Un giorno, la domanda di elettricità per caricare i veicoli elettrici potrebbe travolgere la rete elettrica, a meno che il settore elettrico non sia preparato alla sfida.

Con una flotta crescente di veicoli elettrici in circolazione, i pianificatori di rete dipendono da stime accurate dei modelli di ricarica per calcolare la domanda di elettricità. Un team di ricercatori della Stanford University ha assemblato un modello probabilistico scalabile per addebitare la domanda che può essere applicato a una serie flessibile di popolazioni e tenere conto di un'ampia gamma di fattori. In California, il modello ha rilevato che entro il 2030, in uno scenario in cui la maggior parte dei proprietari di veicoli elettrici sceglie di ricaricare i propri veicoli quando torna a casa ogni sera, la domanda di ricarica di picco sarebbe più del doppio rispetto a se i conducenti caricassero durante il giorno a casa, al lavoro e stazioni pubbliche. Entro il 2030, la ricarica dei veicoli elettrici rappresenterà una quota significativa della domanda di elettricità nelle economie avanzate, quindi mantenere il picco di domanda il più basso possibile ridurrebbe la necessità di nuovi generatori e linee di trasmissione.

"Volevamo creare un quadro modello per la pianificazione a lungo termine che catturasse i modelli di tariffazione reali dei conducenti e tenesse conto dell'incertezza", ha affermato Ram Rajagopal, autore senior dello studio, che è stato pubblicato nell'edizione del 1 marzo di Applied Energy , Rajagopal è professore associato presso il Dipartimento di ingegneria civile e ambientale di Stanford.

Si prevede che i 7 milioni di veicoli elettrici odierni a livello globale aumenteranno fino a raggiungere i 400 milioni entro il 2040. Per supportare quell'aumento di quasi 60 volte, il mondo deve apportare aggiornamenti sostanziali alle infrastrutture che supportano i veicoli elettrici, compresa la capacità di generazione, la trasmissione e la distribuzione, le tecnologie delle reti intelligenti e circa 300 milioni di stazioni di ricarica facilmente accessibili.

Il passaggio dai veicoli a benzina a quelli elettrici è fondamentale per decarbonizzare l'attività umana. Le opportunità per i conducenti di caricare i veicoli elettrici devono essere convenienti e abbondanti affinché questo passaggio avvenga. Le future decisioni politiche possono facilitare una tariffazione facile, affidabile e conveniente.

"Prevediamo che questo venga utilizzato da persone nel settore dei servizi pubblici, così come nel governo, che desiderano un approccio basato sui dati per studiare gli scenari futuri", ha affermato Siobhan Powell, ricercatore co-capo dello studio e dottore di ricerca. candidato al Dipartimento di Ingegneria Meccanica di Stanford.

Il modello dei ricercatori mira a fornire ai pianificatori della rete e ai responsabili politici proprio queste informazioni:dove, quando, come, quanto e con quale frequenza i conducenti addebitano. Su un normale computer portatile, il modello potrebbe simulare i dati di ricarica per 100 milioni di veicoli elettrici in circa 10 minuti, hanno affermato i ricercatori.

Popolazione più diversificata

Oggi, la maggior parte della ricarica dei veicoli elettrici in California avviene in case unifamiliari. Tuttavia, i ricercatori prevedono che le persone con meno accesso alla ricarica domestica, come gli affittuari di appartamenti e i proprietari di condomini, passeranno ai veicoli elettrici e la frazione di ricarica domestica affonderà. Allo stesso tempo, i luoghi di lavoro potrebbero installare più stazioni di ricarica e le utenze elettriche potrebbero incentivare la ricarica in diversi momenti della giornata. Il modello può tenere conto di diverse modifiche dei fattori.

"Nel modello, catturiamo il comportamento del conducente, che include quando carica, i tempi della carica e quanta energia consuma. Catturiamo anche la posizione, come casa o il posto di lavoro", ha affermato Gustavo Cezar, l'altro co-responsabile ricercatore. Cezar ha un dottorato di ricerca. candidato in ingegneria civile e ambientale e ingegnere del personale presso lo SLAC National Accelerator Laboratory di Stanford.

Alcuni dei conducenti di oggi utilizzano anche timer automatici per dettare quando le loro auto si caricano. I timer tengono traccia dei prezzi dell'elettricità e caricano i veicoli quando è più economico farlo. Tuttavia, l'utilizzo di un numero elevato di timer potrebbe causare un aumento della domanda di elettricità sulla rete. Alle 23:00, la domanda di ricarica di veicoli elettrici della California potrebbe raggiungere un picco dell'ordine di 8,725 GW nel 2030. Il tipico picco giornaliero della domanda di tutta l'elettricità in California è attualmente dell'ordine di 25 GW, quindi la ricarica di veicoli elettrici comprenderebbe una grande percentuale di tutta la domanda di elettricità .

Ciò potrebbe creare una serie di problemi, soprattutto se la rete non è attrezzata per gestire questo livello di domanda. In confronto, gli scenari senza controllo del timer e in cui la ricarica era distribuita nell'arco della giornata hanno portato a una domanda di picco inferiore a 4 GW.

"Gli operatori di rete devono preoccuparsi dell'affidabilità e dei costi. Senza pianificazione, nel peggiore dei casi potrebbero finire con un'interruzione o, anche se possono soddisfare tutta la domanda, avere costi elevati per l'elettricità", ha affermato Powell.

Le decisioni politiche prese con questo obiettivo potrebbero incentivare la tariffazione a un ritmo più distribuito, il che potrebbe frenare gli investimenti nelle infrastrutture elettriche mantenendo l'affidabilità della rete. Il quadro creato dai ricercatori può anche essere ampliato per includere altri fattori come il giorno della settimana, la stagione, le vacanze o la regione.

Ma, ha affermato Cezar, il semplice passaggio ai veicoli elettrici da auto, motociclette e piccoli camion a carburante potrebbe non essere sufficiente da solo per decarbonizzare i veicoli leggeri. Ha detto che, tra tutti i discorsi sul passaggio ai veicoli elettrici, l'inquinamento derivante dalla produzione di elettricità che li carica riceve troppa poca attenzione.

"Qui in California, utilizziamo principalmente l'energia solare durante il giorno, quindi dovremo procurarci la produzione di combustibili fossili per fornire il carico di ricarica durante la notte, in particolare se l'attenzione è rivolta alla ricarica residenziale", ha affermato "Il prossimo passo è capire come aumentare in modo sostenibile il numero di veicoli elettrici."

Cezar ha affermato che il team sta lavorando per disaggregare il proprio modello e applicarlo a luoghi più ristretti, come quartieri e campus, per aiutare i pianificatori a evitare di sovraccaricare i sistemi di distribuzione dell'elettricità locali.