Voor de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet toont onderzoek van PNNL aan dat planning vooraf en slimme strategieën voor het opladen van elektrische auto's steden en nutsbedrijven kunnen helpen de duckcurve glad te strijken en dure nieuwe infrastructuur te vermijden
Oorspronkelijk gepubliceerd op het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)
Door, Lynne Roeder,
RICHLAND, Washington. Er komen elektrische voertuigen aan, massaal. Hoe kunnen lokale nutsbedrijven, netwerkplanners en steden zich voorbereiden? Dat is de belangrijkste vraag die wordt beantwoord in een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory voor het Office of Energy Efficiency en Renewable Energy's Vehicle Technologies Office van het Amerikaanse Department of Energy.
Hoewel we niet precies weten wanneer het omslagpunt zal plaatsvinden, zullen vloten van snelladende voertuigen de manier veranderen waarop steden en nutsbedrijven hun elektriciteitsinfrastructuur beheren”, zegt Michael Kintner-Meyer, een ingenieur elektrische systemen in de Electricity Infrastructure-groep van PNNL en de hoofdauteur van de studie. "Het is niet de vraag of, maar wanneer."
De studie, die vandaag is gepubliceerd, integreert meerdere factoren die nog niet eerder zijn geëvalueerd, zoals elektrische vrachtwagens voor leveringen en lange afstanden, evenals slimme strategieën voor het opladen van EV's.
Transportelektrificatie:zijn we er klaar voor?, Het onderzoek van PNNL toont aan dat de groei van elektrische voertuigen tot 2028 meer dan 24 miljoen voertuigen zou kunnen zijn voor het westelijke Amerikaanse elektriciteitsnet. Mike Perkins | PNNL
Volgens EV Hub zijn er momenteel ongeveer 1,5 miljoen EV's, voornamelijk auto's en SUV's, op de weg in de VS. PNNL-onderzoekers evalueerden de capaciteit van het elektriciteitsnet in het westen van de VS in het komende decennium naarmate het aantal EV's van alle soorten en maten groeit, inclusief vrachtwagens, sluit ze aan op laadstations bij huizen en bedrijven en op transportroutes.
Voor hun studie gebruikten de auteurs de best beschikbare gegevens over toekomstige netcapaciteit van de Western Electricity Coordinating Council of WECC. De analyse onthulde de maximale EV-belasting die het net zou kunnen opvangen zonder meer elektriciteitscentrales en transmissielijnen te bouwen.
Het goede nieuws is dat tot 2028 het totale energiesysteem, van opwekking tot transmissie, er gezond uitziet tot 24 miljoen EV's - ongeveer 9% van het huidige lichte voertuigverkeer in de VS.
Met ongeveer 30 miljoen EV's wordt het echter hachelijk. Op lokaal niveau kunnen er problemen ontstaan bij nog kleinere aantallen EV-adoptie. Dat komt omdat één snelladende EV evenveel belasting kan trekken als maximaal 50 huizen. Als bijvoorbeeld elk huis in een doodlopende straat een EV heeft, kan één transformator niet meerdere EV's tegelijk aankunnen.
Zoals uiteengezet in het rapport, houdt de huidige netplanning onvoldoende rekening met een massale toestroom van EV's. Die omissie verergert een toch al stressvolle situatie - de gevreesde duckcurve.
De duck-curve is een 24-uurs belastingprofiel op het elektriciteitssysteem en komt meestal voor in gebieden met veel fotovoltaïsche of zonne-dakinstallaties. De curve is gebaseerd op matige belasting 's ochtends, lage belasting gedurende de dag wanneer zonne-eenheden elektriciteit aan het net leveren, en hoge belasting 's nachts als mensen thuiskomen van hun werk en de zon ondergaat.
Wanneer de vraag piekt, daalt de spanning. Deze ernstige zwaai is moeilijk voor systeembewerkingen die niet zijn ontworpen om als een lichtschakelaar aan en uit te schakelen. En nu er 's avonds meer EV's worden aangesloten om op te laden, wordt de stijging nog steiler en stijgen de elektriciteitskosten.
Slimme laadstrategieën – het vermijden van laden tijdens piekuren in de ochtend en vroege avond – kunnen volgens het onderzoek vraagpieken wegwerken en de eendencurve opvullen. De aanpak heeft twee voordelen. Ten eerste zou het profiteren van relatief schone zonne-energie gedurende de dag. Het zou ook de scherpe hellingen 's avonds verminderen of elimineren wanneer zonne-energie vervaagt en andere bronnen het verschil maken.
