В связи с растущим количеством электромобилей и гибридов на улицах некоторые люди выражают обеспокоенность по поводу того, как более широкое внедрение таких транспортных средств может повлиять на энергосистему. В этой статье перечислены основные претензии по этому вопросу, а затем рассмотрены их.
Главный вопрос, похоже, заключается в том, сможет ли электросеть удовлетворить растущий спрос, поскольку эксперты прогнозируют, что к 2040 году электромобили будут составлять 58% мировых продаж автомобилей по сравнению с 10% сегодня. Самый пессимистичный прогноз выглядит примерно так — если взять в качестве примера Великобританию, то там на конец 2020 года, по данным Министерства транспорта, было 32 697 000 автомобилей. Если бы все они питались от аккумуляторов и заряжались бы одновременно при типичной мощности домашнего зарядного устройства в 7 кВт, им потребовалось бы 229 ГВт мощности, что более чем в два раза превышает текущую мощность сети страны, составляющую 101 ГВт.
Сеть просто не может справиться со всеми приближающимися электромобилями!
Сразу успокоим – да, энергосети справятся с дополнительной нагрузкой от электромобилей. Расчеты, подобные показанным выше, основаны на ошибочных предположениях и являются излишне паникёрскими. Приведенный выше пример на самом деле невозможно повторить в реальной жизни. Во-первых, это предполагает массовое внедрение электромобилей в одночасье.
Этого просто не произойдет по множеству причин, но, прежде всего, наращивание производства электромобилей не может происходить такими темпами. Во-вторых, не каждый человек в мире (или в какой-либо конкретной стране) перейдет на электромобиль одновременно. Это просто не имеет смысла — люди обычно сохраняют свои существующие автомобили в течение нескольких лет, как обычно, а затем их следующей покупкой может стать электромобиль. А поскольку не все купили свои нынешние автомобили с ДВС одновременно, они не будут одновременно заменять их электромобилями, даже если в мире для этого было достаточно мощностей по производству электромобилей, которых нет.
Они все будут заряжаться одновременно!
«Скептическая» точка зрения также предполагает, что все эти электромобили всегда будут заряжаться одновременно, что вряд ли возможно. Во-первых, потому что на это не будет реального спроса со стороны владельцев, а во-вторых, потому что для этого просто не будет достаточно зарядных устройств - по крайней мере, на какое-то время, за это время сеть сможет скорректировать свои производственные мощности.
По той же логике, если бы каждый британец включил свою стиральную машину одновременно, ему потребовалось бы около 51,4 ГВт мощности, что значительно превышает среднесуточную потребность в 30 ГВт – и это все среднее энергопотребление в Великобритании за полный день, из которого, очевидно, стиральные машины составляют лишь малую часть.
Но автомобили много ездят, а электромобилям нужно много мощности!
Если бы мы хотели быть более реалистичными, нам нужно было бы изучить среднее расстояние, проходимое автомобилем, и средний расход электромобиля. В среднем автомобили в Британии проехали около 6500 миль в 2019 году. Чтобы упростить расчет, предположим, что средний расход электромобилей составляет 0,346 кВтч на милю. Если представить, что все транспортные средства в Британии электрические, то годовое потребление на один автомобиль в Великобритании составит 2249 кВтч. Умножив эту цифру на общее количество автомобилей, мы получим 73,5 ТВтч энергии в год, необходимой для питания каждого автомобиля в Великобритании. Это составляет около 22% производства электроэнергии в стране в 2019 году. 22% дополнительной мощности сети, безусловно, рисуют иную картину, чем 200%.
Выбор другой страны или региона дает аналогичные результаты. Например, в Европейском Союзе среднее расстояние, которое проехал автомобиль в 2019 году, составляет 11 300 км (или примерно 7 021 миля). Если принять предпосылку, что все автомобили в ЕС стали электрическими и потребляют в среднем 0,346 кВтч на милю, то годовое потребление составит 2429 кВтч на автомобиль. Умножив это число на общее количество легковых автомобилей в регионе, получим 589,5 ТВтч или примерно 21% вырабатываемой электроэнергии.
В Соединенных Штатах цифры немного выше из-за больших расстояний, но это все равно не вызывает тревогу. В 2019 году американцы проехали в среднем чуть более 14 000 миль на одну машину, что приводит к тому, что среднее потребление электромобилей составляет около 4844 кВтч на автомобиль в год в нашем воображаемом сценарии, когда все транспортные средства являются электрическими. Это согласуется с рассчитанным увеличением производства электроэнергии на 30%, если бы все автомобили с бензиновым двигателем в США внезапно стали электрическими.
Сил просто не хватит, чтобы обойти!
Ни одна из имеющихся данных не дает нам реального повода для беспокойства. Последнее десятилетие стало периодом снижения спроса на электроэнергию благодаря популяризации более эффективной бытовой электроники, спаду промышленного производства и т. д. В 2010-е годы выработка электроэнергии снизилась на 3% в США и на целых 18% в Великобритании.
Кроме того, давайте не будем забывать, что как только электромобили получат широкое распространение, спрос на автомобили с двигателями внутреннего сгорания упадет. В свою очередь, это повлияет на производство бензина, способствуя тенденции снижения потребления электроэнергии в промышленном производстве в целом. Таким образом, высвободившуюся электроэнергию из любого промышленного сектора можно будет использовать для питания этих электромобилей.
Наращивание производства электроэнергии для удовлетворения спроса невозможно!
Фактически, наращивание производства электроэнергии вполне возможно даже без радикальных инноваций в секторе. Норвегия является прекрасным примером этого. Эта скандинавская страна является одной из самых передовых в области внедрения электромобилей: 12% ее автомобилей теперь являются электрическими. Норвегия, похоже, справилась с возросшей потребностью в электроэнергии без каких-либо проблем. С 1990 года потребление выросло на 26%, но производство смогло удовлетворить спрос, как показано на диаграмме ниже.
