Accesso e funzionamento delle infrastrutture di ricarica per ridurre gli impatti sulla rete derivanti dall’adozione diffusa di veicoli elettrici

Nature Energy volume 7, pagine 932–945 (2022)Citare questo articolo

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I veicoli elettrici contribuiranno alla riduzione delle emissioni negli Stati Uniti, ma la loro ricarica potrebbe mettere a dura prova il funzionamento della rete elettrica. Presentiamo un modello realistico e basato sui dati della domanda di tariffazione che cattura i diversi comportamenti di tariffazione dei futuri utilizzatori della Western Interconnection degli Stati Uniti. Studiamo il controllo della ricarica e la costruzione dell'infrastruttura come fattori critici che modellano il carico di ricarica e valutiamo l'impatto sulla rete in caso di rapida adozione di veicoli elettrici con un modello di dispacciamento economico dettagliato della generazione 2035. Riteniamo che la domanda netta di picco di elettricità aumenti fino al 25% con l’adozione delle previsioni e del 50% in uno stress test con elettrificazione completa. I controlli ottimizzati a livello locale e la ricarica domestica elevata possono mettere a dura prova la rete. Passando invece a una tariffazione diurna incontrollata è possibile ridurre i requisiti di stoccaggio, la produzione in eccesso di combustibili non fossili, l’aumento graduale e le emissioni. I nostri risultati sollecitano i politici a riflettere gli impatti a livello di generazione nelle tariffe dei servizi pubblici e a implementare infrastrutture di ricarica che promuovano il passaggio dalla ricarica domestica a quella diurna.

L’uso di veicoli elettrici (EV), abbinato a una rete elettrica in via di decarbonizzazione, può aiutare gli Stati Uniti a raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni1,2. Gli analisti del settore prevedono che il numero di veicoli elettrici leggeri e delle relative prese di ricarica si moltiplicherà rispettivamente fino a oltre 300 milioni e 175 milioni in tutto il mondo entro il 2035, un aumento di ordine di grandezza rispetto al 20213. La ricarica dei veicoli elettrici associa tuttavia il trasporto alla rete le trasformazioni dei due settori sono in gran parte scoordinate, nonostante i loro obiettivi condivisi di riduzione delle emissioni4,5,6,7,8,9,10. Sebbene le implicazioni dell’elettrificazione dei trasporti per la rete siano state studiate a livelli di adozione bassi e a breve termine, identificare e mitigare le conseguenze del sistema a livelli profondi di adozione dei veicoli elettrici è rimasta una sfida critica in quanto richiede modelli che catturino i diversi comportamenti e condizioni dei cittadini. futuri conducenti11.

Le infrastrutture di ricarica, i controlli e il comportamento dei conducenti hanno implicazioni per le operazioni di rete, rendendo impegnativa la pianificazione a lungo termine per supportare la domanda di ricarica giornaliera in scenari di elevata elettrificazione. Il comportamento del conducente è altamente eterogeneo e stocastico12,13,14,15,16; dove, quando e quanto spesso i conducenti scelgono di collegarsi determinano la forma del carico e la domanda sulla rete. L’aggiunta di controlli di ricarica e il cambiamento del panorama delle infrastrutture di ricarica aumentando o diminuendo la disponibilità di diverse opzioni di ricarica rappresentano strumenti potenti per rimodellare la ricarica per migliorare l’impatto sulla rete ai futuri e profondi livelli di adozione dei veicoli elettrici. I controlli di ricarica, chiamati anche ricarica intelligente o gestita, rimodellano la domanda ritardando la ricarica a un tempo prestabilito o modulando la potenza erogata durante la sessione di ricarica di un veicolo in risposta ai prezzi dell’elettricità. La progettazione e la geografia della rete dell'infrastruttura di ricarica, a loro volta, modificano le scelte a disposizione dei conducenti e rimodellano la domanda di ricarica a livello di sistema modificando il luogo di ricarica e l'ora del giorno (ad esempio, da notte se si ricarica a casa a mezzogiorno se si ricarica mentre si è al lavoro). ).

L’accesso alla ricarica è fondamentale per evitare i disagi legati alla ricarica, che possono rappresentare un ostacolo sia all’adozione che all’uso continuato dei veicoli elettrici16,17,18,19,20. I residenti benestanti di case unifamiliari (SFH) sono sovrarappresentati tra i primi utilizzatori di veicoli elettrici e probabilmente avranno accesso alla ricarica domestica21. Le famiglie a basso reddito, gli affittuari e i residenti di condomini o di abitazioni multi-unità (MUD), nel frattempo, hanno tutti meno probabilità di avere accesso alla tariffazione domestica12,13,16,17,22,23 nonostante i sussidi mirati24. Presumere che l’uso delle infrastrutture di ricarica continui a corrispondere al comportamento dei primi utilizzatori rappresenterebbe in modo errato le opzioni future dei conducenti e potrebbe far perdere preziose opportunità per le famiglie, i servizi pubblici e l’autorità di regolamentazione.