Есть ли смысл в электромобилях?
Не так давно заинтересовался вопросом электрификации транспорта.
Эта тема в последние годы в тренде, ни одно крупное автошоу не обходится без премьер новых электрокаров. Многие спекулируют на эту тему, говоря что это невозможно или такие, как Карлос Гон, что в 2020г 10% новых транспортных средств будут электрокарами.
Так или иначе, переход на электрокары видится многими как путь к снижению выбросов на транспорте. Я решил сделать некоторые простые вычисления, чтобы лучше разобраться в этом.
Ниже представлен расчет, показывающий как переход на электрокары может отразиться на объеме выбросов и на секторе энергетики.
Для этого расчета я выбрал данные по США за 2010г., учитывая их доступность. Новые стандарты по топливной эффективности не учитывались. Использовал следующие источники:
- пробег на дорогах США
- расход топлива и количество потребленного топлива
Получается следующая статистика
Количество зарегистрированных транспортный средств (тыс.)
250 070
Общий пробег всех транспортных средств (тыс. миль)
2 967 266
Потребленное топливо (млн галл)
170 411
Средний пробег на единицу транспорта (тыс. миль)
11,9
Среднее количество миль пройденных на галлон топлива
17,4
Среднее количество потребленного топлива на транспортное средство (галл)
681
Теперь нужно выяснить, как много энергии нужно потратить электромобилю на 100 миль. Возьмем как пример автомобиль Tesla Model S, седан бизнес класса. При отсутствии других полноразмерных электрокаров в массовом производстве, будем считать его за эталон. По данным производителя потребление энергии составит 330 Втч/1 милю при средней скорости 55 миль/час за городом. Предположим, что при смешанном и активном стиле расход будет не менее 500 ВТч на 1 милю. Возьмем эту цифру как ориентир, за неимением других данных.
Считаем. Средний пробег одного транспортного средства составляет 12 тыс миль. Значит на среднюю единицу транспорта потребуется 6 МВтч электроэнергии в год. Напомню, что “условной единицей” в этом расчете является автомобиль Tesla Model S. Значит на весь автопарк из 250 млн транспортных средств, зарегистрированных в США потребуется дополнительно около 1 500 ТВтч электроэнергии в год.
Нужно понимать, что на Tesla я заменил в том числе огромные грузовики, колесящие по дорогам Америки :). Что с точки зрения науки, конечно, нехорошо. Но как минимум это показывает, что 1 500 ТВч в год - это минимальные расчеты. По факту потребуется значительно больше.
Данных о потреблении топлива именно на грузовом транспорте в США я не нашел. Но можем взять цифры из опыта водителей - 8,2 мили на галлон (более чем в два раза выше чем "среднестатистического" автомобиля). Количество грузовиков по данным дорожной статистики составляет 22 миллиона (без учета light-weight), т.е. около 10% всего автопарка. Даже без учета того, что пробеги грузовиков в среднем выше, мы можем увеличить необходимое дополнительное количество энергии для обеспечения нужд электротранспорта на 10-15%. Будем считать за предположение, что рост потребления составит 1 700 ТВч
Электроэнергетика США
Теперь нужно разобраться, что происходит в секторе электроэнергетики США. Берем данные за 2010 год:
- Продано конечным клиентам: 3 754 493 000 МВтч
- Установленная мощность (данные на лето): 1 039 062 МВт
Перевожу для удобства сравнения в ТВч:
- Продано конечным клиентам: 3 755 ТВч
- Установленная мощность: 1 000 ГВт
Значит, чтобы удовлетворить спрос при переводе всех транспортных средств на электричество, необходимо увеличить производство электроэнергии более чем на 30%! Если предположить, что структура электроэнергетики сохранится такой же как и сейчас, то дополнительные мощности для удовлетворения этого спроса должны составить минимум 300 ГВт.
