ЕВ неће преоптеретити електричну мрежу, у ствари су ЕВ (и лед) њен спас

Запад САД пати од великог топлотног таласа који би могао да доведе до нестанка струје и подсетника да се електрични аутомобили не пуне поподне. Пошто је Калифорнија такође наредила да сви аутомобили до 2035. буду електрични, ово је поново појавило уобичајени мем који често говоре противници електричних возила, идеју да електрична мрежа никако не може да поднесе ово.

Истовремено је тачно да планирамо високо обновљиву мрежу, али кључни обновљиви извори енергије, соларни и ветар, су испрекидани, зависе од доба дана и времена.

Испоставило се да ова два проблема заправо могу донекле да пониште један другог, а у комбинацији са неким другим технологијама уопште неће бити проблема.

Потребно је више енергије, не нужно више снаге

Истина је да да би сви аутомобили били електрични, морамо произвести више електричне енергије. Капацитет мреже се може мерити како у укупној годишњој производњи енергије, тако и по максималној снази, а то су различите ствари. Енергија је роба попут галона бензина или кВх. Снага је тренутна испорука енергије, количина енергије коју можете испоручити у секунди.

На мрежи, потражња и снабдевање струјом варирају током дана. Ноћу су ниске, али током топлих дана потражња се стално повећава како дан одмиче и постаје топлије, што узрокује потребу за више климатизације. АЦ је примарни покретач вршне потражње на мрежи. Потражња обично достиже врхунац око 6 часова, али је и даље јака до око 9 сат, а затим опада у ноћ. У хладнијим временима нема врхунца када је најтоплије, тако да обично постоје два (много нижа) врха у дану. У сваком тренутку мрежа има капацитет напајања. То варира током дана због обновљивих извора енергије, али кључни циљ је да од 4 до 9 сат, када је потражња највећа, имамо довољно капацитета да је задовољимо. Тако да трошимо новац да направимо електране и далеководе да обезбедимо то снабдевање.

Графикон приказује потражњу и понуду у Калифорнији током топлотног таласа, 3. септембра 2022. Укупна понуда је била преко 55 гВ, тако да је било доста више, али током врхунца од 3 до 9 сат, то је преко 40 гВ.

Остатак дана, залихе су и даље доступне. Све електране можемо укључити тек у касним поподневним сатима, али смо их платили и можемо да их покренемо у друго време ако желимо. Нека постројења, попут нуклеарних, морају да раде цео дан, тешко их је искључити. Ефикасним постројењима на природни гас је потребно неко време да се загреју и охладе, али можемо их искључити када нису потребни. Хидроелектране се могу укључити и искључити по жељи. Соларне електране, наравно, производе енергију само дању, а највише када је сунчано.

Аутомобили се могу пунити у било које доба дана. Просечан амерички аутомобил вози мање од 40 миља дневно, што значи да обично могу да издрже 5 дана без пуњења ако је потребно, али дефинитивно могу да изаберу када ће пунити све док могу да се укључе. Већина се укључује ноћу, када у мрежи има највише вишка снаге, а снага је најјефтинија. У будућности ће се прикључити још више на послу, али ће за те аутомобиле бити вишак капацитета до око 2 часова. Веома мали број аутомобила на путовањима ће морати да наплати у касним поподневним сатима, а за то ће платити премију.

Људи који ово нису разумели сматрали су да је иронично што је Калифорнија најавила план да буде потпуно електрична до 2035. године исте недеље, јер их је топлотни талас натерао да подсећају људе да не наплаћују од 4 до 9 сат. Ово је погрешно пријављено јер су тражили од људи да избегавају пуњење својих аутомобила, али у ствари савет да се не пуни на врхунцу је стандардни добар савет у сваком тренутку, не само у топлотним таласима. Нико се у Калифорнији није нашао са мртвим аутомобилом због ове несташице, јер је то само врхунац потражње за моћ, не енергију, у време шпица.

(Треба имати на уму да упркос упозорењима, калифорнијски мрежни оператер никада није морао да ради затамњења. Једноставне текстуалне поруке у којима се од људи тражи да смање струју су изненађујуће добро.)

