Vi vet att elbilar kan minska koldioxidutsläppen – de är mycket effektivare som att använda energi, till exempel genom att helt enkelt inte förlora den genom vibrationerna och därför värmen som vanligtvis produceras av en förbränningsmotor.
Men hur mycket kan de faktiskt minska utsläppen, och hur påverkas detta av typen och omfattningen av förnybar energi som finns i vissa nät?
En ny studie publicerad i Environmental Science and Technology av forskare från MIT Energy Initiative (MITEI) visar en ny modell för att arbeta fram minskningar av utsläpp, och visar att tiden på dygnet som ett elfordon laddas har en betydande inverkan på besparingarna.
Även om studien är baserad i USA, har den viss relevans för Australien, särskilt eftersom den delar gemensamma egenskaper med Kalifornien som också genomgår en betydande övergång till solenergi.
Forskarna fann att i soltunga Kalifornien, om ett elfordon laddas på natten producerar det 70 % mer utsläpp än om det laddas under dagen (noterar att under dagen fortfarande producerar mindre utsläpp än att köra en bensin- eller dieselbil).
Uppenbarligen har detta i solrika nät enorma konsekvenser för hur effektivt elfordon kan bidra till att minska utsläppen.
Forskarna säger att denna typ av data är viktig att förstå för att säkerställa att rätt typ av laddningsinfrastruktur finns på lämpliga platser.
Om du till exempel bor och arbetar i ett solrikt område kan det vara mer användbart att ha tillgång till laddning på jobbet.
"Laddningsinfrastruktur är en...stor avgörande faktor när det gäller att underlätta laddning vid specifika tider - speciellt under dagen", säger Emre Gençer, medförfattare och forskare vid MITEI.
"Om du behöver ladda din elbil mitt på dagen, måste du ha tillräckligt med laddstationer på din arbetsplats."
I New York, som har en stor andel kärnkraft eller vattenkraft – är den bästa tiden att ladda ett elfordon faktiskt den raka motsatsen, för genom att ladda på natten kan man spara 20 % extra av utsläppen.
Ian Miller, huvudförfattaren till studien och en forskarassistent vid MITEI noterar att data som skapats från deras modellering också kan vara användbar för att informera lagstiftare och tillsynsmyndigheter om när det är bäst att införa tariffer för användningstid för att uppmuntra laddning av elbilar. gånger.
"Om du underlättar laddning vid vissa tidpunkter kan du verkligen öka utsläppsminskningarna som är ett resultat av tillväxten av förnybara energikällor och elbilar", säger Miller
"Så hur gör vi det här? Elpriserna för användningstid sprider sig och kan dramatiskt förändra tiden på dygnet när elbilsförare laddar. Om vi informerar beslutsfattare om dessa stora konsekvenser av laddningstid, kan de sedan utforma elpriser för att rabattera laddning när våra elnät är förnybara-tunga.”
Forskarna noterade att tidigare, inte modellering av timvariationer i nätet eller temperaturdrivna variationer i bränsleekonomi kan innebära att beräknade utsläppsminskningsdata kan vara borta med 10% i nästan en tredjedel av fallen. I solrika nät som Kalifornien kan felet vara upp till 50 % avvikelse.
"Om du inte modellerar laddningstid, och istället utgår från laddning med årlig genomsnittlig effekt, kan du feluppskatta EV-utsläpp", säger Maryam Arbabzadeh, en postdoc som var medförfattare till rapporten.
"För att vara säker är det fantastiskt att få mer solenergi på nätet och fler elfordon som använder det nätet. Oavsett när du laddar din elbil i USA, kommer dess utsläpp att vara lägre än en liknande bensindriven bil; men om laddning av elbilar sker främst när solen är nere, kommer du inte att få så mycket nytta när det gäller att minska utsläppen som du tror när du använder ett årsgenomsnitt.”
För att minska felmarginalen använde forskarna timdata från 2018 och 2019 – tillsammans med timdata för laddning, körning och temperatur – och tillämpade detta på en ny modell som de refererar till som metoden för "genomsnittlig dag".
"Vi upptäckte att du kan ignorera säsongsvariationer i nätutsläpp och bränsleekonomi, och ändå exakt uppskatta de årliga EV-utsläppen och laddningstiden", säger Miller.
"Det här var en trevlig överraskning. I Kansas förra året ökade de dagliga utsläppen från nätet med cirka 80 procent mellan säsongerna, medan efterfrågan på elbilar ökade med cirka 50 procent på grund av temperaturförändringar. Tidigare studier spekulerade i att ignorering av sådana säsongsbetonade svängningar skulle skada noggrannheten i uppskattningar av EV-utsläpp, men kvantifierade aldrig felet. Vi gjorde det – över olika nätblandningar och klimat – och fann att felet var försumbart.”
Modelleringen användes också för att projicera framtida utsläpp. I det här fallet visade modellering i sydöstra USA från 2018 till 2032 att år 2032, jämfört med en liknande hybridbil, kan elbilsutsläppen per kilometer vara 30 procent lägre om de laddas över natten och 65 procent lägre om de laddas mitt på dagen.
"För att mildra klimatförändringarna måste vi minska koldioxidutsläppen från både transport- och elkraftssektorerna", säger Gençer.
"Vi kan elektrifiera transporter, och det kommer att minska utsläppen avsevärt, men vad den här uppsatsen visar är hur du kan göra det mer effektivt."
Citat: Energinätsvariationer per timme, laddningsmönster för elfordon och driftsutsläpp
Ian Miller, Maryam Arbabzadeh och Emre Gençer
Miljövetenskap och -teknik 2020 54 (24), 16071-16085
DOI:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.0c02312
