Um dia, a demanda por eletricidade para carregar veículos elétricos pode sobrecarregar a rede elétrica, a menos que o setor elétrico esteja preparado para o desafio.
Com uma frota crescente de VEs nas estradas, os planejadores de rede dependem de estimativas precisas dos padrões de carregamento para calcular a demanda de eletricidade. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Stanford montou um modelo probabilístico escalável para cobrar a demanda que pode ser aplicado a uma variedade flexível de populações e conta com uma ampla gama de fatores. Na Califórnia, o modelo descobriu que até 2030 – em um cenário em que a maioria dos proprietários de veículos elétricos opte por carregar seus veículos quando chegam em casa todas as noites – a demanda de pico de carregamento seria mais que o dobro do que se os motoristas carregassem durante todo o dia em casa, trabalho e estações públicas. Até 2030, o carregamento de VEs compreenderá uma proporção significativa da demanda de eletricidade nas economias avançadas, portanto, manter o pico de demanda o mais baixo possível reduziria a necessidade de novos geradores e linhas de transmissão.

"Queríamos criar uma estrutura de modelo para planejamento de longo prazo que capturasse os padrões de cobrança dos motoristas reais e levasse em conta a incerteza", disse Ram Rajagopal, autor sênior do estudo, publicado na edição de 1º de março da Applied Energy , Rajagopal é professor associado do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental de Stanford.

Espera-se que os 7 milhões de VEs de hoje em todo o mundo aumentem para 400 milhões até 2040. Para suportar esse aumento de quase 60 vezes, o mundo deve fazer atualizações substanciais na infraestrutura de suporte de EV, incluindo a capacidade de geração, transmissão e distribuição, tecnologias de rede inteligente e cerca de 300 milhões de estações de carregamento facilmente acessíveis.

A mudança de veículos movidos a gasolina para elétricos é fundamental para descarbonizar a atividade humana. As oportunidades dos motoristas para carregar VEs devem ser convenientes e abundantes para que essa troca aconteça. Decisões políticas futuras podem facilitar o carregamento fácil, confiável e acessível.

"Prevemos que isso seja usado por pessoas no setor de serviços públicos, bem como no governo, que desejam uma abordagem baseada em dados para estudar cenários futuros", disse Siobhan Powell, pesquisadora co-líder do estudo e Ph.D. candidato no Departamento de Engenharia Mecânica de Stanford.

O modelo dos pesquisadores visa fornecer aos planejadores e formuladores de políticas apenas essas informações:onde, quando, como, quanto e com que frequência os motoristas cobrarão. Em um laptop comum, o modelo pode simular dados de carregamento de 100 milhões de EVs em cerca de 10 minutos, disseram os pesquisadores.

População mais diversificada

Hoje, a maior parte do carregamento de veículos elétricos da Califórnia ocorre em residências unifamiliares. No entanto, os pesquisadores preveem que pessoas com menos acesso ao carregamento doméstico – como locatários de apartamentos e proprietários de condomínios – farão a transição para VEs e a fração do carregamento doméstico diminuirá. Ao mesmo tempo, os locais de trabalho podem instalar mais estações de carregamento e as concessionárias de energia elétrica podem incentivar o carregamento em horários variados do dia. O modelo pode levar em conta várias mudanças de fatores.

"No modelo, capturamos o comportamento do motorista, que inclui quando eles carregam, o tempo de carregamento e quanta energia eles usam. Também capturamos a localização, como casa ou local de trabalho", disse Gustavo Cezar, o outro co-líder investigador. Cezar é Ph.D. candidato em engenharia civil e ambiental, e um engenheiro de equipe no SLAC National Accelerator Laboratory de Stanford.

Alguns dos motoristas de hoje também usam temporizadores automáticos para ditar quando seus carros carregam. Os cronômetros rastreiam os preços da eletricidade e cobram os veículos quando é mais barato fazê-lo. No entanto, se um grande número de temporizadores fosse utilizado, eles poderiam causar um aumento na demanda de eletricidade na rede. Às 23h, a demanda de carregamento de VEs da Califórnia pode atingir um pico na ordem de 8.725 GW em 2030. A demanda de pico diária típica para toda a eletricidade na Califórnia atualmente é da ordem de 25 GW, portanto, o carregamento de VEs compreenderia uma grande proporção de toda a demanda de eletricidade .

Isso pode criar vários problemas, especialmente se a rede não estiver equipada para lidar com esse nível de demanda. Em comparação, cenários sem controle de timer e onde o carregamento foi distribuído ao longo do dia levaram a uma demanda de pico menor, inferior a 4 GW.

"As operadoras de rede têm que se preocupar com confiabilidade e custo. Sem planejamento, na pior das hipóteses podem acabar com uma interrupção, ou mesmo se puderem atender toda a demanda, acabar com altos custos com a eletricidade", disse Powell.

As decisões políticas tomadas com isso em mente podem incentivar a cobrança em um ritmo mais distribuído, o que pode reduzir os investimentos em infraestrutura de eletricidade, mantendo a confiabilidade da rede. A estrutura criada pelos pesquisadores também pode ser ampliada para incluir outros fatores como dia da semana, estação do ano, feriado ou região.

Mas, disse Cezar, simplesmente mudar para veículos elétricos de carros, motocicletas e caminhões pequenos pode não ser suficiente por si só para descarbonizar veículos leves. Ele disse que, entre todas as conversas sobre a mudança para EVs, a poluição da produção de eletricidade que os carrega recebe muito pouca atenção.

"Aqui na Califórnia, usamos principalmente energia solar durante o dia, então precisaremos adquirir geração de combustível fóssil para fornecer a carga de carregamento durante a noite, principalmente se o foco for o carregamento residencial", disse ele. descobrir como aumentar de forma sustentável o número de EVs."

Cezar disse que a equipe está trabalhando para desagregar seu modelo e aplicá-lo a locais mais estreitos, como bairros e campi, para ajudar os planejadores a evitar sobrecarregar os sistemas locais de distribuição de eletricidade.