Вперёд
Трансформирующая роль электромобилей в электрических сетях

Принятие электромобилей (ЭМ) ускоряется во всём мире благодаря снижению стоимости батарей, государственным стимулам и растущему спросу потребителей на устойчивый транспорт. Этот переход предлагает огромный потенциал для трансформации и модернизации электрических сетей, позволяя большему внедрению возобновляемых источников энергии, поддерживая стабилизацию сетей и служа в качестве распределённого хранения энергии. Однако он также ставит перед задачей управления увеличивающегося спроса на электроэнергию и развития поддерживающей инфраструктуры зарядки. Понимание многоаспектного воздействия ЭМ на сети жизненно важно для раскрытия их преимуществ при одновременном поддержании надёжного и доступного электроснабжения.

Развивающаяся индустрия

Индустрия ЭМ быстро набрала обороты за последнее десятилетие. В 2021 году по всему миру было продано более 6,5 миллионов ЭМ, что составило почти 9% от общего объёма продаж автомобилей и практически удвоило цифры 2020 года. Основные рынки включают Китай, Европу и США, где ЭМ составляют 15%, 19% и 3,5% от продаж легковых автомобилей соответственно. Крупные автопроизводители, такие как GM и Volkswagen, объявили о планах постепенного отказа от бензиновых автомобилей и перехода к полностью электрическим паркам в течение следующих 10-15 лет. Тем временем, новички, такие как Tesla и китайские производители, встряхнули автомобильную индустрию.

Несколько факторов способствуют этому сдвигу. Стоимость литий-ионных батарей упала на 89% за последнее десятилетие, в то время как энергетическая плотность улучшилась, что позволило увеличить дальность поездки автомобилей между зарядками. Правительства по всему миру внедрили стимулы, такие как налоговые льготы и субсидии, чтобы сделать ЭМ более доступными и постепенно отказаться от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Растущее осознание климатического воздействия выбросов транспорта также стимулирует спрос потребителей. По всему миру более 30 стран объявили о целях отказа от ДВС, что сигнализирует о глубокой трансформации индустрии.

Интеграция нового спроса на электроэнергию

Ключевым воздействием повсеместного распространения ЭМ является значительное увеличение спроса на электроэнергию. Чтобы представить это в перспективе, ЭМ в США составляли менее 1% от автомобилей в 2021 году, но потребляли более 5 тераватт-часов электроэнергии, что эквивалентно годовому потреблению 500 000 домохозяйств. Ожидается, что потребление энергии ЭМ вырастет почти на 850% по всему миру к 2040 году, добавив 5-6% к спросу на сеть по сценариям умеренного внедрения. Этот новый профиль нагрузки значительно отличается от традиционных схем спроса и должен быть надлежащим образом управляем.

Зарядка ЭМ гибкая в отношении времени и количества потребляемой электроэнергии в зависимости от потребностей вождения. Зарядка дома и на работе будет происходить в основном утром, вечером и ночью, когда автомобили припаркованы. Общественные станции быстрой зарядки будут использоваться в течение дня более спорадически, в зависимости от графиков вождения. Региональная концентрация внедрения ЭМ также может создать локальные пики спроса, например, в Калифорнии, где более 15% проданных автомобилей теперь электрические. Кроме того, большие батареи ЭМ хранят значительно больше энергии, чем необходимо для ежедневных поездок. Управление этой новой, но перемещаемой нагрузкой будет критичным для оптимизации интеграции в сеть.

Стратегии умной зарядки нацелены на сглаживание вариабельности пикового спроса и минимизацию необходимых обновлений системы для удовлетворения требований к мощности. Ценообразование на электроэнергию в зависимости от времени использования может стимулировать ночную зарядку вне пиковых нагрузок, когда общий спрос ниже. Продвинутый контроль скорости зарядки может предотвратить ситуации перегрузки, особенно на сгруппированных станциях быстрой зарядки DC. Технология "транспорт-сеть" (V2G) позволяет ЭМ разряжать накопленную энергию обратно в сеть во время пиковых событий. Политики должны поощрять зарядку на рабочем месте и в общественных местах, чтобы избежать перегрузки жилой распределительной инфраструктуры. Осторожное управление нагрузкой и координация с операторами сетей позволят экономично интегрировать ЭМ.

Интеграция возобновляемых источников энергии

Одновременно гибкость зарядки ЭМ предлагает возможности для поглощения большего количества возобновляемой генерации. Производство ветровой и солнечной энергии варьируется в зависимости от погодных условий, требуя источников, которые могут быстро адаптироваться для поддержания надёжности. ЭМ могут настраивать время зарядки для поглощения избыточной возобновляемой генерации, которая в противном случае была бы сокращена. Например, дневные излишки солнечной энергии могут заряжать автопарки на рабочих местах, за которыми следуют дома, поглощающие ветровую энергию вечером. Возможности умной зарядки и V2G позволяют ЭМ динамически настраивать своё потребление в зависимости от доступности возобновляемых источников.

