Мир переходит на электромобили — но хватит ли им электричества?

В майской публикации У электромобилей много недостатков — но есть ли альтернатива? я мимоходом затронул вопрос, который скептики часто задают сторонникам электромобилей — а хватит ли им электроэнергии? Сегодня я попробую рассмотреть этот вопрос подробнее и проверить на цифрах насколько реален полный переход на электричество легкового автотранспорта.

Как уже рассказывал Gadgets News, Tesla позиционирует свои электромобили в качестве самых энергоэффективных. И среди них лучший показатель у Model 3 Standard Range — 8.2 км (EPA) пробега на 1 КВт·ч. По мере развития соответствующих технологий энергоэффективность электромобилей будет только расти, поэтому я предлагаю исходить из 10 км пробега на 1 КВт·ч.

Среднегодовой пробег автомобиля в США — 30 тыс км. В Европе и Китае он существенно меньше, но в качестве среднемировых давайте возьмем американские данные. Тогда годовой расход среднего электромобиля в будущем составит 30 тыс км / 10 км = 3 МВт·ч (3 x 10⁶ Вт·ч). Примерное количество легковых автомобилей во всем мире достигает 1 млрд (10⁹). Если исходить из этих данных, то мировое потребление электроэнергии мировым автопарком, состоящим из одних электромобилей, составит 3 x 10⁶ Вт·ч x 10⁹ = 3 x 10¹⁵ Вт·ч, т.е. 3 ПВт·ч.

Для сравнения, годовая генерация электроэнергии во всем мире — около 27 ПВт·ч (38% от угля, 23% — природного газа, 16% — гидростанций, 10% — АЭС). Таким образом, даже единовременный переход на электричество миллиарда нынешних автомобилей потребует всего 11% от нынешней выработки электроэнергии.

По оценкам Центра стратегических разработок, мировое потребление электроэнергии к 2035 году может увеличиться в полтора раза — в этом случае оно перевалит за 40 ПВт·ч. К тому времени, как ожидается, доля электромобилей в мировых продажах достигнет 45%. Оценку доли электромобилей во всем мировом автопарке я пока не встречал. Согласно довольно старому (2012) прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА), количество автомобилей в мире к 2035 году достигнет 1.7 млрд штук. Если электрическим окажется каждый пятый из них, то примерное потребление электроэнергии составит 1 ПВт·ч — 2.5% мировой генерации электроэнергии.

Таким образом, для удовлетворения потребности электромобилей в электричестве кардинального увеличения мощности мировой энергосистемы не потребуется. Вместе с тем не будем забывать про нехватку соответствующей инфраструктуры — если в одноэтажной Америке электрифицированный гараж почти норма, то в мегаполисах Китая, Индии и многих других стран (включая Россию) придется оборудовать многочисленные зарядные станции.

Хочется верить, что электрификация автомобилей будет сопровождаться целым комплексом мер по снижению потребности в полезных ископаемых и нагрузки на экологию. Прежде всего это касается общественного транспорта и городской инфраструктуры. Метро, трамвай и электробусы должны быть быстрыми, комфортными и доступными, а размещение торговых и офисных центров — удобным. Почему бы, например, не отвести первые этажи жилых домов под офисы с магазинами, или хотя бы не «разбавить» жилые дома в спальных районах бизнес-центрами? Огромное значение для снижения нагрузки на транспорт сыграет удаленная работа — будем надеяться, что уроки нынешней эпидемии не будут забыты.

Отдельный вопрос — экономия и оптимальное распределение нагрузки на энергосистему. В российских мегаполисах (во всяком случае в Москве) никого не удивишь уличными фонарями, которые горят в летний солнечный день — до искоренения подобной практики претензии к электромобилям явно преждевременны. Технические и коммерческие потери электроэнергии в России находятся на уровне 10% от её выработки, тогда как в Канаде — 6% (Коммерсант). Если потери мировой энергосистемы сократить на 5% от нынешней мировой генерации, то экономия составит 1.35 ПВт·ч — этого хватит для 450 млн электромобилей. И как мы уже не раз говорили, по ночам электростанции отчасти работают вхолостую — потреблять вырабатываемую энергию целиком просто некому: заводы стоят, метро закрыто, люди спят. Если оставленные на ночь электромобили автоматически подзаряжать только в периоды минимальной нагрузки на энергосистему, то дополнительная генерация электроэнергии не потребуется (разумеется, в пределах определенного количества электромобилей).

В перспективе рост численности автомобилей позволит сдержать внедрение автопилота и роботакси. Вот как это может выглядеть в недалеком будущем. Владелец автомобиля приезжает домой и в приложении смартфона меняет статус автомобиля на доступный. Приложение определяет ближайшего по времени и месту заказчика и дает автомобилю команду отправиться по соответствующему адресу. Заказчик получает QR код (или его аналог), с помощью которого получает доступ к автомобилю и сообщает ему пункт назначения — после прибытия в который производится автоматическая оплата на счет владельца автомобиля. И так до тех пор, пока владельцу не понадобится его автомобиль. Подобная практика не только сделает личное авто источником дополнительного заработка, но и значительно сократит спрос на новые автомобили. Теоретически автопарк личного транспорта можно будет сократить до 10 раз (без учета колебаний спроса по демографическим и экономическим причинам), поскольку по статистике средний автомобиль простаивает 90% времени. Пока это очень оптимистичная оценка — большинству людей автомобиль нужен утром (на работу) и вечером (домой), остальное время спрос на него будет значительно меньше. Здесь поможет распространение гибкого графика работы — его особенно оценят «совы», которые смогут позволить себе поздние поездки на работу, с поздним возвращением с неё.

А вот к существенному снижению нагрузки на энергосистему распространение роботакси вероятно не приведет. Условно, вместо десяти автомобилей, каждый из которых в год проезжает 30 тыс км и потребляет 3 МВт·ч (всего — 30 МВт·ч), мы получим один автомобиль, который в год проезжает 300 тыс км и потребляет 30 МВт·ч. Зато это позволит разгрузить дороги и парковки (которыми у нас в основном служат дворы с улицами), сократить потребность в сырье и всё той же электроэнергии на производство автомобилей, и т.д.

Если резюмировать, годовая потребность в электроэнергии в случае единовременного перехода на электричество всего нынешнего легкового автопарка (3 ПВт·ч для 1 млрд) потребует дополнительные 11% от выработанной за год электроэнергией (27 ПВт·ч). При этом генерация электроэнергии будет расти (по некоторым оценкам — удваиваться каждые 25 лет). И если этот рост опередит потребность в электричестве новых электромобилей, то мировая энергетика с этой нагрузкой вполне справится. Вообще же обеспечение электромобилей достаточным количеством электричества — это часть глобальной проблемы растущего спроса и производства энергии с минимальным ущербом для экологии. Более приоритетным является удовлетворение потребности электромобилей в электричестве за счет сокращения его потерь, сглаживания нагрузки на энергосистему, развития общественного транспорта, рациональной градостроительной политики, и т.д.