چگونه خودروهای برقی خانه‌ها را برق‌دار و هزینه انرژی را کاهش می‌دهند

1

خودروهای برقی فقط وسایل نقلیه پاک‌تر نیستند. آن‌ها در واقع باتری‌های عظیم روی چرخ محسوب می‌شوند.

پژوهش جدیدی از دانشگاه میشیگان و شرکت فورد موتور نشان می‌دهد که اتصال این باتری‌ها به خانه، مفهومی که با نام Vehicle-to-Home یا V2H شناخته می‌شود، می‌تواند خودروهای برقی روزمره را به مدیران نامرئی انرژی در خانه تبدیل کند.

خودروهای برقی که به خانه برق می‌دهند

با شارژ هوشمند در زمان‌هایی که برق شبکه هم ارزان‌تر و هم پاک‌تر است و سپس انتقال این انرژی به خانه در ساعات بعدی، یک خودروی برقی می‌تواند در طول عمر خود هزاران دلار صرفه‌جویی ایجاد کند و هم‌زمان ردپای کربنی خانوار را به شکل معناداری کاهش دهد.

پارث وایشناو، یکی از نویسندگان این مطالعه، از متخصصان مدرسه محیط زیست و پایداری (SEAS) در دانشگاه میشیگان است.

«قرار دادن باتری خودرو میان شبکه برق و خانه‌ها این امکان را فراهم می‌کند که خانه‌ها برق موردنیاز تمام مصارف خانگی را در زمانی بخرند که ارزان و پاک است؛ برای مثال بعدازظهرها که تولید انرژی خورشیدی بالاست، سپس آن را برای استفاده در ساعات بعدی در باتری خودرو ذخیره کنند.»

او اضافه می‌کند که نتیجه این کار دوگانه است:

«علاوه بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش حمل‌ونقل، خودروی برقی می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش ساختمان نیز کمک کند.»

صرفه‌جویی در طول عمر خودرو

پژوهشگران برآورد کرده‌اند که استفاده از V2H می‌تواند ۴۰ تا ۹۰ درصد از هزینه‌های شارژ در طول عمر خودرو را در مقایسه با روش معمول شارژ و استفاده کاهش دهد.

از نظر مالی، این رقم معادل ۲۴۰۰ تا ۵۶۰۰ دلار صرفه‌جویی در طول عمر خودرو است که بسته به محل زندگی و الگوی مصرف انرژی خانه متفاوت خواهد بود.

از منظر اقلیمی نیز، استفاده از باتری خودروی برقی به‌عنوان یک بافر خانگی می‌تواند انتشار کربن ناشی از مصرف برق خانوار را در طول عمر خودرو ۷۰ تا حتی ۲۵۰ درصد کاهش دهد؛ معادل جلوگیری از انتشار ۲۴ تا ۵۷ تن دی‌اکسیدکربن.

به گفته وایشناو، در برخی موارد این کاهش می‌تواند بیش از ۱۰۰ درصد باشد، زیرا V2H بیش از میزان برقی که خودرو برای رانندگی مصرف می‌کند، اثر جبرانی ایجاد می‌کند.

تصویری سراسری از آمریکا

به‌جای فرض یک الگوی واحد برای همه، پژوهشگران شرایط سراسر ایالات متحده را بررسی کردند و کشور را به ۴۳۲ منطقه با ویژگی‌های مشابه اقلیمی و شبکه برق تقسیم نمودند.

در این مدل‌سازی، یک شاسی‌بلند برقی متوسط به‌عنوان نمونه در نظر گرفته شد و واقعیت‌های محلی مانند:

• قیمت برق
• تعرفه‌های زمان‌مند مصرف
• ترکیب و پاکی منابع تولید برق

به‌طور دقیق لحاظ گردید.

ویژگی‌های منطقه‌ای مسکن و دمای محیط که بر نیاز به گرمایش و سرمایش تأثیر می‌گذارند نیز در محاسبات وارد شد.

تبدیل شارژ خودرو به یک دارایی

نتیجه این تحلیل، تصویری با وضوح بالا از مناطقی است که V2H بیشترین سود مالی و بیشترین کاهش انتشار کربن را فراهم می‌کند.

جیهویی چن، دانشجوی دکترای SEAS و نویسنده اصلی مطالعه، می‌گوید:

«ما به بینش‌های جغرافیایی بسیار دقیقی دست یافته‌ایم.»

در برخی مناطق، منافع محدود است. اما در بخش‌هایی از تگزاس و کالیفرنیا، صرفه‌جویی در هزینه برق آن‌قدر زیاد است که حتی هزینه برق موردنیاز برای رانندگی را نیز پوشش می‌دهد.

چن اضافه می‌کند:

«وقتی مردم به شارژ خودروهای برقی فکر می‌کنند، معمولاً آن را یک بار اضافی روی قبض برق می‌دانند. اما با این سطح از یکپارچه‌سازی فناوری، می‌توان شارژ را به یک دارایی تبدیل کرد.»

