چرا رونق خودروهای الکتریکی می تواند فشار زیادی بر شبکه برق ایالات متحده وارد کند؟

ا سوخت های فسیلی کار می کند ساخته شده است.

بر اساس تحلیلی که توسط Rapid Energy Evaluation and Analysis Toolkit یا REPEAT، یک پروژه سیاست انرژی از دانشگاه پرینستون انجام شده است، انتظار می رود تقاضای برق داخلی در سال 2022 تا سال 2030 تا 18 درصد و تا سال 2035 به 38 درصد افزایش یابد. این یک تغییر بزرگ نسبت به افزایش تقریباً 5 درصدی است که در دهه گذشته شاهد بودیم.

راب گراملیچ، بنیانگذار و رئیس گرید استراتژی، یک گروه خط مشی انتقال، گفت: «بنابراین ما تقاضای زیادی برای نیرو داریم که به این کشور می آید، در حالی که واقعاً در 25 سال گذشته چنین چیزی نداشتیم.

در حالی که بسیاری از بخش‌های اقتصاد در حال دور شدن از سوخت‌های فسیلی به سمت برق‌سازی هستند - فکر کنید لوازم خانگی مانند اجاق گاز و گرمایش فضا برای خانه‌ها و ادارات - بخش حمل‌ونقل باعث افزایش این افزایش می‌شود. طبق داده‌های پرینستون، پیش‌بینی می‌شود خودروهای سبک، بخشی که کامیون‌های بزرگ و حمل‌ونقل هوایی را حذف می‌کنند، تا سال 2035 تا 3360 درصد بیشتر از امروز برق مصرف کنند.

اما الکتریسیته کردن تنها در صورتی یک راه حل موثر کربن زدایی است که با تولید عمده انرژی تجدیدپذیر همراه باشد. گراملیچ گفت: «بنابراین ما محرک‌های طرف عرضه و تقاضا برای نیازهای شبکه بزرگ داریم.

این بدان معناست که ما به تغییرات عمده در شبکه نیاز داریم: خطوط انتقال فشار قوی بیشتر برای انتقال برق از نیروگاه های بادی و خورشیدی روستایی به مراکز تقاضا. خطوط توزیع و ترانسفورماتورهای کوچکتر برای تحویل آخرین مایل برق؛ و سخت‌افزاری مانند اینورترها که به مشتریان با باتری‌های خانگی، خودروهای برقی و پنل‌های خورشیدی اجازه می‌دهند انرژی اضافی را به شبکه برگردانند. 

قرار نیست ارزان باشد. در مطالعه‌ای که به سفارش کمیسیون خدمات عمومی کالیفرنیا انجام شده است، شرکت تحلیل شبکه Kevala پیش‌بینی می‌کند که کالیفرنیا به تنهایی باید تا سال 2035 50 میلیارد دلار برای ارتقای شبکه توزیع هزینه کند تا به اهداف جاه‌طلبانه خود برای خودروهای برقی دست یابد.

شارژ وسایل نقلیه الکتریکی کاملاً انرژی الکتریکی دارد. در حالی که مقایسه مستقیم با لوازم خانگی به متغیرهای زیادی بستگی دارد ، صاحب یک تسلا مدل 3 جدید که میانگین ملی حدود 14000 مایل در سال رانندگی می کند، تقریباً همان مقدار برق را برای شارژ وسیله نقلیه خود در خانه مصرف می کند که برای آب برقی خود استفاده می کند. بخاری در طول یک سال، و حدود 10 برابر برق بیشتر از انرژی مورد نیاز یک یخچال جدید و کم مصرف. وسایل نقلیه الکتریکی بزرگتر مانند فورد F-150 لایتنینگ معمولاً از برق بیشتری نسبت به یک واحد AC مرکزی در یک خانه بزرگ استفاده می کنند. 

لیدیا کرفتا، مدیر حمل و نقل انرژی پاک در PG&E، گفت که این شرکت در حال حاضر حدود 470000 وسیله نقلیه برقی در منطقه خدماتی خود در شمال و مرکزی کالیفرنیا به شبکه متصل است و قصد دارد تا سال 2030 به 3 میلیون دستگاه برسد.

با توجه به اینکه قلمرو PG&E حدود 1 مورد از هر 7 وسیله نقلیه الکتریکی در ایالات متحده را پوشش می دهد، نحوه مدیریت انتقال EV می تواند به عنوان الگویی برای این کشور باشد. کار آسانی نیست کرفتا گفت که این شرکت به یک چرخه تامین مالی چهار ساله برای ارتقاء زیرساخت شبکه گره خورده است و آخرین درخواست تامین مالی آن در سال 2021 بود. کرفتا گفت که اکنون این بودجه قطعاً از آنچه که نیاز است کمتر خواهد بود.

