General Motors opracowuje całkowicie elektryczną śrubę Chevrolet 2017, która ma mieć zasięg około 200 mil. General Motors

Elektryzujący transport jest jednym z najbardziej obiecujących sposobów znacznego ograniczenia emisji gazów cieplarnianych z pojazdów, ale tak zwany lęk przed zasięgiem - obawa przed utknięciem z nienaładowanym akumulatorem samochodowym - pozostaje barierą dla przyjęcia pojazdów elektrycznych. Czy niepokój o zasięg jest uzasadniony, biorąc pod uwagę obecne samochody i infrastrukturę ładowania?

To pytanie, na które moja grupa badawcza i ja odpowiedzieliśmy w artykule opublikowanym w Natura Energia, przyglądając się temu problemowi z nowym modelem.

W szczególności zapytaliśmy: patrząc z lotu ptaka na obszar geograficzny Stanów Zjednoczonych, ile samochodów osobowych na drodze można by zastąpić niedrogim pojazdem elektrycznym z akumulatorem, nawet jeśli ładowanie w ciągu dnia nie jest możliwe? Nasza analiza jest, według naszej wiedzy, najbardziej rozbudowanym, ale jak dotąd szczegółowym badaniem, w jaki sposób obecna i udoskonalana w przyszłości technologia pojazdów elektrycznych mierzy się z zachowaniami ludzi zużywającymi energię.

Okazało się, że prawie 90 pojazdów na drodze można zastąpić niedrogim pojazdem elektrycznym dostępnym obecnie na rynku. Co więcej, liczba ta jest niezwykle podobna w bardzo różnych miastach, od Nowego Jorku po Houston i Los Angeles. Oznacza to, że w Stanach Zjednoczonych istnieje duży potencjał elektryfikacji samochodów zarówno w gęstych, jak i bardziej rozległych miastach.

Aby jednak wykorzystać ten potencjał, potrzeby potencjalnych kierowców pojazdów elektrycznych muszą być zaspokajane we wszystkie dni, nawet te wysokoenergetyczne, takie jak dni wymagające podróży na duże odległości.

Umożliwiają to dwie kluczowe innowacje. Pierwszym jest przewidzenie dni, w których kierowcy prawdopodobnie przekroczą zasięg samochodu, do czego przeznaczony jest nasz model. Drugim jest innowacja instytucjonalna lub model biznesowy, aby zapewnić alternatywne pojazdy dalekiego zasięgu w dni o wysokiej energii. Na przykład konwencjonalne samochody i ewentualnie niskoemisyjne alternatywy dalekiego zasięgu mogą pojawić się u drzwi użytkownika jednym kliknięciem przycisku. Potrzeba ta może trwać przez pewien czas, nawet jeśli technologia akumulatorów poprawi się, a infrastruktura ładowania się rozbuduje.

Zasięg pojazdu nie jest pojedynczą liczbą

Zasięg pojazdu elektrycznego jest zwykle rozpatrywany w kategoriach stałej liczby, ale liczba mil pokonanych na jednym ładowaniu zmienia się w zależności od czynników, w tym prędkości i stylu jazdy oraz temperatury na zewnątrz. Aby zrozumieć zasięg samochodu musimy spojrzeć poza sam samochód na zachowanie ludzi.

W ciągu ostatnich czterech lat w mojej grupie badawczej zbudowaliśmy model (zwany „TripEnergy”) zachowania kierowcy w ciągu sekundy z sekundą przez ludzi w Stanach Zjednoczonych, w jaki sposób mogą oni wykorzystywać systemy ogrzewania i chłodzenia w swoich samochody i jak różne pojazdy elektryczne i konwencjonalne zużywałyby energię, gdyby były prowadzone w ten sposób.

Takie podejście daje nam probabilistyczny widok zasięgu pojazdu elektrycznego. Na przykład w przypadku Nissana Leaf okazuje się, że 74 mil jest średnim zasięgiem - na podstawie wzorców jazdy połowa samochodów na drodze w USA byłaby w stanie podróżować tak daleko, a połowa nie. (Ford Focus elektryczny działa podobnie.) W tym zakresie występuje rozkład, który pokazuje, jak bardzo rzeczywiste osiągi mogą się różnić. Szacujemy na przykład, że pięć procent przejechanych kilometrów 58 nie mogło zostać objętych jednym ładunkiem, a pięć procent przejechanych kilometrów 90 mogło.

Ocena technologii pojazdu elektrycznego pod kątem zachowania podczas jazdy

Mając model TripEnergy w ręku, zapytaliśmy, ile samochodów na drodze można zastąpić dostępnym dzisiaj niedrogim pojazdem elektrycznym. Rozważaliśmy przypadek, w którym kierowcy mogą ładować tylko raz dziennie, na przykład w domu przez noc. To pozwoliło nam zbadać sytuację, w której potrzebne są jedynie ograniczone zmiany w istniejącej publicznej infrastrukturze ładowania, a samochody mogą korzystać z elektrowni, które w przeciwnym razie pozostawałyby bezczynne przez noc.

