為什麼電動車的快速普及可能會對美國電力網造成重大壓力？
Why the electric vehicle boom could put a major strain on the U.S. power grid
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PUBLISHED SAT, JUL 1 20239:00 AM EDTUPDATED FRI, JUL 7 202311:43 AM EDT
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Katie Brigham
@KATIE_BRIGHAM
到2030年，預計美國新車銷售中超過一半的車輛將是電動車。這可能會對我們國家的電力網產生重大壓力，這個老舊的系統是建立在依賴化石燃料運行的世界之上。
根據普林斯頓大學的能源政策項目Rapid Energy Policy Evaluation and Analysis Toolkit（REPEAT）的分析，2022年國內電力需求預計到2030年將增加高達18％，到2035年增加38％。這是過去十年中大約5％增長的大幅變化。
“所以我們將迎來大量的電力需求，而過去25年我們實際上幾乎沒有任何增長，”傳輸政策團體Grid Strategies的創始人和總裁Rob Gramlich表示。
儘管經濟的許多部分都在向電氣化轉變，例如家用電器（如爐灶）以及家庭和辦公室的供暖，但運輸部門推動了電力需求的增長。根據普林斯頓的數據，輕型車輛（不包括大型卡車和航空）預計到2035年將比今天多使用高達3360％的電力。
但只有在與大規模可再生能源建設相結合的情況下，電氣化才能成為一種有效的減碳解決方案。“所以我們既有供應端的需求，也有需求端的驅動力來實現大規模電網需求，”Gramlich說。
這意味著我們需要對電網進行重大改變：需要更多的高壓輸電線路，將電力從農村風能和太陽能發電廠輸送到需求中心；需要更小的分配線路和變壓器，以實現最後一英里的電力傳遞；以及硬件設備，例如逆變器，允許擁有家庭電池、電動車和太陽能板的客戶將多餘的能源餵回電網。
這並不會便宜。由加利福尼亞公用事業委員會委託的電網分析公司Kevala預測，僅加利福尼亞在2035年之前將需要花費500億美元進行分佈電網升級，以實現其雄心勃勃的電動車目標。
電動車充電需要大量電力。儘管與家用電器進行直接比較依賴於許多變數，但一名擁有新特斯拉Model 3的車主，如果按照全國平均約每年行駛14,000英里的標準來充電，那麼他們在家充電車輛所需的電量大致相當於一年內使用家庭熱水器所需的電量，並且大約是運行一個新的節能冰箱所需電量的10倍。較大的電動車，如福特F-150 Lightning，通常會比大型住宅中央空調單元使用更多電力。
加利福尼亞太平洋燈光與電力公司（PG&E）的清潔能源交通主管Lydia Krefta表示，該公司目前在其北加利福尼亞和中加利福尼亞服務地區連接到電網的電動車約有47萬輛，並計劃在2030年前達到300萬輛。
鑒於PG&E的服務地區涵蓋了美國約七分之一的電動車，它如何應對電動車的過渡可能成為全國的一個典範。這並不是一個簡單的任務。該公用事業公司與電網基礎設施升級採用了四年的資金循環，而其上一次資金請求是在2021年。現在，Krefta表示，這筆資金肯定不足夠。
“我們當時提出的許多分析是基於2019年或2020年的預測，尤其是那些不預測我們現在更有可能看到的增長的舊電動車預測，” Krefta表示。因此，PG&E正在申請許多州和聯邦資助，以幫助實現其電氣化目標。
Kevala首席執行官Aram Shumavon表示：“我認為現在人們對於交通電氣化有一種過於簡單的看法。如果做得對，它將是一個了不起的成就；如果管理不善，將會有很多不滿的人，這是一個真正的風險。這對於監管機構來說是一個風險，對政治家來說也是一個風險，對公用事業公司來說也是一個風險。”