Упутник:

Енергија је оно што чини користан посао, попут премештања аутомобила и хлађења домова. Мери се у јединицама као што су киловат-сати (кВх) или чак у галонима бензина. Снага је брзина протока енергије, мерена у киловатима или коњским снагама. Вашем аутомобилу ће можда требати галон бензина да пређе 30 миља, или 7.5 кВх, али му је потребно више коњских снага да би то урадио брже. Посебно зато што кВ и кВх звуче тако слично, људи их збуне.

Море Енерги

Не морамо да повећавамо снагу мреже да бисмо напунили све аутомобиле, али ће морати да произведе више енергије. Чак и ако сви нови аутомобили у 2035. буду електрични, тек око 20 година након тога већина аутомобила на бензин напусти пут. Данас Американци возе око 3 трилиона миља годишње (пола светлосне године!) Кад би све то радили у аутомобилима као што је ТеслаТСЛА
Модел 3, за који би било потребно још 750 терават сати (тВх) годишње. У 2020. години, САД су произвеле 4,000 тВх тако да је ово повећање од око 20% — али не до 2050. То је више од тога, јер ће бити камиона који троше много више енергије по миљи, и других мање ефикасних аутомобила, и биће више аутомобила и више вожње, али ово вам даје представу о количини додатне енергије која је потребна. (Такође желимо да преместимо грејање на гас за домове и топлу воду са фосилних на електричне топлотне пумпе, што је друга дискусија.)

Америчка електроенергетска мрежа је већ повећала укупну производњу енергије за 20% у последњих 30 година, тако да је то свакако нешто што је раније рађено без икаквих посебних напора. Пошто би повећање могло бити веће, можда ће бити потребно уложити посебан напор. (Можда не, постајемо све бољи у томе да будемо ефикаснији, а многи наши уређаји и ствари попут наших сијалица користе делић снаге коју су користили у прошлости.)

Док нам је потребно 20% више енергије, не треба нам много више енергије због електричних аутомобила. Можда ће нам требати више енергије за друге ствари — посебно раст становништва — или ће нам требати мање када постанемо ефикаснији. Нове електране нуде и више снаге и више енергије, иако на различите начине. Ако смо планирали да само сагоревамо више угља и гаса, заправо бисмо могли да добијемо више енергије из постојећих постројења сагоревањем више горива, али то није наш план па ће нам требати више обновљивих постројења. Ипак, неће нам требати више мреже због аутомобила.

Овај додатни напор ће доћи углавном из обновљивих извора, посебно соларних. То није из неког еколошког разлога. Данас је соларна енергија најјефтинији тип нове електране за изградњу. Када погледате укупну цену по кВх било које врсте постројења, соларна енергија је победник — и сваке године је све јефтинија. Ако само желите енергију по најнижој цени, и можете бирати када је користите, соларно постројење је једино постројење које се гради једноставно на основу цене — иако је нулта емисија свакако добра.

Иако је чист и тих и лак за руковање, његова мана је што даје снагу само када је сунчано. У ствари, ако желите да генеришете 24 мегават-сата дневно, могли бисте то да урадите са обичном електраном од 1 мегавата која ради цео дан, али са соларном електраном можда ће вам требати електрана од 6 мегавата, а енергију бисте добијали само током дана, осим ако нисте имали и складиште. Али та соларна електрана од 6 мегавата коштала би мање по јединици енергије од 1 мВ гаса, угља или нуклеарне електране.

Да бисте решили тај проблем, морате да пронађете велико оптерећење које може да издржи испрекидану испоруку електричне енергије из обновљивих извора енергије када се то каже — када сија сунце или дува ветар.

То је управо тип батерија за оптерећење, што ће рећи ЕВ. Све док је аутомобил укључен, он ће узимати струју када има вишка, а не узимати је када је мањак. Врло мало других оптерећења је тако флексибилно. За свако друго оптерећење, потребна вам је енергија када вам је потребна, али са батеријом је узимате у различито време него што је користите. Још једно овакво оптерећење је филтрирање воде у базену - само треба да филтрирате довољно сваки дан, није важно када.

