General Motors utvecklar den elektriska 2017 Chevrolet Bolten, som är konstruerad för att ha ett körområde på cirka 200 miles. General Motors

Elektrifierande transport är ett av de mest lovande sätten att avsevärt minska utsläppen av växthusgaser från fordon, men så kallad range-ångest - oro för att vara strängad med ett oladdat bilbatteri - förblir en hinder för elfordonsupptagning. Är räckvidden ångest motiverad med nuvarande bilar och laddningsinfrastruktur?

Det är en fråga som min forskningsgrupp och jag behandlade i ett papper som publicerades i Nature Energi, genom att titta på detta problem med en ny modell.

Speciellt frågade vi: När vi tittar ner på USA: s geografiska område från en fågelperspektiv, hur många personbilar på vägen dagligen skulle kunna bytas ut med ett lågprisbatteri, även om det inte finns dagtidsladdning? Vår analys är, enligt vår kunskap, den mest expansiva, men ändå detaljerade studien hittills, hur dagens och framtida förbättrade elfordonsteknik mäter upp till människors energikrävande beteende.

Vi fann nästan 90 procent av fordon på vägen kunde ersättas med ett lågpris elbil tillgängliga på marknaden idag. Dessutom är detta nummer anmärkningsvärt likartat i mycket olika städer, från New York till Houston till Los Angeles. Det innebär att det finns en stor potential för elektrifiering av bilar i både täta och mer spridda städer i USA.

För att förverkliga denna potential måste dock behoven hos potentiella elfordonschefer vara uppfyllda på alla dagar, till och med hög energi sådana som dagar som kräver långväga resor.

Två viktiga innovationer kan möjliggöra detta. Det första är att förutsäga de dagar då bilarna sannolikt kommer att överstiga bilens sortiment, vilket vår modell är avsedd att göra. Och den andra är institutionell eller affärsmodellinnovation för att tillhandahålla alternativa långdistansfordon på dessa energidagar. Till exempel kan konventionella bilar och så småningom kolväten, långdistansalternativ komma upp på användarens dörr med ett knapptryck. Detta behov kan ta en tid, även om batteritekniken förbättras och infrastrukturen laddas ut.

Fordonsintervall är inte ett enda nummer

Ett elfordons intervall betraktas typiskt i form av ett fast antal, men antalet kilometer som omfattas av en enda laddning ändras med faktorer som körhastighet och stil och utomhustemperatur. För att förstå intervall av en bil vi behöver se bortom själva bilen till hur människor beter sig.

Under de senaste fyra åren i min forskningsgrupp har vi byggt en modell (kallad TripEnergy) för andra för andra körningsbeteenden hos människor i USA, hur de brukar använda värme- och kylsystem i deras bilar och hur olika elektriska och konventionella fordon skulle konsumera energi om de drivs på detta sätt.

Detta tillvägagångssätt ger oss en probabilistisk syn på elfordonsintervallet. Till exempel, för Nissan Leaf, finner vi att 74 miles är medianområdet - baserat på körmönster, skulle hälften av bilarna på vägen i USA kunna resa så långt, och hälften skulle inte. (En Ford Focus Electric fungerar på samma sätt.) Det finns en fördelning inom detta område, vilket visar hur mycket verklig prestanda kan variera. Vi uppskattar till exempel att fem procent av 58-mile-resor inte kunde täckas med en laddning, och att fem procent av 90-mile-resor kunde.

Utvärdering av elfordonsteknik mot körbeteende

Med TripEnergy-modellen i handen frågade vi hur många bilar på vägen skulle kunna bytas ut med ett lågpris elbil tillgängligt idag. Vi ansåg ett fall där förare endast kan debitera en gång dagligen, till exempel hemma över natten. Detta gjorde det möjligt för oss att studera en situation där endast begränsade förändringar behövs för befintlig offentlig laddningsinfrastruktur och bilar kan använda kraftverk som annars skulle vara lediga över natten.