خودروها به‌عنوان ابزار ذخیره‌سازی برق

V2H به این دلیل مؤثر است که تقاضای خانگی را با عرضه پاک‌تر و ارزان‌تر هماهنگ می‌کند. در شبکه‌هایی که انرژی خورشیدی و بادی در حال رشد است، ساعات میانی روز و شب اغلب هم پاک‌تر و هم ارزان‌تر هستند.

با یک شارژر دوطرفه و اتوماسیون ساده، خودروی برقی در این زمان‌ها انرژی جذب می‌کند و سپس در ساعات اوج مصرف، لوازم خانگی، سیستم‌های گرمایش و سرمایش و فعالیت‌های عصرگاهی را تأمین می‌نماید.

برای این کار نیازی به نصب پنل خورشیدی جدید یا باتری ثابت بزرگ نیست؛ فقط از همان باتری‌ای استفاده می‌شود که در گاراژ خانه قرار دارد.

این رویکرد همچنین فشار اوج مصرف بر شبکه برق را کاهش می‌دهد که معمولاً پرهزینه و آلاینده است. از آن‌جا که خودروها بیشتر اوقات پارک هستند، ظرفیت بلااستفاده آن‌ها یک منبع آماده به شمار می‌آید.

راب دکلاین، تحلیلگر چرخه عمر در فورد، در این‌باره می‌گوید:

«برای کربن‌زدایی از شبکه برق، به ذخیره‌سازی انرژی نیاز داریم. معمولاً اولین فکر، ساخت ذخیره‌سازهای ثابت است. اما خودروهای برقی می‌توانند به‌عنوان ابزار ذخیره‌سازی برق عمل کنند؛ فقط این ابزارها چرخ هم دارند.»

بهینه‌سازی فناوری

این فناوری پتانسیل بالایی دارد، اما زیرساخت‌های فنی آن هنوز در حال تکمیل است. استانداردهای سخت‌افزاری، برنامه‌های شرکت‌های برق و نرم‌افزارهای شارژ هوشمند همگی در مرحله بلوغ قرار دارند.

هیونگ چول کیم، پژوهشگر شرکت فورد، توضیح می‌دهد:

«فناوری کنترل شارژ و بیشینه‌سازی V2H هنوز به‌طور کامل plug-and-play در آمریکا نیست، اما هم‌اکنون با همکاری شرکت‌های برق محلی در بازارهای مختلف در حال آزمایش و پیاده‌سازی است.»

این تیم با شرکت‌های برق روی بهترین سناریوهای استفاده و راهکارهای افزایش عمر باتری کار می‌کند.

هدف نهایی، سادگی است:

«رانندگان نیازی به تغییر رفتار نخواهند داشت. خودرو را مثل همیشه پارک و به برق وصل می‌کنند و فناوری‌ای که در پس‌زمینه اجرا می‌شود، به‌صورت خودکار بهترین زمان‌های شارژ و تخلیه را انتخاب می‌کند.»

هزینه‌های فعال‌سازی V2H شامل شارژرهای دوطرفه، ارتقای برق ساختمان و اتصال به شبکه بسته به منطقه متفاوت است. همچنین ارزش اقتصادی این سیستم به نوع تعرفه‌های زمانی برق بستگی دارد.

سهم اصلی این مطالعه، کمّی‌سازی مزایای عملی است تا مالکان خانه، خودروسازان و شرکت‌های برق بتوانند تصمیم بگیرند چه زمانی منافع اقتصادی و زیست‌محیطی، اجرای این سیستم را توجیه می‌کند.

خودروهای برقی به‌عنوان باتری خانگی

پیام کلی این پژوهش بیشتر درباره انعطاف‌پذیری است تا ابزارهای پیچیده. شارژ هوشمند، خودروی برقی را از یک مصرف‌کننده صرف برق به شریکی برای خانه و جامعه تبدیل می‌کند.

در مناطقی که حدود ۶۰ درصد جمعیت آمریکا را دربر می‌گیرند، V2H می‌تواند به‌طور کامل انتشار ناشی از شارژ خودرو را جبران کند.

در تعداد رو‌به‌افزایشی از مناطق، این فناوری حتی شارژ خودرو را از یک هزینه به یک عامل صرفه‌جویی مالی تبدیل می‌نماید.

با این نگاه، V2H فقط یک مزیت جانبی نیست؛ بلکه گامی عملی به‌سوی شبکه‌ای پاک‌تر، پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.

جمع‌بندی تیم پژوهشی روشن است: فناوری کار می‌کند، مزایا ملموس هستند و موانع باقی‌مانده قابل عبورند.

یا به بیان وایشناو، اگر خودروهای برقی را برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌خریم یا می‌سازیم، V2H «نشان می‌دهد» که آن‌ها می‌توانند حتی بیشتر از این هم مفید باشند؛ پاک‌سازی برق خانگی همراه با کاهش هزینه‌ها.

این پژوهش در نشریه علمی Nature Energy منتشر شده است.