Сколько электроэнергии нужно, что бы транспорт стал на 100% электрическим?
Оригинал взят у tnenergy в Сколько электроэнергии нужно, что бы транспорт стал на 100% электрическим?
Решил попробовать себя в новом жанре - перевода. Это статья Roger Andrews из прекрасного блога Energy Matters. Хотя с некоторыми местами в тексте ниже я не согласен, а в некоторые хочется углубится посерьезнее, оставляю максимально близко к оригиналу, т.к. собирать первичку и формировать свое [непротиворечивое внутренне] мнение по ВИЭ и электромобилям у меня не получается (не хватает времени).
==
Как уже пробегало в “Blowout week 146” Евросоюз подумывает о законе, обязывающем установку зарядных станций для электромобилей, и в то же время Германия и Голландия обсуждают переход на продажу новыми только электрических автомобилей в диапазоне от 2025 по 2030.
Ни один из этих законопроектов пока не принят, но если да - то сколько понадобится дополнительной электроэнергии для десятков миллионов электромобилей, и сколько это будет стоить? Никогда не видел подобных оценок, поэтому решил посчитать сам для некоторых стран. В силу неопределенности в данных и подхода в нулевом приближении, стоит понимать, что получающиеся цифры весьма прикидочные.
Используемые данные:
1. Количество автомобилей, зарегестрированных на данный момент в ЕС
Использовались данные из множества источников, некоторые кажутся мне не очень правдивыми. Тем не менее.
2.Средняя дистанция, котору проходят автомобили за год
Ситуация с источниками примерно как в пункте 1.
3. Среднее потребление энергии в кВт*ч/100 км.
Я использовал среднее значение в 22 кВт*ч, полученное из 114 тестов, данные опубликованы US DOE.
4. Средний КИУМ мощностей, которые будут строится для обеспечения электромобилей.
Поскольку “электрозамещение” автотранспорта проводится с мыслью в голове о сокращении выбросов парниковых газов (далее - ВПГ), то я подумал, что дополнительные мощности электрогенерации должны быть “новыми возобновлемыми” - т.е. морскими ветрогенераторами и фотовольтаикой. Средний КИУМ таких источников - примерно 0,3
5. Средняя стоимость устанавливаемой доп. мощности в $/кВт
В среднем стоимость мощностей из предыдущего пункта составляет 3000$/кВт. Однако, есть моменты, которые могут сильно вздуть эту оценку:
6. Обновление сетей, как глобальное, так и локальное, включая установку смартгрида и преобразовательного оборудования зарядных станций
7. Стоимость приобретаемых электромобилей (возможно субсидируемая)
Все стоимости посчитаны в долларах США,
Кстати, есть интересный момент в попытках ускорить приход электротранспорта: считается, что их аккумуляторы могут служить буфером для переменчивой выработки ВИЭ, снижая потери электроэнергии на перегенерации последних. В дальнейших расчетах я использовал эту идею, хотя разумеется, никакой 100% эффективности в этом процессе быть не может.
Перейдем к результатам:
Германия
Законопроект, требующий продажу только легкового электротранспорта после 2030 года рассматривает Бундесрат, верхняя палата парламента, но еще должен пройти Бундестаг, чтобы стать законом. Если это случится, то замена 44 403 124 легковых машин на электрические потребует 31% увеличения выработки э/э и 40% роста установленной мощности в Германии. Стоимость такой трансформации составит 232 миллиарда долларов.
Германия. Данные по выработке э/э за 2015 взяты из 2016 BP Statistical Review. Здесь и далее в строки таблицах 1. Количество автомобилей 2. Средний пробег за год 3. Общий пробег 4. Потребление в кВтч 5. То же в ГВтч 6. Производство э/э 7. Необходимое увеличение в % 8. Установленная мощность 9. Необходимое увеличение мощности с КИУМ 0.3 в ГВт 10. То же в % от установленной 11. Стоимость новой мощности.