Грејање и хлађење

Највеће оптерећење електричне мреже и узрок вршне потражње је хлађење, а како грејање пребацимо са фосилног горива на топлотне пумпе (клима уређаји у обрнутом смеру) то ће такође постати велико оптерећење. Али грејање и хлађење такође могу променити њихове потребе, ако користимо опрему дизајнирану за то. То је зато што можете да складиштите топлоту (или хладноћу) у најјефтинијој „батерији“ од свих — води.

Новији напредни клима уређаји знају колико ће клима-уређаја бити потребно касније тог дана. Током ноћи и јутра хладе и замрзавају воду у изоловане резервоаре са ледом. То раде када је струја јефтина и у изобиљу, и када је температура нижа и потребно је мање труда. Касније, када је струја оскудна, користе тај лед за хлађење зграда. Наше прогнозе температуре су сада веома прецизне тако да компјутери могу да контролишу цео овај процес како би га учинили брзим и ефикасним. Струја ће доћи или ноћу (када је потражња мала) или ујутру (када је још хладно и када постоји велики вишак соларне енергије.) Соларни вишак ће бити толико велики да ће сва оптерећења која могу да се крећу у времену (као батерије , хлађење и грејање) ће узети вишак ујутру. Обновљиви извори енергије требају складиште, али то складиште ће бити батерије које су већ у аутомобилима, и резервоари леда или (за загревање) топле воде. Постојаће и други типови складиштења (пумпане хидро и батерије и друге методе), али ће нам требати много мање тога него што би нам било да се држимо наших старих клима уређаја.

Као такав, велики део проблема будуће обновљиве мреже може се решити помоћу електричних возила и леда. Имајте на уму да ово не укључује аутомобиле који служе као батерије кроз технологију која се назива „од возила до мреже“. То се може урадити када батерије постану супер-дуготрајне, али нема смисла када се скупе аутомобилске батерије потроше док раде, осим ако се енергија може продати по веома високим спот ценама током преоптерећења мреже.

(Складиште леда за хлађење и грејање се изненађујуће споро поставља. Према речима Мајка Хопкинса, бившег генералног директора Ице Енерги-а, најраније компаније у свемиру, људи који инсталирају клима уређаје једноставно нису навикли на нове ствари, па чак ни на основну државу мандати то не чине довољно брзо. Он верује да би закон требало да почне да захтева складиштење — не обавезно лед — за грејање и хлађење у новоградњи, и то ће решити проблем највеће потражње.)

Соларов проблем је што генерише енергију по сунчевом распореду, а не по вашем. ЕВ-има је потребно много више електричне енергије, али могу да је прихвате по распореду сунца. Два проблема раде на поништавању један другог. Када додате могућност клима-уређаја, система кућног грејања и система за топлу воду да направе и складиште грејање и хлађење и то касније испоруче, као да су проблеми створени једни за друге. Наравно, ово не решава све — биће нам потребне друге врсте складиштења, а вероватно и више ветра, нуклеарних и геотермалних. И ми ћемо још неко време користити наше фабрике природног гаса да дођемо до врхова. Неки људи мисле да ћемо чак користити батерије у електричним возилима да продамо енергију назад у мрежу на врхунцу како бисмо то избегли. На горњем графикону, жута соларна линија ће постати много виша — у ствари виша од вршне потражње, али то ствара велики проблем у 7 часова када сунце зађе и одједном сва та вршна снага мора да потиче од несоларне.

Начин на који су ЕВ-ови спас мреже је да нам дозвољавају да изградимо тону јефтиног, зеленог соларног капацитета, а затим нам дају место да ставимо сву додатну соларну снагу од јутра до 3 часова.

Такође ћемо морати да инсталирамо много више утикача за пуњење тамо где се аутомобили паркирају од 8 до 3 часова, што је мешавина радних места и кућа. Док је ноћ најпогодније време, јефтини вишак соларне енергије биће ујутру. Има још много тога да се уради, али електрична возила, са својом флексибилношћу у преузимању моћи, биће део решења, а не део проблема.