車輛全面電動化造成的電網壓力(#1樓 整理更新)

本文原發表在 "電動機車" 版, 但我想發在汽車版較合適~

我向來支持機動車輛電動化普及化, 和所有任何其他證實可以改善排碳/排汙的措施,
但車輛全面電動化的技術問題等級是相當嚴重的.
問題嚴重不表示我們就改當酸民不要做, 而是我們要正視問題解決問題, 除非有更好的其他方法.


按照目前官方統計, 如果台灣全國改用電車, "平均" 約增加台灣全國用電的 8% (只算機車則是約接近 1%)
(歐盟環保署的研究報告是約占歐洲用電 10%).
(我們來稍微驗算一下這 8%.
平均每輛車每年走 9000km, 全台有約800萬輛車, 如果充每度電 "平均" 可以走 5km,
那全年全國車輛行駛約須耗電 150億度, 全國全年用電約2200億度,
所以占約 8%, 這數字是大致符合不太離譜的.)

那些把電車扯到能源政策, 空汙 PM2.5 的,
為什麼 電車==所有的發電? 電車實際上只有占發電的一小部分.
算排汙的話, 照 "大致" 的平均數字, 以 PM 來說, 車輛排汙占30%, 電力業占10% (有朋友談煉油業, 先暫不算, 算下去油車更慘~),
也就是排汙 "大致" 會減少(油車) 30%, 但增加(電車) 10% x 8% = 0.8%, 差幾10倍;
以排碳來算, 1升油 約= 2度電, 燒1升油排碳 2.2kg, 耗2度電排碳 0.529kg x2 = 1.058 kg,
電車排碳只有油車的一半.
所以亂扯 "改用電車增加空汙 PM2.5, 沒有比用油車環保" 的謠言就不要再來亂~

. 全面改用電車, 電夠用嗎?
只要 "適當設計安排", 是夠用的.
現在有人聲稱電不夠用是說 "發電功率/負載" (例如 3500萬 kW) 可能不夠, 不是 "電量" (例如6億度) 不夠.
請把 "功率" 和 "電量" 先搞清楚.
電車充電又不必 "隨時要充", 所以煩惱 "發電功率" 的問題, 這是在夏天最熱用電最尖峰時段不要充就可以解決的問題.
(幸運的是, 剛好 "用電尖峰" 和 "充電尖峰" 不是同時).
那 "尖峰" 以外, 其他 "平時" "平均" 電夠用嗎?
台灣全國 "平均" 每天用電約 6億度, 車用 8% 占約 5千萬度,
(車輛用電不像民生用電有熱季之分, 所以用全年每日平均用電量計算即可)
用電尖峰負載 3500萬 kW, 離峰 2500萬 kW,
就算只用離/尖峰差額的一半 500萬 kW, 也 "平均" 只須要充 10 小時
不必時時滿載, 就可以滿足全國車輛的用電須求.
所以說, 只要 "適當設計安排", 全國改用電車, "平均" 算來, 電是夠用的, 不必再蓋電廠.


. 現在的設施感覺似乎可行的錯覺是因為用電車的人數還微不足道.
快充站大部分時間都空無一車, 或是被油車佔去.
現在充40分鐘去吃個飯覺得OK是因為沒在排隊,
如果前面有人排, 你又不可能放棄不排找下一個休息站(因為快充站之間一定距離遙遠)

. 如果所有的車都換成電充, 快充就必須要達到目前加油的同等級程度的服務.
除非民眾能接受比目前體驗更差的車輛使用環境.
有人會爭論說, 電車不必像油車充那麼短時間, 也不必充滿, 可以再跑多少k 就好, 也不必都去快充站 (在目的慢充,...等).
但這些就表示電車比油車加油更常須要充電, 例如, 如果充電站充每輛次的能力需求是加油站的一半, 假如油車加100輛次, 改成電車如果變成要充 200 輛次,
那我們需要充電設施就變成加油設施的 2 倍, 也就是說我們還是需要和加油量能力一樣的充電設施 (2倍 x 一半 = 1倍).
沒錯, 加油站設施大部分的時間都是閒置的, 但,
請想像長假最尖峰時段整個高速公路要排隊進休息站, 排隊上廁所, 大排長龍加油的情景
(難道那麼多人明明知道高速公路休息加油站會大排長龍加油, 還都油箱空空上路嗎? 不是吧~)
現在改成充電, 如果充的慢就需要更多充電座 (一樣, 2倍 x 一半 = 1倍).

