De allra flesta elbilsägare laddar sina bilar hemma på kvällen eller över natten. Vi gör det fel, enligt en ny Stanford-studie.

I mars publicerade forskargruppen ett papper om en modell de skapade för att ta ut efterfrågan som kan tillämpas på en mängd populationer och andra faktorer. I den nya studien, publicerad 22 september i Nature Energy , tillämpade de sin modell på hela västra USA och undersökte den stress som regionens elnät kommer att utsättas för år 2035 från ett växande ägande av elbilar. Inom ett drygt decennium fann de att enbart en snabb tillväxt av elbilar skulle kunna öka den maximala efterfrågan på elektricitet med upp till 25 procent, förutsatt en fortsatt dominans av laddning i bostäder, nattetid.

För att begränsa de höga kostnaderna för all den nya kapaciteten för att generera och lagra elektricitet, säger forskarna, förare bör flytta till dagtidladdning på jobbet eller offentliga laddstationer, vilket också skulle minska utsläppen av växthusgaser. Detta fynd har policy- och investeringskonsekvenser för regionen och dess verktyg, särskilt sedan Kalifornien flyttade i slutet av augusti för att förbjuda försäljning av bensindrivna bilar och lätta lastbilar från och med 2035.

"Vi uppmuntrar beslutsfattare att överväga energipriser som uppmuntrar dagladdning och stimulerar investeringar i laddningsinfrastruktur för att flytta förare från hemmet till jobbet för laddning", säger studiens medförfattare, Ram Rajagopal, docent i civil- och miljöteknik vid Stanford .

I februari nådde den ackumulerade försäljningen av elbilar i Kalifornien 1 miljon, vilket motsvarar cirka sex procent av bilar och lätta lastbilar. Staten har siktat på 5 miljoner elbilar på vägen till 2030. När penetrationen når 30 procent till 40 procent av bilarna på vägen kommer nätet att uppleva betydande stress utan större investeringar och förändringar i laddningsvanor, säger Rajagopal. Att bygga den infrastrukturen kräver betydande ledtid och kan inte göras över en natt.

"Vi övervägde hela västra USA-regionen, eftersom Kalifornien är starkt beroende av elimport från de andra västliga delstaterna. EV-laddning plus all annan elanvändning har konsekvenser för hela den västra regionen med tanke på den sammankopplade naturen hos vårt elnät", säger Siobhan Powell, huvudförfattare till marsstudien och den nya.

"Vi kunde visa att med mindre laddning i hemmet och mer laddning på dagtid skulle västra USA behöva mindre genereringskapacitet och lagring, och det skulle inte slösa bort så mycket sol- och vindkraft", säger Powell, maskiningenjör Ph.D. '22.

"Och det är inte bara Kalifornien och västerländska delstater. Alla stater kan behöva ompröva elprisstrukturerna eftersom deras elbilsladdningsbehov ökar och deras nät förändras", tillade Powell, som nyligen tog en postdoktorand forskningstjänst vid ETH Zürich.

När 50 procent av bilarna på vägarna drivs av el i västra USA – varav ungefär hälften av befolkningen bor i Kalifornien – skulle mer än 5,4 gigawatts energilagring behövas om laddningsvanorna följer deras nuvarande kurs. Det är kapaciteten som motsvarar 5 stora kärnkraftsreaktorer. En stor övergång till laddning på jobbet istället för hemma skulle minska lagringsutrymmet som behövs för elbilar till 4,2 gigawatt.

Ändra incitament

Aktuella priser för användningstid uppmuntrar konsumenter att byta elanvändning till nattetid när det är möjligt, som att köra diskmaskinen och ladda elbilar. Denna prisstruktur återspeglar tiden innan betydande sol- och vindkraftsförsörjning, när efterfrågan hotade att överstiga utbudet under dagen, särskilt sena eftermiddagar på sommaren.

Idag har Kalifornien överskottsel på sena morgnar och tidiga eftermiddagar, främst tack vare sin solkapacitet. Om de flesta elbilar skulle laddas under dessa tider, skulle den billiga strömmen användas istället för att slösas bort. Alternativt, om de flesta elbilar fortsätter att ladda på natten, kommer staten att behöva bygga fler generatorer – troligen drivna av naturgas – eller dyr energilagring i stor skala. El som går först till ett stort batteri och sedan till ett elbilsbatteri tappar ström från det extra stoppet.

På lokal nivå, om en tredjedel av husen i en stadsdel har elbilar och de flesta av ägarna fortsätter att ställa in laddningen så att den börjar kl. 23.00. eller närhelst elpriserna sjunker kan det lokala nätet bli instabilt.

"Fynden från detta dokument har två djupgående implikationer:den första är att prissignalerna inte är i linje med vad som skulle vara bäst för nätet - och för skattebetalarna. Den andra är att det kräver att man överväger investeringar i en laddningsinfrastruktur för var människor arbete", säger Ines Azevedo, den nya tidningens andra medförfattare och docent i energivetenskap och teknik vid Stanford Doerr School of Sustainability, som öppnade den 1 september.

"Vi måste gå snabbt mot koldioxidutsläpp i transportsektorn, som står för huvuddelen av utsläppen i Kalifornien," fortsatte Azevedo. "Detta arbete ger insikt om hur vi ska nå dit. Låt oss se till att vi följer policyer och investeringsstrategier som tillåter oss att göra det på ett sätt som är hållbart."

Ett annat problem med design av elprissättning är att ta ut stora avgifter från kommersiella och industriella kunder baserat på deras maximala elförbrukning. Detta kan avskräcka arbetsgivare från att installera laddare, särskilt när hälften eller fler av deras anställda har elbilar. Forskargruppen jämförde flera scenarier för tillgänglighet av laddningsinfrastruktur, tillsammans med flera olika priser för användningstid för bostäder och kommersiella efterfrågeavgifter. Vissa kursändringar förvärrade situationen på nätnivån, medan andra förbättrade den. Icke desto mindre gav ett scenario med laddningsinfrastruktur som uppmuntrar mer laddning på dagtid och mindre hemladdning de största fördelarna, fann studien. + Utforska vidare

Att integrera elfordon i nätet kan förhindra strömavbrott