Weet wanneer u moet opladen om de emissiereducties van elektrische voertuigen te stimuleren

Transportgerelateerde emissies nemen wereldwijd toe. Momenteel dragen lichte voertuigen, namelijk personenauto’s, zoals sedans, SUV’s of minibusjes, ongeveer 20 procent bij aan de netto uitstoot van broeikasgassen in de Verenigde Staten. Maar studies hebben aangetoond dat het vervangen van uw conventionele benzineslurpende auto voor een voertuig met elektriciteit een aanzienlijke deuk kan betekenen bij het verminderen van deze emissies.

Een recente studie gepubliceerd in Milieuwetenschappen en -technologie gaat nog een stap verder door te onderzoeken hoe de uitstoot van de elektriciteitsbron die wordt gebruikt om een ​​elektrische auto (EV) op te laden, kan worden verminderd. Rekening houdend met regionale laadpatronen en het effect van de omgevingstemperatuur op het brandstofverbruik van auto’s, vinden onderzoekers van het MIT Energy Initiative (MITEI) dat het tijdstip waarop een elektrische auto wordt opgeladen een aanzienlijke invloed heeft op de uitstoot van het voertuig.

“Als u het opladen op bepaalde tijdstippen vergemakkelijkt, kunt u de emissiereducties die het gevolg zijn van de groei van hernieuwbare energiebronnen en elektrische voertuigen aanzienlijk vergroten”, zegt Ian Miller, de hoofdauteur van de studie en een onderzoeksmedewerker bij MITEI. “Dus hoe doen we dit? De elektriciteitstarieven tijdens het gebruik van de tijd spreiden zich uit en kunnen het tijdstip waarop EV-bestuurders opladen drastisch veranderen. Als we beleidsmakers informeren over deze grote gevolgen voor het opladen, kunnen ze elektriciteit ontwerpen. tarieven om het opladen te verlagen wanneer onze elektriciteitsnetten zwaar zijn van hernieuwbare energie. In regio’s met veel zonne-energie is dat middag. In regio’s met veel wind, zoals het middenwesten, is het ’s nachts.’

Volgens hun onderzoek produceert het ’s nachts opladen van een elektrisch voertuig in het zon-zware Californië 70 procent meer uitstoot dan wanneer het’ s middags zou worden opgeladen (wanneer meer zonne-energie het elektriciteitsnet van stroom voorziet). Ondertussen is in New York, waar kernenergie en waterkracht een groter aandeel van de elektriciteitsmix ’s nachts uitmaken, de beste oplaadtijd het tegenovergestelde. In deze regio vermindert het ’s nachts opladen van een voertuig de uitstoot met 20 procent in vergelijking met het opladen overdag.

“Oplaadinfrastructuur is een andere belangrijke bepalende factor als het gaat om het vergemakkelijken van opladen op specifieke tijden – vooral overdag”, voegt Emre Gençer, co-auteur en onderzoeker bij MITEI toe. “Als u uw elektrische auto ’s middags moet opladen, moet u voldoende laadstations op uw werkplek hebben. Tegenwoordig laden de meeste mensen hun voertuigen’ s nachts op in hun garages, wat een hogere uitstoot zal veroorzaken op plaatsen waar ze het beste kunnen worden opgeladen tijdens de dag.”

In de studie maken Miller, Gençer en Maryam Arbabzadeh, een postdoc bij MITEI, deze waarnemingen gedeeltelijk door het foutpercentage te berekenen in twee veelgebruikte EV-emissiemodelleringbenaderingen, die de uurvariatie in het rooster en temperatuurgestuurde variatie in brandstof negeren. economie. Uit hun resultaten blijkt dat de gecombineerde fout van deze standaardmethoden in 30 procent van de gevallen meer dan 10 procent bedraagt ​​en 50 procent in Californië, waar de helft van de elektrische auto’s in de Verenigde Staten staat.

“Als je de oplaadtijd niet modelleert en in plaats daarvan uitgaat van het opladen met een gemiddeld jaarlijks vermogen, kun je de EV-uitstoot verkeerd inschatten”, zegt Arbabzadeh. “Zeker, het is geweldig om meer zonne-energie op het net te krijgen en meer elektrische voertuigen die dat net gebruiken. Het maakt niet uit wanneer je je elektrische auto oplaadt in de VS, de uitstoot zal lager zijn dan die van een vergelijkbare benzineauto, maar als je EV oplaadt komt vooral voor als de zon onder is, je zult niet zoveel voordeel behalen als het gaat om het verminderen van de uitstoot als je denkt wanneer je een jaargemiddelde gebruikt. “

Om deze foutmarge te verkleinen, gebruiken de onderzoekers uurlijkse grid-gegevens uit 2018 en 2019 – samen met uurlijkse oplaad-, rij- en temperatuurgegevens – om de uitstoot van EV-gebruik in 60 gevallen in de Verenigde Staten te schatten. Vervolgens introduceren en valideren ze een nieuwe methode (met een foutmarge van minder dan 1 procent) om de EV-emissies nauwkeurig te schatten. Ze noemen het de “gemiddelde dag” -methode.

