General Motors udvikler den allelektriske 2017 Chevrolet Bolt, som er designet til at have et køreområde på omkring 200 miles. General Motors

Elektrificering af transport er en af ​​de mest lovende måder at reducere drivhusgasudledningen fra køretøjer betydeligt, men såkaldt rækkeviddeangst - bekymring for at blive strandet med et uopladet bilbatteri - er stadig en barriere for vedtagelse af elektriske køretøjer. Er rækkevidde angst berettiget i betragtning af aktuelle biler og ladeinfrastruktur?

Det er et spørgsmål, min forskergruppe, og jeg behandlede i en artikel offentliggjort i Natur energi, ved at se nærmere på dette problem med en ny model.

Specielt spurgte vi: når man kigger ned på det geografiske område i USA ud fra et fugleperspektiv, hvor mange personlige køretøjer der kører dagligt kunne udskiftes med et lavprisbatteri el-køretøj, selvom opladning på dagtid ikke er tilgængelig? Vores analyse er, så vidt vi ved, den mest ekspansive, men detaljerede undersøgelse til dato, hvordan den nuværende og fremtidige forbedrede elbilteknologi måler op til folks energikrævende opførsel.

Vi fandt, at næsten 90 procent af køretøjer på vejen kunne erstattes af et billigt elektrisk køretøj, der findes på markedet i dag. Desuden er dette antal bemærkelsesværdigt ens på tværs af meget forskellige byer, fra New York til Houston til Los Angeles. Det vil sige, at der er et stort potentiale for elektrificering af biler i både tætte og mere spredte byer i USA.

For at realisere dette potentiale skal behovene hos potentielle chauffører af elektriske køretøjer dog imødekommes på alle dage, også dem med høj energi, f.eks. Dage, der kræver langdistancerejse.

To centrale nyskabelser kan aktivere dette. Den første er at forudsige de dage, hvor chauffører sandsynligvis vil overskride bilens rækkevidde, hvilket vores model er designet til at gøre. Og det andet er institutionel eller forretningsmodel innovation til at levere alternative langdistancede køretøjer på disse højenergidage. For eksempel kan konventionelle biler og til sidst lavemissioner med lang rækkevidde vises på en brugers dør ved at klikke på en knap. Dette behov kan vare i nogen tid, selv når batteriteknologien forbedres og opladningsinfrastrukturen udvides.

Køretøjets rækkevidde er ikke et enkelt nummer

Et elektrisk køretøjs rækkevidde er typisk tænkt på med hensyn til et fast antal, men antallet af kilometer, der er dækket på en enkelt opladning, ændres med faktorer, herunder kørehastighed og stil og udetemperatur. At forstå række af en bil vi er nødt til at se ud over selve bilen på, hvordan folk opfører sig.

I løbet af de sidste fire år i min forskningsgruppe har vi opbygget en model (kaldet 'TripEnergy') af køreadfærd sekund for sekund hos mennesker over hele USA, hvordan de sandsynligvis vil bruge varme- og kølesystemer i deres biler, og hvordan forskellige elektriske og konventionelle køretøjer ville forbruge energi, hvis de køres på denne måde.

Denne tilgang giver os en sandsynlighed over elektrisk køretøjs rækkevidde. For Nissan Leaf finder vi for eksempel, at 74 miles er medianområdet - baseret på køremønstre, ville halvdelen af ​​bilerne på vejen i USA være i stand til at rejse så langt, og halvdelen ville ikke. (En Ford Focus-elektrisk fungerer på samme måde.) Der er en fordeling i dette interval, der demonstrerer, hvor vidt den faktiske ydelse kan variere. Vi estimerer for eksempel, at fem procent af 58-mile-ture ikke kunne dækkes på en afgift, og at fem procent af 90-mile ture kunne være.

Evaluering af elektrisk køretøjsteknologi mod køreadfærd

Med TripEnergy-modellen i hånden spurgte vi, hvor mange biler der er på vejen, der kunne erstattes med et billigt elektrisk køretøj, der findes i dag. Vi overvejede et tilfælde, hvor chauffører kun kan oplade en gang dagligt, for eksempel hjemme natten over. Dette gjorde det muligt for os at undersøge en situation, hvor kun begrænsede ændringer er nødvendige for den eksisterende offentlige opladningsinfrastruktur, og biler kan bruge kraftværker, der ellers ville sidde i tomgang natten over.

