Op een dag kan de vraag naar elektriciteit om elektrische voertuigen op te laden het elektriciteitsnet overweldigen, tenzij de elektriciteitssector is voorbereid op de uitdaging.

Met een groeiend wagenpark van EV's op de weg, zijn netplanners afhankelijk van nauwkeurige schattingen van laadpatronen om de elektriciteitsvraag te berekenen. Een team van onderzoekers van de Stanford University heeft een schaalbaar probabilistisch model voor de vraag naar opladen samengesteld dat kan worden toegepast op een flexibele reeks populaties en rekening houdt met een breed scala aan factoren. In Californië ontdekte het model dat tegen 2030 - in een scenario waarin de meeste EV-bezitters ervoor kiezen hun voertuigen op te laden wanneer ze elke avond thuiskomen - de piekvraag naar opladen meer dan twee keer zo hoog zou zijn als wanneer bestuurders de hele dag thuis opladen, werken en openbare stations. Tegen 2030 zal het opladen van elektrische voertuigen een aanzienlijk deel van de elektriciteitsvraag in geavanceerde economieën uitmaken, dus het zo laag mogelijk houden van de piekvraag zou de behoefte aan nieuwe generatoren en transmissielijnen inperken.

"We wilden een modelraamwerk creëren voor langetermijnplanning dat de laadpatronen van echte bestuurders vastlegt en rekening houdt met onzekerheid", zegt Ram Rajagopal, hoofdauteur van de studie, die op 1 maart werd gepubliceerd in Applied Energy. , Rajagopal is universitair hoofddocent aan de afdeling Civiele en Milieutechniek van Stanford.

De huidige 7 miljoen EV's wereldwijd zullen naar verwachting groeien tot 400 miljoen in 2040. Om die bijna 60-voudige toename te ondersteunen, moet de wereld substantiële updates doorvoeren aan de EV-ondersteunende infrastructuur, inclusief de opwekkingscapaciteit, transmissie en distributie, smart grid-technologieën en naar schatting 300 miljoen gemakkelijk bereikbare laadstations.

De omschakeling van door benzine aangedreven voertuigen naar elektrische voertuigen is de sleutel tot het koolstofarm maken van menselijke activiteiten. De mogelijkheden van bestuurders om elektrische voertuigen op te laden moeten gemakkelijk en overvloedig zijn om die overstap te laten plaatsvinden. Toekomstige beleidsbeslissingen kunnen gemakkelijk, betrouwbaar en betaalbaar opladen mogelijk maken.

"We voorzien dat dit wordt gebruikt door mensen in de nutssector, maar ook bij de overheid, die een datagestuurde benadering willen om toekomstige scenario's te bestuderen", zegt Siobhan Powell, co-hoofdonderzoeker van de studie en een Ph.D. kandidaat bij Stanford's Department of Mechanical Engineering.

Het model van de onderzoekers is bedoeld om netplanners en beleidsmakers precies die informatie te geven:waar, wanneer, hoe, hoeveel en hoe vaak chauffeurs zullen opladen. Op een gewone laptopcomputer kon het model laadgegevens voor 100 miljoen EV's in ongeveer 10 minuten simuleren, aldus de onderzoekers.

Meer diverse bevolking

Tegenwoordig vindt het grootste deel van het opladen van elektrische voertuigen in Californië plaats in eengezinswoningen. De onderzoekers voorspellen echter dat mensen die minder toegang hebben tot thuisladen, zoals appartementshuurders en condominiumeigenaren, zullen overstappen op elektrische auto's en dat het aandeel van thuisladen zal dalen. Tegelijkertijd kunnen werkplekken meer laadstations installeren en kunnen elektriciteitsbedrijven het opladen op verschillende tijdstippen van de dag stimuleren. Het model kan verschillende factorveranderingen verklaren.

"In het model leggen we het gedrag van de bestuurder vast, waaronder wanneer ze opladen, het tijdstip van opladen en hoeveel energie ze gebruiken. We leggen ook de locatie vast, zoals thuis of op de werkplek", zegt Gustavo Cezar, de andere co-lead onderzoeker. Cezar is een Ph.D. kandidaat in civiele en milieutechniek, en een stafingenieur bij Stanford's SLAC National Accelerator Laboratory.

Sommige hedendaagse chauffeurs gebruiken ook automatische timers om te bepalen wanneer hun auto's worden opgeladen. De timers volgen de elektriciteitsprijzen en laden voertuigen op wanneer dit het goedkoopst is. Als er echter een groot aantal timers wordt gebruikt, kunnen deze een sterke stijging van de elektriciteitsvraag op het net veroorzaken. Om 23.00 uur zou de vraag naar het opladen van elektrische auto's in Californië in 2030 een piek kunnen bereiken van 8,725 GW. .

Dit kan een aantal problemen veroorzaken, vooral als het net niet is uitgerust om deze vraag aan te kunnen. Ter vergelijking:scenario's zonder timerbesturing en waarbij het opladen over de dag werd verspreid, leidden tot een kleinere piekvraag van minder dan 4 GW.

"Netbeheerders moeten zich zorgen maken over betrouwbaarheid en kosten. Zonder planning kunnen ze in het ergste geval een storing krijgen, of zelfs als ze aan de hele vraag kunnen voldoen, met hoge kosten voor de elektriciteit", zegt Powell.

Beleidsbeslissingen die met dit in gedachten worden genomen, zouden het opladen in een meer gedistribueerd tempo kunnen stimuleren, wat investeringen in elektriciteitsinfrastructuur zou kunnen beteugelen terwijl de betrouwbaarheid van het net behouden blijft. Het door de onderzoekers gecreëerde raamwerk kan ook worden aangevuld met andere factoren, zoals dag van de week, seizoen, vakantie of regio.

Maar, zei Cezar, simpelweg overstappen op elektrische auto's, motorfietsen en kleine vrachtwagens is op zichzelf misschien niet genoeg om lichte voertuigen koolstofarm te maken. Hij zei dat, naast al het gepraat over het overschakelen op elektrische auto's, de vervuiling door de productie van elektriciteit die ze oplaadt, te weinig aandacht krijgt.

"Hier in Californië gebruiken we voornamelijk overdag zonne-energie, dus we zullen de opwekking van fossiele brandstoffen moeten aanschaffen om 's nachts de laadbelasting te leveren, vooral als de nadruk ligt op het opladen van woningen", zei hij. "De volgende stap is uitzoeken hoe we het aantal EV's duurzaam kunnen vergroten."

Cezar zei dat het team werkt aan het uitsplitsen van hun model en het toepassen op kleinere locaties, zoals buurten en campussen, om planners te helpen overweldigende lokale elektriciteitsdistributiesystemen te vermijden.