EVs จะไม่โอเวอร์โหลด Power Grid ในความเป็นจริง EVs (และน้ำแข็ง) คือความรอด

ฝั่งตะวันตกของสหรัฐฯ กำลังประสบกับคลื่นความร้อนครั้งใหญ่ ซึ่งอาจส่งผลให้ไฟดับและเตือนไม่ให้ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าในช่วงบ่าย นอกจากนี้ แคลิฟอร์เนียยังสั่งให้รถยนต์ทุกคันภายในปี 2035 เป็นรถยนต์ไฟฟ้า สิ่งนี้ได้กลับมามีมส์ทั่วไปที่ฝ่ายตรงข้าม EV มักพูดถึง แนวคิดที่ว่าโครงข่ายไฟฟ้าไม่สามารถจัดการกับสิ่งนี้ได้

ในขณะเดียวกัน ก็เป็นความจริงที่เราวางแผนกริดที่หมุนเวียนพลังงานสูง แต่พลังงานหมุนเวียนที่สำคัญ พลังงานแสงอาทิตย์และลมนั้นไม่สม่ำเสมอ ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวันและสภาพอากาศ

ปรากฎว่าปัญหาทั้งสองนี้จริง ๆ แล้วสามารถหักล้างซึ่งกันและกันได้ และเมื่อรวมกับเทคโนโลยีอื่น ๆ จะไม่มีปัญหาเลย

ต้องการพลังงานมากขึ้น ไม่จำเป็นต้องมีพลังงานมากขึ้น

เป็นความจริงที่รถยนต์ทุกคันจะใช้ไฟฟ้า เราต้องผลิตพลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ความจุของกริดสามารถวัดได้ทั้งในการผลิตพลังงานทั้งหมดต่อปีและด้วยกำลังสูงสุด ซึ่งสิ่งเหล่านี้ต่างกัน พลังงานคือสินค้าโภคภัณฑ์เช่นแกลลอนน้ำมันเบนซินหรือกิโลวัตต์ชั่วโมง พลังงานคือการส่งพลังงานในทันที ซึ่งเป็นปริมาณพลังงานที่คุณสามารถส่งได้ในหนึ่งวินาที

บนโครงข่าย ความต้องการพลังงานและอุปทานผันผวนในระหว่างวัน อากาศจะต่ำในตอนกลางคืน แต่ในวันที่อากาศอบอุ่น อุปสงค์ยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อกลางวันร้อนขึ้นและร้อนขึ้น ทำให้ต้องใช้เครื่องปรับอากาศมากขึ้น AC เป็นตัวขับเคลื่อนหลักของความต้องการสูงสุดบนกริด ความต้องการมีแนวโน้มที่จะสูงสุดประมาณ 6 น. แต่ยังคงแข็งแกร่งจนถึงเวลาประมาณ 9 น. และลดลงในตอนกลางคืน ในช่วงเวลาที่เย็นกว่านั้น จะไม่มีจุดสูงสุดเมื่อมันร้อนที่สุด ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะมียอดเขาสองยอด (ต่ำกว่ามาก) ในวันนั้น ในช่วงเวลาใดก็ตาม กริดจะมีกำลังไฟฟ้าอยู่ ซึ่งผันผวนในระหว่างวันเนื่องจากพลังงานหมุนเวียน แต่เป้าหมายหลักคือเพื่อให้แน่ใจว่าตั้งแต่เวลา 4 น. ถึง 9 น. เมื่อความต้องการสูงสุด เรามีกำลังการผลิตเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการนั้น ดังนั้นเราจึงใช้เงินเพื่อสร้างโรงไฟฟ้าและสายส่งไฟฟ้าเพื่อจัดหาแหล่งจ่ายดังกล่าว

แผนภูมิแสดงอุปสงค์และอุปทานของแคลิฟอร์เนียในช่วงคลื่นความร้อนในวันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2022 อุปทานทั้งหมดมากกว่า 55gW ดังนั้นจึงมีความพิเศษเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่ในช่วงพีคตั้งแต่ 3 น. ถึง 9 น. ก็เกิน 40gW

วันที่เหลือยังมีของอยู่นะครับ เราอาจเปิดโรงไฟฟ้าทุกโรงในช่วงบ่ายแก่ๆ เท่านั้น แต่เราได้จ่ายเงินแล้วและเปิดโรงไฟฟ้าในเวลาอื่นได้หากต้องการ พืชบางชนิด เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ต้องทำงานตลอดทั้งวัน จึงปิดได้ยาก โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติที่มีประสิทธิภาพต้องใช้เวลาพอสมควรในการอุ่นเครื่องและเย็นลง แต่เราสามารถปิดได้เมื่อไม่ต้องการ โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามารถเปิดปิดได้ตามต้องการ แน่นอนว่าโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สร้างพลังงานได้เฉพาะในเวลากลางวัน และมากที่สุดเมื่อมีแดดจัด

