Quanta electricitat necessitarà per als cotxes elèctrics elèctrics del futur?

Avui, menys del dos per cent dels vehicles que compren els nord-americans són elèctrics. Però en les properes tres dècades, alguns experts de la indústria de l'automòbil esperen que els vehicles elèctrics puguin representar la majoria de les vendes d'automòbils mundials i nord-americanes.

Tot això, els conductors nord-americans registren aproximadament 3 bilions de milles per any, consumint més de 170 mil milions de galons de gasolina i dièsel en el procés. Convertir tots aquests quilòmetres de carretera a l'electricitat situaria noves exigències al sistema nacional de producció i lliurament d'electricitat.

Com a part d’un important estudi d’infraestructures energètiques, estem intentant entendre com un augment dels vehicles elèctrics (EV) podria canviar la forma d’energia i consum. Fins ara, hem descobert que l’impacte dels vehicles elèctrics dependrà del lloc on vius i de quan se'ls cobrarà.

Estimació de la quantitat d’equips elèctrics que exigiran

Utilitzant una tècnica similar presentada en el nostre recent treball sobre vehicles d'hidrogen, vam desenvolupar una avaluació estat per estat de la quantitat d’electricitat que seria necessària per carregar una flota electrificada de cotxes personals, camions i vehicles tot terreny.

Comencem estimant la quantitat de gasolina que cada comtat consumeix avui en dia. A continuació, hem convertit els quilòmetres de vehicles en requeriments d’electricitat basats en l’eficiència dels vehicles elèctrics actuals.

És cert que aquests mètodes tenen limitacions. El nombre de quilòmetres recorreguts podria canviar significativament si els vehicles autònoms es converteixen en un lloc comú i més persones confien en Uber, Lyft i altres serveis de compartició de vehicles, per exemple. No obstant això, creiem que el nostre enfocament proporciona un bon punt de partida per estimar la demanda elèctrica futura si els VE es converteixen en la norma.

Impactes regionals

La xarxa elèctrica nord-americana ha evolucionat contínuament per adaptar-se a les noves demandes al llarg del segle passat. Però si els vehicles de la nació estiguessin ràpidament elèctrics, la xarxa hauria de canviar més ràpidament. Segons els hàbits de conducció locals i la infraestructura de xarxa que ja existeix, la nostra anàlisi mostra que els VE tindran impactes diferents a diferents regions.

Atès que Texas i Califòrnia consumeixen més electricitat que altres estats, proporcionen una bona instantània del que pot semblar un futur ple de vehicles elèctrics. En ambdós casos, l’augment dels vehicles elèctrics augmentaria el consum, amb la possibilitat d’enfonsar les infraestructures locals.

Si gairebé tots els turismes de Texas estiguessin electrificats avui dia, l'estat necessitarà aproximadament 110 terawatt-hores més d’electricitat a l’any: el consum mitjà d’electricitat anual de 11 milions de llars. La demanda afegida d’electricitat suposaria un augment del 30 per cent respecte al consum actual a Texas.

En comparació, a causa d’un clima més temperat, Califòrnia podria requerir gairebé un 50 per cent més d’electricitat del que actualment consumeix si els vehicles de passatgers de l’Estat estiguessin totalment electrificats. Això significa que Califòrnia haurà de generar 120 terawatt-hores addicionals d’electricitat per any.

Una història de dues graelles

Una mirada a les xarxes de dos estats demostra que la dependència dels VE per a la mobilitat pot variar d'un lloc a un altre.

A les tardes calentes d’estiu, Texas utilitza aproximadament la meitat de l’electricitat que genera per alimentar l’aire condicionat per mantenir els edificis frescos. Les grans variacions estacionals de la demanda d’electricitat a causa de la climatització fan que l’Estat tingui centrals elèctriques que queden inactives durant moltes hores de l’any. La capacitat de recanvi durant les hores extrema podria facilitar que Texas compleixi les demandes futures d’electricitat dels vehicles elèctrics.

El clima més temperat de Califòrnia fa que l’estat necessiti menys electricitat els dies d’estiu i menys la variabilitat de la demanda a la xarxa general. Com a resultat, Califòrnia té menys capacitat de generació que Texas per satisfer les demandes futures de càrrega dels vehicles elèctrics.

