Sådan forudsiger og styrer man væksten i opladning af elbiler for at holde elnettene pålidelige og overkommelige

En dag kan efterspørgslen efter elektricitet til at lade elbiler overvælde elnettet, medmindre elsektoren er forberedt på udfordringen.

Med en voksende flåde af elbiler på vejen er netplanlæggere afhængige af nøjagtige estimater af opladningsmønstre for at beregne elbehovet. Et team af forskere ved Stanford University samlede en skalerbar sandsynlighedsmodel for opladning af efterspørgsel, der kan anvendes på en fleksibel række af befolkninger og tage højde for en lang række faktorer. I Californien fandt modellen ud af, at i 2030 - i et scenarie, hvor de fleste elbilejere vælger at oplade deres køretøjer, når de kommer hjem hver aften - ville spidsbelastningsefterspørgslen være mere end dobbelt så høj, som hvis chauffører opladede hele dagen derhjemme, på arbejde og offentlige stationer. I 2030 vil opladning af elbiler udgøre en betydelig del af efterspørgslen efter elektricitet i avancerede økonomier, så at holde spidsbelastningsefterspørgslen så lav som muligt ville begrænse behovet for nye generatorer og transmissionsledninger.

"Vi ønskede at skabe en modelramme for langsigtet planlægning, der fanger reelle chaufførers lademønstre og tager højde for usikkerhed," sagde Ram Rajagopal, seniorforfatter af undersøgelsen, som blev offentliggjort i 1. marts-udgaven af ​​Applied Energy , Rajagopal er lektor i Stanfords Department of Civil &Environmental Engineering.

Dagens 7 millioner elbiler globalt forventes at svulme op til 400 millioner i 2040. For at understøtte denne næsten 60-dobling skal verden foretage væsentlige opdateringer af el-understøttende infrastruktur, herunder produktionskapacitet, transmission og distribution, smart grid-teknologier og anslået 300 millioner let tilgængelige ladestationer.

Skiftet fra benzindrevne køretøjer til elektriske er nøglen til at dekarbonisere menneskelig aktivitet. Chaufførers muligheder for at oplade elbiler skal være praktiske og rigelige, for at dette skifte kan ske. Fremtidige politiske beslutninger kan lette let, pålidelig og overkommelig opladning.

"Vi forudser, at dette vil blive brugt af folk i forsyningsindustrien såvel som i regeringen, som ønsker en datadrevet tilgang til at studere fremtidige scenarier," sagde Siobhan Powell, co-lead forsker af undersøgelsen og en ph.d. kandidat i Stanfords Department of Mechanical Engineering.

Forskernes model har til formål at give netplanlæggere og politiske beslutningstagere netop den information:hvor, hvornår, hvordan, hvor meget og hvor ofte chauffører vil opkræve betaling. På en almindelig bærbar computer kunne modellen simulere opladningsdata for 100 millioner elbiler på omkring 10 minutter, sagde forskerne.

Mere forskelligartet befolkning

I dag foregår størstedelen af ​​Californiens el-opladning i enfamiliehuse. Forskerne forudser imidlertid, at folk med mindre adgang til opladning i hjemmet - som lejlighedslejere og ejerlejlighedsejere - vil gå over til elbiler, og andelen af ​​opladning i hjemmet vil synke. Samtidig kunne arbejdspladser installere flere ladestandere, og elværker kunne tilskynde til opladning på forskellige tidspunkter af døgnet. Modellen kan tage højde for flere faktorændringer.

"I modellen fanger vi chaufføradfærd, som inkluderer, hvornår de oplader, tidspunktet for deres opladning, og hvor meget energi de bruger. Vi fanger også placering, som hjemmet eller arbejdspladsen," sagde Gustavo Cezar, den anden medleder forsker. Cezar er ph.d. kandidat i civil- og miljøteknik og en stabsingeniør ved Stanfords SLAC National Accelerator Laboratory.

Nogle af nutidens bilister bruger også automatiske timere til at diktere, hvornår deres biler oplades. Timerne sporer elpriserne og opkræver køretøjer, når det er billigst at gøre det. Men hvis et stort antal timere blev brugt, kunne de forårsage en stigning i elefterspørgslen på nettet. Kl. 23.00 kunne Californiens EV-opladningsefterspørgsel toppe i størrelsesordenen 8.725 GW i 2030. Den typiske daglige spidsbelastning for al elektricitet i Californien er i øjeblikket i størrelsesordenen 25 GW, så opladning af elbiler vil udgøre en stor del af al elektricitetsefterspørgsel .

Dette kan skabe en række problemer, især hvis nettet ikke er udstyret til at håndtere dette niveau af efterspørgsel. Til sammenligning førte scenarier uden timerstyring, og hvor opladningen var spredt ud over dagen, til en mindre spidsbelastning på under 4 GW.

"Netoperatører er nødt til at bekymre sig om pålidelighed og omkostninger. Uden planlægning kan de i værste fald ende med en strømafbrydelse, eller selv hvis de kan betjene hele efterspørgslen, ende med høje omkostninger til elektriciteten," sagde Powell.

Politiske beslutninger truffet med dette in mente kunne tilskynde til opladning i et mere distribueret tempo, hvilket kunne bremse investeringer i elinfrastruktur og samtidig bevare nettets pålidelighed. De rammer, som forskerne har skabt, kan også udvides til at omfatte andre faktorer som ugedag, sæson, ferie eller region.

Men, sagde Cezar, blot at skifte til elbiler fra brændstofbrændende biler, motorcykler og små lastbiler er måske ikke nok i sig selv til at dekarbonisere lette køretøjer. Han sagde, at blandt al snak om at skifte til elbiler, får forureningen fra produktionen af ​​elektricitet, der oplader dem, for lidt opmærksomhed.

"Her i Californien bruger vi primært solenergi i løbet af dagen, så vi bliver nødt til at anskaffe produktion af fossile brændstoffer til at levere opladningsbelastningen natten over, især hvis fokus er på opladning i boliger," sagde han. "Det næste skridt er finde ud af, hvordan man bæredygtigt kan øge antallet af elbiler."

Cezar sagde, at holdet arbejder på at opdele deres model og anvende den på smallere steder, som kvarterer og campusser, for at hjælpe planlæggere med at undgå overvældende lokale eldistributionssystemer.