Постепенное внедрение — еще одна важная причина, по которой людям не следует беспокоиться о том, смогут ли электрические сети справиться с электромобилями. В отличие от наших теоретических примеров, мы не можем взмахнуть волшебной палочкой и на месте превратить все транспортные средства в электрические. За последние 10 лет продажи электромобилей резко выросли. Только в Великобритании количество зарегистрированных легковых электромобилей подскочило с 1544 в 2010 году до 314 966 в третьем квартале 2021 года, рост почти на 5000%, что звучит невероятно, но посмотрите на базовую цифру: этот рост начался всего с 1544 автомобилей, а 314 966 по-прежнему остаются каплей в море.
Эксперты прогнозируют дальнейшее ускорение темпов внедрения в ближайшем будущем. Например, EY и Eurelectric ожидают, что европейский автопарк достигнет 65 миллионов электромобилей к 2030 году и 130 миллионов к 2035 году (но в 2019 году общий парк автомобилей в ЕС составит 242 миллиона, поэтому даже если это число останется прежним, электромобили будут составлять только 53% транспортных средств на дорогах). По сравнению с сегодняшними скудными 3,2 миллионами электромобилей на европейских дорогах это увеличение более чем на 2000% и 4000%, и тем не менее, в этом сценарии мы все еще будем очень далеки от того, чтобы каждый автомобиль на дороге был электромобилем. Неудивительно, что в цитируемом отчете делается вывод, что сеть не рухнет и успешно справится даже с прогнозируемым массовым увеличением количества электромобилей.
Что касается Штатов, компания U.S. Drive провела глубокое исследование, в котором сравниваются транспортные средства с различными электроприборами в зависимости от их относительной скорости внедрения, таким образом предполагая три сценария внедрения электромобилей – низкий, средний и высокий. Во всех трех сценариях они пришли к выводу, что энергосистема США сможет справиться с новым спросом, поскольку в прошлом она сталкивалась с аналогичными проблемами.
Пиковое потребление резко возрастет!
Все это не означает, что не будет никаких проблем с прогнозируемым увеличением спроса на электроэнергию из-за массового внедрения электромобилей. Наибольшее беспокойство вызывает то же самое, что и в случае с другой бытовой электроникой, а именно перегрузка сети в часы пик. Неуправляемая зарядка может напрямую повлиять на качество электропитания и привести к колебаниям напряжения и потерям мощности.
Распределителям электроэнергии придется инвестировать в более высокую мощность на «последней миле» и особенно в более высокую пиковую мощность, но они также могут стимулировать потребителей заряжать электроэнергию вне часов пик, снижая затраты, скажем, посреди ночи. Это уже сделано во многих странах с более низкими ночными тарифами, но может быть дополнительно усовершенствовано, чтобы привлечь, в частности, пользователей электромобилей.
Другим решением является дальнейшая интеграция интеллектуальных сетей, которая повысит эффективность энергетической инфраструктуры и предоставит более эффективные способы удовлетворения спроса в часы пик. С этим связана идея решений «автомобиль-сеть» (V2G), которые могут быть внедрены в будущем. V2G — это технология, которая позволяет автомобильным аккумуляторам заряжать сеть, если потребность в электроэнергии слишком велика.
Очевидно, что в современном мире этого не может произойти, поскольку V2G создает множество проблем. Среди них — дальнейшее истощение литий-ионных аккумуляторов в транспортных средствах из-за необходимости дополнительных циклов их работы. Существует также проблема, связанная с тем, что люди обычно хотят покупать электромобили, чтобы иметь возможность использовать их в качестве электромобилей, а не аккумуляторов, улучшающих работу сети. Однако такое решение можно использовать в сочетании с технологией интеллектуальной сети, особенно в закрытой системе, например, в доме, работающем на экологически чистых источниках энергии, в котором электромобиль может играть неотъемлемую роль в качестве источника энергии в чрезвычайных ситуациях или в ночное время.
Все движется так быстро!
В конце концов, все указывает на то, что энергосистема прекрасно справляется с электромобилями, учитывая постепенный характер роста внедрения (и он все еще постепенный, даже если самые оптимистичные оценки окажутся правдой). Более того, исследование за исследованием показывают, что влияние массового внедрения электромобилей на энергосистему более чем управляемо.
Давайте не будем забывать, что в прошлом нам приходилось сталкиваться с аналогичными проблемами, связанными с существующей электрической инфраструктурой, с внедрением многочисленных электроприборов, без которых мы не можем жить в современном мире. Столетие назад средний потребитель не использовал электричество для чего-то большего, чем включение света, а теперь мы все больше и больше полагаемся на него для работы, отдыха и, конечно же, путешествий.
Иногда может показаться, что внедрение электромобилей происходит слишком быстро, намного быстрее, чем когда-либо происходило внедрение любого из этих устройств, но это произошло в 20-м веке, и нас там больше нет. Энергия ветра, солнечная энергия, интеллектуальные сети, аккумуляторы — ни одна из этих вещей не была доступна, когда произошла революция в бытовой технике, и она есть сейчас.
Итак, давайте все вместе сделаем глубокий вдох и перестанем беспокоиться о катастрофах, которых не произойдет. И, возможно, *просто возможно* — наслаждаться всеми преимуществами, которые электромобили дают нам по сравнению с автомобилями с ДВС, не живя в постоянном состоянии беспокойства по поводу того, «что это значит для сети» или чего-то в этом роде.
ТЛ;ДР
На пути широкого внедрения электромобилей стоит множество проблем, но производство электроэнергии и электросети не входят в их число.
