正在充电的电动汽车特写。鸣谢:Kindel Media有一天，为电动汽车充电的电力需求可能会淹没电网，除非电力部门为挑战做好准备。随着路上行驶的电动汽车越来越多，电网规划者依靠对充电模式的准确估计来计算电力需求。斯坦福大学的一组研究人员组装了一个可扩展的充电需求概率模型，该模型可应用于一系列灵活的人群，并考虑了广泛的因素。在加利福尼亚州，该模型发现，到2030年，在大多数电动汽车车主选择每天晚上回家时给汽车充电的情况下，高峰充电需求将是司机在家里、工作场所和公共车站全天充电的两倍多。到2030年，电动汽车充电将在发达经济体的电力需求中占据相当大的比例，因此将峰值需求保持在尽可能低的水平将抑制对新发电机和输电线路的需求。
“我们希望建立一个长期规划的模型框架，捕捉真实的司机充电模式，并考虑不确定性，”该研究的高级作者Ram Rajagopal说，该研究发表在3月1日出版的《应用能源》上，Rajagopal是斯坦福大学土木与环境工程系的副教授。
目前全球700万辆电动汽车预计到2040年将增至4亿辆。为了支持这近60倍的增长，世界必须对支持电动汽车的基础设施进行重大更新，包括发电能力、输电和配电、智能电网技术和大约3亿个随时可用的充电站。
从汽油动力汽车到电动汽车的转变是人类活动去碳化的关键。司机为电动汽车充电的机会必须是方便和充足的，这样才能实现转换。未来的政策决策可以促进简单、可靠和负担得起的充电。
“我们预计这将被公用事业行业和政府部门的人们所使用，他们希望采用数据驱动的方法来研究未来的场景，”该研究的联合首席研究员、斯坦福大学机械工程系的博士生Siobhan Powell说。
研究人员的模型旨在给电网规划者和决策者提供这些信息:司机充电的地点、时间、方式、费用和频率。研究人员说，在普通的笔记本电脑上，该模型可以在10分钟左右模拟1亿辆电动汽车的充电数据。
更加多样化的人口
如今，加州的电动汽车充电大多发生在单户家庭。然而，研究人员预测，较少使用家庭充电的人——如公寓租户和公寓业主——将过渡到电动汽车，家庭充电的比例将会下降。与此同时，工作场所可以安装更多的充电站，电力公司可以鼓励在一天的不同时间充电。该模型可以解释几个因素的变化。
“在该模型中，我们捕捉驾驶员的行为，包括他们何时充电、充电的时间以及他们使用了多少能源。另一位首席研究员古斯塔沃·塞扎尔说:“我们还捕捉位置，比如家或工作场所。”。Cezar是土木和环境工程的博士生，也是斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的工程师。
今天的一些司机也使用自动计时器来指示他们的汽车何时充电。计时器跟踪电价，并在最便宜的时候给汽车充电。然而，如果使用大量的定时器，它们可能会导致电网上的电力需求激增。晚上11点，加州的电动汽车充电需求可能在2030年达到8.725吉瓦的峰值。目前，加利福尼亚州所有电力的典型日峰值需求约为25 GW，因此电动汽车充电将占所有电力需求的很大一部分。
这可能会产生许多问题，特别是如果电网没有能力处理这种水平的需求。相比之下，在没有定时器控制的情况下，充电分散在一天中进行，导致峰值需求低于4 GW。
“电网运营商不得不担心可靠性和成本。如果没有计划，在最糟糕的情况下，他们可能会以停电而告终，或者即使他们能够满足所有的需求，也会以高昂的电费而告终，”鲍威尔说。
考虑到这一点而做出的政策决定可以鼓励以更分散的速度充电，这可以抑制电力基础设施投资，同时保持电网的可靠性。研究人员创建的框架也可以扩展到包括其他因素，如星期几、季节、假期或地区。
但是，Cezar说，仅仅从燃油汽车、摩托车和小型卡车转向电动汽车本身可能不足以使轻型汽车脱碳。他说，在所有关于转向电动汽车的讨论中，充电产生的污染得到的关注太少。
“在加州，我们白天主要使用太阳能，所以我们需要采购化石燃料发电来供应夜间的充电负荷，特别是如果重点是住宅充电，”他说，“下一步是找出如何可持续地增加电动汽车的数量。”
Cezar表示，该团队正在努力分解他们的模型，并将其应用于更窄的位置，如社区和校园，以帮助规划者避免当地配电系统不堪重负。
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