بسیاری از تحلیل‌هایی که در مورد آن درخواست انجام شد، از پیش‌بینی‌های سال ۲۰۱۹ یا ۲۰۲۰، به‌ویژه برخی از پیش‌بینی‌های قدیمی‌تر خودروهای الکتریکی که برخی از رشدی را که ما معتقدیم در حال حاضر بیشتر شاهد آن هستیم، پیش‌بینی نمی‌کردند. کرفتا گفت. این وضعیت باعث شده است که PG&E برای دریافت کمک های مالی متعدد ایالتی و فدرال درخواست دهد که می تواند به آن کمک کند تا اهداف برق رسانی خود را برآورده کند.

آرام شوماون، مدیرعامل کوالا، گفت: «من فکر می‌کنم در حال حاضر مردم دیدگاهی بیش از حد ساده‌گرایانه نسبت به معنای برق‌رسانی حمل‌ونقل دارند. ″اگر به درستی انجام شود، فوق العاده خواهد بود. اگر سوء مدیریت شود، افراد زیادی ناراحت خواهند شد و این یک خطر واقعی است. این یک خطر برای تنظیم کننده ها است. این یک خطر برای سیاستمداران است و این یک خطر برای شرکت‌های برق است.»

Shumavon گفت که اگر زیرساخت‌های شبکه با رونق خودروهای برقی مطابقت نداشته باشد، رانندگان می‌توانند انتظار مشکلات شارژ مانند صف‌های طولانی یا فقط توانایی شارژ در زمان‌ها و مکان‌های خاص را داشته باشند. یک شبکه بیش از حد کشیده همچنین در برابر رویدادهای شدید آب و هوایی آسیب پذیرتر خواهد بود و مستعد خاموشی است که کالیفرنیا در سال 2020 تجربه کرد.

ساده ترین راه برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برق این است که منابع انرژی بیشتری را به صورت آنلاین، ترجیحاً منابع سبز، وارد کنید. اما اگرچه نصب نیروگاه‌های زغال سنگ و گاز طبیعی در نزدیکی مراکز جمعیتی آسان است، بهترین منابع خورشیدی و بادی معمولاً روستایی‌تر هستند.

این بدان معناست که آنچه که ایالات متحده واقعاً به آن نیاز دارد، خطوط انتقال ولتاژ بالا است که می تواند منابع خورشیدی و بادی را در سراسر خطوط شهرستانی و ایالتی منتقل کند.

اما گراملیچ گفت که در حالی که ما دائماً برای جایگزینی و ارتقاء خطوط قدیمی هزینه می کنیم، به سختی خطوط جدیدی می سازیم. «من فکر می‌کنم ما احتمالاً به ۲۰ [میلیارد] یا ۳۰ میلیارد دلار در سال برای ظرفیت جدید، مایل‌های خط جدید و ظرفیت تحویل جدید نیاز داریم. ما در حال حاضر نزدیک به صفر برای آن هزینه می کنیم.»

وقتی صحبت از ساخت خطوط انتقال جدید می‌شود، موانع نظارتی عمده‌ای وجود دارد که اغلب از چندین شهرستان، ایالت و مناطق خدمات شهری عبور می‌کنند، که همگی باید خط را تأیید کنند و در مورد نحوه تأمین مالی آن توافق کنند.

″اگر شما فقط به خطی فکر می کنید که از دو یا سه منطقه خدمات شهری مختلف عبور می کند، آنها راهی برای بازیابی هزینه های خود در سیستم محلی خود دارند، اما زمانی که چیزی وجود دارد که به نفع سه دوجین خدمات برقی باشد، دست خود را بالا می برند پرداخت کنیم، چقدر، و چگونه تصمیم می گیریم؟» گراملیچ گفت.

مجوز نیز یک مانع بزرگ است. تمام پروژه های انرژی جدید باید تحت یک سری مطالعات تاثیر قرار گیرند تا ارزیابی شود که چه تجهیزات انتقال جدیدی مورد نیاز است، چقدر هزینه دارد و چه کسی پرداخت خواهد کرد. اما لیست پروژه هایی که در این فرآیند گیر کرده اند بسیار زیاد است . مقدار کل تولید برق در صف ها که تقریباً همه آنها تجدیدپذیر هستند، از کل ظرفیت تولید در شبکه امروز بیشتر است.

طبق پروژه REPEAT پرینستون، قانون کاهش تورم پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را تا سال 2030 حدود 1 میلیارد تن دارد . اما با همین تحلیل، اگر ساخت زیرساخت‌های انتقال بیش از دو برابر نرخ رشد تاریخی 1 درصد در سال نباشد، بیش از 80 درصد از این کاهش‌ها از بین می‌رود.