รถยนต์สามารถชาร์จได้ตลอดเวลาของวัน รถในสหรัฐฯ โดยเฉลี่ยขับน้อยกว่า 40 ไมล์ต่อวัน ซึ่งหมายความว่าโดยปกติแล้วจะใช้งานได้ 5 วันโดยไม่ต้องชาร์จหากต้องการ แต่สามารถเลือกได้ว่าจะชาร์จเมื่อใดตราบเท่าที่สามารถเสียบปลั๊กได้ ส่วนใหญ่เสียบปลั๊กในเวลากลางคืน เมื่อมีความจุไฟฟ้าส่วนเกินบนกริดมากที่สุด และกำลังไฟฟ้าถูกที่สุด ในอนาคตจะมีการเสียบปลั๊กเพิ่มเติมในที่ทำงาน แต่จะมีความจุเกินจนถึงประมาณ 2 น. สำหรับรถยนต์เหล่านั้น รถยนต์จำนวนไม่มากในการเดินทางบนถนนจะต้องเรียกเก็บเงินในช่วงบ่ายแก่ๆ และพวกเขาจะจ่ายเบี้ยประกันภัยสำหรับรถยนต์นั้น

คนที่ไม่เข้าใจเรื่องนี้คิดว่าเป็นเรื่องน่าขันที่แคลิฟอร์เนียประกาศแผนการที่จะใช้ไฟฟ้าทั้งหมดภายในปี 2035 ในสัปดาห์เดียวกัน เนื่องจากคลื่นความร้อนทำให้พวกเขาเตือนผู้คนไม่ให้ชาร์จระหว่างเวลา 4 น. ถึง 9 น. สิ่งนี้ได้รับรายงานที่ผิดพลาดในขณะที่พวกเขาขอให้ผู้คนหลีกเลี่ยงการชาร์จรถของพวกเขา แต่อันที่จริงแล้ว คำแนะนำที่จะไม่ชาร์จที่จุดสูงสุดนั้นเป็นคำแนะนำที่ดีที่เป็นมาตรฐานตลอดเวลา ไม่ใช่แค่ในคลื่นความร้อนเท่านั้น ไม่มีใครในแคลิฟอร์เนียพบว่าตัวเองมีรถเสียชีวิตเนื่องจากการขาดแคลนนี้ เพราะมันเป็นเพียงความต้องการสูงสุด เพื่ออำนาจไม่ใช่พลังงาน ในช่วงเวลาพีค

(ควรสังเกตว่าทั้งๆ ที่มีคำเตือน ผู้ดำเนินการกริดของแคลิฟอร์เนียไม่เคยต้องทำให้ไฟฟ้าดับ ข้อความธรรมดาที่ขอให้ผู้คนลดกำลังไฟฟ้าก็ทำได้ดีอย่างน่าประหลาดใจ)

ผู้อ้างอิง:

พลังงานเป็นสิ่งที่มีประโยชน์ เช่น การเคลื่อนย้ายรถยนต์และการทำความเย็นบ้าน วัดเป็นหน่วยเช่นกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh) หรือแม้แต่ในแกลลอนน้ำมันเบนซิน กำลังคืออัตราการไหลของพลังงานซึ่งวัดเป็นกิโลวัตต์หรือแรงม้า รถของคุณอาจต้องการน้ำมัน 30 แกลลอนเพื่อวิ่ง 7.5 ไมล์หรือ XNUMX กิโลวัตต์ชั่วโมง แต่ต้องใช้แรงม้ามากขึ้นเพื่อให้เร็วขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจาก kW และ kWh ฟังดูคล้ายกันมาก ผู้คนจึงสับสน

