Чтобы увеличить сокращение выбросов от электромобилей, знайте когда нужно заряжать

Исследователи MIT разрабатывают новую модель выбросов электромобилей, чтобы количественно определить важность режимов зарядки автомобиля и влияние температуры окружающей среды на уровне выбросов электромобилей.

Выбросы, связанные с транспортом, увеличиваются во всем мире. В настоящее время легкие транспортные средства – а именно пассажирские автомобили, такие как седаны, внедорожники или минивэны – вносят около 20 процентов чистого выброса парниковых газов в США. Но исследования показали, что отключение вашего обычного автомобиля, разъедает газ, на автомобиль, работающий от электричества, может существенно помешать уменьшению этих выбросов.

Чтобы увеличить сокращение выбросов от электромобилей, знайте, когда нужно заряжать
Недавнее исследование, опубликованное в науке об окружающей среде и технологии, делает этот шаг дальше, исследуя, как уменьшить выбросы, связанные с источником электроэнергии, используется для зарядки электрического транспортного средства (EV). Принимая во внимание региональные схемы зарядки и влияние температуры окружающей среды на экономию горючего в автомобилях, исследователи из энергетической инициативы MIT (MITEI) обнаруживают, что время суток, когда заряжается электромобиль, существенно влияет на выбросы автомобиля.

“”Если вы способствуете зарядке в определенное время, вы можете по-настоящему увеличить сокращение выбросов, обусловленные ростом возобновляемых источников энергии и электромобилей””, – говорит Ян Миллер, ведущий автор исследования и научный сотрудник MITEI. “”Так как мы это можем сделать? При использовании электроэнергии распространяется, и это может резко изменить время суток, когда водители электромобилей заряжаются. Если мы сообщим политиков об этих большие последствия времени зарядки, они смогут разработать тарифы на электроэнергию, чтобы снизить плату, когда наши электросети тяжелые для возобновляемых источников энергии. В тяжелых солнечных регионах это полдень. В тяжелых регионах, таких как Средний Запад, ночью “”.

Согласно их исследованиям, в тяжелой солнечной Калифорнии зарядка электромобиля за ночь производит на 70 процентов больше выбросов, чем если бы она заряжалась в полдень (когда больше солнечной энергии питает сеть). Между тем в Нью-Йорке, где атомная и гидроэнергетика ночью составляют большую долю электроэнергии, лучшее время зарядки – наоборот. В этом регионе зарядка автомобиля за ночь фактически уменьшает выбросы на 20 процентов по дневной зарядки.

«Инфраструктура зарядки является еще одним важным фактором, касается облегчения заряжания в определенное время – особенно в течение дня», – добавляет Эмре Генчер, соавтор и научный сотрудник MITEI. «Если вам нужно зарядить свой электромобиль в полдень, то вам нужно иметь достаточно зарядных станций на своем рабочем месте. Сегодня большинство людей заряжают свои машины в гаражах за ночь, что приведет к высшим выбросов в местах, где лучше заряжать днем ​​””.

В этом исследовании Миллер, Генчер и Мариам Арбабзаде, доктор медицины в MITEI, делают эти наблюдения частично, вычисляя процент ошибок в двух общих подходах к моделированию выбросов EV, которые игнорируют почасовые колебания в энергосистеме и температурные колебания топлива экономика. Их результаты обнаруживают, что совокупная погрешность этих стандартных методов превышает 10 процентов в 30 процентах случаев и достигает 50 процентов в Калифорнии, где проживает половина электромобилей в США.

“”Если вы не моделируете время зарядки, а вместо этого предполагаете зарядку со среднегодовой мощностью, вы можете неправильно оценить выбросы электромобилей””, – говорит Арбабзаде. “”Безусловно, прекрасно получать больше солнечной энергии в электросети и больше электрических транспортных средств, которые используют эту сеть. Независимо от того, когда вы заряжаете свой EV в США, его выбросы будут ниже, чем у аналогичного автомобиля на бензине; но если зарядка электромобилей происходит в основном, когда солнце заходит, вы не получите такой выгоды от уменьшения выбросов, как вы думаете, используя среднегодовое значение “”.