Выбросы в электроэнергетике США
В 2010 году электроэнергетика США произвела выбросы:
2 388 596 тыс. т. CO2
5 400 тыс. т. SO2
2 491 тыс. т. NOx
Пересчитываем NOx по методике IPCC. Получаем общий объем выбросов в энергетике: 3 166 206 тыс. т. CO2 эквивалента.
Значит при росте производства на 30% при сохранении текущей структуры электроэнергетики выбросы увеличатся примерно на 950 млн. т. CO2.
Выбросы автотранспорта
По данным United States Environmental Protection Agency в 2010 году выбросы на транспорте (только автотранспорт) составили
1 556 000 тыс. тонн CO2 эквивалент.
Что получаем?
При сохранении текущей структуры производства электроэнергии в США, замена всего транспорта на электрический, позволит сократить выбросы ориентировочно с 1 556 млн тонн до 1 000 млн тонн.
Но вспомним, что для расчетов средний автомобиль был выбран Tesla Model S, что мягко говоря не самый неэффективный автомобиль. На него же мы заменили и огромные грузовики. И если весь транспорт оставить на топливе, но сделать более эффективным, то в электрокарах при сохранении текущей структуры энергетики нет никакого смысла с точки зрения окружающей среды т.к. совокупные выбросы не снизятся.
Отсюда делаю вывод, что перевод транспорта на электричества целесообразен с точки зрения сокращения выбросов только если дополнительные мощности будут возобновляемой или атомной энергетикой. Последняя видится странным решением проблемы экологии на транспорте.
Предположим, что так и будет, и приоритетно будет развиваться не атомная, а именно возобновляемая энергетика. Здесь существует еще один очень не маленький нюанс, называемый “load factor”, простым языком это отдача электростанции - сколько она производит электроэнергии в зависимости от своей мощности. Для ВИЭ этот показатель составляет от 10 до 30% в разных условиях. Тогда как для атомной энергетики это практически 95%. Для иллюстрации могу сказать, что по некоторым расчетам в Германии, при закрытии АЭС до 2021 года (12 ГВт мощности в общей сложности) необходимо построить 59 ГВт мощности ВИЭ и плюс как-то стабилизировать систему электростанциями на газе или угле. Этот коэффициент при сравнении атомной энергетики и ВИЭ составляет 1:5. Для электростанций на газе он составил бы 1:3,5.
Предположим даже, что этот показатель для США составит оптимистичные 1:3. Значит США потребуется практически 1 000 ГВт новых мощностей на ВИЭ! Это мощность равная текущей общей мощности всей электроэнергетики США. Иными словами, чтобы перевести весь автотранспорт США на электричество, и это имело смысл с точки зрения экологии, необходимо удвоить мощность электроэнергетики США, причем сделать это только за счет ВИЭ.
Summary
- При переводе автотранспорта США 100% на электричество может потребоваться дополнительно не менее 1700 ТВч электроэнергии в год;
- При сохранении текущей структуры генерации электроэнергии в США, потребуется дополнительно 30% к мощности всей энергосистемы;
- При увеличении мощности энергосистемы на 30% и сохранении текущей структуры генерации сокращения выбросов достигнуто не будет, либо будет несущественным;
- Для достижения сокращения выбросов при переводе автотранспорта на электричества, необходимые дополнительные мощности должны быть возобновляемой энергетикой;
- Учитывая низкий load factor у ВИЭ по сравнению с традиционной энергетикой, потребуется втрое большая мощность, что составит примерно 1 000 ГВт новых мощностей ВИЭ.
Основной вывод
При переводе автотранспорта на электричество с целью снижения выбросов парниковых газов, США необходимо значительно увеличить мощность своей энергосистемы за счет низкоуглеродных источников энергии. Если увеличение мощности будет достигаться за счет ВИЭ, потребуется увеличение мощности энергосистемы в два раза по сравнению с текущим уровнем. Стоимость этого "удвоения" я считать не берусь, но уверен, что она невероятная.