Vi fann att, med tanke på hur människor kör över USA, kan 87-procenten av bilar på en genomsnittlig dag ersättas med en nuvarande generation, billig bil, med endast en gång daglig laddning. Detta är baserat på miljontals människors drivande beteende över hela USA i olika städer och socioekonomiska klasser.

Byte från konventionella till elbilar för dessa bilar skulle minska utsläppen med en uppskattad 30-procent, även med dagens fossila bränslebaserade utbudsmix. Sammantaget representerar de resor som dessa bilar ger ungefär 60 procent av bensinkonsumtionen i USA

Denna stora dagliga adoptionspotential är anmärkningsvärt lika över både täta och mer spridda amerikanska städer, allt från 84 procent till 93 procent.

Medan det är sant att människor beter sig olika över städer - I hur de använder kollektivtrafik, om de äger en bil och hur ofta kör de bilarna de äger - när de kör, fann vi att ett liknande antal bilar i olika städer faller inom det utbud som tillhandahålls av ett lågpris elbil.

Returnerar teknologisk förbättring

Vad händer om batterierna förbättras och tillåter längre körintervall till samma kostnad som nuvarande generationens litiumjonbatterier?

Den federala forskningsbyrån ARPA-E har satt ett mål för batterier att lagra ungefär två gånger mer energi i vikt än dagens batterier i elbilar. Om det tekniska målet uppnås uppskattar vi att den uppskattade 87-procentsatsen för dagliga antaganden kommer att stiga till 98-procent och bensinsubstitutionspotentialen stiger från 61-procent till 88-procent. 2017 Chevy Bolt och 2018 Tesla Model 3 förväntas uppnå ungefär samma ökning av potentialen till en högre kostnad jämfört med dagens Nissan Leaf, även om dessa kostnader fortfarande ligger nära genomsnittskostnaden för nya bilar. Tesla Model S reser ännu längre men kostar betydligt mer.

Även med betydande batteribesökningar kommer emellertid andra typer av drivsystemsteknik att behövas för att täcka de dagar med högsta energiförbrukning. Detta behov kan kvarstå under en tid, även med utökad laddningsinfrastruktur, på grund av ett litet antal mycket höga energidagar.

Uppkomsten av spänningsbegränsningar

För att människor ska klara av ångest och känna sig bekväma att köpa ett elfordon behöver de veta att deras behov kommer att uppfyllas på alla dagar, inklusive hög energidagar. Förutsägande när detta kommer att hända - och i förväg när du köper ett fordon på hur många dagar det kommer att hända - är något som vår modell passar bra för.

Vår modell kan med begränsad inmatning på resans avstånd, tid och plats förutse sannolikheten för att överträffa bilens intervall och peka på dagar där förare behöver vända sig till andra bilar med längre sträckor, till exempel med hushåll eller till och med inom samhällen och genom kommersiella biltjänster. Resultaten pekar också på den mängd långväga bilar som skulle behövas på befolkningsnivå, en lucka som ska fyllas av privat sektorens innovationer samt nationell och lokal politik.

Rimlig finansiering för att hjälpa till att fördela de kostnadsfria kostnaderna över bilens livstid och öka möjligheterna att ta ut, även om det bara en gång dagligen, skulle också uppmuntra EV-antagande.

Sammanfattningsvis visar vår analys att nuvarande elfordon kan möta de flesta dagliga körbehoven i USA. Förbättrad tillgång till delad långdistanstransport, tillsammans med ytterligare avancerade batterier och bilar och koldioxiderad elektricitet, ger en väg att nå ett stort sett avkolonialiserat personligt fordon flotta.

Om författaren

Jessika E. Trancik, biträdande professor i Engineering Systems, Massachusetts Institute of Technology

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at

Tack för besöket InnerSelf.com, där det finns 20,000+ livsförändrande artiklar som främjar "Nya attityder och nya möjligheter." Alla artiklar är översatta till 30+ språk. Prenumerera till InnerSelf Magazine, som publiceras varje vecka, och Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine har publicerats sedan 1985.