Однако, если в Германии к тому времени завершится отказ от атомной и угольной энергетики, то ситуация станет гораздо хуже. Для замены 60 ГВт этой генерации потребуется установить 140 ГВт ВИЭ-источников, плюс 77 насчитанных выше потребностей электромобилей. 217 ГВт итоговой мощности обойдется минимум в 650 миллиардов долларов.
Голландия
Нижняя палата парламента, как и в Германии уже приняла законопроект, ограничивающий продажу легкового транспорта с 2025 года только электромобилями. Как показано на таблице ниже, замена 8 миллионов голландских легковушек потребует 21% увеличения выработки э/э и 24% роста установленной мощности. Стоимость работ составит от 27 миллиардов долларов. Заметно меньшие, чем в Германии, расходы в том числе объясняются тем, что голландцы проезжают в год в среднем меньше.
Норвегия
Норвегия так же рассматривала законопроект об “электромобилизации”, но в итоге решила, что это должно произойти рыночным путем. (На данный момент правительство уже субсидирует почти половину продажной цены электромобилей, что привело к тому, что треть легкового транспорта, проданного в 2015 в Норвегии - электрический. Впрочем правительство раздумывает о снижении таких субсидий). Как видно из таблицы, замена 2,5 миллионов норвежских бензиновых ведер потребует всего лишь 7% увеличения производства э/э и 12% - установленных мощностей. Стоимость этой работы - 11 миллиардов долларов. Норвегия отделывается легко.
Евросоюз:
Законодатели ЕС в настоящий момент следуют в фарватере Германии и Голландии, рассматривая политику доведению доли электромашин в продажах до 100%. Замена 250 миллионов автомобилей с ДВС потребует добавить 43% установленной мощности и увеличить генерацию э/э на 34%. Стоимость этого процесса начинается от 1,3 триллионов долларов. Однако ситуация сильно варьируется от одной страны-члена евросоюза к другой.
Однако перейдем к странам, которые пока (как минимум официально) не задумываются о запреде машин с ДВС. Как обстоят дела с их инфраструктурой, если электропереход все же состоится в ближайшие десятилетия?
Великобритания: 36% увеличение генерации э/э и 49% рост установленной мощности. Стоимость - 140 миллиардов долларов.
США: Рост выработки на 29% и 44% новых добавочных мощностей для генерации э/э. Обойдется это все в 1,4 триллиона долларов.
Китай: Всего лишь 11% увеличение производства электроэнергии и 16% рост установленной мощности, стоящие 735 миллиардов. Однако, эти цифры растут до 19%, 27% и 1,2 триллиона если мы предположим, что количество автомобилей в Китае продолжит сегодняшний рост темпом 4,4% в год.
Мир: 18% роста генерации и 30% роста мощности, стоимость - 5 триллионов долларов. Эти цифры могут подрасти до 26%, 44%, и $7.3 триллиона, если мы учтем линейное продолжение тренда роста количества автомобилей на 2,7% в год.
Обсуждение:
Перефразирую Эверета Дирксена “триллион там, триллион тут, и вот уже мы разговариваем о реальных деньгах”. Значительные расходы, перечисленные выше будут растянуты на десятилетия и в целом лежат в рамках финансовых возможностей стран, желающих перейти на электротранспорт. Основной вопрос - помогут ли электромобили в решении переменчивости генерации ВИЭ?
Газета The Guardian в этом не сомневается: “Инициатива евросоюза … откроет двери в футуристический мир, где автомобили снабжают энергий электрические сети в любой момент дня и ночи, балансируя провалы генерации ВИЭ”
Разумеется, эта идея, при всей привлекательности (В Великобритании 25,8 миллионов машин - пуская с аккумулирующей способностью 30 кВтч - вместе это дает 774 ГВтч, более чем в сто раз больше нынешних возможностей сети по хранению э/э) имеет сомн проблем:
В итоге компромисс между обязанностями электромобилей, как транспорта и как буфера сети выглядит натянутым. В результате, похоже, очень небольшая часть запасенный в машинах энергии будет доступна для балансировки, что в общем-то означает, что ЭМ никаким образом не решают проблему переменчивости ВИЭ.