Эта тема в последние годы в тренде, ни одно крупное автошоу не обходится без премьер новых электрокаров. Многие спекулируют на эту тему, говоря что это невозможно или такие, как Карлос Гон, что в 2020г 10% новых транспортных средств будут электрокарами.
Так или иначе, переход на электрокары видится многими как путь к снижению выбросов на транспорте. Я решил сделать некоторые простые вычисления, чтобы лучше разобраться в этом.
Ниже представлен расчет, показывающий как переход на электрокары может отразиться на объеме выбросов и на секторе энергетики.
Для этого расчета я выбрал данные по США за 2010г., учитывая их доступность. Новые стандарты по топливной эффективности не учитывались. Использовал следующие источники:
- пробег на дорогах США
- расход топлива и количество потребленного топлива
Получается следующая статистика
Количество зарегистрированных транспортный средств (тыс.)
250 070
Общий пробег всех транспортных средств (тыс. миль)
2 967 266
Потребленное топливо (млн галл)
170 411
Средний пробег на единицу транспорта (тыс. миль)
11,9
Среднее количество миль пройденных на галлон топлива
17,4
Среднее количество потребленного топлива на транспортное средство (галл)
681
Теперь нужно выяснить, как много энергии нужно потратить электромобилю на 100 миль. Возьмем как пример автомобиль Tesla Model S, седан бизнес класса. При отсутствии других полноразмерных электрокаров в массовом производстве, будем считать его за эталон. По данным производителя потребление энергии составит 330 Втч/1 милю при средней скорости 55 миль/час за городом. Предположим, что при смешанном и активном стиле расход будет не менее 500 ВТч на 1 милю. Возьмем эту цифру как ориентир, за неимением других данных.
Считаем. Средний пробег одного транспортного средства составляет 12 тыс миль. Значит на среднюю единицу транспорта потребуется 6 МВтч электроэнергии в год. Напомню, что “условной единицей” в этом расчете является автомобиль Tesla Model S. Значит на весь автопарк из 250 млн транспортных средств, зарегистрированных в США потребуется дополнительно около 1 500 ТВтч электроэнергии в год.
Нужно понимать, что на Tesla я заменил в том числе огромные грузовики, колесящие по дорогам Америки :). Что с точки зрения науки, конечно, нехорошо. Но как минимум это показывает, что 1 500 ТВч в год - это минимальные расчеты. По факту потребуется значительно больше.
Данных о потреблении топлива именно на грузовом транспорте в США я не нашел. Но можем взять цифры из опыта водителей - 8,2 мили на галлон (более чем в два раза выше чем "среднестатистического" автомобиля). Количество грузовиков по данным дорожной статистики составляет 22 миллиона (без учета light-weight), т.е. около 10% всего автопарка. Даже без учета того, что пробеги грузовиков в среднем выше, мы можем увеличить необходимое дополнительное количество энергии для обеспечения нужд электротранспорта на 10-15%. Будем считать за предположение, что рост потребления составит 1 700 ТВч
Электроэнергетика США
Теперь нужно разобраться, что происходит в секторе электроэнергетики США. Берем данные за 2010 год:
- Продано конечным клиентам: 3 754 493 000 МВтч
- Установленная мощность (данные на лето): 1 039 062 МВт
Перевожу для удобства сравнения в ТВч:
- Продано конечным клиентам: 3 755 ТВч
- Установленная мощность: 1 000 ГВт
Значит, чтобы удовлетворить спрос при переводе всех транспортных средств на электричество, необходимо увеличить производство электроэнергии более чем на 30%! Если предположить, что структура электроэнергетики сохранится такой же как и сейчас, то дополнительные мощности для удовлетворения этого спроса должны составить минимум 300 ГВт.