Исследования показывают, что ЭМ могут позволить более высокие уровни интеграции солнечной и ветровой энергии на 10-15%, предоставляя нагрузку в периоды высокой возобновляемой генерации. Их способность к хранению и быстрая реакция хорошо подходят для балансировки проблем интермиттентности этих источников. ЭМ также могут помочь управлять сезонными колебаниями спроса, такими как более высокие нагрузки на кондиционирование воздуха летом, накопив накопленную энергию во время избыточной генерации весной.

Интеграция большего количества возобновляемых источников энергии предлагает экологические и энергетические преимущества безопасности. Однако она требует надёжного управления сетью и координации между системами зарядки, транспортными средствами и операторами сетей. Инвестиции в физическую инфраструктуру и передовые системы связи и управления позволят более тесное взаимодействие между ЭМ и возобновляемыми источниками энергии. Политические рамки должны согласовывать стимулы для внедрения ЭМ с целями возобновляемой энергии для максимального симбиотического развития системы.

Распределённое хранение энергии

В большом масштабе батареи ЭМ могут предоставить обширную ёмкость распределённого хранения для улучшения работы сети. Типичная батарея ЭМ хранит от 30 до 100 киловатт-часов (кВтч) энергии, по сравнению с средним потреблением домохозяйства в 10-15 кВтч в день. Хотя они скромны индивидуально, миллионы ЭМ, подключённых большую часть дня, могут представлять собой огромную "виртуальную батарею" для сети. Технология V2G позволяет контролируемую разрядку батарей ЭМ для помощи в балансировке предложения и спроса на электроэнергию в реальном времени.

Несколько сетевых сервисов могут использовать ЭМ как распределённое хранилище. Способность поглощать избыточную генерацию помогает сглаживать вариабельность чистой нагрузки, уменьшая потребность в пиковых электростанциях и аварийных резервах. Быстрая двусторонняя зарядка позволяет предоставлять услуги регулирования частоты для стабилизации работы сети. ЭМ также могут возвращать энергию в сеть в периоды высокого спроса, чтобы избежать отключений электроэнергии, особенно по мере того, как больше зарядок происходит в распределительных сетях. Объединение множества ЭМ в единый управляемый ресурс создаёт важный актив для сети.

Эффективное использование ЭМ для энергетических услуг требует участия клиентов и передовых систем управления. Финансовые стимулы для разрешения использования V2G будут способствовать вовлечению потребителей. Надёжные сети связи, системы мониторинга и платформы агрегации необходимы для организации развертывания распределённых активов. Меры кибербезопасности необходимы для защиты участия. Продуманные тарифные структуры и сетевые коды также позволят ЭМ стать неотъемлемой частью рынков электроэнергии.

Новые бизнес-модели

Нарушительная природа ЭМ имеет потенциал для глубокого преобразования бизнес-моделей коммунальных предприятий. Объёмы продаж электроэнергии могут стагнировать или уменьшаться в долгосрочной перспективе по мере повышения эффективности транспорта, что противоречит традиционным тенденциям роста. Инфраструктура зарядки ЭМ вводит новые инвестиции и клиентские услуги, основанные на тарифах. Новые партнёрства возникают между коммунальными предприятиями и автопроизводителями для координации развертывания зарядок.

Реформы в проектировании тарифов могут стимулировать поведение в зарядке, которое оптимизирует воздействие на сеть и балансирует возврат затрат. Временные тарифы, сборы за спрос и динамические тарифы будут важными инструментами. Новые структуры клиентских учётных записей могут дифференцировать операторов зарядных станций и агрегаторов энергетических услуг от традиционных потребителей. Коммунальные предприятия также могут владеть и управлять общественными зарядными станциями, одновременно передавая специализированные услуги на аутсорсинг. Обновлённое регулирование необходимо в отношении участия коммунальных предприятий в развертывании инфраструктуры ЭМ.

Новые технологии требуют новых компетенций от коммунальных предприятий в области анализа данных, систем управления и вовлечения клиентов. Широкое внедрение ЭМ может потребовать обновлений сети, хотя стратегическая интеграция может минимизировать эти потребности. Коммунальные предприятия должны вовлекать заинтересованные стороны на ранних этапах планирования для плавной адаптации. Несмотря на нарушение, этот переход также предлагает возможности для обновления устаревшей инфраструктуры, декарбонизации электроснабжения и переосмысления бизнес-моделей коммунальных предприятий на будущее.

Путь вперёд

Ускорение внедрения ЭМ приносит огромный потенциал для электрических сетей, а также новые сложности. Взвешенные политики, технические решения, участие клиентов и межотраслевая координация жизненно важны для реализации преимуществ. Ключевые приоритеты включают расширение инфраструктуры зарядки, внедрение возможностей умной зарядки, стимулирование использования вне пиковых нагрузок и развитие рынков V2G. Интеграция ЭМ – как гибкой нагрузки, так и энергетического ресурса – может модернизировать сети для поддержки декарбонизации и распределённых энергетических ресурсов. Проактивное планирование и координация важны для продвижения с обещаниями электрификации транспорта.

Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация о том, как CLOU может способствовать электрификации транспортных средств и модернизации электрических сетей, не стесняйтесь [связаться с намиКонтакты/реквизиты]. Мы здесь, чтобы помочь и рады вашим ценным мыслям и комментариям.