Сколько электроэнергии нужно, что бы транспорт стал на 100% электрическим?

[tnenergy.livejournal.com]

Оригинал взят у tnenergy в Сколько электроэнергии нужно, что бы транспорт стал на 100% электрическим?

Решил попробовать себя в новом жанре - перевода. Это статья Roger Andrews из прекрасного блога Energy Matters. Хотя с некоторыми местами в тексте ниже я не согласен, а в некоторые хочется углубится посерьезнее, оставляю максимально близко к оригиналу, т.к. собирать первичку и формировать свое [непротиворечивое внутренне] мнение по ВИЭ и электромобилям у меня не получается (не хватает времени).

==

Как уже пробегало в “Blowout week 146” Евросоюз подумывает о законе, обязывающем установку зарядных станций для электромобилей, и в то же время Германия и Голландия обсуждают переход на продажу новыми только электрических автомобилей в диапазоне от 2025 по 2030.

Ни один из этих законопроектов пока не принят, но если да - то сколько понадобится дополнительной электроэнергии для десятков миллионов электромобилей, и сколько это будет стоить? Никогда не видел подобных оценок, поэтому решил посчитать сам для некоторых стран. В силу неопределенности в данных и подхода в нулевом приближении, стоит понимать, что получающиеся цифры весьма прикидочные.

Используемые данные:

1. Количество автомобилей, зарегестрированных на данный момент в ЕС

Использовались данные из множества источников, некоторые кажутся мне не очень правдивыми. Тем не менее.

2.Средняя дистанция, котору проходят автомобили за год

Ситуация с источниками примерно как в пункте 1.

3. Среднее потребление энергии в кВт*ч/100 км.

Я использовал среднее значение в 22 кВт*ч, полученное из 114 тестов, данные опубликованы US DOE.

4. Средний КИУМ мощностей, которые будут строится для обеспечения электромобилей.

Поскольку “электрозамещение” автотранспорта проводится с мыслью в голове о сокращении выбросов парниковых газов (далее - ВПГ), то я подумал, что дополнительные мощности электрогенерации должны быть “новыми возобновлемыми” - т.е. морскими ветрогенераторами и фотовольтаикой.  Средний КИУМ таких источников - примерно 0,3

5. Средняя стоимость устанавливаемой доп. мощности в  $/кВт

В среднем стоимость мощностей из предыдущего пункта составляет 3000$/кВт. Однако, есть моменты, которые могут сильно вздуть эту оценку:

6. Обновление сетей, как глобальное, так и локальное, включая установку смартгрида и преобразовательного оборудования зарядных станций

7. Стоимость приобретаемых  электромобилей (возможно субсидируемая)

Все стоимости посчитаны в долларах США,

Кстати, есть интересный момент в попытках ускорить приход электротранспорта: считается, что их аккумуляторы могут служить буфером для переменчивой выработки ВИЭ, снижая потери электроэнергии на перегенерации последних.  В дальнейших расчетах  я использовал эту идею,  хотя разумеется, никакой 100% эффективности в этом процессе быть не может.

Перейдем к результатам:

Германия

Законопроект, требующий продажу только легкового электротранспорта после 2030 года рассматривает Бундесрат, верхняя палата парламента, но еще должен пройти Бундестаг, чтобы стать законом. Если это случится, то замена 44 403 124 легковых машин на электрические потребует 31% увеличения выработки э/э и 40% роста установленной мощности в Германии. Стоимость такой трансформации составит 232 миллиарда долларов.

Германия. Данные по выработке э/э за 2015 взяты из 2016 BP Statistical Review. Здесь и далее в строки таблицах 1. Количество автомобилей 2. Средний пробег за год 3. Общий пробег 4. Потребление в кВтч 5. То же в ГВтч 6. Производство э/э 7. Необходимое увеличение в % 8. Установленная мощность 9. Необходимое увеличение мощности с КИУМ 0.3 в ГВт 10. То же в % от установленной 11. Стоимость новой мощности.