Vi fandt, at i betragtning af hvordan folk kører hen over USA, kunne 87 procent af bilerne på en gennemsnitlig dag erstattes med en nuværende generation af billige elektriske køretøjer med kun en gang om dagen. Dette er baseret på køreadfærd for millioner af mennesker overalt i USA på tværs af forskellige byer og socioøkonomiske klasser.

Skift fra konventionelle til elektriske køretøjer til disse biler ville reducere emissionerne med anslået 30 procent, selv med dagens fossile brændstofbaserede forsyningsmix. I alt repræsenterer de ture, der er taget af disse biler, cirka 60 procent af benzinforbruget i USA

Dette store daglige adoptionspotentiale er bemærkelsesværdigt ens i både tætte og mere spredte amerikanske byer, lige fra 84 procent til 93 procent.

Mens det er sandt, at folk opfører sig forskelligt på tværs af byer - i hvordan de bruger offentlig transport, om de ejer en bil, og hvordan ofte kører de bilerne de ejer - når de kører, fandt vi, at et lignende antal biler i forskellige byer falder inden for rækkevidden leveret af et billigt elektrisk køretøj.

Afkast på forbedring af teknologi

Hvad hvis batterier forbedres og giver mulighed for længere køreområdet til de samme omkostninger som strømgeneration af lithium-ion-batterier?

Det føderale forskningsbureau ARPA-E har sat et mål for batterier til at opbevare omtrent to gange mere energi efter vægt end dagens batterier i elektriske køretøjer. Hvis dette tekniske mål nås, estimerer vi, at 87-procentvis daglig antagelsespotentiale-estimat ville stige til 98 procent, og benzin-substitutionspotentialet ville stige fra 61 procent til 88 procent. 2017 Chevy Bolt og 2018 Tesla Model 3 forventes at opnå nogenlunde lignende stigninger i potentialer til øgede omkostninger sammenlignet med dagens Nissan Leaf, skønt disse omkostninger stadig er tæt på de gennemsnitlige omkostninger for nye biler. Tesla Model S rejser endnu længere, men koster betydeligt mere.

Selv med betydelige forbedringer af batteriet er det imidlertid nødvendigt med andre typer drivlineteknologier for at dække de dage med det højeste energiforbrug. Dette behov kan fortsætte i nogen tid, selv med udvidet ladeinfrastruktur på grund af et lille antal dage med meget høj energi.

Upshot på rækkevidden begrænsninger

For at folk kan overvinde rækkevidde og være komfortable med at købe et elektrisk køretøj, skal de vide, at deres behov vil blive imødekommet på alle dage, inklusive højenergidage. At forudsige, hvornår dette vil ske - og på forhånd, når man køber et køretøj, hvor mange dage dette vil ske - er noget, som vores model er velegnet til.

Vores model kan med begrænset input til kørselsafstand, tid og placering forudsige sandsynligheden for at overskride bilens rækkevidde og pege på dage, hvor chauffører har brug for at henvende sig til andre biler med længere rækkevidde, for eksempel med husholdninger eller endda inden for samfund og gennem kommercielle bildelingsprogrammer. Resultaterne kaster også lys over den mængde langtrækkende biler, der er behov for på befolkningsniveau, et hul, der skal udfyldes af den private sektors innovation samt den nationale og lokale politik.

Rimelig finansiering, der hjælper med at fordele forhåndsomkostningerne i bilens levetid og øge mulighederne for opladning, selvom kun en gang dagligt, ville også tilskynde til EV-vedtagelse.

I alt viser vores analyse, at nuværende elektriske køretøjer kan imødekomme de fleste daglige kørebehov i USA. Forbedret adgang til delt, langdistancetransport sammen med yderligere avancerede batterier og biler og dekarboniseret elektricitet giver en vej til at nå et stort set dekarboniseret personligt køretøj flåde.

Om forfatteren

Jessika E. Trancik, adjunkt i ingeniørsystemer, Massachusetts Institute of Technology

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at

Tak for besøget InnerSelf.com, hvor der er 20,000 + livsændrende artikler, der promoverer "Nye holdninger og nye muligheder." Alle artikler er oversat til 30+ sprog. Tilmeld til InnerSelf Magazine, der udgives ugentligt, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine er udkommet siden 1985.