. 現在加油服務的能力是如何?
以下用3分鐘加50升油來計算 (加油時間以扳機按下去到放開之間的時間計算, 因為其他時間並沒有加油/充電).

. 1升油 約= 2度電. 同等能力也就是快充必須達成有3分鐘充100度電的能力.
也就是 2000kW = 2MW.

如果以特斯拉準備發表 V3 版快充 350kW 來說,
如果有 10 個加油口服務一串排隊的油車,
那服務同樣一串排隊的電車充電,
須要 10x2MW/350kW= 約 57 個充電插座才能在同樣時間內消化排隊的客人.
有人說不必一次充 100 度, 那表示要分好幾次充, 也就是要多排好幾次隊,
也就是排隊的人更多, 須要更多充電座. 前面都論述過了.

. 每個高速公路休息加油站可以同時對 30 輛車加油 (例如, 關西休息站南/北各有4座油島, 每個島同時可加4輛, 清水有7座油島), 全國如果算 10 個高速公路休息加油站,
那麼須要的電是..
2MW x 30 x 10 = 600MW!!!
還不計其他非高速公路快充.

. 核一廠1/2號機各有 636MW 滿載供電能力.

所以問題的嚴重性就是如此, 最尖峰時間光高速公路就需要一座核能機組的電力.
(當然實際不可能一直尖峰, 但尖峰一定會發生)
一座核能機組的電力, 只能同時快充 300 輛(等效的油)車.

也就是說, 快充直接接上台電電網是不可行的.
中間一定要有什麼緩衝平衡蓄充放電的設施.

這種想像中的設施現在影子在哪裡?
就我了解世界各國研究機構是有積極的在研究(如某大油商),
不過 構想 -> 出研究室 要10年
出研究室 -> 商轉 再 10 年
商轉 -> 普及 再 10 年
...


. 另一個問題, 有人爭論說如果目的停車位可以(慢)充, 那我們就不需要另外額外(很多的)換電/充電站/空間.
這種說法是不對的, 除非 "每個目的停車位都可以(慢)充, 而且每個中途停靠位也可以(快)充".
最糟的狀況, 每輛車都至少要搭配 2 個目的位(慢)充: 家用, 公司用, 800萬輛車就是1600萬個位(慢)充. (最糟的狀況就是這些位充都和別人沒有共用, 如許多住宅區在上班時間沒人停, 或是商辦區在半夜沒人停). 當然, 現實是不至於那麼糟糕~
如果只有部分的目的停車位可以(慢)充, 那就必須考慮那些沒有充電的停車位,
停有座和停無座的要怎麼輪替?
弄到最後, 除非 "每個目的停車位都可以(慢)充, 而且每個中途停靠位也可以(快)充", 不然還是需要獨立出充電站/空間.
而 "每個目的停車位都可以(慢)充, 而且每個中途停靠位也可以(快)充" vs "需要獨立出充電站/空間"
哪個較可行呢?


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補充:

> fishtank:
> #27樓:
從台電網站查到https://www.taipower.com.tw/tc/index.aspx
晚間離峰時段的用電量約2500萬千瓦，白天滿載可達3500萬千瓦。
這樣晚上可同時給幾輛特斯拉在家充電?

