מערב ארה"ב סובל מגל חום גדול שעלול לגרום להפסקות מתגלגלות ולתזכורות לא להטעין מכוניות חשמליות אחר הצהריים. כאשר קליפורניה גם הורתה שכל המכוניות עד 2035 יהיו חשמליות, זה עלה מחדש למם נפוץ שנאמר לעתים קרובות על ידי מתנגדי EV, הרעיון שרשת החשמל לא יכולה להתמודד עם זה.
יחד עם זאת, זה נכון שאנחנו מתכננים רשת מתחדשת מאוד, אבל המתחדשים העיקריים, שמש ורוח, הם לסירוגין, תלויים בשעה ביום ובמזג האוויר.
מסתבר ששתי הבעיות הללו יכולות למעשה לבטל במידת מה אחת את השנייה, ובשילוב עם כמה טכנולוגיות אחרות לא תהיה בעיה בכלל.
צריך יותר אנרגיה, לא בהכרח יותר כוח
זה נכון שכדי שכל המכוניות יעברו חשמל, אנחנו צריכים לייצר יותר אנרגיה חשמלית. ניתן למדוד את קיבולת הרשת גם בהפקת אנרגיה שנתית כוללת, וגם לפי הספק מקסימלי, ואלו דברים שונים. אנרגיה היא מצרך כמו גלונים של בנזין או קוט"ש. כוח הוא אספקה מיידית של אנרגיה, כמות האנרגיה שאתה יכול לספק בשנייה.
תרשים המציג ביקוש והיצע ממקורות שמש, רוח ומקורות אחרים במהלך גל חום גדול ... [+]
קליפורניה ISO
ברשת, הביקוש וההיצע להספק משתנים במהלך היום. הם נמוכים בלילה, אבל בימים חמים, הביקוש ממשיך לטפס ככל שהיום נמשך ונעשה חם יותר, מה שגורם לצורך במיזוג אוויר נוסף. AC הוא המניע העיקרי לביקוש שיא ברשת. הביקוש נוטה להגיע לשיא בסביבות השעה 6:9 אך עדיין חזק עד 4:9 בערך ואז הוא יורד אל תוך הלילה. בזמנים קרירים יותר אין שיא כשחם ביותר, ולכן נוטים להיות שתי פסגות (נמוכות בהרבה) ביום. בכל זמן נתון לרשת יש יכולת הספק. זה משתנה במהלך היום בגלל האנרגיה המתחדשת, אבל המטרה העיקרית היא לוודא שמשעה XNUMX:XNUMX עד XNUMX:XNUMX, כשהביקוש הוא הגבוה ביותר, יש לנו מספיק כושר אספקה כדי לעמוד בו. אז אנחנו מוציאים כסף כדי ליצור תחנות כוח וקווי תמסורת כדי לספק את האספקה הזו.
הטבלה מציגה את הביקוש וההיצע של קליפורניה במהלך גל החום, ב-3 בספטמבר 2022. ההיצע הכולל היה מעל 55gW, כך שהייתה לא מעט תוספת, אבל במהלך השיא מ-3:9 עד 40:XNUMX, זה מעל XNUMXgW.
בשאר היום, האספקה עדיין זמינה. אנחנו אולי נפעיל את כל תחנות הכוח רק בשעות אחר הצהריים המאוחרות, אבל שילמנו עבורן ונוכל להפעיל אותן בזמנים אחרים אם נרצה. יש מפעלים, כמו מפעלים גרעיניים, צריכים לפעול כל היום, קשה לכבות אותם. למפעלי גז טבעי יעילים לוקח קצת זמן להתחמם ולהתקרר, אבל אנחנו יכולים לכבות אותם כשאין צורך בהם. ניתן להפעיל ולכבות צמחי הידרו לפי הצורך. מפעלים סולאריים כמובן מייצרים חשמל רק ביום, והכי הרבה כשיש שמש.