Odkryliśmy, że biorąc pod uwagę sposób, w jaki ludzie jeżdżą po Stanach Zjednoczonych, procent samochodów 87 przeciętnego dnia można zastąpić niedrogim pojazdem elektrycznym obecnej generacji z ładowaniem tylko raz dziennie. Opiera się to na zachowaniach kierowniczych milionów ludzi w USA w różnych miastach i klasach społeczno-ekonomicznych.

Przejście z pojazdów konwencjonalnych na elektryczne w tych samochodach zmniejszyłoby emisję o szacunkowy procent 30, nawet przy dzisiejszym asortymencie paliw opartych na paliwach kopalnych. W sumie przejazdy tymi samochodami stanowią około 60 procent zużycia benzyny w USA

Ten duży dzienny potencjał adopcyjny jest niezwykle podobny zarówno w gęstych, jak i bardziej rozległych miastach USA, począwszy od 84 procent do 93 procent.

Chociaż prawdą jest, że ludzie zachowują się inaczej w różnych miastach - w jak korzystają z transportu publicznego, czy są właścicielami samochodu i jak często prowadzą samochody są właścicielami - podczas jazdy stwierdziliśmy, że podobna liczba samochodów w różnych miastach mieści się w zakresie zapewnianym przez niedrogi pojazd elektryczny.

Zwraca ulepszenia technologii

Co się stanie, jeśli akumulatory ulegną poprawie i pozwolą na dłuższy zasięg jazdy przy takim samym koszcie jak akumulatory litowo-jonowe obecnej generacji?

Federalna agencja badawcza ARPA-E wyznaczył cel aby akumulatory magazynowały około dwa razy więcej energii wagowo niż dzisiejsze akumulatory w pojazdach elektrycznych. Jeżeli ten cel techniczny zostanie osiągnięty, szacujemy, że szacunkowy potencjał procentowy dziennej adopcji 87 wzrośnie do procentu 98, a potencjał substytucji benzyny wzrośnie z procentu 61 do procentu 88. Oczekuje się, że 2017 Chevy Bolt i 2018 Tesla Model 3 osiągną z grubsza podobny potencjał przy wyższym koszcie w porównaniu do dzisiejszego Nissana Leaf, choć koszty te wciąż są zbliżone do średniego kosztu nowych samochodów. Tesla Model S jedzie jeszcze dalej, ale kosztuje znacznie więcej.

Jednak nawet przy znacznej poprawie akumulatorów potrzebne będą inne rodzaje technologii układu napędowego, aby pokryć te dni o najwyższym zużyciu energii. Potrzeba ta może utrzymywać się przez pewien czas, nawet przy rozbudowanej infrastrukturze ładowania, z powodu niewielkiej liczby dni o bardzo wysokiej energii.

Rezultat ograniczeń zakresu

Aby ludzie przezwyciężyli lęk przed zasięgiem i czuli się komfortowo kupując pojazd elektryczny, muszą wiedzieć, że ich potrzeby zostaną zaspokojone we wszystkie dni, w tym w dni o wysokiej energii. Przewidywanie, kiedy to nastąpi - i z góry przy zakupie pojazdu, ile dni to nastąpi - jest czymś, co jest odpowiednie dla naszego modelu.

Nasz model może przy ograniczonym wpływie na odległość podróży, czas i lokalizację przewidywać prawdopodobieństwo przekroczenia zasięgu samochodu i wskazywać dni, w których kierowcy muszą skręcić w inne samochody o większym zasięgu, na przykład w domach, a nawet w społecznościach oraz poprzez komercyjne programy wspólnego korzystania z samochodów. Wyniki rzuciły również światło na liczbę samochodów dalekiego zasięgu, które byłyby potrzebne na poziomie populacji, lukę, którą należy wypełnić przez innowacje w sektorze prywatnym, a także politykę krajową i lokalną.

Rozsądne finansowanie, które pomoże rozłożyć koszty początkowe przez cały okres użytkowania samochodu i zwiększyć możliwości ładowania, nawet jeśli tylko raz dziennie, również zachęci do przyjęcia pojazdu elektrycznego.

Podsumowując, nasza analiza pokazuje, że obecne pojazdy elektryczne mogą zaspokoić większość codziennych potrzeb kierowania pojazdami w USA. Lepszy dostęp do wspólnego transportu dalekiego zasięgu, wraz z dalszymi zaawansowanymi akumulatorami i samochodami oraz obniżoną emisją energii elektrycznej, stanowi ścieżkę do osiągnięcia w dużej mierze zdekarbonizowanego pojazdu osobistego flota.

O autorze

Jessika E. Trancik, adiunkt systemów inżynierskich, Massachusetts Institute of Technology

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at

Dzięki za odwiedziny InnerSelf.com, gdzie są 20,000 + zmieniające życie artykuły promujące „Nowe postawy i nowe możliwości”. Wszystkie artykuły są tłumaczone na 30+ języków. Zapisz się! do wydawanego co tydzień magazynu InnerSelf i Daily Inspiration Marie T Russell. Magazyn InnerSelf ukazuje się od 1985 r.