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零碳能源电网中缺失的环节是电动汽车

最初发表在《怀疑科学》上。

自工业革命开始以来,人类已经向我们的大气中释放了数千亿吨的温室气体,使海洋酸化,增加了极端天气事件的发生频率,使海平面上升,但后果最严重。2015年巴黎气候峰会的普遍共识是,为了制止气候变化的无情行进及其可预见的灾难性后果,我们需要采取的步骤是将基于矿物燃料的经济转型为以零排放为动力的经济可再生能源。

好消息是,在太阳能和风力发电方面的投资已经具有竞争力,并且在许多情况下比在化石燃料方面的类似投资更便宜,更有利可图。下图显示了过去三年来,美国的太阳能和风能装置在性能上击败了化石燃料装置。

在全球范围内,讨论已从“可再生能源能否与化石燃料竞争?”转变。到“我们的电网可以处理多少个间歇性可再生能源?”当前,电网依靠稳定且可预测的发电流。他们只能处理来自太阳(白天的浪涌)和风(有风的浪涌)的大部分波动。

通常认为,满足100%可再生能源电网需求的储能设施投资非常高。基本上,需要数百万个大型工业规模的电池或创新的能量存储解决方案来消除电涌。但是,通常被遗忘的是,目前正在以不断加快的速度构建创新的解决方案,以崭新的电力运输系统中的车辆电池为形式。电动汽车将在繁忙的城市街道上开启新的清洁空气时代,但它们也可以用于解决可再生能源的储能问题。

电动汽车的大规模采用即将到来。电动汽车的许多缺点正在迅速得到解决:从200至335英里续航里程的廉价汽车到超快充电站的迅速扩展,超快充电站可在15分钟或更短的时间内将车辆充电至80%。欧洲一些国家现在将零排放车辆视为解决空气污染的合理解决方案,并希望最早在2025年实施对新型矿物燃料汽车的禁令。一些主要城市甚至走得更远,并将禁止其城市使用所有柴油动力汽车。显然,以化石燃料为动力的汽车的寿命即将结束。但是,电气化运输部门对创建绿色能源网有多大影响?好吧,让我们看一下数字:

平均而言,美国的汽车每天行驶30英里。一辆普通汽车需要大约10 kWh的能量才能覆盖这一距离。当前一代大众市场雪佛兰Bolt中的电池组可保持60 kWh。如果我们将每日正常使用量留出50%的余量,那么平均一天中仍将有75%(或45 kWh)的电池电量未使用。如果将这种可用容量用于白天存储诸如太阳能之类的廉价能源,并在晚上或高峰使用期卖回给电网,则将解决100%可再生能源电网中的许多问题。这个概念被称为“车辆到网格(V2G)”,并且已经在许多城市中进行了测试。如果今天路上的2.51亿辆汽车和卡车都装有与雪佛兰Bolt类似的电池,那么将有11,295 GWh的未使用的可用存储容量可填补间歇性可再生能源的空白。但这是否足以实现零碳能源网格?

目前,美国每年消耗化石燃料和核能的电量为340万吉瓦时或389吉瓦时/小时。如果我们要用可再生能源代替它们,那么在雪佛兰Bolt中发现的平均电池容量为100%的电力车队将拥有足够的存储能量来保持该国的电力供应,直到早晨太阳再次升起-具体时间为27.8小时–这并没有触及为平均每日驾驶需求预留的每辆汽车电池15千瓦时的电量。

一项密集的同行评审研究,标题为“风能,太阳能和电化学存储的成本最小化组合,可为电网提供多达99.9%的时间”,使用4年的真实天气和电网负荷评估了数十亿个100%可再生能源的电网情景数据。他们得出的结论是,每辆电动汽车留出15千瓦时的电能来存储电网能量,那么100%的可再生能源网格就可以完全用可再生电力为90%-99.9%的小时供电,而成本与今天的价格相当。值得注意的是,这项研究是在2013年完成的,然后才将第二代电动汽车(如雪佛兰Bolt,Tesla 3和其他大型电池,大众市场汽车)引入大众。使用45千瓦时的雪佛兰螺栓来存储电池,而不是研究中使用的15千瓦时,将使总存储容量增加300%,这使得使用可再生能源运行美国电网变得更加容易和便宜。

将V2G集成到我们的零碳能源网格中是有道理的,因为它消除了投资昂贵的能源存储的需求,因为我们将驾驶的车辆已经可以提供该服务。它还允许参与V2G服务的车主在睡觉时从他们的车中产生收入。

下图将国际能源署在2000年,2002年,2005年和2007年对光伏电池的装机容量估算值与实际值进行了比较。在成本暴跌和政府政策的推动下,实际增长使这一预测变得可笑。

由于电动汽车也有同样的因素,当您看到比零想像的更快发生的时候,零碳能源和交通运输部门导致的美国温室气体排放总量的大幅减少也就不足为奇了。您可以保证您的下一辆车将是电动的,可以帮助您加速这种过渡。

关于作者:Ryan Logtenberg是2度学院的院长。该研究所的使命是使人们在生活中采取个人行动,以使全球变暖保持在2摄氏度以下。从通过转向电动汽车和可再生能源来淘汰化石燃料,到采用低碳饮食并减少商品和服务的消耗,该研究所正在制定清晰且可实现的路线图,以使残障人士成为解决方案的一部分。该研究所还通过其“虚假信息工作组”和互动式气候变化图表来应对气候虚假信息。

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