Есть еще и ряд проблем, связанный с инфраструктурой, которая нужна для широкого внедрения электротранспорта. Простые прикидки показывают, что потребуется как минимум удвоение мощности сетей, обеспечивающих домохозяйства электроэнергие [в реальности скорее учетверение, т.к. сети массово ориентируются на 1-1,5 киловатта на домохозяйство, а нужно будет 4-6 - tnenergy]. К этим расходам, возможно, придется добавить еще и субсидирование. Наконец, фактически необходимо будет внедрять смарт-грид, чтобы потребление ЭМ не приходилось бы на пики и в идеале бы балансировало хоть как-то перегенерацию ВИЭ.
Наконец, необходимо посмотреть и на другой конец задачи - а выпустит ли автоиндустрия достаточное количество электромобилей? Судя по прикидкам NASDAQ (показаны на картинке ниже) - нет. В 2040 году ожидается всего около 400 миллионов электромобилей, при общем количестве в 2 миллиарда легковушек.
Похоже, что законодатели ЕС, немецкого Бундестрата и нижней палаты голландского парламента работают, отталкиваясь от неправильного понимания, что Европа плывет в яркое зеленое будущее и электромобили являются его частью. Не похоже, что они задумываются о проблемах объема субсидирования, изменения трендов и реальной установки мощностей ВИЭ, что скорее всего заставит поменять решения по электромобилям еще раз. По сути европа повторяет путь Калифорнии, которая приняла в 1990 году закон, требующий, чтобы “автомобили с нулевой эмиссией СО2” (т.е. электромобили по сути) составляли 2% продаж в 1998, 5% в 2001 и 10% в 2003. Этот закон был отменен, когда в реальности никаких процентов продаж электромобилей не случилось.
Решил попробовать себя в новом жанре - перевода. Это статья Roger Andrews из прекрасного блога Energy Matters. Хотя с некоторыми местами в тексте ниже я не согласен, а в некоторые хочется углубится посерьезнее, оставляю максимально близко к оригиналу, т.к. собирать первичку и формировать свое [непротиворечивое внутренне] мнение по ВИЭ и электромобилям у меня не получается (не хватает времени).
==
Как уже пробегало в “Blowout week 146” Евросоюз подумывает о законе, обязывающем установку зарядных станций для электромобилей, и в то же время Германия и Голландия обсуждают переход на продажу новыми только электрических автомобилей в диапазоне от 2025 по 2030.
Ни один из этих законопроектов пока не принят, но если да - то сколько понадобится дополнительной электроэнергии для десятков миллионов электромобилей, и сколько это будет стоить? Никогда не видел подобных оценок, поэтому решил посчитать сам для некоторых стран. В силу неопределенности в данных и подхода в нулевом приближении, стоит понимать, что получающиеся цифры весьма прикидочные.
Используемые данные:
1. Количество автомобилей, зарегестрированных на данный момент в ЕС
Использовались данные из множества источников, некоторые кажутся мне не очень правдивыми. Тем не менее.
2.Средняя дистанция, котору проходят автомобили за год
Ситуация с источниками примерно как в пункте 1.
3. Среднее потребление энергии в кВт*ч/100 км.
Я использовал среднее значение в 22 кВт*ч, полученное из 114 тестов, данные опубликованы US DOE.
4. Средний КИУМ мощностей, которые будут строится для обеспечения электромобилей.
Поскольку “электрозамещение” автотранспорта проводится с мыслью в голове о сокращении выбросов парниковых газов (далее - ВПГ), то я подумал, что дополнительные мощности электрогенерации должны быть “новыми возобновлемыми” - т.е. морскими ветрогенераторами и фотовольтаикой. Средний КИУМ таких источников - примерно 0,3
5. Средняя стоимость устанавливаемой доп. мощности в $/кВт
В среднем стоимость мощностей из предыдущего пункта составляет 3000$/кВт. Однако, есть моменты, которые могут сильно вздуть эту оценку:
6. Обновление сетей, как глобальное, так и локальное, включая установку смартгрида и преобразовательного оборудования зарядных станций
7. Стоимость приобретаемых электромобилей (возможно субсидируемая)
Все стоимости посчитаны в долларах США,
Кстати, есть интересный момент в попытках ускорить приход электротранспорта: считается, что их аккумуляторы могут служить буфером для переменчивой выработки ВИЭ, снижая потери электроэнергии на перегенерации последних. В дальнейших расчетах я использовал эту идею, хотя разумеется, никакой 100% эффективности в этом процессе быть не может.
