För nättillförlitlighet visar PNNL-studie att förhandsplanering och smarta laddningsstrategier för elbilar kan hjälpa städer och bolag att jämna ut ankakurvan och undvika dyrbar ny infrastruktur
Ursprungligen publicerad på Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)
Av, Lynne Roeder,
RICHLAND, Wash.—Elfordon kommer—en mass. Hur kan lokala företag, nätplanerare och städer förbereda sig? Det är nyckelfrågan som tas upp i en ny studie ledd av forskare vid Pacific Northwest National Laboratory för U.S. Department of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy's Vehicle Technologies Office.
Även om vi inte vet exakt när vändpunkten kommer att inträffa, kommer flottor av snabbladdande fordon att förändra hur städer och allmännyttiga företag hanterar sin elinfrastruktur”, säger Michael Kintner-Meyer, en elsystemingenjör i PNNL:s Electricity Infrastructure-grupp och studiens huvudförfattare. "Det är inte en fråga om om, utan när."
Studien, som publiceras idag, integrerar flera faktorer som inte utvärderats tidigare, till exempel elektriska lastbilar för leverans och långväga, samt smarta laddningsstrategier för elbilar.
Transportelektrifiering:Kommer vi att vara redo?, PNNL:s studie visar att elbilstillväxt över 24 miljoner fordon fram till 2028 kan börja klämma det västra amerikanska nätet. Mike Perkins | PNNL
Enligt EV Hub är omkring 1,5 miljoner elbilar, mestadels bilar och stadsjeepar, för närvarande på väg i USA. PNNL-forskare utvärderade kapaciteten hos elnätet i västra USA under det kommande decenniet när växande flottor av elbilar av alla storlekar, inklusive lastbilar, anslut till laddstationer i hem och företag och på transportvägar.
För sin studie använde författarna de bästa tillgängliga data om framtida nätkapacitet från Western Electricity Coordinating Council, eller WECC. Analysen avslöjade den maximala EV-belastning som nätet skulle kunna ta emot utan att bygga fler kraftverk och transmissionsledningar.
Den goda nyheten är att till och med 2028 ser det övergripande kraftsystemet, från generering till transmission, friskt ut upp till 24 miljoner elbilar – cirka 9 % av den nuvarande trafiken av lätta fordon i USA.
Men vid cirka 30 miljoner elbilar blir det svårare. På lokal nivå kan problem uppstå vid ännu mindre EV-antaganden. Det beror på att en snabbladdande elbil kan dra lika mycket last som upp till 50 hem. Om till exempel varje hus i en återvändsgränd har en elbil, kommer en krafttransformator inte att kunna hantera flera elbilar som laddas samtidigt.
Som beskrivs i rapporten tar den nuvarande nätplaneringen inte tillräcklig hänsyn till ett massinflöde av elbilar. Den utelämnandet förvärrar en redan stressig situation – den fruktade ankkurvan.
Ankkurvan är en 24-timmarsprofil av belastning på elsystemet och förekommer vanligtvis i områden med många solcells- eller solcellsinstallationer på taket. Kurvan är baserad på måttlig belastning på morgonen, låg belastning under dagen när solceller matar el till elnätet och hög belastning på natten när folk kommer hem från jobbet och solen går ner.
När efterfrågan ökar, sjunker spänningen. Denna kraftiga svängning är svår för systemoperationer som inte var designade för att slå på och av som en ljusströmbrytare. Och med fler elbilar som kopplas in för att ladda på kvällen, blir rampen ännu brantare och ökar elkostnaderna.
Smarta laddningsstrategier – att undvika laddning under rusningstid på morgonen och tidigt på kvällen – kan jämna ut efterfrågetoppar och fylla i ankakurvan, enligt studien. Tillvägagångssättet har två fördelar. För det första skulle den dra fördel av relativt ren solenergi under dagen. Det skulle också minska eller eliminera de skarpa ramperna på kvällen när solenergin tonar ut och andra källor slår in för att kompensera skillnaden.
Med utgångspunkt från WECC-data utvecklade och modellerade teamet rimliga scenarier för 2028. Scenarierna granskades med företagsledare och inkluderade en blandning av lätta (passagerare), medelstora (leveranslastbilar och skåpbilar) och tunga (semi- och lastbilar) tjänstefordon på väg — första gången alla tre fordonsklasserna ingår i en sådan analys. PNNL utvecklade också en transportmodell för gods på väg, med laddstationer på motorvägar var 80:e mil för alla tre fordonsklasserna.
Scenarierna inkluderade utvecklingen av nätet och dess kapacitet på statlig och regional nivå. Teamet fokuserade på scenarier med störst potential för näteffekter.
Flaskhalsar på grund av ny elbilsladdning förekom mest i områden i Kalifornien, inklusive Los Angeles, som planerar att bli helelektrisk med sin stadsflotta till 2030. Nypan kom från tillväxten av snabbladdande bilar och kommersiella flottor av elektriska lastbilar. Dessa fordon kan dra 400 ampere genom en krets så länge som 45 minuter, istället för de 15 till 20 ampere som dras över 6 till 8 timmar av de flesta elbilar idag.
Dennis Stiles övervakar PNNL:s forskningsportfölj för energieffektivitet och förnybar energi. Han sa att snabbladdande fordon och integrering av mobila laster – flottor på väg – är bland de största utmaningarna för planerare idag.
"De har aldrig riktigt behövt tänka på elbilar tidigare, men vissa städer tittar redan på intelligenta kontroller och andra sätt att modifiera sina distributionssystem och drift," sa Stiles. "Nyckeln är att nu ta reda på hur man undviker stora kapitalutlägg i framtiden. Att lägga till en ny transformator här och där är mycket annorlunda än en översyn av transformatorstation.”
Men utmaningen är inte begränsad till stora områden som Los Angeles. Kintner-Meyer sa att mindre städer med begränsade resurser behöver hjälp med att planera för sin laddningsinfrastruktur och värdkapacitet. Det är nästa steg.
I en uppföljningsstudie kommer forskare att titta närmare på sätt att integrera elbilar i lokala och regionala eldistributionssystem över hela landet.
"Vi har data och metoden för att köra vad-om-scenarier," sa Kintner-Meyer. "Med data från verktyg om matare och infrastruktur kan vi bygga ut modellerna och sedan lämna över dem så att de kan komma före kurvan."
Ytterligare detaljer om studien finns i rapporten, ”Electric Vehicles at Scale – Phase I Analysis: High EV Adoption Impacts on the Western US Power Grid” författad av Kintner-Meyer och PNNL-kollegorna Sarah Davis, Dhruv Bhatnagar, Sid Sridhar, Malini Ghosal och Shant Mahserejian.
Pacific Northwest National Laboratory använder sig av signaturkapacitet inom kemi, geovetenskap och dataanalys för att främja vetenskaplig upptäckt och skapa lösningar på landets tuffaste utmaningar inom energitålighet och nationell säkerhet. PNNL grundades 1965 och drivs av Battelle för U.S. Department of Energy's Office of Science. DOE:s Office of Science är den enskilt största anhängaren av grundforskning inom fysikaliska vetenskaper i USA och arbetar för att ta itu med några av vår tids mest angelägna utmaningar. Besök PNNL:s nyhetscenter för mer information. Följ oss på Facebook, Instagram, LinkedIn och Twitter.
Publicerad:29 juli 2020
Utvald bild, EV Child Advocate Charging her familys EV, Zach Shahan, CleanTechnica
