Welche Auswirkungen werden 250 Millionen batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) auf das amerikanische Stromnetz im Jahr 2050 haben?

Was kostet es, wenn das Stromnetz 250 Millionen BEVs sicher mit dem Strom versorgen kann, den sie benötigen?

Und ist es überhaupt möglich, das Netz umzustellen, um dieses Ziel zu erreichen?

Dieser Artikel wird zeigen, dass es für die Vereinigten Staaten fast unmöglich ist, die Kapazität ihres Stromnetzes auf 250 Millionen BEVs zu erhöhen.

Jede der folgenden Komponenten des Stromnetzes muss untersucht werden, um die Kosten für die Bereitstellung der von BEVs benötigten Energie zu ermitteln und ob es überhaupt möglich ist, die Änderungen vorzunehmen.

Ladestationen

Verteil- und Umspannwerkstransformatoren

Neue Kraftwerke

Überlandleitungen

Erd- und Freileitungen

Etwa 125.000 Tankstellen in den Vereinigten Staaten mit jeweils mindestens acht Tankstellen werden benötigt, um 250 Millionen ICE-Fahrzeuge zu warten.

Während das Laden zu Hause den Bedarf an so vielen Standorten reduzieren kann, beträgt die Zeit, die zum Aufladen jedes BEV benötigt wird, 30 Minuten oder das Sechsfache der Zeit, die benötigt wird, um den Gastank eines ICE-Fahrzeugs zu füllen. Diese erhöhte Verzögerung könnte eine Verringerung aufgrund der Hausladung ausgleichen.

Tesla verfügt über 1.772 Ladestationen, also Stationen in Nordamerika, mit rund zehn Ladeständen an jedem Standort. Auf dieser Basis verfügt Tesla über rund 17.720 Ladestationen. Unter der Annahme, dass die Kosten für die Stromversorgung 100.000 US-Dollar pro Station betragen und die Kosten für jeden Stand 20.000 US-Dollar betragen, hätte Teslas aktuelles System rund 530 Millionen US-Dollar gekostet.

Die Bereitstellung der gleichen Anzahl von Standorten wie 125.000 Tankstellen würde das Äquivalent von 71 Tesla-Systemen zu Kosten von 37,5 Milliarden US-Dollar erfordern.

Verteil- und Umspannwerkstransformatoren

Es gibt zwei verschiedene Populationen von Verteilungs- (DT) und Umspannwerkstransformatoren.

Erstens gibt es die Vororte und Kleinstädte im ganzen Land, die überwiegend von Einfamilienhäusern bedeckt sind, mit einigen Wohnhäusern und Leichtindustrie.

Als nächstes sind die großen Städte, in denen die meisten Menschen in Mehrfamilienhäusern leben und ihre Autos auf der Straße parken.

Dieser Artikel wird die einzigartigen Probleme von Großstädten übersehen.

Ungefähr 25 Millionen DTs bedienen Einfamilienhäuser in Vororten / ländlichen Amerikas, und praktisch alle diese DTs müssen ersetzt werden, um die Ladung von BEVs zu ermöglichen.

Für den Hintergrund bedienen DTs typischerweise vier Haushalte, so dass es die kombinierte Last von allen vier Häusern ist, die vom Verteiltransformator getragen werden muss. Daher müssen bei vier Häusern acht BEVs wahrscheinlich mehr oder weniger nachts aufgeladen werden.

Die Kosten für den Austausch eines 50-KVA-Verteiltransformators, einer typischen Größe, und dessen Ersatz durch eine 100-KVA-Einheit betragen rund 20.000 US-Dollar. Auf dieser Grundlage belaufen sich die Kosten für den Ersatz von 25 Millionen DTs auf über 500 Milliarden US-Dollar.

Verwandte Wohnhäuser in amerikanischen Vororten verwenden größere DTs, die ebenfalls zu geschätzten Kosten von 41 Milliarden US-Dollar ersetzt werden müssen.

Umspannwerkstransformatoren versorgen Verteiltransformatoren, und wenn die Last auf die Verteiltransformatoren zunimmt, steigt auch die Last auf die Umspannwerkstransformatoren.

Wenn nur 15% der 55.000 Umspannwerkstransformatoren aufgrund überlasteter Verteiltransformatoren überlastet werden, könnten die Kosten für den Ersatz der überlasteten Umspannwerkstransformatoren 9,9 Milliarden US-Dollar betragen.