> #35樓:
晚上還有1000萬千瓦的電。
如果家用充電是220v, 40A, 8千瓦，算10千瓦。
1000萬/10=100萬台
看來電動車在台灣的數量上限大約是100萬輛。

> bartholomew.simpson:
> #41樓:
"看來電動車在台灣的數量上限大約是100萬輛",
這個說法只適用在如果所有的車主大家都擠在同時用 10kW 充電.
應該說 "電動車在台灣的數量上限大約 '同時用 10kW 充 100萬輛'",
而 "平均" 的世界是 "不是'每'輛車'每天'都須要'同時' 用 10kW充電", 因為 "平均" 每輛車每天只用約6度電, 設計安排整合的好的話, 大家是錯開充電的, 甚至車子可以對電網放電平衡.
...
台灣全國 "平均" 每天用電約 6億度, 車用 8% 占約 5千萬度,
(車輛用電不像民生用電有熱季之分, 所以用全年每日平均用電量計算即可)
...尖峰 3500萬 kW, 離峰 2500萬 kW,
就算只用離/尖峰差額的一半 500萬 kW, 也 "平均" 只須要充 10 小時
不必時時滿載, 就可以滿足全國車輛的用電須求.
所以說, 只要 "適當設計安排", 全國改用電車, "平均" 算來, 電是夠用的, 不必再蓋電廠.

我們生活在真實世界, 不是 "平均" 世界.
"平均" 每輛車每天走30km, 花 6度電; 問題是, 在真實世界, 有時候....
這些時候的前一天晚上, [全國800萬輛車中] 會有超過 100 萬輛車須要同時都使用10kW 慢充也不是不可能, 會超過 "尖/離峰負載差有1000萬kW"...
(例如, 高公局春節連假新聞稿
https://udn.com/news/story/7241/2983114
全國登記在案的 81% 的車子, 也就是6百多萬輛, 都擠上高速公路)
這些都是如果全面使用電車的未來等著一定會發生的問題.
"適當設計安排" "某種裝置" 就是本樓提出希望討論的核心議題.


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補充:

> #112樓 bartholomew.simpson:
全面使用電車, 石化煉油業的耗電會明顯減少, 可以相當減少電網壓力,
但減少的量無法完全抵銷電車增加的量.
例如 挪威的資料以這篇水資源能源局的新聞稿來參考..
https://www.nve.no/energy-consumption-and-efficiency/energy-consumption-in-norway/electricity-consumption-in-norway-towards-2030/
"預測挪威的煉油業耗電會在2020年代達到最尖峰的 10TWh, 到2030年下降到可能不到 9TWh, (大概下降1TWh多一些);
2030 車輛耗電預測則達到 3TWh.
****但是**** 到時車輛實際的耗電量有可能比預測的多很多, 也有可能少很多."


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4個多月來感謝大家討論,
把大家有針對問題回答提到的想法稍微整理一下..

> #8樓 hot635241:
開放民營電廠直供用戶... 再生能源也許可以直流直輸，當作交通工具的直接能源.
利用離峰時段為電池充電
更合理的收購電價... 我建議是5塊錢

> #17樓 time630:
某個時段不要提供超充的服務

> #20樓 rgly:
要緩衝的話接超級電容就可以了，到處都可以買的到。
現在在研究的只是如何提高能量密度去取代電池而已。
不需要去等十幾年。

> #25樓 ThomasLin:
引導電動車車主在離峰充電

> #34樓 bus.mister:
依國人用車資料,年平均里程約9000公里,假設...總用車時間約350hr...
每增加一台電車耗電,依實務經驗每度電跑4~5km,抓嚴苛4km計算,則行駛耗能約2250度電,在加上行駛時間350hr所需空調電力約350度電,所以約2600度電
依台電資料庫數據,每kw太陽能電板年發電1200度,則每戶增設2.5kw即能供應3000度用電,補足純電車年用電,而2.5kw約需10片250w太陽能電板,並需要8坪屋頂空間,約需20~25萬台幣.

> #38樓 stuart33:
...特斯拉...超充站也是智慧管理，隨時可以遠端調低loading

> #40樓 souta0829:
...Gogoro的智慧交換站...