מכוניות יכולות להטעין בכל שעה ביום. המכונית הממוצעת בארה"ב נוסעת פחות מ-40 מייל ביום, מה שאומר שהם יכולים בדרך כלל לעבור 5 ימים ללא טעינה אם הם צריכים, אבל הם בהחלט יכולים לבחור מתי הם ייטענו כל עוד הם יכולים לחבר לחשמל. רובם מתחברים בלילה, כאשר יש את קיבולת החשמל העודפת ביותר ברשת, והכוח הוא הזול ביותר. בעתיד, עוד יתחברו לעבודה, אבל תהיה קיבולת עודפת עד 2:XNUMX בערך עבור המכוניות האלה. מספר קטן מאוד של מכוניות בנסיעות כביש יצטרכו לגבות בשעות אחר הצהריים המאוחרות, והן ישלמו על כך פרמיה.
אנשים שלא הבינו את זה חשבו שזה אירוני שקליפורניה הכריזה על התוכנית להפוך לחשמל עד 2035 באותו שבוע שגל חום גרם להם להזכיר לאנשים לא לטעון מ-4:9 עד XNUMX:XNUMX. זה דווח בצורה שגויה כשהם ביקשו מאנשים להימנע מטעינת המכוניות שלהם, אבל למעשה העצה לא לטעון בשיא היא עצה טובה סטנדרטית בכל עת, לא רק בגלי חום. איש בקליפורניה לא מצא את עצמו עם מכונית מתה בגלל המחסור הזה, כי זה רק שיא ביקוש לכוח, לא לאנרגיה, בזמני השיא.
(יש לציין שלמרות האזהרות, מפעילת הרשת של קליפורניה מעולם לא נאלצה לבצע הפסקות מתגלגלות. הודעות טקסט פשוטות המבקשות מאנשים להפחית את החשמל הצליחו באופן מפתיע).
מפנה:
אנרגיה היא מה שעושה עבודה שימושית, כמו העברת מכוניות וקירור בתים. זה נמדד ביחידות כמו קילוואט-שעה (קוט"ש) או אפילו בגלונים של בנזין. כוח הוא קצב זרימת האנרגיה, הנמדד בקילווואט או כוח סוס. המכונית שלך עשויה להזדקק לגלון דלק כדי לעבור 30 מייל, או 7.5 קילוואט, אבל היא זקוקה ליותר כוח סוס כדי לעשות זאת מהר יותר. במיוחד בגלל שקוואט וקוט"ש נשמעים כל כך דומים, אנשים מבלבלים אותם.
יותר אנרגיה
אנחנו לא צריכים להגדיל את כוח הרשת כדי להטעין את כל המכוניות, אבל היא תצטרך לייצר יותר אנרגיה. גם אם כל המכוניות החדשות ב-2035 יהיו חשמליות, רק כ-20 שנה לאחר מכן עד שרוב מכוניות הבנזין יעזבו את הכביש. היום האמריקאים נוסעים כ-3 טריליון מיילים בשנה (חצי שנת אור!) אם הם עשו את כל זה במכוניות כמו הטסלה
רשת החשמל בארה"ב כבר עלתה בתפוקת האנרגיה הכוללת ב-20% ב-30 השנים האחרונות, אז זה בהחלט משהו שנעשה בעבר ללא מאמץ מיוחד. מכיוון שהגידול עשוי להיות גדול יותר, ייתכן שיהיה צורך לעשות מאמץ מיוחד. (אולי לא, אנחנו ממשיכים להשתפר בלהיות יעילים יותר, ורבים מהמכשירים שלנו ודברים כמו הנורות שלנו צורכים חלק קטן מהכוח שהם השתמשו בעבר.)
אמנם אנחנו צריכים 20% יותר אנרגיה, אבל אנחנו לא צריכים הרבה יותר כוח בגלל המכוניות החשמליות. ייתכן שאנו זקוקים ליותר כוח לדברים אחרים - במיוחד גידול אוכלוסיה - או שנצטרך פחות כאשר נהיה יעילים יותר. תחנות כוח חדשות מציעות גם יותר כוח וגם יותר אנרגיה, אם כי בדרכים שונות. אם תכננו רק לשרוף יותר פחם וגז, למעשה נוכל לקבל יותר אנרגיה מהמפעלים הקיימים על ידי שריפת יותר דלק, אבל זו לא התוכנית שלנו אז נצטרך עוד מפעלים מתחדשים. אבל לא נצטרך יותר רשת בגלל המכוניות.