Перейдем к результатам:
Германия
Законопроект, требующий продажу только легкового электротранспорта после 2030 года рассматривает Бундесрат, верхняя палата парламента, но еще должен пройти Бундестаг, чтобы стать законом. Если это случится, то замена 44 403 124 легковых машин на электрические потребует 31% увеличения выработки э/э и 40% роста установленной мощности в Германии. Стоимость такой трансформации составит 232 миллиарда долларов.
Германия. Данные по выработке э/э за 2015 взяты из 2016 BP Statistical Review. Здесь и далее в строки таблицах 1. Количество автомобилей 2. Средний пробег за год 3. Общий пробег 4. Потребление в кВтч 5. То же в ГВтч 6. Производство э/э 7. Необходимое увеличение в % 8. Установленная мощность 9. Необходимое увеличение мощности с КИУМ 0.3 в ГВт 10. То же в % от установленной 11. Стоимость новой мощности.
Однако, если в Германии к тому времени завершится отказ от атомной и угольной энергетики, то ситуация станет гораздо хуже. Для замены 60 ГВт этой генерации потребуется установить 140 ГВт ВИЭ-источников, плюс 77 насчитанных выше потребностей электромобилей. 217 ГВт итоговой мощности обойдется минимум в 650 миллиардов долларов.
Голландия
Нижняя палата парламента, как и в Германии уже приняла законопроект, ограничивающий продажу легкового транспорта с 2025 года только электромобилями. Как показано на таблице ниже, замена 8 миллионов голландских легковушек потребует 21% увеличения выработки э/э и 24% роста установленной мощности. Стоимость работ составит от 27 миллиардов долларов. Заметно меньшие, чем в Германии, расходы в том числе объясняются тем, что голландцы проезжают в год в среднем меньше.
Норвегия
Норвегия так же рассматривала законопроект об “электромобилизации”, но в итоге решила, что это должно произойти рыночным путем. (На данный момент правительство уже субсидирует почти половину продажной цены электромобилей, что привело к тому, что треть легкового транспорта, проданного в 2015 в Норвегии - электрический. Впрочем правительство раздумывает о снижении таких субсидий). Как видно из таблицы, замена 2,5 миллионов норвежских бензиновых ведер потребует всего лишь 7% увеличения производства э/э и 12% - установленных мощностей. Стоимость этой работы - 11 миллиардов долларов. Норвегия отделывается легко.
Евросоюз:
Законодатели ЕС в настоящий момент следуют в фарватере Германии и Голландии, рассматривая политику доведению доли электромашин в продажах до 100%. Замена 250 миллионов автомобилей с ДВС потребует добавить 43% установленной мощности и увеличить генерацию э/э на 34%. Стоимость этого процесса начинается от 1,3 триллионов долларов. Однако ситуация сильно варьируется от одной страны-члена евросоюза к другой.
Однако перейдем к странам, которые пока (как минимум официально) не задумываются о запреде машин с ДВС. Как обстоят дела с их инфраструктурой, если электропереход все же состоится в ближайшие десятилетия?
Великобритания: 36% увеличение генерации э/э и 49% рост установленной мощности. Стоимость - 140 миллиардов долларов.
США: Рост выработки на 29% и 44% новых добавочных мощностей для генерации э/э. Обойдется это все в 1,4 триллиона долларов.
Китай: Всего лишь 11% увеличение производства электроэнергии и 16% рост установленной мощности, стоящие 735 миллиардов. Однако, эти цифры растут до 19%, 27% и 1,2 триллиона если мы предположим, что количество автомобилей в Китае продолжит сегодняшний рост темпом 4,4% в год.