พลังงานมากขึ้น

เราไม่จำเป็นต้องเพิ่มพลังของกริดเพื่อชาร์จรถยนต์ทุกคัน แต่จะต้องผลิตพลังงานมากขึ้น แม้ว่ารถยนต์ใหม่ทั้งหมดในปี 2035 จะเป็นรถยนต์ไฟฟ้า แต่ก็อีกไม่เกิน 20 ปีหลังจากนั้น ก่อนที่รถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินส่วนใหญ่จะออกจากถนน วันนี้ชาวอเมริกันขับรถประมาณ 3 ล้านล้านไมล์ต่อปี (ครึ่งปีแสง!) หากพวกเขาทำอย่างนั้นในรถยนต์อย่างเทสลาTSLA
รุ่น 3 ที่ต้องการเพิ่มอีก 750 เทราวัตต์ชั่วโมง (tWh) ต่อปี ในปี 2020 สหรัฐอเมริกาผลิตไฟฟ้าได้ 4,000 tWh ดังนั้น นี่จึงเพิ่มขึ้นประมาณ 20% แม้ว่าจะยังไม่ถึงราวๆ ปี 2050 ก็ตาม ยิ่งไปกว่านั้น เพราะจะมีรถบรรทุกที่ใช้พลังงานต่อไมล์มากกว่ามาก และมีรถยนต์อื่นๆ ที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า และที่นั่น จะเป็นรถยนต์มากขึ้นและการขับขี่มากขึ้น แต่สิ่งนี้จะช่วยให้คุณมีแนวคิดเกี่ยวกับปริมาณพลังงานเพิ่มเติมที่ต้องการ (เรายังต้องการย้ายระบบทำความร้อนด้วยแก๊สสำหรับบ้านเรือนและน้ำร้อนจากฟอสซิลไปเป็นปั๊มความร้อนไฟฟ้า ซึ่งเป็นอีกเรื่องหนึ่งที่พูดคุยกัน)

โครงข่ายไฟฟ้าของสหรัฐฯ ได้เพิ่มผลผลิตพลังงานทั้งหมดแล้ว 20% ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา ดังนั้นนี่จึงเป็นสิ่งที่เคยทำมาก่อนโดยไม่ต้องใช้ความพยายามใดๆ เป็นพิเศษ เนื่องจากการเพิ่มขึ้นอาจมีขนาดใหญ่ขึ้น อาจต้องใช้ความพยายามพิเศษบางอย่าง (อาจจะไม่ เรากำลังพัฒนาให้ดีขึ้นเรื่อยๆ อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และอุปกรณ์หลายอย่างของเราและสิ่งต่างๆ เช่น หลอดไฟของเราใช้พลังงานเพียงเศษเสี้ยวของพลังงานที่เคยใช้ในอดีต)

ในขณะที่เราต้องการพลังงานเพิ่มขึ้น 20% แต่เราไม่ได้ต้องการพลังงานมากกว่านี้เพราะรถยนต์ไฟฟ้า เราอาจต้องการพลังงานมากขึ้นสำหรับสิ่งอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเติบโตของประชากร หรือเราอาจต้องการน้อยลงเมื่อเรามีประสิทธิภาพมากขึ้น โรงไฟฟ้าแห่งใหม่ให้ทั้งพลังงานที่มากกว่าและพลังงานมากกว่า แม้ว่าจะแตกต่างกันออกไป หากเราวางแผนที่จะเผาถ่านหินและก๊าซให้มากขึ้น จริงๆ แล้ว เราจะได้รับพลังงานมากขึ้นจากพืชที่มีอยู่โดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงมากขึ้น แต่นั่นไม่ใช่แผนของเรา ดังนั้นเราจะต้องสร้างโรงไฟฟ้าหมุนเวียนมากขึ้น เราไม่ต้องการโครงข่ายเพิ่มเติมเนื่องจากรถยนต์

ความพยายามพิเศษนี้ส่วนใหญ่มาจากพลังงานหมุนเวียน โดยเฉพาะพลังงานแสงอาทิตย์ นั่นไม่ใช่เหตุผลด้านสิ่งแวดล้อม ปัจจุบัน พลังงานแสงอาทิตย์เป็นโรงไฟฟ้าประเภทใหม่ที่ถูกที่สุดในการสร้าง เมื่อคุณดูต้นทุนรวมต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงจากโรงงานทุกประเภท พลังงานแสงอาทิตย์เป็นผู้ชนะ — และราคาถูกลงทุกปี หากคุณต้องการพลังงานในราคาต่ำสุด และคุณสามารถเลือกได้เมื่อใช้งาน พลังงานแสงอาทิตย์เป็นโรงงานเพียงแห่งเดียวที่สร้างราคาได้ง่ายๆ แม้ว่าการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์จะดีมาก

แม้ว่าเครื่องจะสะอาด เงียบ และใช้งานง่าย ข้อเสียประการหนึ่งคือให้พลังงานเมื่อมีแดดเท่านั้น ในความเป็นจริง ถ้าคุณต้องการสร้าง 24 เมกะวัตต์-ชั่วโมงต่อวัน คุณสามารถทำได้ด้วยโรงงานธรรมดาขนาด 1 เมกะวัตต์ที่ทำงานตลอดทั้งวัน แต่ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ คุณอาจต้องการโรงงานขนาด 6 เมกะวัตต์ และคุณจะได้พลังงานเพียง ในเวลากลางวัน เว้นแต่คุณจะมีที่เก็บของด้วย แต่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 6 เมกะวัตต์นั้นจะมีค่าใช้จ่ายต่อหน่วยพลังงานน้อยกว่าโรงไฟฟ้าก๊าซ ถ่านหิน หรือนิวเคลียร์ขนาด 1 mW