> #41樓 bartholomew.simpson:
夏天最熱用電最尖峰時段不要充...
設計安排整合的好... 大家是錯開充電... 車子可以對電網放電平衡.
例如真實運作的例子, 分散/充電/整合電網 (車電池對電網充放電)
也可以解決許多電網 "平均" "平衡" 的問題.
這篇介紹現在已經有運行的
https://thinkprogress.org/just-how-cheap-will-electric-car-charging-be-in-2030-1c737773cde3/

..."超級電容" 大概是類似方向的概念, 其實這已經講了好幾年.
目前 "超級電容" 比鋰電 能量密度還低, 鋰電反而在這方面進展跑的還比較快, 現在已經有 鋰電儲能的太陽/風電電廠了.


> #44樓 bartholomew.simpson:
...快充站有某種儲電平衡的功能,
在前一天晚上先用電網的離峰電對全國快充站儲電,
...在第2天的尖峰對每輛車快充服務
...目地位(慢)充也...有某種裝置可以連續儲存好幾天的尖/離峰負載差電力.
並在須要時快速放出來

> #50樓 johnking49:
這種日子都是假日, 工廠停工的, 不用擔心這種事, 到時候自然有智慧電網去解決

> #55樓 TheATeam:
...快速電池更換的方式，現在Gogoro ...換電站
...聰明的電網...能利用電車的電池來平衡負載

> #74樓 chefwu:
https://e-info.org.tw/node/209501
"...讓電動車的充放電時間配合電網？則有賴時間電價、需量反應、智慧電網與車對電網技術（vehicle to grid，V2G），這將是電動車世代的新考驗".

> #82樓 a12266955:
...充電樁架設，如果一度電賣五到十元...

> #85樓 chefwu:
超充開始收費以價制量 (包括充電費和充滿之後的閒置費)，以及廣設城市超充及目的地充電站，這些方法會使得電動車普及其實對電網更穩固 (時間電價、需量反應、智慧電網與車對電網技術)

> #90樓 bartholomew.simpson:
"有什麼智慧機制" 讓非空電的車充電功率不要太大, 或非空電的車大家輪流充之類的

> #94樓 fque:
太陽能瓦來說
...屋頂夠大的弄個三十片
這樣大概發電量跟用電量可以打平
...
太陽能板跟蓄電能力就可以一定程度上的自給自足
Nissan Leaf有雙向電流的功能
40kWh可以拿來當行動電池

> #106樓 ThomasLin:
...有接入電網的電動車出現，意味著電動車不只會從電網拿電，還可以對電網輸送電

> #114樓 ggjtwo:
晚上把充電站電充飽了以應付白天使用


--- 補充 ---
許多朋友包括我自己都提到 "智慧電網".
這我們來討論一下..

>> 實際上都怕路上電不夠用了, 還跟我拿電? 想得美

平常時,
車輛電池只有3種狀態:
放電中 (例如行駛中), 充電中, 閒置中.
絕大多數車輛的大多數時間都是閒置的,
例如一天開1,2個小時, 8~10小時充電, 剩下超過一半時間是閒置的.

> #41樓 bartholomew.simpson:
一部分閒置時間, 如果有接在智慧電網, 抽一點電出來, 不會影響車主用車,
研究顯示有可能反而可以增加電池壽命.
再說, 照許多目前的商轉模式, 如果電池是租的 (像 Leaf, Gogoro, eMoving, ionex, ...) 那對車主有差嗎?

平常時沒問題~
那麼, 光靠智慧電網就可以解決本樓討論的極端事件嗎?
想像 6000 輛車同時要 x100kW 充電,
如果每輛閒置的車可以安全無害的提供 10kW (以慢充為準),
那需要6萬輛閒置車連網.
但又不能老是抽同樣那6萬輛, 需要輪流.
例如每輛車最多抽一小時, 那10小時需要 60萬輛閒置掛網車.
這乍看好像不是那麼困難;
另一方面, 在長假用車最尖峰,
如果有200萬輛車在使用中, 有3倍的車在充電中, (1:3 大致是一輛車使用中:[慢]充電中的時間占比)
表示全國根本沒有幾輛車在閒置.