Мир: 18% роста генерации и 30% роста мощности, стоимость - 5 триллионов долларов. Эти цифры могут подрасти до 26%, 44%, и $7.3 триллиона, если мы учтем линейное продолжение тренда роста количества автомобилей на 2,7% в год.
Обсуждение:
Перефразирую Эверета Дирксена “триллион там, триллион тут, и вот уже мы разговариваем о реальных деньгах”. Значительные расходы, перечисленные выше будут растянуты на десятилетия и в целом лежат в рамках финансовых возможностей стран, желающих перейти на электротранспорт. Основной вопрос - помогут ли электромобили в решении переменчивости генерации ВИЭ?
Газета The Guardian в этом не сомневается: “Инициатива евросоюза … откроет двери в футуристический мир, где автомобили снабжают энергий электрические сети в любой момент дня и ночи, балансируя провалы генерации ВИЭ”
Разумеется, эта идея, при всей привлекательности (В Великобритании 25,8 миллионов машин - пуская с аккумулирующей способностью 30 кВтч - вместе это дает 774 ГВтч, более чем в сто раз больше нынешних возможностей сети по хранению э/э) имеет сомн проблем:
Для балансировки провалов генерации “в течении дня и ночи”, электромобили должны быть постоянно подключены к сети, т.е. не двигаться.
Хотя 774 ГВт*ч выглядит очень значительной цифрой - это всего лишь суточное потребление Великобритании. Т.е. после нескольких дней без солнца и ветра страна обретет 25,8 миллионов неподвижных автомобилей с разряженными батарейками.
Владельцы электромобилей с радостью будут подключать их для зарядки, когда в сети есть избыток (дешевой) электроэнергии, но вполне могут забыть или счесть ненужным разряжать свой транспорт, когда ВИЭ не справляются с потреблением сети.
Надо еще добавить, что в такой схеме владельцев ЭМ не будет уверенности в том, что машина будет заряжена в тот момент, когда она понадобится.
В итоге компромисс между обязанностями электромобилей, как транспорта и как буфера сети выглядит натянутым. В результате, похоже, очень небольшая часть запасенный в машинах энергии будет доступна для балансировки, что в общем-то означает, что ЭМ никаким образом не решают проблему переменчивости ВИЭ.
Есть еще и ряд проблем, связанный с инфраструктурой, которая нужна для широкого внедрения электротранспорта. Простые прикидки показывают, что потребуется как минимум удвоение мощности сетей, обеспечивающих домохозяйства электроэнергие [в реальности скорее учетверение, т.к. сети массово ориентируются на 1-1,5 киловатта на домохозяйство, а нужно будет 4-6 - tnenergy]. К этим расходам, возможно, придется добавить еще и субсидирование. Наконец, фактически необходимо будет внедрять смарт-грид, чтобы потребление ЭМ не приходилось бы на пики и в идеале бы балансировало хоть как-то перегенерацию ВИЭ.
Наконец, необходимо посмотреть и на другой конец задачи - а выпустит ли автоиндустрия достаточное количество электромобилей? Судя по прикидкам NASDAQ (показаны на картинке ниже) - нет. В 2040 году ожидается всего около 400 миллионов электромобилей, при общем количестве в 2 миллиарда легковушек.
Похоже, что законодатели ЕС, немецкого Бундестрата и нижней палаты голландского парламента работают, отталкиваясь от неправильного понимания, что Европа плывет в яркое зеленое будущее и электромобили являются его частью. Не похоже, что они задумываются о проблемах объема субсидирования, изменения трендов и реальной установки мощностей ВИЭ, что скорее всего заставит поменять решения по электромобилям еще раз. По сути европа повторяет путь Калифорнии, которая приняла в 1990 году закон, требующий, чтобы “автомобили с нулевой эмиссией СО2” (т.е. электромобили по сути) составляли 2% продаж в 1998, 5% в 2001 и 10% в 2003. Этот закон был отменен, когда в реальности никаких процентов продаж электромобилей не случилось.