ในการแก้ปัญหานั้น คุณต้องหาภาระจำนวนมากที่สามารถส่งพลังงานเป็นระยะ ๆ ของโรงงานพลังงานหมุนเวียนได้เมื่อมีการบอก — เมื่อดวงอาทิตย์ส่องแสงหรือลมพัด

นั่นคือประเภทของแบตเตอรี่โหลด ซึ่งก็คือ EVs นั่นเอง ตราบใดที่เสียบปลั๊กรถยนต์ไว้ มันจะใช้พลังงานเมื่อมีส่วนเกิน และจะไม่รับเมื่อเกิดปัญหาการขาดแคลน โหลดอื่น ๆ น้อยมากที่มีความยืดหยุ่น สำหรับการโหลดอื่นๆ คุณต้องมีพลังงานเมื่อต้องการ แต่ด้วยแบตเตอรี่ คุณจะใช้ในเวลาที่ต่างจากที่คุณใช้ ภาระอื่นๆ เช่นนี้คือการกรองน้ำในสระว่ายน้ำ คุณเพียงแค่ต้องกรองให้เพียงพอทุกวัน ไม่สำคัญว่าเมื่อใด

เครื่องทำความร้อนและความเย็น

ภาระที่ใหญ่ที่สุดในโครงข่ายไฟฟ้าและสาเหตุของความต้องการสูงสุดคือการทำความเย็น และเมื่อเราเปลี่ยนการทำความร้อนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลไปเป็นปั๊มความร้อน (ในทางกลับกันเครื่องปรับอากาศ) ก็จะกลายเป็นภาระขนาดใหญ่เช่นกัน แต่การทำความร้อนและความเย็นก็สามารถเปลี่ยนความต้องการได้ หากเราใช้เกียร์ที่ออกแบบมาสำหรับสิ่งนั้น นั่นเป็นเพราะว่าคุณสามารถเก็บความร้อน (หรือความเย็น) ไว้ใน "แบตเตอรี่" ที่ราคาถูกที่สุดเมื่อเทียบกับน้ำทั้งหมด

เครื่องปรับอากาศขั้นสูงที่ใหม่กว่ารู้ดีว่าต้องใช้เครื่องปรับอากาศมากแค่ไหนในวันนั้น ในช่วงกลางคืนและตอนเช้า พวกมันทำให้น้ำเย็นและแช่แข็งในถังน้ำแข็งที่มีฉนวนหุ้ม พวกเขาทำเช่นนี้เมื่อไฟฟ้ามีราคาถูกและอุดมสมบูรณ์และเมื่ออุณหภูมิลดลงและใช้ความพยายามน้อยลง ต่อมาเมื่อไฟฟ้ามีน้อย พวกเขาใช้น้ำแข็งนั้นเพื่อทำให้อาคารเย็นลง ขณะนี้การพยากรณ์อุณหภูมิของเราแม่นยำมาก ดังนั้นคอมพิวเตอร์จึงสามารถควบคุมกระบวนการทั้งหมดนี้เพื่อให้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ พลังงานจะมาในเวลากลางคืน (เมื่อมีความต้องการต่ำ) หรือในตอนเช้า (เมื่อยังเย็นและมีพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินอยู่มาก) ส่วนเกินพลังงานแสงอาทิตย์จะมีมากจนโหลดทั้งหมดที่สามารถเคลื่อนที่ได้ทันเวลา (เช่นแบตเตอรี่) ระบายความร้อนและความร้อน) จะนำส่วนเกินในตอนเช้า Renwables ต้องการการจัดเก็บ แต่การจัดเก็บนั้นจะเป็นแบตเตอรี่ที่มีอยู่แล้วในรถยนต์และถังน้ำแข็งหรือ (เพื่อให้ความร้อน) น้ำร้อน นอกจากนี้ยังมีการจัดเก็บประเภทอื่นๆ (พลังน้ำแบบสูบฉีด แบตเตอรี่ และวิธีอื่นๆ) แต่เราจำเป็นต้องใช้น้อยกว่านี้มากหากเราใช้เครื่องปรับอากาศแบบเก่า

