未来の電気自動車を動かすのにどれくらいの電力が必要か

今日、アメリカ人が買う車の2パーセント未満が電気である。しかし、今後30年以内に、一部の自動車業界の専門家は、電気自動車が米国および世界の自動車販売の大部分を占める可能性があると予想しています。

米国の運転手は、年間約3兆マイルを記録し、その過程で1,700億ガロン以上のガソリンとディーゼルを消費していると語った。これらすべての走行距離を電力に変換することは、電力を生産および配給するための国内のシステムに新たな要求を課すことになります。

主要なエネルギー基盤研究の一環として、私たちは電気自動車（EV）の増加がエネルギーの供給と消費の仕方をどのように変えるかを理解しようとしています。これまでのところ、私たちは電気自動車の影響があなたが住んでいる場所とそれらがいつ充電されるかに依存することを考え出しました。

電気自動車の需要量の見積もり

水素自動車に関する私たちの最近の論文で取り上げられた同様の技術を使って、私たちは個人の自動車、トラック、そしてSUVの電化された艦隊を充電するのに必要であろう電気の量の州ごとの評価を開発しました。

私たちは、今日、各郡が今日消費するガソリンの量を推定することから始めました。次に、走行距離を今日のEVの効率に基づいて電力要件に変換しました。

確かに、これらの方法には制限があります。例えば、自律走行車が一般的になり、Uber、Lyft、およびその他の車両共有サービスに頼る人が増えれば、走行距離は大幅に変わる可能性があります。ただし、EVが標準になった場合は、このアプローチが将来の電力需要を予測するための良い出発点になると考えています。

地域への影響

米国の電力網は、前世紀を通じて新しい需要に対応するために絶えず進化してきました。しかし、もし国の車が急速に電気を帯びるようになるとすれば、グリッドはもっと早く変わる必要があるでしょう。地元の運転習慣やすでに導入されているグリッドインフラストラクチャに応じて、分析結果によると、EVは地域によって異なる影響を与えることがわかります。

テキサスとカリフォルニアは他のどの州よりも多くの電力を消費するので、それらは電気自動車で満たされた未来がどのように見えるかについての良いスナップショットを提供します。どちらの場合も、EVの増加は消費を増やし、地域のインフラに負担をかける可能性があります。

テキサス州の実質的にすべての乗用車が今日電化されている場合、州では年間約110テラワット時の電力が必要になります。これは年間平均1,100万世帯の電力消費量です。追加の電力需要は、テキサス州の現在の消費量よりも30パーセント増加するでしょう。

比較すると、より温暖な気候のため、カリフォルニア州は、州内の乗用車が完全に電気を供給されている場合、現在消費している電力の50％近くを消費する可能性があります。つまり、カリフォルニア州では年間120テラワット時の電力を追加で発電する必要があります。

二つの格子の物語

両州のグリッドを見ると、モビリティのためのEVへの依存が場所によって異なる可能性があることがわかります。

暑い夏の午後、テキサス州では建物の涼しさを保つために、発電した電力の約半分を空調に使用しています。空調による電力需要の季節的変動が大きいということは、州には1年の何時間にもわたりアイドル状態にある発電所があることを意味します。オフピーク時の空き容量により、テキサス州が将来のEVの電力需要を満たすのが容易になる可能性があります。

カリフォルニアの気候が温暖であることは、夏の日の電力消費量が少なく、電力網全体の需要変動が少ないことを意味します。その結果、カリフォルニアはテキサス州よりも電気自動車からの将来の充電要求を満たすのに利用できる発電容量が少ない。

2018年、テキサス州の配電網の大部分を管理する組織であるテキサス電気信頼評議会は、7月19日に約73ギガワットの新たなピーク需要を迎えました、2018年7月19日のオフピーク時間を見ると、ERCOTが見つかりました。アイドル状態の発電所がピーク需要時だけでなく1日を通して稼働し続けた場合、電力網は350ギガワット時を超える追加電力を供給するための予備容量を持っていました。

私たちの推定によると、テキサス州での完全に電気を帯びた個人用自動車の充電要件は、1日当たり約290ギガワット時であり、利用可能な余剰発電容量よりも少ないでしょう。言い換えれば、テキサスグリッドは、ピークを過ぎた時間帯に車両が充電された場合、今日の理論上は完全に電化された車両を充電することができます。

しかし、カリフォルニア州についても同じ分析を行ったときに、電気自動車が標準になれば、総電力需要が現在のゴールデン州の電力網の容量を超える可能性があることがわかりました。

タイミングが全てだ

EVがどれだけの電力を消費するよりもさらに重要なのは、いつ消費されるかという問題です。

上記の見積もりは、最適なオフピーク課金パターンに基づいています。その代わりに、ほとんどの電気自動車が午後に充電されるのであれば、停電を回避するために電力網はより多くの発電容量を必要とするでしょう。

その需要を満たすには、カリフォルニア州とテキサス州は、新しい発電所を建設するか、または近隣諸国からすでに必要以上に電力を購入する必要があります。州はまた、新しい自動車用充電インフラに対応するために追加の送電および配電インフラを必要とするかもしれない。

ピーク時に多くの自動車が充電されるとすれば、内燃機関車からEVへの移行にはテキサス州、さらにカリフォルニア州では数千億ドルもの費用がかかる可能性があります。

インセンティブは、多くの電気自動車用のグリッドを装備するのにかかるコストを減らすことができます。例えば、公益事業者は、一日のうちの異なる時間帯と異なる曜日の間に異なる料金の電気料金を請求することができる。使用時間帯の料金設定として知られているこの方法は、オフピーク時に電力がより豊富であるため、より安価に供給される場合に車両の充電を促進することができます。

カリフォルニア州およびテキサス州オースティンを含む他の地域では、すでに使用時間率の実装にさまざまな戦略を採用し始めています。他の地域では、道路上の電気自動車の台数が増えるにつれて、それらの場所でよく見て学んだ教訓を採用したいと思うかもしれません。

前方の道路

電気自動車は米国が消費する電気の量を増加させるかもしれませんが、それらを収容するのに必要な投資はそれが見えるよりも小さいかもしれません。多くの地域では、オフピーク時に車両が充電された場合でも、すでに十分な発電容量があります。 EVに搭載されたエネルギー貯蔵は、充電時間をシフトし、電力会社が電力の需要と供給をより適切に管理するのに役立つ柔軟性を提供することができます。

さらに、私たちの計算に基づくと、アメリカ人が燃料費だけで節約できるお金はこれらの投資を相殺することができました。

たとえば、2017年までにカリフォルニア州の自動車のほとんどが電気自動車であったとしたら、電気とガソリンの平均価格を基にすれば、その運転手はその年間で約250億ドルの燃料費を節約できると見積もっています。

燃料節減に加えて、一部の市場アナリストは、2026年までに電気自動車が従来の自動車よりも安いと予想しています。これは、もう1つの潜在的な経済的利益です。

ガソリン、電気、および自動車の将来の価格を予測するのは困難ですが、EVを広く使用することで、カリフォルニア州およびその他の地域での輸送全体のコストが削減される可能性があります。環境上の利点、特に炭素排出量の削減を考慮すれば、これらの節約はさらに大きくなります。

この記事は、もともとF. Todd Davidson、Dave Tuttle、Joshua D. Rhodes、およびKazuori NagasawaによってThe Conversationに掲載されました。ここで元の記事を読んでください。