Стремясь уменьшить эту погрешность, исследователи используют почасовые электросети 2018 и 2019 годы, а также почасовые данные о зарядке, вождение и температуру – для оценки выбросов от использования электромобилей в 60 случаях по всей территории Соединенных Штатов. Затем они вводят и подтверждают новый метод (с погрешностью менее 1 процента) для точной оценки выбросов электромобилей. Они называют это методом “”среднего дня””.

“”Мы обнаружили, что вы можете игнорировать сезонность выбросов в сети и экономию топлива, и при этом точно оценивать ежегодные выбросы электромобилей и влияние времени зарядки””, – говорит Миллер. «Это был приятный сюрприз. В прошлом году в штате Канзас ежедневные выбросы в электросеть выросли примерно на 80 процентов между сезонами, тогда как потребность в электромобили выросла примерно на 50 процентов из-за перепадов температур. Предыдущие исследования предполагали, что игнорирование таких сезонных колебаний повредит точности в оценках выбросов электромобилей, но на самом деле никогда не определило погрешности. Мы сделали это – в различных сетевых смесях и климате – и обнаружили ошибку незначительной “”.

Этот вывод имеет полезные последствия для моделирования будущих сценариев выбросов электромобилей. “”Вы можете получить точность без вычислительной сложности””, – говорит Арбабзаде. «С помощью метода среднесуточных дней вы можете точно оценить выбросы электромобилей и влияние зарядки в будущем году, не требуя моделирования 8760 значений выбросов в электросеть за каждый час года. Все, что вам нужно, – это один среднедневной профиль, означает лишь 24-часовые значение для выбросов сети и других ключевых переменных. Вам не нужно знать сезонные отличия от этих среднедневных профилей “”.

Исследователи демонстрируют полезность метода среднего дня, проводя тематическое исследование на юго-востоке Соединенных Штатов с 2018 по 2032 годы, чтобы изучить, как возобновляемый рост в регионе может повлиять на будущие выбросы электромобилей. Предполагая консервативную прогноз энергосистемы со стороны Управления энергетической информации США, результаты показывают, что выбросы электромобилей уменьшаются лишь на 16 процентов, если зарядка происходит за ночь, но более 50 процентов, если зарядка происходит в полдень. В 2032 году по сравнению с аналогичным гибридным автомобилем, выбросы электромобилей на милю на 30 процентов ниже, если заряжать ночью, и на 65 процентов ниже, если заряжать в полдень.

Модель, использованная в этом исследовании, является одним из модулей в большей программе моделирования, которая называется средой моделирования анализа устойчивых энергетических систем (SESAME). Этот инструмент, разработанный в MITEI, использует системный подход для оценки полного углеродного следа современной глобальной энергетической системы, развивается.

“”Идея SESAME заключается в принятии лучших решений по декарбонизации и понимании энергетического перехода с точки зрения систем””, – говорит Генчер. «Одним из ключевых элементов SESAME то, как вы можете соединить между собой различные сектора -« соединение секторов »- и в этом исследовании мы видим очень интересный пример из секторов транспорта и электроэнергетики. Сейчас, как мы уже утверждали, невозможно рассматривать эти две секторные системы самостоятельно, и это наглядная демонстрация того, почему новый подход к моделированию MITEI действительно важен, а также то, как мы можем решить некоторые из этих ближайших проблем “”.

Во время текущих и будущих исследований команда расширяет свой анализ подзарядки от отдельных транспортных средств до целых парков легковых автомобилей, чтобы разработать стратегии декарбонизации на уровне парка. Их работа стремится ответить на вопросы, например, как предложенная Калифорнии запрет продажи бензиновых автомобилей в 2035 году повлияет на транспортные выбросы. Они также изучают, что может означать электрификация флота – не только для парниковых газов, но и спроса на природные ресурсы, такие как кобальт, – и могут аккумуляторы EV обеспечить значительное накопление энергии в сети.

“”Чтобы смягчить изменение климата, нам нужно декарбонизуваты транспортный и электроэнергетический сектора””, – говорит Генчер. “”Мы можем электрифицировать транспорт, и это существенно уменьшит выбросы, но этот документ показывает, как вы можете сделать это эффективно””.