Однако, если в Германии к тому времени завершится отказ от атомной и угольной энергетики, то ситуация станет гораздо хуже. Для замены 60 ГВт этой генерации потребуется установить 140 ГВт ВИЭ-источников, плюс 77 насчитанных выше потребностей электромобилей. 217 ГВт итоговой мощности обойдется минимум в 650 миллиардов долларов.

Голландия

Нижняя палата парламента, как и в Германии уже приняла законопроект, ограничивающий продажу легкового транспорта с 2025 года только электромобилями. Как показано на таблице ниже, замена 8 миллионов голландских легковушек потребует 21% увеличения выработки э/э и 24% роста установленной мощности. Стоимость работ составит от 27 миллиардов долларов.  Заметно меньшие, чем в Германии, расходы в том числе объясняются тем, что голландцы проезжают в год в среднем меньше.



Норвегия

Норвегия так же рассматривала законопроект об “электромобилизации”, но в итоге решила, что это должно произойти рыночным путем. (На данный момент правительство уже субсидирует почти половину продажной цены электромобилей, что привело к тому, что треть легкового транспорта, проданного в 2015 в Норвегии - электрический. Впрочем правительство раздумывает о снижении таких субсидий). Как видно из таблицы, замена 2,5 миллионов норвежских бензиновых ведер потребует всего лишь 7% увеличения производства э/э и 12% - установленных мощностей. Стоимость этой работы - 11 миллиардов долларов. Норвегия отделывается легко.



Евросоюз:

Законодатели ЕС в настоящий момент следуют в фарватере Германии и Голландии, рассматривая политику доведению доли электромашин в продажах до 100%. Замена 250 миллионов автомобилей с ДВС потребует добавить 43% установленной мощности и увеличить генерацию э/э  на 34%. Стоимость этого процесса начинается от 1,3 триллионов долларов. Однако ситуация сильно варьируется от одной страны-члена евросоюза к другой.

Однако перейдем к странам, которые пока (как минимум официально) не задумываются о запреде машин с ДВС. Как обстоят дела с их инфраструктурой, если электропереход все же состоится в ближайшие десятилетия?

Великобритания: 36% увеличение генерации э/э и 49% рост установленной мощности. Стоимость - 140 миллиардов долларов.

США: Рост выработки на 29% и 44% новых добавочных мощностей для генерации э/э. Обойдется это все в 1,4 триллиона долларов.

Китай: Всего лишь 11% увеличение производства электроэнергии и 16% рост установленной мощности, стоящие 735 миллиардов. Однако, эти цифры растут до 19%, 27% и 1,2 триллиона если мы предположим, что количество автомобилей в Китае продолжит сегодняшний рост темпом 4,4% в год.

Мир: 18% роста генерации и 30% роста мощности, стоимость - 5 триллионов долларов. Эти цифры могут подрасти до 26%, 44%, и $7.3 триллиона, если мы учтем линейное продолжение тренда роста количества автомобилей на 2,7% в год.



Обсуждение:

Перефразирую Эверета Дирксена “триллион там, триллион тут, и вот уже мы разговариваем о реальных деньгах”. Значительные расходы, перечисленные выше будут растянуты на десятилетия и в целом лежат в рамках финансовых возможностей стран, желающих перейти на электротранспорт. Основной вопрос - помогут ли электромобили в решении переменчивости генерации ВИЭ?

Газета The Guardian в этом не сомневается: “Инициатива евросоюза … откроет двери в футуристический мир, где автомобили снабжают энергий электрические сети в любой момент дня и ночи, балансируя провалы генерации ВИЭ”

Разумеется, эта идея, при всей привлекательности (В Великобритании 25,8 миллионов машин - пуская с аккумулирующей способностью 30 кВтч - вместе это дает 774 ГВтч, более чем в сто раз больше нынешних возможностей сети по хранению э/э) имеет сомн проблем:

• Для балансировки провалов генерации “в течении дня и ночи”, электромобили должны быть постоянно подключены к сети, т.е. не двигаться.




• Хотя 774 ГВт*ч выглядит очень значительной цифрой - это всего лишь суточное потребление Великобритании. Т.е. после нескольких дней без солнца и ветра страна обретет 25,8 миллионов неподвижных автомобилей с разряженными батарейками.