מכונית חשמלית מול חווה סולארית גדולה בקליפורניה
בראד טמפלטון
המאמץ הנוסף הזה יגיע בעיקר ממקורות מתחדשים, במיוחד סולאריים. זה לא בגלל שום סיבה סביבתית. כיום אנרגיה סולארית היא הסוג הזול ביותר של תחנת כוח חדשה לבנייה. כשמסתכלים על העלות הכוללת לקוט"ש מכל סוג של מפעל, השמש היא המנצחת - והיא נהיית זולה יותר מדי שנה. אם אתה רק רוצה אנרגיה במחיר הנמוך ביותר, ואתה יכול לבחור כאשר אתה משתמש בה, הסולארי הוא המפעל היחיד שבונה רק על המחיר - אם כי האפס פליטות בהחלט נחמדות.
הוא אמנם נקי ושקט וקל לתפעול, אך החיסרון היחיד שלו הוא שהוא נותן כוח רק כשיש שמש. למעשה, אם אתה רוצה לייצר 24 מגה וואט ליום, אתה יכול לעשות את זה עם מפעל רגיל של 1 מגה וואט שפועל כל היום, אבל עם שמש אולי תזדקק למפעל של 6 מגה וואט, והיית מקבל רק את הכוח שלך. בשעות היום, אלא אם כן היה לך גם אחסון. אבל המפעל הסולארי הזה של 6 מגה וואט יעלה פחות ליחידת אנרגיה מאשר מפעל הגז, הפחם או הגרעין של 1 mW.
כדי לפתור את הבעיה הזו, אתה צריך למצוא עומס גדול שיכול לקחת את אספקת החשמל לסירוגין של מפעל מתחדש כשאומרים לו לעשות זאת - כשהשמש זורחת או כשהרוח נושבת.
זה בדיוק סוג סוללות העומס, כלומר רכבי EV. כל עוד רכב מחובר לחשמל, הוא ייקח חשמל כשיש עודף, ולא ייקח אותו כשיש מחסור. מעט מאוד עומסים אחרים כל כך גמישים. עבור כל עומס אחר, אתה צריך את הכוח כשאתה צריך אותו, אבל עם סוללה אתה לוקח אותו בזמן שונה ממה שאתה משתמש בו. עומס נוסף כזה הוא סינון מי בריכת שחייה - אתה רק צריך לסנן מספיק כל יום, זה לא משנה מתי.
חימום וקירור
העומס הגדול ביותר על רשת החשמל, והגורם לשיא הביקוש, הוא קירור, וכאשר נעביר חימום מדלק מאובנים למשאבות חום (מזגנים הפוך) הוא גם יהפוך לעומס גדול. אבל חימום וקירור יכולים גם לשנות את הצורך שלהם, אם נשתמש בציוד המיועד לכך. הסיבה לכך היא שאתה יכול לאחסן חום (או קור) ב"סוללה" הזולה מכולן - מים.
מזגן מבוסס אחסון קרח (משאבת חום) שתוכנן במקור בתור "דוב הקרח".
משרד האנרגיה האמריקאי
מזגנים מתקדמים חדשים יותר יודעים בדיוק כמה מיזוג אוויר יהיה צורך בהמשך אותו היום. במהלך הלילה והבוקר, הם מצננים ומקפיאים מים לתוך מיכלי קרח מבודדים. הם עושים זאת כשהחשמל זול ובשפע, וכשהטמפרטורה נמוכה יותר וזה דורש פחות מאמץ. מאוחר יותר, כשהכוח דל, הם משתמשים בקרח הזה כדי לקרר מבנים. תחזיות הטמפרטורה שלנו כעת מאוד מדויקות כך שמחשבים יכולים לשלוט בכל התהליך הזה כדי להפוך אותו למהיר ויעיל. החשמל יגיע בלילה (כשהביקוש נמוך) או בבוקר (כשעדיין קריר ויש עודף גדול של חשמל סולארי). העודף הסולארי יהיה כל כך גדול שכל העומסים שיכולים לנוע בזמן (כמו סוללות). , קירור וחימום) ייקח את העודפים בבוקר. אנרגיה מתחדשת צריכה אחסון, אבל האחסון הזה יהיה הסוללות שכבר נמצאות במכוניות, ומיכלי הקרח או (לחימום) מים חמים. יהיו גם סוגים אחרים של אחסון (הידרו שאוב וסוללות ושיטות אחרות) אבל נצטרך הרבה פחות מזה ממה שהיינו צריכים אם נמשיך עם המזגנים הישנים שלנו.