Shumavon表示，如果電網基礎設施跟不上電動車的快速增長，駕駛員可能會遇到充電困難，例如長時間排隊或只能在某些時間和地點充電。過度繁忙的電網也更容易受到極端天氣事件的影響，並容易斷電，就像2020年加利福尼亞所經歷的情況一樣。
應對不斷增長的電力需求最簡單的方法是增加更多的能源來源，最好是綠色能源。但是，儘管可以輕鬆地將燃煤和天然氣發電廠設置在人口密集地區附近，但最佳的太陽能和風能資源通常位於更多的農村地區。
這意味著美國實際上需要的是更多的高壓輸電線路，可以將太陽能和風能資源跨越縣和州的界線輸送。
但Gramlich表示，儘管我們不斷花錢替換和升級舊線路，但我們幾乎沒有建造新的線路。“我認為我們大約需要每年約200億到300億美元的新容量，新的線路英里和新的傳遞能力。但我們目前幾乎沒有花錢進行這方面的投資。”
建造新輸電線路存在重大的法規障礙，這些線路通常穿越多個縣、州和公用事業服務區，所有這些都需要批准該線路並就如何籌措資金達成協議。
“如果你想象一條穿越兩三打公用事業區的線路，他們有一種方法可以在他們的本地系統上收回他們的成本，但當有一些對三打公用事業區有益的事情時，他們會束手無策，誰該支付，支付多少，我們該如何決定？”Gramlich表示。
許可也是一個主要的阻礙。所有新能源項目都必須經歷一系列影響研究，以評估所需的新傳輸設備、成本和支付者。但被擱置在這個過程中的項目清單龐大。目前在排隊等待批准的所有新能源項目的總發電量，幾乎全部是可再生能源，超過了當前電網的總發電容量。
根據普林斯頓的REPEAT項目，通脹減少法案有望在2030年之前減少約10億噸的排放量。但根據同一分析，如果傳輸基礎設施建設不超過歷史增長率的1％，則將失去80％以上的減排效益。
正在進行努力加快能源基礎設施的建設。最值得注意的是，西弗吉尼亞州民主黨參議員Joe Manchin在去年類似措施失敗後，在今年5月提出了一項許可改革法案。總統喬·拜登已表示支持該法案，該法案將加速所有類型的能源項目的許可，包括化石燃料基礎設施。然而，政治將是棘手的，因為許多民主黨人認為這項法案對化石燃料利益過於友好。
但即使許可的速度加快，我們很快就會大手筆投資輸電，建設所需的基礎設施仍然需要多年的時間。
“將會有一個過渡期，需求很高，但傳輸線路無法在需求發生的時間內建成，分佈式能源資源將在管理這個過程中發揮積極作用，因為其他資源將不可用，”Shumavon解釋道。
這意味著居民太陽能和電池系統等資源可以在客戶自己發電並將多餘的電賣回電網時幫助穩定電網。汽車製造商也越來越多地配備了雙向充電功能的電動車，允許客戶使用其巨大的電動車電池包來為家庭供電或向電網提供電力，就像普通的家庭電池系統一樣。特斯拉目前還不提供此功能，但已表示將在未來幾年內提供，而福特F-150 Lightning和尼桑Leaf等其他型號已經提供了這一功能。
還可能會更加注重能源效率和能源時間使用。例如，PG&E正在考慮如何優化大型電動車車隊的充電時間。
Krefta表示：“我們正在試圖與一些大型能源負載公司合作，提供靈活的負載約束，我們可以告訴你，晚上7點你只能充電50輛電動車，但凌晨2點你可以充電100輛。”
Krefta希望充電時間的限制是暫時的，並表示，未來，PG&E將通過動態價格來激勵消費者，即在高峰時段電價較高，在離峰時段電價較低。該公用事業公司正在與汽車製造商合作，探討電動車如何為電網提供最大的效益。
Krefta表示：“在你的車庫里需要做哪些事情來使你的車輛為你的家庭提供電力？當電網上有可再生能源且成本低廉時，你如何利用你的車輛來充電，然後在晚間將電力餵回電網？” Krefta表示，正是這些問題將有助於創建未來的綠色電網。