• Владельцы электромобилей с радостью будут подключать их для зарядки, когда в сети есть избыток (дешевой) электроэнергии, но вполне могут забыть или счесть ненужным разряжать свой транспорт, когда ВИЭ не справляются с потреблением сети.




• Надо еще добавить, что в такой схеме владельцев ЭМ не будет уверенности в том, что машина будет заряжена в тот момент, когда она понадобится.

В итоге компромисс между обязанностями электромобилей, как транспорта и как буфера сети выглядит натянутым. В результате, похоже, очень небольшая часть запасенный в машинах энергии будет доступна для балансировки, что в общем-то означает, что ЭМ никаким образом не решают проблему переменчивости ВИЭ.

Есть еще и ряд проблем, связанный с инфраструктурой, которая нужна для широкого внедрения электротранспорта. Простые прикидки показывают, что потребуется как минимум удвоение мощности сетей, обеспечивающих домохозяйства электроэнергие [в реальности скорее учетверение, т.к. сети массово ориентируются на 1-1,5 киловатта на домохозяйство, а нужно будет 4-6 - tnenergy]. К этим расходам, возможно, придется добавить еще и субсидирование. Наконец, фактически необходимо будет внедрять смарт-грид, чтобы потребление ЭМ не приходилось бы на пики и в идеале бы балансировало хоть как-то перегенерацию ВИЭ.

Наконец, необходимо посмотреть и на другой конец задачи - а выпустит ли автоиндустрия достаточное количество электромобилей? Судя по прикидкам NASDAQ (показаны на картинке ниже) - нет. В 2040 году ожидается всего около 400 миллионов электромобилей, при общем количестве в 2 миллиарда легковушек.

Похоже, что законодатели ЕС, немецкого Бундестрата и нижней палаты голландского парламента работают, отталкиваясь от неправильного понимания, что Европа плывет в яркое зеленое будущее и электромобили являются его частью. Не похоже, что они задумываются о проблемах объема субсидирования, изменения трендов и реальной установки мощностей ВИЭ, что скорее всего заставит поменять решения по электромобилям еще раз. По сути европа повторяет путь Калифорнии, которая приняла в 1990 году закон, требующий, чтобы “автомобили с нулевой эмиссией СО2” (т.е. электромобили по сути) составляли 2% продаж в 1998, 5% в 2001 и 10% в 2003. Этот закон был отменен, когда в реальности никаких процентов продаж электромобилей не случилось.

Comments

[oberschlosser.livejournal.com]

Не читали про электрические мусоровозы?

Подскажите, где прочитать? Вы уже второй в этой ветке, кто предлагает их электрифицировать...

Как имеющий некоторое отношение к вывозу мусора могу сказать, что в данный момент это малореально.

Вот смотрите. Обычно мусор вывозят три основных типа машин:
- мусоровоз с задней или боковой загрузкой и прессом;
- бункеровоз;
- бортовой грузовик или самосвал.

Бортовые грузовики и самосвалы используются для вывоза мусора эпизодически. Возможно, конечно, использование бортового грузовика для сбора мусора с улиц и из урн, но тут есть некий минимальный размер машины - Валдай или Газон.

Короче, машин с полной массой ниже 7-8 тонн на вывозе мусора нет. Самые же массовые мусоровозы - бункеровозы и прессы - полностью используют массу автомобиля: 18-20 т для двухосного грузовика и 25-27 т для трёхосного.

Расстояние до свалки определяет пробег машины. В моём случае свалка в 20 км от города, но бывает и 40. Бункеровоз меньше загружен по полной массе, но чаще ездит на свалку - пробег за день запросто может составить от 300 до 400 км, причём перерывов практически нет, машина всё время работает: либо едет, либо работает гидравлика подъёмника. Пресс ездит меньше, так как набивает кузов медленно, но две-три ходки на свалку сделает, и он всегда загружен по полной, да и гидравлика мощнее.

На свалке хорошо ездить только по сухой погоде, в межсезонье постоянно все буксуют и застревают...