Voortbouwend op de WECC-gegevens heeft het team plausibele scenario's voor 2028 ontwikkeld en gemodelleerd. De scenario's werden doorgelicht met bedrijfsleiders en omvatten een mix van lichte (passagiers), medium (bestelwagens en bestelwagens) en zware (half- en vracht) bedrijfsvoertuigen op de weg - de eerste keer dat alle drie voertuigklassen in een dergelijke analyse zijn opgenomen. PNNL ontwikkelde ook een transportmodel voor vracht op de weg, met laadstations op snelwegen om de 50 mijl voor alle drie de voertuigklassen.
De scenario's omvatten de evolutie van het net en zijn capaciteit op staats- en regionaal niveau. Het team richtte zich op scenario's met het grootste potentieel voor netimpact.
Knelpunten als gevolg van nieuwe EV-ladingen kwamen het meest voor in gebieden van Californië, waaronder Los Angeles, dat van plan is om tegen 2030 volledig elektrisch te gaan met zijn stadsvloot. Het knelpunt kwam van de groei van snelladende auto's en commerciële vloten van elektrische vrachtwagens. Deze voertuigen kunnen tot wel 45 minuten lang 400 ampère door een circuit trekken, in plaats van de 15 tot 20 ampère die tegenwoordig door de meeste EV's meer dan 6 tot 8 uur wordt verbruikt.
Dennis Stiles houdt toezicht op de onderzoeksportfolio van PNNL op het gebied van energie-efficiëntie en hernieuwbare energie. Hij zei dat het snel opladen van voertuigen en het integreren van mobiele ladingen - vloten in beweging - tot de grootste uitdagingen behoren voor planners van vandaag.
"Ze hoefden nooit echt aan EV's te denken, maar sommige steden zijn al op zoek naar intelligente controles en andere manieren om hun distributiesystemen en activiteiten aan te passen", zegt Stiles. “De sleutel is om nu uit te zoeken hoe je grote kapitaaluitgaven in de toekomst kunt vermijden. Hier en daar een nieuwe transformator toevoegen is heel wat anders dan een revisie van een onderstation.”
Maar de uitdaging is niet beperkt tot grote gebieden zoals Los Angeles. Kintner-Meyer zei dat kleinere steden met beperkte middelen hulp nodig hebben bij het plannen van hun laadinfrastructuur en hostingcapaciteit. Dat is de volgende stap.
In een vervolgonderzoek zullen onderzoekers nader kijken naar manieren om EV's te integreren in lokale en regionale stroomdistributiesystemen in het hele land.
"We hebben de gegevens en de methode om wat-als-scenario's uit te voeren", zegt Kintner-Meyer. "Met gegevens van nutsbedrijven over feeders en infrastructuur kunnen we de modellen bouwen en deze vervolgens overhandigen, zodat ze een voorsprong kunnen nemen."
Aanvullende details over het onderzoek zijn te vinden in het rapport "Electric Vehicles at Scale - Phase I Analysis:High EV Adoption Impacts on the Western US Power Grid", geschreven door Kintner-Meyer en PNNL-collega's Sarah Davis, Dhruv Bhatnagar, Sid Sridhar, Malini Ghosal en Shant Mahserejian.
Pacific Northwest National Laboratory maakt gebruik van kenmerkende capaciteiten in de chemie, aardwetenschappen en data-analyse om wetenschappelijke ontdekkingen te bevorderen en oplossingen te creëren voor de grootste uitdagingen van het land op het gebied van energiebestendigheid en nationale veiligheid. PNNL, opgericht in 1965, wordt beheerd door Battelle voor het Office of Science van het Amerikaanse ministerie van Energie. DOE's Office of Science is de grootste voorstander van fundamenteel onderzoek in de natuurwetenschappen in de Verenigde Staten en werkt aan het aanpakken van enkele van de meest urgente uitdagingen van onze tijd. Ga voor meer informatie naar het nieuwscentrum van PNNL. Volg ons op Facebook, Instagram, LinkedIn en Twitter.
Gepubliceerd:29 juli 2020
Uitgelichte afbeelding, EV Child Advocate laadt de EV van haar familie op, Zach Shahan, CleanTechnica
