerlukan sedikit usaha. Kemudian, apabila kuasa tidak mencukupi, mereka menggunakan ais itu untuk menyejukkan bangunan. Ramalan suhu kami kini sangat tepat supaya komputer boleh mengawal keseluruhan proses ini untuk menjadikannya pantas dan cekap. Kuasa akan datang sama ada pada waktu malam (apabila permintaan rendah) atau pada waktu pagi (apabila masih sejuk dan terdapat lebihan tenaga suria yang besar.) Lebihan suria akan menjadi sangat besar sehingga semua beban yang boleh bergerak mengikut masa (seperti bateri). , penyejukan dan pemanasan) akan mengambil lebihan pada waktu pagi. Tenaga boleh diperbaharui memerlukan simpanan, tetapi simpanan itu ialah bateri yang sudah ada di dalam kereta, dan tangki ais atau (untuk memanaskan) air panas. Terdapat juga jenis storan lain (hidro yang dipam dan bateri dan kaedah lain) tetapi kita akan memerlukan lebih sedikit daripada itu jika kita menggunakan penghawa dingin lama kita.

Oleh itu, sebahagian besar daripada masalah grid boleh diperbaharui masa hadapan boleh diselesaikan dengan EV dan ais. Ambil perhatian bahawa ini tidak melibatkan kereta yang berfungsi sebagai bateri melalui apa yang dipanggil teknologi "kenderaan ke grid". Itu boleh dilakukan sebaik sahaja bateri menjadi sangat tahan lama, tetapi tidak masuk akal apabila bateri kereta mahal digunakan semasa ia beroperasi, melainkan kuasa boleh dijual pada harga spot yang sangat tinggi semasa bebanan grid.

(Penyimpanan ais untuk penyejukan dan pemanasan agak lambat digunakan. Menurut Mike Hopkins, bekas Ketua Pegawai Eksekutif Ice Energy, syarikat terawal di ruang angkasa, orang yang memasang penghawa dingin tidak biasa dengan perkara baharu, malah kerajaan asas mandat tidak membuatnya berlaku dengan cukup pantas. Beliau percaya bahawa undang-undang harus mula menuntut penyimpanan — tidak semestinya ais — untuk pemanasan dan penyejukan dalam pembinaan baharu, dan ini akan menyelesaikan masalah permintaan puncak.)

Masalah Solar ialah ia menjana kuasa pada jadual matahari, bukan milik anda. EV memerlukan lebih banyak tenaga elektrik, tetapi boleh menerimanya mengikut jadual matahari. Kedua-dua masalah berfungsi untuk membatalkan satu sama lain. Apabila anda menambah keupayaan penghawa dingin, sistem pemanasan rumah dan sistem air panas untuk membuat dan menyimpan pemanasan dan penyejukan dan mengeluarkannya kemudian, ia seperti masalah dibuat untuk satu sama lain. Sudah tentu, ini tidak menyelesaikan segala-galanya — kita memerlukan jenis storan lain, dan mungkin lebih banyak angin, nuklear dan geoterma. Dan kami masih akan menggunakan loji gas asli kami untuk beberapa waktu yang akan datang di puncak teratas. Sesetengah orang berpendapat kami akan menggunakan bateri dalam EV untuk menjual semula kuasa ke grid pada puncak untuk mengelakkannya. Dalam carta di atas, garis suria kuning akan menjadi lebih tinggi — sebenarnya lebih tinggi daripada permintaan puncak, tetapi itu menimbulkan masalah besar pada jam 7 malam apabila matahari terbenam dan tiba-tiba semua kuasa puncak itu perlu datang daripada bukan suria.

Cara EV adalah penyelamat grid ialah mereka membenarkan kami membina satu tan kapasiti suria hijau yang murah dan kemudian memberi kami tempat untuk meletakkan semua keluaran suria tambahan dari pagi hingga 3 petang.

Kami juga perlu memasang lebih banyak palam pengecas di tempat letak kereta dari 8 pagi hingga 3 petang, yang merupakan gabungan tempat kerja dan rumah. Walaupun malam adalah waktu yang paling sesuai, lebihan tenaga suria yang murah adalah pada waktu pagi. Masih banyak yang perlu dilakukan, tetapi EV, dengan fleksibiliti mereka dalam mengambil alih kuasa, akan menjadi sebahagian daripada penyelesaian, bukan sebahagian daripada masalah.