为未来电动汽车提供多少电力？

今天，美国购买的车辆中只有不到2％是电动车。但在未来三十年内，一些汽车行业专家预计电动汽车可能占美国和全球汽车销量的大部分。

总而言之，美国司机每年记录约3万亿英里，在此过程中消耗超过1,700亿加仑的汽油和柴油。将所有这些道路里程转换为电力将对国家生产和输送电力系统提出新的要求。

作为主要能源基础设施研究的一部分，我们正在寻求了解电动汽车（EV）的增加如何改变能源的供应和消耗方式。到目前为止，我们已经发现电动汽车的影响将取决于您居住的地点和充电时间。

估计电动汽车将需要多少电力

使用我们最近关于氢气车辆的论文中介绍的类似技术，我们开发了一个州与州之间的评估，评估为电动车辆的个人汽车，卡车和SUV充电所需的电量。

我们首先估算了每个县今天消耗的汽油量。然后，我们根据当今电动汽车的效率将车辆行驶里程转换为电力需求。

不可否认，这些方法有局限性。如果自动驾驶汽车变得司空见惯，并且更多人依赖优步，Lyft和其他车辆共享服务，那么行驶的里程数可能会发生显着变化。然而，我们认为，如果电动汽车成为常态，我们的方法为估计未来的电力需求提供了一个良好的起点。

区域影响

美国电网不断发展以适应上个世纪的新需求。但如果国家的车辆迅速变为电动车，那么电网需要更快地改变。根据当地的驾驶习惯和已经存在的电网基础设施，我们的分析表明电动汽车将在不同地区产生不同的影响。

由于德克萨斯州和加利福尼亚州的电力消耗量超过其他任何州，因此它们可以很好地描述充满电动汽车的未来。在这两种情况下，电动汽车的增加将推动消费增加，并有可能使本地基础设施紧张。

如果今天几乎所有德克萨斯州的乘用车都通电，那么该州每年需要大约110太瓦时的电力 - 平均每年1100万户家庭的电力消耗。增加的电力需求将导致德克萨斯州当前消费量增加30％。

相比之下，由于气候更加温和，如果该州的乘用车完全通电，加利福尼亚可能需要比目前消耗的电量多近50％的电力。这意味着加利福尼亚州每年需要额外产生120太瓦时的电力。

两个网格的故事

看看这两个州的网格，可以看出对移动电动车的依赖程度如何因地而异。

在炎热的夏天下午，德克萨斯州使用大约一半的电力为空调供电，以保持建筑物的凉爽。由于空调导致的电力需求的季节性变化意味着该州的电厂在一年中的许多小时都处于闲置状态。非高峰时段的闲置容量可以使德克萨斯州更容易满足未来电动汽车的电力需求。

加利福尼亚更加温和的气候意味着该州在夏季需要的电力更少，整体电网的需求变化也更少。因此，加利福尼亚州的发电容量低于德克萨斯州，以满足电动汽车未来的充电需求。

2018年，管理德克萨斯州大部分电网的德克萨斯州电力可靠性委员会在7月19日达到了约73千兆瓦的新高峰需求。看看2018年7月19日的非高峰时段，我们发现了ERCOT如果闲置的发电厂全天继续运行，而不仅仅是在高峰需求期间，电网有剩余容量来提供超过350千兆瓦时的额外电力。

根据我们的估计，德克萨斯州完全电气化的私人汽车车队的充电要求约为每天290千兆瓦时，低于发电容量的可用盈余。换句话说，如果在非高峰时段对车辆进行充电，德克萨斯电网理论上可以在今天为完全电气化的车辆充电。

然而，当我们对加利福尼亚进行相同的分析时，我们发现如果电动汽车成为常态，它可能会使电力总需求超过金州电网的现有容量。

时机就是一切

也许比电动汽车消耗的电量更重要的是它何时消耗的问题。

我们基于最佳的非峰值充电模式进行了上述估算。如果相反大多数电动车在下午充电，电网将需要更多的发电容量以避免停电。

为了满足这一需求，加利福尼亚州和德克萨斯州需要建造新的发电厂或从邻国购买更多的电力。各州可能还需要额外的输电和配电基础设施，以适应新的汽车充电基础设施。

总而言之，如果许多车辆在高峰时段被收费，那么从内燃机车辆转向电动汽车可能会在德克萨斯州花费数百亿美元甚至更多在加利福尼亚安装新的电力基础设施。

激励措施可以降低为许多电动汽车装备电网所需的成本。例如，公用事业公司可以在一天的不同时间和一周的不同日期收取不同的电费。被称为使用时间定价，这种做法可以鼓励车辆在非高峰时段电力充足时充电，因此供应更便宜。

加利福尼亚州和其他地区，包括德克萨斯州奥斯汀，已经开始使用不同的策略来实现使用时间。其他地区可能希望密切关注并采用这些地方的经验教训，因为道路上的电动车辆数量增加。

前方的路

虽然电动汽车可能增加美国消耗的电量，但是容纳它们所需的投资可能比它看起来要小。如果车辆在非高峰时段充电，许多地区已经具备足够的发电容量。电动汽车上的能量存储可以提供转移充电时间所需的灵活性，并帮助电网运营商更好地管理电力供应和需求。

更重要的是，根据我们的计算，美国人单凭燃料成本可以节省的资金可以抵消这些投资。

例如，如果加利福尼亚的大部分车辆到2017年都是电动车，我们估计其驾驶员当年的燃油成本将节省约250亿美元 - 基于电力和汽油的平均价格。

除了节省燃料外，一些市场分析师预计到2026年电动汽车将比传统汽车便宜，这是另一个潜在的经济效益。

虽然预测汽油，电力和汽车的未来价格具有挑战性，但我们认为电动汽车的广泛使用可能会降低加州和其他地方的运输总成本。如果考虑环境效益，特别是降低碳排放，这些节省的成本会更高。

本文最初发表于F. Todd Davidson，Dave Tuttle，Joshua D. Rhodes和Kazunori Nagasawa的The Conversation。阅读原文。