“We ontdekten dat je seizoensgebondenheid in netemissies en brandstofverbruik kunt negeren, en toch een nauwkeurige schatting kunt maken van de jaarlijkse EV-emissies en de impact op de oplaadtijd”, zegt Miller. “Dit was een aangename verrassing. Vorig jaar in Kansas steeg de dagelijkse uitstoot van het elektriciteitsnet tussen de seizoenen met ongeveer 80 procent, terwijl de vraag naar EV-stroom met ongeveer 50 procent steeg als gevolg van temperatuurveranderingen. Eerdere studies speculeerden dat het negeren van dergelijke seizoensschommelingen de nauwkeurigheid van schattingen van EV-emissies zou schaden. , maar we hebben de fout nooit echt gekwantificeerd. Dat hebben we gedaan – in verschillende roostermengsels en klimaten – en we vonden de fout te verwaarlozen. “

Deze bevinding heeft nuttige implicaties voor het modelleren van toekomstige EV-emissiescenario’s. “U kunt nauwkeurigheid verkrijgen zonder rekenkundige complexiteit”, zegt Arbabzadeh. “Met de gemiddelde-dagmethode kunt u de EV-emissies en oplaadeffecten in een toekomstig jaar nauwkeurig inschatten zonder dat u 8.760 waarden van de netemissies voor elk uur van het jaar hoeft te simuleren. Het enige wat u nodig heeft, is één daggemiddelde profiel, wat betekent 24-uurwaarden, voor netemissies en andere belangrijke variabelen. U hoeft de seizoensafwijking niet te kennen uit die gemiddelde dagprofielen. “

De onderzoekers demonstreren het nut van de gemiddelde-dagmethode door van 2018 tot 2032 een casestudy uit te voeren in het zuidoosten van de Verenigde Staten om te onderzoeken hoe hernieuwbare groei in deze regio de toekomstige EV-emissies kan beïnvloeden. Uitgaande van een conservatieve rasterprojectie van de Amerikaanse Energy Information Administration, laten de resultaten zien dat EV-emissies slechts 16 procent afnemen als het opladen ’s nachts plaatsvindt, maar meer dan 50 procent als het opladen’ s middags plaatsvindt. In 2032, vergeleken met een vergelijkbare hybride auto, is de EV-uitstoot per kilometer 30 procent lager als deze ’s nachts wordt opgeladen en 65 procent lager als deze’ s middags wordt opgeladen.

Het model dat in deze studie wordt gebruikt, is één module in een groter modelleerprogramma genaamd de Duurzame energiesysteemanalyse Modelleringsomgeving (SESAM). Deze tool, ontwikkeld bij MITEI, volgt een benadering op systeemniveau om de volledige koolstofvoetafdruk van het huidige evoluerende wereldwijde energiesysteem te beoordelen.

“Het idee achter SESAME is om betere beslissingen te nemen voor het koolstofarm maken en om de energietransitie te begrijpen vanuit een systeemperspectief”, zegt Gençer. “Een van de belangrijkste elementen van SESAME is hoe je verschillende sectoren met elkaar kunt verbinden – ‘sectorkoppeling’ – en in deze studie zien we een zeer interessant voorbeeld uit de transport- en elektriciteitssector. Op dit moment, zoals we zijn geweest beweren dat het onmogelijk is om deze twee sectorale systemen onafhankelijk te behandelen, en dit is een duidelijke demonstratie van waarom MITEI’s nieuwe modelleringsaanpak echt belangrijk is, en ook hoe we een aantal van deze dreigende problemen kunnen aanpakken. “

In lopend en toekomstig onderzoek breidt het team zijn laadanalyses uit van individuele voertuigen naar hele wagenparken van personenauto’s om zo koolstofarme strategieën op wagenparkniveau te ontwikkelen. Hun werk tracht vragen te beantwoorden zoals hoe het door Californië voorgestelde verbod op de verkoop van benzineauto’s in 2035 de transportemissies zou beïnvloeden. Ze onderzoeken ook wat vlootelektrificatie zou kunnen betekenen – niet alleen voor broeikasgassen, maar ook voor de vraag naar natuurlijke hulpbronnen zoals kobalt – en of EV-batterijen een aanzienlijke opslag van energie op het elektriciteitsnet zouden kunnen opleveren.

“Om klimaatverandering tegen te gaan, moeten we zowel de transportsector als de elektriciteitssector koolstofarm maken”, zegt Gençer. “We kunnen transport elektrificeren en het zal de uitstoot aanzienlijk verminderen, maar wat dit document laat zien, is hoe je het effectiever kunt doen.”