Miljöpåverkan av extreme fast charging

Vi fortsätter vår vecka om extreme fast charging. 

En amerikansk studie har undersökt vilken miljöpåverkan blir om elbilar huvudsakligen laddar med extreme fast charging (XFC) [1], som de definierar som om en elbil kan laddas med cirka 30-40 km/minut dvs ungefär 350 kW.

Deras marknadsanalys tyder på att elbilar med tillhörande laddinfrastruktur, som kan ladda med extreme fast charging, kan vara kommersiellt tillgängliga i större skala omkring 2025.  

De har därför räknat på olika scenarios för året 2030 där XFC är det vanligaste sättet att ladda för de flesta elbilar. Det betyder att deras antagande är att när XFC finns tillgängligt kommer bilägare sluta ladda hemma huvudsakligen och gå över till “bensinstationsmodellen” dvs åka ifrån hemmet och ladda publikt. 

Deras studie undersöker de potentiella utsläppseffekterna av utbredd användning av extrem snabbladdning (350 kW) för elfordon år 2030. 

Deras metod är baserad på en ny simuleringsmodell för fordonsladdning som bygger på att kombinera empiriska laddningsuppgiftsdata från flera datakällor. Laddningsefterfrågan läggs sedan till som en exogen belastning till GOOD-modellen (Grid Optimized Operation Dispatch), som simulerar vad som händer med elsystemets utsläpp som konsekvens av ökad efterfrågan av laddning. De analyserar konsekvenserna baserat på hur elsystemet kan se ut i olika delar av USA, samt deras modell har stor tidsupplösning. De har tidssteget 10 minuter i modellen. 

Deras resultat tyder på att XFC kan öka både växthusgasutsläpp och lokala luftföroreningar i USA, även om resultaten är känsliga för lokala förutsättningar och hur elmixen ser ut 2030. 

De räknar på många olika scenarios b la varierar de hur många elbilar det finns 2030, olika elmixar, olika grundbelastningar av efterfrågan på el samt också två laddningsprofiler från elbilar. Forskarna tar också med konsekvenser av olika sorters smart laddning ihop med XFC. 

Forskarna skriver att kunskapsläget är lågt kring vilka konsekvenser XFC-stationer kan ha på laddningsekonomin, elnätet och utsläppen till följd av laddning. Det finns helt enkelt lite forskningslitteratur inom området. Detta är ett första försök att göra en analys.

De hävdar också att deras sätt att få fram laddningsprofiler är ny eftersom de är baserade på empiriska data på hur elbilsägare laddar med avseende på frekvens, tid och effekt. Normalt baseras modeller av det här slaget på fordonsrörelsedata och sedan antaganden om hur elbilsanvändare laddar. 

Forskarna är dock tydliga med att det finns risker med använda empiriska data om laddningsprofiler eftersom de endast har data för Kalifornien. En risk med att använda data från Kalifornien är att den delstaten har en annan temperaturprofil än många delar av USA. Temperatur kan påverka laddningsprofiler eftersom det bl a går åt mer el när det är kallt. Det är också så att den datan som finns är baserad på early adopters, som mycket väl kan ladda på ett annat sätt än den stora majoriteten, som de egentligen också vill modellera. Deras laddningsdata innehåller också laddning från flottor av t ex Uber, Lyft och Maven. De har en annan laddningsprofil är privatbilar.

De har inte inkluderat att XFC kan innebära större energiförluster under laddning. Det är en brist. 

En annan faktor de inte har modellerat är affärslogiken för ägarna av XFC. Det finns ett antal åtgärder som de kan införa som t ex energilagring som kan påverka konsekvenser av utsläppen från el. 

Min tolkning är också att de inte i detalj har analyserat vilka konsekvenser kapacitetsbegränsningar i elnäten kan ha för deras resultat. 

Egna kommentarer

Artikeln är tillgänglig att läsa utan kostnad så ni kan läsa mer om vilka datamängder, antagande och modeller de har använt [1]. 

Personligen har jag svårt för antagandet att så många användare går över till XFC och slutar ladda hemma. Skälet till min tveksamhet är att det med god sannolikhet kommer vara billigare och bekvämare att ladda hemma i garaget för stora grupper. Det finns ju dock grupper som har svårt att lösa hemmaladdning. De kanske kommer använda XFC i stor skala? 

De har också modellerat konsekvenser i elsystemet i USA. I Sverige är elsystemet med i ETS (emissions trading system). Det innebär att det finns samband som gör att utsläppen inte ökar på samma sätt. Exakt vad som kommer hända vet inte jag, men det kommer påverka. 

Det finns också andra aspekter på laddningsinfrastrukturens miljö och resursfrågor än miljökonsekvenser av ökad elproduktion. Anders Nordelöf, Chalmers, driver just nu ett Swedish Electromobility Centre projekt som även inkluderar behovet av knappa metallresurser i samband med laddningsinfrastruktur. Det är en spännande fråga. Projektet heter “Environmental Assessment of Electromobility Charging Systems”. 

Referenser

[1] Jenn, Alan, et al. ”Environmental impacts of extreme fast charging.” Environmental Research Letters 15.9 (2020): 094060. Länk