Электромобили: нагрузка на энергосистему Квебека

Рост популярности электромобилей, необходимый для снижения выбросов парниковых газов, может привести к тому, что спрос на электроэнергию в Квебеке превысит прогнозы из-за увеличения веса транспортных средств.

Такой вывод сделали исследователи из Монреальского университета Фредерик Лавиктуар и Симон Брассар под руководством профессора Нормана Муссо. Их анализ опубликован в журнале Sustainable Futures.

Автомобили становятся тяжелее

За последнее десятилетие средний вес автомобилей, продаваемых в Квебеке, ежегодно увеличивался примерно на 11 кг, достигнув почти 1700 кг. Новые машины в среднем на 135 кг тяжелее существующих, а выводимые из эксплуатации — на 104 кг легче. Это означает, что приобретаемый сегодня автомобиль в среднем на 110 кг тяжелее предыдущего.

Учитывая, что каждый год в Квебеке появляется около 60 000 новых автомобилей, исследователи прогнозируют значительные расходы на поддержание как дорожной сети, так и энергосистемы.

Особую популярность набирают небольшие внедорожники: их доля в автопарке выросла с 12,6% в 2011 году до 28,3% в 2021 году, став лидирующей категорией с 2020 года. В то же время доля компактных автомобилей сократилась с 28,5% до 25,4%, а седанов и минивэнов — с 19,7% до 14,6%.

Электромобили и нагрузка на сеть

Электромобили, оснащенные тяжелыми батареями, в Квебеке сейчас весят примерно на 23% больше бензиновых аналогов, что составляет около 344 кг дополнительного веса. Это не только ускоряет износ дорог и увеличивает тяжесть последствий аварий, но и создает дополнительную нагрузку на местную энергосистему.

Исследователи прогнозируют, что к 2040 году потребление электроэнергии электромобилями в провинции возрастет с 0,24 тераватт-часов (ТВтч) до 29,03 ТВтч.

Суровые зимы увеличивают потребление

В 2019 году на долю электромобилей приходилось около 13,6% от общего потребления электроэнергии в Квебеке. К 2030 году, когда правительство планирует иметь на дорогах два миллиона электромобилей, их потребление достигнет 7,68 ТВтч, что примерно соответствует прогнозу Hydro-Québec на 2032 год.

Однако профессор Муссо выражает обеспокоенность возможностями энергосистемы в суровые зимние месяцы, когда низкие температуры снижают эффективность аккумуляторов, увеличивают сопротивление шин и плотность воздуха. В январе, при средней температуре -10,3°C, потребление электроэнергии электромобилями достигнет 3,1 ТВтч, по сравнению с 1,9 ТВтч в августе.

При температуре -20°C требуемая мощность может почти удвоиться по сравнению с летним днем. «Зимой нам необходимо контролировать потребление электроэнергии, поскольку увеличение мощности для удовлетворения пикового спроса обходится от 150 до 200 долларов за киловатт», — отмечает Муссо. С полностью электрифицированным автопарком в 2040 году, при -20°C, электромобили потребуют дополнительной мощности в среднем 5 261 мегаватт, что составляет 12,1% от общего пикового спроса 2022 года. «Если увеличение веса электромобилей добавит еще один гигаватт к пиковому спросу, это обойдется в сотни миллионов долларов больше на выработку этой электроэнергии».

Три возможных сценария

Исследователи смоделировали три сценария на период 2021-2040 годов:

Сохранение текущих тенденций: Средняя масса автомобилей достигнет 2 114 кг к 2040 году. Годовое потребление электроэнергии возрастет до 29,03 ТВтч, а дополнительная мощность в холодный зимний день составит 5 261 мегаватт.
Ограничение веса: Увеличение веса ограничено весом батареи электромобиля (в среднем 344 кг).
Заморозка веса: Средний вес автомобиля зафиксирован на уровне 2021 года (1 566 кг). Это позволит снизить потребление электроэнергии электромобилями на 17,6% к 2040 году (до 23,91 ТВтч), а требуемая мощность при -20°C сократится до 4 332 мегаватт.

Экономия почти 6 ТВтч эквивалентна трем процентам текущего общего производства Hydro-Québec и позволит избежать строительства дорогостоящей инфраструктуры, необходимой лишь в течение нескольких часов в году.

В первом сценарии к 2035 году электромобили потребуют дополнительной мощности в 3 232 мегаватта при -20°C, что составляет 40,4% от всего дополнительного энергопотребления, запланированного Hydro-Québec к этому сроку. «Электрификация автопарка повлечет за собой системные издержки, которые придется нести», — заключает Муссо. «Мы полагаем, что снижение среднего веса автомобилей — это одно из решений, которое следует изучить».

Регулирование для снижения веса батарей

Исследователи предлагают несколько путей снижения веса электромобилей, включая уменьшение массы батареи — сложную, но достижимую технологическую задачу. «Между 2017-2018 и 2021-2022 годами батареи совершенствовались для увеличения запаса хода, но это также увеличило вес транспортных средств», — поясняет Муссо.

Более простым решением может стать внесение изменений в существующий «Закон об увеличении числа транспортных средств с нулевым уровнем выбросов в Квебеке». Производителям можно поручить соблюдение определенного среднего веса или компенсацию дополнительного веса посредством штрафов или налогов. Этот подход, уже доказавший свою эффективность в стимулировании производства электромобилей, может быть применен и для контроля их веса. «Например, Tesla получила выгоду от переноса кредитов, разрешенных Законом, демонстрируя, что можно заставить производителей, а не потребителей, нести расходы за конструкторские решения», — добавляет Муссо.

«Сильное глобальное давление»

Несмотря на недавний отказ правительства Квебека от запрета продажи бензиновых автомобилей к 2035 году, Муссо уверен в будущем электрификации. «Существует сильное глобальное давление: электрификация дорожного транспорта неизбежна», — утверждает он. Отсрочка электрификации — это «временно зарыть голову в песок», но «невозможно бесконечно блокировать доступ к более эффективным и менее дорогим электромобилям, таким как китайские».

Муссо также подчеркивает экономический аспект: «В течение 20 лет мы наблюдали, как другие страны развивают «зеленые» технологии. Что мы будем производить через 20 лет, если продолжим позволять другим лидировать? Если мы не нажмем на педаль газа, возникнут значительные экономические риски».