El 2018, el Consell elèctric de fiabilitat de Texas, l’organització que gestiona la major part de la xarxa elèctrica de Texas, va assolir una nova demanda màxima d’uns 73 gigawatts el 19 de juliol. Trobant l’HOTC el 19 de juliol de 2018 la xarxa tenia capacitat de recanvi per proporcionar més de 350 gigawatt-hores d’electricitat addicional si les centrals elèctriques al ralentí continuaven funcionant durant tot el dia, no només durant la màxima demanda.

Basant-nos en les nostres estimacions, els requisits de càrrega per a una flota totalment electrificada de cotxes personals a Texas serien d’uns 290 gigawatt-hores per dia, inferiors a la capacitat de generació disponible. En altres paraules, la xarxa de Texas podria cobrar teòricament una flota de vehicles totalment electrificada si els vehicles es van carregar durant hores extrems.

Quan vam fer la mateixa anàlisi per a Califòrnia, però, vam veure que si els VE es convertien en la norma, podria impulsar la demanda total d’electricitat més enllà de la capacitat existent de la xarxa de Golden State.

El temps és tot

Potser fins i tot més important que la quantitat d’energia elèctrica que consumirien és la qüestió de quan es consumiria.

Hem basat les estimacions anteriors en patrons de càrrega òptims fora de punt. Si en lloc de cobrar la majoria de vehicles elèctrics a la tarda, la xarxa elèctrica necessitaria més capacitat de generació per evitar errors.

Per satisfer aquesta demanda, Califòrnia i Texas haurien de construir noves centrals elèctriques o comprar més electricitat dels estats veïns del que ja feien. Els estats també poden necessitar infraestructura de transmissió i distribució addicional per adaptar-se a la nova infraestructura de càrrega d'automòbils.

Tot plegat, la transició a vehicles elèctrics de vehicles de motors de combustió interna podria costar desenes de milers de milions de dòlars a Texas i, fins i tot, a Califòrnia per instal·lar nova infraestructura elèctrica si es cobressin molts vehicles durant les hores punta.

Els incentius podrien reduir el que costarà per equipar la xarxa per a molts vehicles elèctrics. Per exemple, els serveis públics podrien cobrar tarifes diferents d’electricitat durant diferents hores del dia i en diferents dies de la setmana. Coneguda com a preus de temps d’ús, aquesta pràctica pot fomentar la càrrega de vehicles quan l’electricitat és més abundant durant les hores punta i, per tant, és més barata de subministrar.

Califòrnia i altres àrees, inclosa Austin, Texas, ja han començat a utilitzar diferents estratègies per implementar les taxes de temps d'ús. Pot ser que altres regions vulguin mirar de prop i adoptar les lliçons apreses en aquests llocs, ja que augmenta el nombre de vehicles elèctrics a la carretera.

The Road Ahead

Mentre que els vehicles elèctrics poden augmentar la quantitat d’electricitat que consumeix els Estats Units, la inversió necessària per adaptar-los pot ser més petita del que sembla. Moltes regions ja tenen una capacitat de generació suficient si es carreguen els vehicles durant les hores extrems. L’emmagatzematge d’energia a bord dels vehicles elèctrics podria proporcionar la flexibilitat necessària per canviar els temps de càrrega i ajudar els operadors de xarxa a gestionar millor l’oferta i la demanda d’electricitat.

A més, segons els nostres càlculs, els diners que els nord-americans estalviarien en costos de combustible només podrien compensar aquestes inversions.

Per exemple, si la majoria de vehicles de Califòrnia estiguessin elèctrics el 2017, estimem que els seus conductors haurien estalviat uns 25.000 milions de dòlars aquest any en costos de combustible, segons els preus mitjans de l'electricitat i la gasolina.

A més de l'estalvi de combustible, alguns analistes del mercat esperen que els cotxes elèctrics siguin més barats que els vehicles convencionals el 2026, un altre potencial econòmic.

Tot i que és difícil predir els preus futurs de la gasolina, l'electricitat i els vehicles, creiem que és probable que l’ús generalitzat de vehicles elèctrics redueixi els costos globals del transport a Califòrnia i en altres llocs. Aquests estalvis són encara més grans si es tenen en compte els beneficis mediambientals, especialment les emissions de carboni més baixes.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation per F. Todd Davidson, Dave Tuttle, Joshua D. Rhodes i Kazunori Nagasawa. Llegiu l'article original aquí.