ככזה, ניתן לפתור חלק גדול מהבעיות של רשת מתחדשת עתידית באמצעות רכבי EV וקרח. שימו לב שזה לא כרוך במכוניות המשמשות כסוללות באמצעות מה שנקרא טכנולוגיית "מרכב לרשת". זה עשוי להיעשות ברגע שהסוללות יהיו עמידות במיוחד, אבל זה לא הגיוני כשסוללות מכוניות יקרות נגמרות בזמן שהן פועלות, אלא אם כן ניתן למכור חשמל במחירי ספוט גבוהים מאוד בזמן עומס יתר ברשת.
(אחסון קרח לקירור וחימום היה איטי להפתיע בפריסה. לדברי מייק הופקינס, לשעבר מנכ"ל Ice Energy, החברה המוקדמת ביותר בחלל, אנשים שמתקינים מיזוג אוויר פשוט לא רגילים לדברים חדשים, ואפילו ממשלה בסיסית המנדטים לא גורמים לזה לקרות מהר מספיק. הוא מאמין שהחוק צריך להתחיל לדרוש אחסון - לאו דווקא קרח - לחימום וקירור בבנייה חדשה, וזה יפתור את בעיית שיא הביקוש.)
הבעיה של סולאר היא שהוא מייצר חשמל לפי לוח הזמנים של השמש, לא שלך. רכבי EV זקוקים להרבה יותר אנרגיה חשמלית, אבל יכולים לקבל אותה בלוח הזמנים של השמש. שתי הבעיות פועלות כדי לבטל אחת את השנייה. כשמוסיפים את היכולת של מזגנים, מערכות חימום ביתיות ומערכות מים חמים לייצר ולאחסן חימום וקירור ולהוציא אותו אחר כך, זה כאילו הבעיות נוצרו זו עבור זו. כמובן, זה לא פותר הכל - נצטרך סוגים אחרים של אחסון, וכנראה ליותר רוח, גרעיני וגיאותרמיות. ועדיין נשתמש במפעלי הגז הטבעי שלנו עוד זמן מה בפסגות העליונות. יש אנשים שחושבים שאפילו נשתמש בסוללות ברכבי רכב חשמליים כדי למכור חשמל בחזרה לרשת בשיא כדי להימנע מכך. בתרשים שלמעלה, הקו הסולארי הצהוב יהיה גבוה בהרבה - למעשה גבוה יותר משיא הביקוש, אבל זה יוצר בעיה גדולה בשעה 7:XNUMX כשהשמש שוקעת ופתאום כל שיא ההספק הזה צריך לבוא מהספק שאינו סולארי.
הדרך שבה רכבי EV הם הישועה של הרשת היא שהם מאפשרים לנו לבנות המון קיבולת סולארית זולה וירוקה ואז נותנים לנו מקום להכניס את כל התפוקה הסולארית הנוספת מהבוקר עד 3:XNUMX.
נצטרך גם להתקין הרבה יותר שקעי טעינה במקום שבו חונות מכוניות מ-8:3 עד XNUMX:XNUMX, שזה שילוב של מקומות עבודה ובתים. בעוד הלילה הוא הזמן הנוח ביותר, עודפי החשמל הסולאריים הזולים יהיו בבוקר. יש עוד הרבה מה לעשות, אבל רכבי רכב חשמליים, עם הגמישות שלהם בלקיחת כוח, יהיו חלק מהפתרון, לא חלק מהבעיה.
מקור: https://www.forbes.com/sites/bradtempleton/2022/09/12/evs-wont-overload-the-power-grid-in-fact-evs-and-ice-are-its-salvation/