Насколько электромобили сокращают выбросы? Это зависит от того, когда вы взимаете плату

Мы знаем, что электромобили могут сократить выбросы углекислого газа. Например, они намного эффективнее используют энергию, просто не теряя ее из-за вибраций и, следовательно, тепла, обычно выделяемого двигателем внутреннего сгорания.

Но насколько они могут реально сократить выбросы и как на это влияют типы и степень использования возобновляемых источников энергии в конкретных сетях?

Новое исследование, опубликованное в Environmental Science and Technology Исследователи из Массачусетского технологического института (MITEI) демонстрируют новую модель сокращения выбросов и показывают, что время зарядки электромобиля оказывает существенное влияние на экономию.

Хотя исследование проводилось в США, оно имеет определенное значение для Австралии, особенно потому, что она имеет общие черты с Калифорнией, которая также переживает существенный переход на солнечную энергию.

Исследователи обнаружили, что в солнечной Калифорнии, если электромобиль заряжается ночью, он производит на 70% больше выбросов, чем при зарядке в течение дня (отметив, что в течение дня выбросы по-прежнему меньше, чем при вождении бензинового или дизельного автомобиля).

Очевидно, что в сетях с большим количеством солнечной энергии это имеет огромное значение для того, насколько эффективно электромобили могут способствовать сокращению выбросов.

Исследователи говорят, что такие данные важно понимать, чтобы убедиться, что нужный тип инфраструктуры зарядки присутствует в соответствующих местах.

Например, если вы живете и работаете в районе, богатом солнечными лучами, может быть полезнее иметь доступ к зарядке на работе.

«Инфраструктура для зарядки – это… решающий фактор, когда речь идет об упрощении зарядки в определенное время, особенно в течение дня, – – сказал Эмре Генчер, соавтор и научный сотрудник MITEI.

«Если вам нужно зарядить свой электромобиль в полдень, вам нужно иметь достаточное количество зарядных станций на вашем рабочем месте».

В Нью-Йорке, где преобладает атомная или гидроэнергетика, лучшее время для зарядки электромобиля на самом деле прямо противоположное, поскольку зарядка ночью позволяет сократить выбросы на 20 % больше.

Ян Миллер, ведущий автор исследования и научный сотрудник MITEI, отмечает, что данные, полученные в результате их моделирования, также могут быть полезны для информирования законодателей и регулирующих органов о том, когда лучше всего вводить тарифы на время использования, чтобы стимулировать зарядку электромобилей в определенных местах. раз.

"Если вы облегчите зарядку в определенное время, вы действительно сможете значительно сократить выбросы в результате роста использования возобновляемых источников энергии и электромобилей", – говорит Миллер.

"Итак, как мы это сделаем? Тарифы на электроэнергию по времени использования распространяются и могут резко изменить время суток, когда водители электромобилей заряжают электроэнергию. Если мы проинформируем политиков об этих значительных последствиях времени зарядки, они смогут разработать тарифы на электроэнергию, чтобы снизить плату, когда наши электрические сети интенсивно используют возобновляемые источники энергии».

Исследователи отметили, что в прошлом отсутствие моделирования по часовым изменениям в сети или температурным изменениям в экономии топлива могло означать, что прогнозируемые данные о сокращении выбросов могут быть неверными на 10% почти в трети случаев. В энергосистемах с большим количеством солнечной энергии, таких как Калифорния, погрешность может достигать 50 %.

«Если вы не моделируете время зарядки, а вместо этого предполагаете, что зарядка будет производиться на основе среднегодовой мощности, вы можете получить неправильную оценку выбросов электромобилей», — говорит Марьям Арбабзаде, постдоктор, соавтор отчета.

«Безусловно, здорово получать больше солнечной энергии в сети и больше электромобилей, использующих эту сеть. Независимо от того, когда вы заряжаете свой электромобиль в США, его выбросы будут ниже, чем у аналогичного автомобиля с бензиновым двигателем; но если зарядка электромобиля происходит в основном, когда солнце садится, вы не получите столько преимуществ, когда речь идет о сокращении выбросов, как вы думаете, используя среднегодовое значение».

Чтобы уменьшить погрешность, исследователи использовали почасовые данные сетки за 2018 и 2019 годы, а также почасовые данные о зарядке, вождении и температуре, и применили их к новой модели, которую они называют методом «среднего дня».

«Мы обнаружили, что вы можете игнорировать сезонность выбросов в сеть и экономию топлива и по-прежнему точно оценивать ежегодные выбросы электромобилей и влияние времени зарядки», — говорит Миллер.

«Это был приятный сюрприз. В прошлом году в Канзасе ежедневные выбросы в сеть выросли примерно на 80 процентов между сезонами, в то время как спрос на электроэнергию вырос примерно на 50 процентов из-за изменений температуры. Предыдущие исследования предполагали, что игнорирование таких сезонных колебаний повредит точности оценок выбросов электромобилей, но никогда не определяли эту ошибку количественно. Мы так и сделали — в различных сочетаниях сетей и климатических условиях — и обнаружили, что погрешность незначительна».

Моделирование также использовалось для прогнозирования будущих выбросов. В этом случае моделирование на юго-востоке США с 2018 по 2032 год показало, что к 2032 году по сравнению с аналогичным гибридным автомобилем выбросы электромобиля на километр могут быть на 30 % ниже, если заряжать его в ночное время, и на 65 % – если заряжать в полдень.

«Чтобы смягчить последствия изменения климата, нам необходимо обезуглероживать как транспортный сектор, так и электроэнергетику», — говорит Генчер.

«Мы можем электрифицировать транспорт, и это значительно сократит выбросы, но в этом документе показано, как сделать это более эффективно».

Цитирование: Почасовые колебания энергосистемы, режимы зарядки электромобилей и выбросы при эксплуатации
Иан Миллер, Марьям Арбабзаде и Эмре Генсер
Наука и технологии об окружающей среде 2020 54 (24), 16071-16085
DOI:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.0c02312