Выбросы в электроэнергетике США
В 2010 году электроэнергетика США произвела выбросы:
2 388 596 тыс. т. CO2
5 400 тыс. т. SO2
2 491 тыс. т. NOx
Пересчитываем NOx по методике IPCC. Получаем общий объем выбросов в энергетике: 3 166 206 тыс. т. CO2 эквивалента.
Значит при росте производства на 30% при сохранении текущей структуры электроэнергетики выбросы увеличатся примерно на 950 млн. т. CO2.
Выбросы автотранспорта
По данным United States Environmental Protection Agency в 2010 году выбросы на транспорте (только автотранспорт) составили
1 556 000 тыс. тонн CO2 эквивалент.
Что получаем?
При сохранении текущей структуры производства электроэнергии в США, замена всего транспорта на электрический, позволит сократить выбросы ориентировочно с 1 556 млн тонн до 1 000 млн тонн.
Но вспомним, что для расчетов средний автомобиль был выбран Tesla Model S, что мягко говоря не самый неэффективный автомобиль. На него же мы заменили и огромные грузовики. И если весь транспорт оставить на топливе, но сделать более эффективным, то в электрокарах при сохранении текущей структуры энергетики нет никакого смысла с точки зрения окружающей среды т.к. совокупные выбросы не снизятся.
Отсюда делаю вывод, что перевод транспорта на электричества целесообразен с точки зрения сокращения выбросов только если дополнительные мощности будут возобновляемой или атомной энергетикой. Последняя видится странным решением проблемы экологии на транспорте.
Предположим, что так и будет, и приоритетно будет развиваться не атомная, а именно возобновляемая энергетика. Здесь существует еще один очень не маленький нюанс, называемый “load factor”, простым языком это отдача электростанции - сколько она производит электроэнергии в зависимости от своей мощности. Для ВИЭ этот показатель составляет от 10 до 30% в разных условиях. Тогда как для атомной энергетики это практически 95%. Для иллюстрации могу сказать, что по некоторым расчетам в Германии, при закрытии АЭС до 2021 года (12 ГВт мощности в общей сложности) необходимо построить 59 ГВт мощности ВИЭ и плюс как-то стабилизировать систему электростанциями на газе или угле. Этот коэффициент при сравнении атомной энергетики и ВИЭ составляет 1:5. Для электростанций на газе он составил бы 1:3,5.
Предположим даже, что этот показатель для США составит оптимистичные 1:3. Значит США потребуется практически 1 000 ГВт новых мощностей на ВИЭ! Это мощность равная текущей общей мощности всей электроэнергетики США. Иными словами, чтобы перевести весь автотранспорт США на электричество, и это имело смысл с точки зрения экологии, необходимо удвоить мощность электроэнергетики США, причем сделать это только за счет ВИЭ.
Summary
- При переводе автотранспорта США 100% на электричество может потребоваться дополнительно не менее 1700 ТВч электроэнергии в год;
- При сохранении текущей структуры генерации электроэнергии в США, потребуется дополнительно 30% к мощности всей энергосистемы;
- При увеличении мощности энергосистемы на 30% и сохранении текущей структуры генерации сокращения выбросов достигнуто не будет, либо будет несущественным;
- Для достижения сокращения выбросов при переводе автотранспорта на электричества, необходимые дополнительные мощности должны быть возобновляемой энергетикой;
- Учитывая низкий load factor у ВИЭ по сравнению с традиционной энергетикой, потребуется втрое большая мощность, что составит примерно 1 000 ГВт новых мощностей ВИЭ.
Основной вывод
При переводе автотранспорта на электричество с целью снижения выбросов парниковых газов, США необходимо значительно увеличить мощность своей энергосистемы за счет низкоуглеродных источников энергии. Если увеличение мощности будет достигаться за счет ВИЭ, потребуется увеличение мощности энергосистемы в два раза по сравнению с текущим уровнем. Стоимость этого "удвоения" я считать не берусь, но уверен, что она невероятная.