تلاش ها برای تسریع در ساخت زیرساخت های انرژی در حال انجام است. مهمتر از همه، سناتور جو مانچین، DW.Va.، پس از شکست اقدامات مشابه در سال گذشته، لایحه اصلاحات مجوز را در ماه می ارائه کرد. پرزیدنت جو بایدن از این لایحه حمایت کرده است، لایحه ای که صدور مجوز برای انواع پروژه های انرژی از جمله زیرساخت های سوخت فسیلی را تسریع می کند. با این حال، سیاست دشوار خواهد بود، زیرا بسیاری از دموکرات ها این لایحه را بیش از حد دوستانه با منافع سوخت های فسیلی می دانند.

اما حتی اگر سرعت صدور مجوز تسریع شود و ما به زودی هزینه های زیادی را برای انتقال شروع کنیم، هنوز سال ها طول می کشد تا زیرساخت های مورد نیاز را ایجاد کنیم.

یک دوره زمانی وجود خواهد داشت که در آن نیاز بسیار زیاد است، اما انتقال نمی تواند در دوره زمانی که نیاز اتفاق می افتد ایجاد شود، و منابع انرژی توزیع شده نقش بسیار فعالی در مدیریت آن فرآیند ایفا خواهند کرد. شوماون توضیح داد، زیرا هیچ منبع دیگری در دسترس نخواهد بود.

این بدان معناست که منابعی مانند سیستم‌های خورشیدی و باتری‌های مسکونی می‌توانند به تثبیت شبکه کمک کنند زیرا مشتریان برق خود را تولید می‌کنند و برق اضافی را به شبکه می‌فروشند. خودروسازان همچنین به طور فزاینده ای خودروهای برقی خود را به قابلیت شارژ دوطرفه مجهز می کنند، که به مشتریان این امکان را می دهد تا از بسته های باتری EV غول پیکر خود برای برق رسانی به خانه های خود یا تامین برق دوباره به شبکه استفاده کنند، درست مانند یک سیستم باتری معمولی خانه. تسلادر حال حاضر این قابلیت را ارائه نمی دهد، اما نشان داده است که در سال های آینده، در حالی که مدل های دیگر مانند فوردF-150 Lightning و Nissan Leaf هم اکنون این کار را انجام داده اند.

همچنین احتمالاً تأکید بیشتری بر بهره وری انرژی و زمان مصرف انرژی خواهد بود. به عنوان مثال، PG&E به چگونگی بهینه سازی زمان شارژ برای ناوگان بزرگ خودروهای الکتریکی فکر می کند.

″یک کاری که ما در تلاش هستیم انجام دهیم این است که با برخی از این شرکت‌ها که بارهای قابل توجهی را وارد می‌کنند کار کنیم تا محدودیت‌های بار انعطاف‌پذیری را ایجاد کنیم، جایی که می‌توانیم بگوییم فقط می‌توانید 50 خودروی برقی را در ساعت 7 بعد از ظهر شارژ کنید، اما در ساعت 2 بامداد می‌توانید شارژ کنید. همه 100،” کرفتا گفت.

کرفتا امیدوار است که محدودیت‌ها در زمان شارژ موقتی سایت تبلیغات باشد، اما گفت که در حرکت رو به جلو، PG&E به دنبال تشویق مصرف‌کنندگان از طریق قیمت‌گذاری پویا است، که در آن قیمت برق در زمان اوج تقاضا بالاتر و در ساعات غیر اوج مصرف پایین‌تر است. و این شرکت با خودروسازان کار می کند تا دریابد که چگونه وسایل نقلیه الکتریکی می توانند حداکثر سود را برای شبکه فراهم کنند.

″چه نوع کارهایی را باید در گاراژ خود انجام دهید تا وسیله نقلیه خود را به برق خانه خود برساند؟ چگونه می‌توانید وسیله نقلیه خود را برای شارژ هر زمان که انرژی‌های تجدیدپذیر در شبکه وجود دارد و تمیز و کم هزینه هستند، استفاده کنید و سپس در ساعات بعدازظهر دوباره به شبکه تخلیه شود؟ کرفتا گفت این سؤالاتی است که به ایجاد شبکه سبز آینده کمک می کند.

تصحیح: این داستان به روز شده است تا نشان دهد که راب گراملیچ تخمین زده است که ایالات متحده باید سالانه حدود 20 یا 30 میلیارد دلار برای ظرفیت انتقال جدید هزینه کند. نسخه قبلی مقادیر را اشتباه بیان کرده است.

برای آشنایی بیشتر با نحوه آماده شدن شبکه برق ایالات متحده برای رونق خودروهای الکتریکی، ویدیو را تماشا کنید.