Но не только электромобили, как ожидается, будут нагружать американскую электрическую сеть, которая десятилетиями справлялась с относительно стабильным спросом или, как говорят в сфере электроэнергетики, «нагрузками». Согласно исследованию Национальной лаборатории возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL), общий спрос на электроэнергию может увеличиться до 38 процентов к 2050 году из-за дополнительной мощности, необходимой для новых центров обработки данных, увеличения использования тепловых насосов и роста использования электромобилей. Исследование также прогнозирует, что электромобили будут составлять до 76 процентов пройденного автомобильного пробега в 2050 году, и для их зарядки потребуется дополнительная мощность. «Если посмотреть на требования к производству, передаче и распределению электроэнергии, то необходимо провести работу во всех трех областях для поддержки необходимого роста», - сказал Эндрю Мейнц, главный инженер NREL по зарядке электромобилей и интеграции с сетью.

Будет ли электрическая сеть готова к этой революции электромобилей? «Это действительно трудно ответить из-за того, как спроектирована сеть, как реагирует каждое участвующее в ней предприятие и как быстро внедряются электромобили», - добавил Мейнц. «Многое будет зависеть от того, где вы находитесь в стране и насколько отзывчива ваша коммунальная служба в модернизации своей системы для поддержки дополнительных нагрузок». Но благодаря гибкости зарядки электромобилей - они по сути являются большими батареями, которые хранят много энергии - когда внедрение достигнет критической массы, электромобили могут стать частью и даже поддержать энергосистему, потенциально снизив затраты на электроэнергию для всех.

Что такое электрическая сеть?

Включая ли лампу, включая кондиционер или подключая смартфон или электромобиль к зарядке, большинство людей не задумываются об электрической сети, обеспечивающей их потребности в энергии, - пока она не перестанет это делать. Электрическая сеть представляет собой обширную, сложную и в основном монополистическую сеть электростанций, линий электропередачи и местных коммунальных служб, которые уравновешивают предложение и спрос на энергию и находятся под надзором регулирующих органов.

Американская электрическая сеть состоит из более чем 11 000 электростанций, около 3000 отдельных коммунальных предприятий и более 2 миллионов миль линий электропередачи. Производство и поставка электроэнергии в США разделены на три основные сети. Восточная энергосистема работает в штатах к востоку от Скалистых гор, Западная энергосистема охватывает регион от Тихого океана до Скалистых гор, а Техасская энергосистема обслуживает штат Lone Star. Три сети в основном работают независимо, поддерживая и контролируя производство, передачу и потребление электроэнергии через местные электроэнергетические компании в своих регионах, и существует ограниченное взаимодействие между ними.

Местные коммунальные службы регулируются государственными комиссиями по коммунальным услугам и по сути имеют монополию. «Отчасти это делается для обеспечения справедливых тарифов и надлежащего планирования на будущее», - сказал Мейнц. «Коммунальные службы обязаны проводить планировочные исследования для оценки будущей нагрузки и обеспечения того, чтобы они могли ее удовлетворить. С ростом спроса на электроэнергию коммунальным службам необходимо понимать, как изменятся нагрузки».

Время готовиться

К счастью, у сети есть время подготовиться, поскольку темпы внедрения электромобилей все еще низкие по сравнению с бензиновыми автомобилями. Недавнее исследование NREL прогнозирует, что к 2032 году внедрение электромобилей составит около 20 процентов, сказал Мейнц, но добавил, что тем, кто связан с электрической сетью, необходимо начинать планировать сейчас из-за времени, необходимого для увеличения мощности.

Разные коммунальные службы также имеют разные сроки, поскольку внедрение электромобилей будет региональным и первоначально ограничивалось Западным побережьем и городскими районами. «Будут горячие точки, так как мы не увидим равномерного распределения внедрения», - сказал Мейнц. «Будут узкие места, где коммунальным службам будет труднее быстро адаптироваться, но в этих регионах они уже наблюдали 20-процентное внедрение и работают над модернизацией».

Это имеет место в Калифорнии, где больше всего электромобилей в любом штате - около 1 из каждых 7 в США - что ставит ее на передний край внедрения электромобилей и необходимости укрепления энергосети для их зарядки. Pacific Gas & Electric (PG&E) обслуживает примерно 16 миллионов клиентов в северной и центральной Калифорнии и имеет непропорционально большое количество электромобилей, подключенных к ее услугам, по сравнению с большинством электроэнергетических компаний.

По словам директора PG&E по чистым энергетическим перевозкам Лидии Крефты, по состоянию на первый квартал 2024 года более 600 000 электромобилей полагаются на коммунальную службу для зарядки, что составляет более четверти почти 2 миллионов зарегистрированных электромобилей в Калифорнии по состоянию на второй квартал 2024 года. PG&E ожидает, что к 2030 году она будет поставлять электроэнергию для 3 миллионов электромобилей, и Крефта заявила, что коммунальная служба находится на пути к удовлетворению этой потребности в электроэнергии. Но она также играет в догонялки.

Планирование неопределенного будущего Почти всем предприятиям необходимо планировать неопределенное будущее, но для коммунальных служб этот процесс еще более сложен, поскольку они регулируются комиссиями по коммунальным услугам и связаны установленными циклами финансирования. Последний запрос PG&E на финансирование модернизации инфраструктуры энергосети был сделан в 2021 году и оказался недостаточным, поскольку анализ был основан на данных 2019 года. «Более ранние прогнозы не учитывали рост электромобилей», - сказала Крефта.

«Переходя к 2023 году, мы находились на переломном этапе, когда долгосрочная нагрузка перешла от стабильного уровня к прогнозируемому экспоненциальному росту», - добавила она. «Переходя к рассмотрению дела о тарифах 2027 года , мы чувствуем себя гораздо более уверенными в прогнозах на уровне штата и в том, что у нас будет действительно хорошее понимание необходимого нам финансирования».

Кроме того, в разных регионах в разное время года возникают разные проблемы. «В Джорджии система спроектирована для пиковой нагрузки летом из-за кондиционирования воздуха. В то время как в Миннесоте сеть будет испытывать большее напряжение зимой из-за необходимости отопления», - сказал Мейнц. «Таким образом, это будет сильно зависеть от движущей силы их пиковой нагрузки и того, как она изменится в будущем». Это также повлияет на то, когда электромобили могут заряжаться. Например, в Джорджии владельцам электромобилей лучше подождать до наступления ночи для зарядки, когда температура остынет, чтобы не перегружать сеть.

Подключение больше зеленой энергии В последние годы к сети все чаще добавляется возобновляемая энергия из таких источников, как ветер и солнце, наряду с системами хранения батарей, образуя так называемую распределенную энергосистему. Также экспоненциально выросло количество домашних установок солнечных панелей, достигнув в 2022 году общей мощности 126,1 гигаватта - достаточно энергии для питания более 23 миллионов домов. Такие автопроизводители, как BMW, General Motors, Hyundai и Tesla, предлагают солнечные панели, системы хранения батарей и аксессуары, позволяющие владельцам электромобилей использовать и хранить возобновляемую энергию.