新たな研究によると、今後10年間で電気自動車が急速に普及し、米国の一部地域でピーク時の電力需要が最大25％増加する可能性がある。
研究者らによると、道路を走る車の30～40％を電気自動車が占めるようになると、大規模な投資がなければ、米国西部の州々では電力網に大きな負荷がかかる。
研究者らは、さまざまな状況に適用できる、充電需要を評価する新たなモデルを開発した。
日中の充電を促す充電インフラを整備するシナリオが、最大の効果をもたらすと研究者らは結論づけた。
3月、研究者らは、充電需要について自ら開発したモデルに関する論文を発表した。このモデルは、さまざまな人口集団やその他の要因に適用できる。
新たな研究では、研究チームはNature Energy誌に発表した論文で、モデルを米国西部全域に適用し、EVの保有台数の増加により、2035年までに同地域の電力網に生じる負荷を調べた。新たな研究によると、今後10年余りでEVが急速に普及するだけで、家庭での夜間充電が引き続き主流だと仮定した場合、ピーク時の電力需要は最大25％増加する可能性がある。
発電と蓄電のための新たな設備にかかる高額な費用を抑えるには、運転者は職場や公共の充電ステーションでの日中充電に切り替えるべきだと研究者らは述べる。そうすれば温室効果ガスの排出も削減できる。
この研究結果は、同地域と電力会社にとって、政策と投資に関わる示唆をもたらす。特に、カリフォルニア州は8月下旬、2035年からガソリン車と小型トラックの販売を禁止する方針を打ち出した。
「政策立案者には、日中の充電を促す電力料金を検討するとともに、運転者が自宅ではなく職場で充電できるよう、充電インフラへの投資を促してほしい」と、論文の共同上席著者で、スタンフォード大学の土木・環境工学准教授であるラム・ラジャゴパル氏は述べる。
EVを充電して電力網を支える
2月、カリフォルニア州でのEV累計販売台数は100万台に達し、乗用車と小型トラックの約6％を占めた。同州は、2030年までにEVを500万台走行させる目標を掲げている。道路を走る車に占める普及率が30～40％に達すると、大規模な投資と充電習慣の見直しがなければ、電力網に大きな負荷がかかるとラジャゴパル氏は言う。こうしたインフラの整備にはかなりの準備期間が必要で、一夜にして実現することはできない。
「カリフォルニア州は他の西部諸州からの電力輸入に大きく依存しているため、米国西部全域を対象にしました。電力網が相互につながっているため、EVの充電とその他すべての電力利用は、西部地域全体に影響を及ぼします」と、3月に発表した研究と今回の研究の筆頭著者で、機械工学の博士号を持つシボーン・パウエル氏は述べる。
「家庭での充電を減らし、日中の充電を増やせば、米国西部では必要な発電容量と蓄電量を減らせるうえ、太陽光や風力の電力を無駄にする量も減ることを示せました」と同氏は語る。
「影響を受けるのはカリフォルニア州や西部諸州だけではありません。EVの充電需要が増え、電力網が変化するにつれて、すべての州で電力料金の仕組みを見直す必要があるかもしれません」と、最近ETHチューリヒで博士研究員の職に就いたパウエル氏は付け加える。
米国西部で道路を走る車の50％が電気自動車になった場合（その人口の約半数はカリフォルニア州に住む）、充電習慣が現在のままなら、5.4ギガワットを超える蓄電容量が必要となる。これは大型原子炉5基分の発電容量に相当する。自宅ではなく職場で充電するよう大きく切り替えれば、EVに必要な蓄電容量は4.2ギガワットに減る。
現在の時間帯別料金は、食器洗い機の使用やEVの充電など、可能な限り電力利用を夜間に移すよう消費者に促している。この料金体系は、太陽光や風力による電力供給が大規模になる前の状況を反映している。当時は、特に夏の午後遅くに、日中の需要が供給を上回る恐れがあった。
現在のカリフォルニア州では、主に太陽光発電の設備容量のおかげで、午前遅くから午後早くにかけて電力が余っている。この時間帯にEVの大半が充電すれば、安価な電力を無駄にせずに利用できる。
反対に、EVの大半が夜間充電を続ける場合、同州は発電設備（おそらく天然ガスを燃料とするもの）を増設するか、高額な大規模蓄電設備を整備する必要がある。電力をまず大型蓄電池に送り、そこからEVのバッテリーに送ると、余分な段階を経ることで電力が失われる。
運輸部門の脱炭素化
地域レベルでは、ある地区の住宅の3分の1がEVを保有し、その所有者の大半が午後11時、または電気料金が下がる時刻に充電を開始する設定を続ければ、地域の電力網が不安定になる可能性がある。
「この論文の研究結果には、二つの大きな示唆があります。一つ目は、価格のシグナルが、電力網と電力利用者にとって最善の状態と一致していないこと。二つ目は、人々が働く場所に充電インフラを整備するための投資を検討すべきだということです」と、新たな論文の共同上席著者で、スタンフォード大学ドーア・サステナビリティ・スクールのエネルギー科学・工学准教授であるイネス・アゼベド氏は述べる。
「カリフォルニア州の排出の大半を占める運輸部門の脱炭素化に向けて、迅速に動く必要があります」とアゼベド氏は語る。「この研究は、その実現方法について知見を与えてくれます。持続可能な方法でそれを実現できる政策と投資戦略を進めていきましょう。」
電力料金の設計におけるもう一つの問題は、商業・産業顧客に対し、ピーク時の電力使用量に基づく高額な料金を課すことだ。これにより、従業員の半数以上がEVを保有するようになると、雇用主が充電器を設置する意欲がそがれる可能性がある。
研究チームは、複数のシナリオを比較した。充電インフラの利用可能性に加え、家庭向けの時間帯別料金や商業向けの需要料金も複数の条件で比較した。料金の変更によって、電力網全体の状況が悪化する場合もあれば、改善する場合もあった。それでも、日中の充電を増やし、家庭での充電を減らす充電インフラのシナリオが最大の効果をもたらしたと、研究者らは明らかにした。
ラジャゴパル氏とアゼベド氏は、スタンフォード大学プレコート・エネルギー研究所のBits & Watts Initiativeの共同ディレクターも務める。スタンフォード大学SLAC国立加速器研究所の職員エンジニアで博士課程の学生であるグスタボ・セザール氏と、Bits & Watts Initiativeのマネージングディレクターであるリャン・ミン氏も、新たな研究の共著者である。
この研究は、カリフォルニア州エネルギー委員会、全米科学財団、およびフォルクスワーゲンの支援を受けたBits & Watts Initiativeの資金提供を受けた。