Аккумуляторные батареи, способные отдавать достаточный ток для передвижения по свалке, будут дорогими и тяжёлыми. Преобразователи тоже, т. к. их надо рассчитывать на значительные перегрузки. Обидно, понимаешь, будет встать на свалке из-за того, что батареи сели или электроника отключает по перегрузке тяговый преобразователь...
Маленькой батареей - на 100-200 км пробега - не отделаться, заряжаться некогда. Плюс дополнительное потребление от езды по говнам и работы оборудования...

Куда на мусоровозе впихнуть эти тонны оборудования - ума не приложу. Прессы и так скомпонованы достаточно плотно... Под брюхо пихать электрооборудование - проще сразу выкинуть: по свалке не проедешь, застрянешь, а сверху из бункера или пресса течёт всякая ароматная жижа.


Далее возьмём городской пассажирский транспорт - всеми ненавидимые маршрутки, к примеру.
Даже по нашему небольшому городу они легко наезжают за день 250-400 км в зависимости от маршрута. Когда им заряжаться? Значит, тоже надо АБ с большой ёмкостью и большими пусковыми токами, чтобы нормально разгоняться. Про рекуперацию можете не вспоминать - вряд ли её эффект превысит 10-15 % от расхода на тягу. Тут выгода одна - АБ имеет возможность дожить до списания автомобиля-носителя через 4-5 лет эксплуатации (мусоровозы-то есть и 20, и 30-летние). А ведь ещё есть вопрос обитаемости: мне на моей дизельной машинке при езде по городу в минус 20-25 градусов приходится гонять Вебасто, чтобы подогревать двигатель, остужаемый печками салона, что уж говорить про электромобили с их мизерным тепловыделением?

Дальше про АБ. Не особо велик мой опыт по тяговым батареям, но помню, что советские погрузчики до конца смены часто не дорабатывали - не хватало зарядки, а заряжались они всю ночь. Вот электрокары бегали лучше - видимо, отсутствие гидравлики играло роль.

Зато я давно имею возможность наблюдать тепловозные пусковые АБ разных типов. Это несколько другое, чем тяговая батарея, но всё же близко к теме. Тепловозные батареи у нас в подавляющем большинстве кислотные, свинцовые - 450 А*ч при 10-часовом разряде, напряжение либо 64, либо 96 В (в зависимости от напряжения цепей управления - 75 или 110 В). В СССР богатства было побольше, поэтому попадались и щелочные никель-железные батареи на 550 А*ч). Такие АБ кратковременно допускают токи разряда 1,5-2 кА (пуск дизеля). Вес АБ на 64 В около 1 т. Самая дешёвая АБ такого типа производства Тюмени стоит сейчас около 200 тыс. р.

[zel-dol.livejournal.com]

Как правило, это гибриды в основном. Там либо 4-5-6 цил. дизель для езды за городом (и подзарядки) и электродвигатель + батареи для города.
У Мерседеса был вариант только аккумуляторы + 6 цилиндровый дизель Аudi + генератор.
В США еще автовышки переоборудуют под гибриды, чтобы двигатель не молотил при работе подъемника. Ну и забудьте Вы про стартерные кислотные аккумуляторные батареи. Речь идет о батареях допускающих глубокий разряд и большое число циклов при таких разрядах.

[tnenergy.livejournal.com]

>Аккумуляторные батареи, способные отдавать достаточный ток для передвижения по свалке, будут дорогими и тяжёлыми.

Нет, это неправильная оценка. Аккумуляторные батареи благодаря BMSам стали высоковольтными - и батарея преусловутой теслы S при 400 В отдает кратковременно 400 киловатт (4C ток). То что вы пишите ниже

>В СССР богатства было побольше, поэтому попадались и щелочные никель-железные батареи на 550 А*ч). Такие АБ кратковременно допускают токи разряда 1,5-2 кА (пуск дизеля).

96 вольт х 2 кА - это всего 200 киловатт, в два раза меньше пиковой отдачи батарейки теслы S , которая весит 800 кг и ходит, если судить по гарантии ~1000 циклов.