Daher betragen die Kosten für den Ersatz von DTs und Umspannwerkstransformatoren in den kontinentalen Vereinigten Staaten, ohne DTs in Großstädten, etwa 551 Milliarden US-Dollar.

Neue Kraftwerke

Die Electrification Futures Study, die vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) veröffentlicht wurde, schätzte die Menge an neuer Erzeugungskapazität, die für alle Fahrzeuge benötigt wird, um BEVs zu sein, und für die gesamte Beheizung von Gebäuden, um elektrisch zu sein.

Der Teil der NREL-Studie, der der von 250 Millionen BEVs benötigten Erzeugungskapazität am nächsten kommt, zeigte, dass der Stromverbrauch in den USA von 4.127 TWh auf 5.800 TWh steigen würde.

Unter der Annahme, dass Erdgas-Kombikraftwerke (NGCC) mit einer Nennleistung von 800 MW und einem Kapazitätsfaktor von 54,4%, die 1.000 US-Dollar pro KW kosten, gebaut werden, um die zusätzliche Kapazität bereitzustellen, werden 439 neue NGCC-Kraftwerke benötigt, die 351 Milliarden US-Dollar kosten.

Überlandleitungen

Basierend auf der Broschüre zur Kostenschätzung der Übertragungsleitung des Midcontinent Independent System Operator (MISO) wird eine kurze, 200 Meilen lange 230-KV-Leitung wahrscheinlich 600 Millionen US-Dollar kosten.

Da NGCC-Anlagen relativ nahe an der Stelle platziert werden können, an der die Nachfrage besteht, werden wahrscheinlich keine längeren Leitungen benötigt.

Unter der Annahme, dass die Hälfte der neuen NGCC-Kraftwerke an bestehende Übertragungsleitungen angeschlossen werden kann, würden die Kosten für neue Übertragungsleitungen, wenn sie gebaut werden können, 132 Milliarden US-Dollar betragen.

Erd- und Freileitungen

Es wird zweifellos Ausfälle dieser Linien geben, aber es ist nicht möglich, die Kosten für ihren Ersatz abzuschätzen.

Zusammenfassung

Die Modernisierung des amerikanischen Stromnetzes für 250 Millionen BEVs wird über eine Billion Dollar kosten.

Aber wird es möglich sein, das Netz aufzurüsten?

Der Bau von Übertragungsleitungen war und ist ein Problem.

Wichtig ist, dass die Beschaffung der DTs und Umspannwerkstransformatoren zur Aufrüstung des Netzes möglicherweise nicht möglich ist.

Fast die Hälfte aller DTs wird importiert, ebenso wie fast alle Umspannwerkstransformatoren. Damit liegt die jährliche Verfügbarkeit von DTs bei rund einer Million Einheiten. Bei diesem Tempo würde es fünfundzwanzig Jahre dauern, das Netz zu modernisieren.

Die Beschaffung eines Umspannwerkstransformators dauert über ein Jahr.

Die Modernisierung des Stromnetzes für 250 Millionen BEVs kann nicht in ein oder zwei Jahren durchgeführt werden und könnte Jahrzehnte dauern.

Was können wir aus diesen zusätzlichen Informationen schließen, wenn sie mit den früheren Berichten über die Materialverfügbarkeit berücksichtigt werden?

Angesichts der Tatsache, dass es nicht genügend Materialien gibt, um alle BEVs zu bauen, dass der Import der Materialien die Vereinigten Staaten strategisch benachteiligt, dass die Kosten für die Modernisierung des Netzes unerschwinglich sind und dass die Modernisierung Jahrzehnte dauern könnte, ist es fair zu folgern, dass das Verbot des Verkaufs von ICE-Fahrzeugen gestoppt werden sollte.

Amerikaner sollten frei sein, die Art von Auto zu kaufen, die sie bevorzugen.

Verfasser

Donn Dears

Donn ist Ingenieur und pensionierter leitender Angestellter der General Electric Company, der seine Karriere im Energiesektor verbrachte. Er leitete Organisationen, die Engineering-Dienstleistungen für die großen elektrischen Geräte von GE erbrachten, und leitete die Gründung von GE-Tochtergesellschaften auf der ganzen Welt. Donn beteiligte sich aktiv an der Bereitstellung von Ingenieurdienstleistungen für eine Vielzahl von Branchen, darunter Stromversorger, Stahl, Bergbau und Transport.

Link:https://www.cfact.org/2023/03/09/battery-electric-vehicles-are-not-the-answer/