ด้วยเหตุนี้ ปัญหาส่วนใหญ่ของโครงข่ายไฟฟ้าทดแทนในอนาคตจึงสามารถแก้ไขได้ด้วยรถยนต์ไฟฟ้าและน้ำแข็ง โปรดทราบว่าสิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับรถยนต์ที่ทำหน้าที่เป็นแบตเตอรี่ผ่านเทคโนโลยีที่เรียกว่า "vehicle to grid" ซึ่งอาจทำได้เมื่อแบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานมาก แต่ก็ไม่สมเหตุสมผลเลยเมื่อแบตเตอรี่รถยนต์ราคาแพงถูกใช้จนหมดขณะทำงาน เว้นแต่จะสามารถขายไฟฟ้าได้ในราคาที่สูงมากในช่วงที่มีไฟฟ้าเกินพิกัด

(การจัดเก็บน้ำแข็งสำหรับทำความเย็นและทำความร้อนนั้นช้าอย่างน่าประหลาดใจที่จะนำไปใช้ ตามที่ Mike Hopkins อดีต CEO ของ Ice Energy ซึ่งเป็นบริษัทแรกสุดในพื้นที่นั้น ผู้คนที่ติดตั้งเครื่องปรับอากาศไม่คุ้นเคยกับสิ่งใหม่ ๆ และแม้แต่รัฐบาลขั้นพื้นฐาน คำสั่งไม่ได้ทำให้มันเกิดขึ้นเร็วพอ เขาเชื่อว่า กฎหมายควรเริ่มเรียกร้องให้มีการจัดเก็บ — ไม่จำเป็นต้องเป็นน้ำแข็ง — เพื่อให้ความร้อนและความเย็นในการก่อสร้างใหม่ และสิ่งนี้จะช่วยแก้ปัญหาความต้องการสูงสุดได้)

ปัญหาของโซลาร์คือมันสร้างพลังงานตามตารางเวลาของดวงอาทิตย์ ไม่ใช่ของคุณ EVs ต้องการพลังงานไฟฟ้ามากขึ้น แต่สามารถยอมรับได้ตามกำหนดเวลาของดวงอาทิตย์ ปัญหาทั้งสองทำงานเพื่อยกเลิกกันและกัน เมื่อคุณเพิ่มความสามารถของเครื่องปรับอากาศ ระบบทำความร้อนในบ้าน และระบบน้ำร้อนเพื่อผลิตและจัดเก็บความร้อนและความเย็นและจ่ายไปในภายหลัง ก็เหมือนกับว่าปัญหาเกิดขึ้นจากกันและกัน แน่นอนว่าสิ่งนี้ไม่ได้ช่วยแก้ปัญหาทุกอย่าง เราจำเป็นต้องมีพื้นที่จัดเก็บประเภทอื่น และอาจมีพลังงานลม นิวเคลียร์ และความร้อนใต้พิภพมากกว่านี้ และเราจะยังคงใช้โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติของเราอีกระยะหนึ่งเพื่อให้ถึงจุดสูงสุด บางคนคิดว่าเราจะใช้แบตเตอรี่ใน EV เพื่อขายพลังงานกลับไปยังกริดที่จุดสูงสุดเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาดังกล่าว ในแผนภูมิด้านบน เส้นสุริยะสีเหลืองจะสูงขึ้นมาก อันที่จริงแล้วสูงกว่าความต้องการสูงสุด แต่นั่นสร้างปัญหาใหญ่ในเวลา 7 น. เมื่อดวงอาทิตย์ตก และทันใดนั้นพลังงานสูงสุดทั้งหมดนั้นต้องมาจากแหล่งที่ไม่ใช่พลังงานแสงอาทิตย์

วิธีที่ EVs เป็นทางรอดของกริดคือพวกเขาให้เราสร้างความจุพลังงานแสงอาทิตย์สีเขียวราคาถูกจำนวนมาก และจากนั้นให้เรามีพื้นที่สำหรับปล่อยพลังงานแสงอาทิตย์พิเศษทั้งหมดตั้งแต่เช้าถึงบ่าย 3 โมง

นอกจากนี้เรายังต้องติดตั้งปลั๊กชาร์จอีกจำนวนมากซึ่งจอดรถได้ตั้งแต่ 8 น. ถึง 3 น. ซึ่งเป็นส่วนผสมของที่ทำงานและที่บ้าน ในขณะที่กลางคืนเป็นเวลาที่สะดวกที่สุด ส่วนเกินพลังงานแสงอาทิตย์ราคาถูกจะเป็นในตอนเช้า ยังมีอีกมากที่ต้องทำ แต่ EV ที่มีความยืดหยุ่นในการรับพลังงาน จะเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหา ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของปัญหา