مقدمه[i]

آب‌گرمکن‌های برقی همان مقدار برق مصرف می‌کنند که خودروهای برقی، و از شبکه به همان صورت برق می‌کشند: همه تقریبا در همان زمان از روز از آن‌ها کار می‌کشند. ایالات متحده همین الان 60 میلیون از این گرم‌کن‌ها دارد و می‌تواند شبکه را بدون مشکلی توازن کند. بنابراین اضافه‌کردن ده‌ها میلیون خودروی برقی بایستی خیلی قابل مدیریت باشد، حتی بدون کنترل مستقیم روی این که کی خودروها شارژ می‌شوند. اکثر نیازهای رانندگی تنها دو تا سه ساعت شارژ می‌خواهد: 90 درصد اوقات خودروها در برد اطراف خانه‌ی خود باقی می‌مانند. البته، شارژ هوشمند با قیمت‌های پایین ساعات غیر اوج بایستی اختیار شود تا بار پخش شود. همین طور که وسایل نقلیه‌ی برقی (و آب‌گرمکن‌های برقی!) دارند هوشمندتر می‌شوند، آن‌ها می‌توانند کنترل‌های پیشرفته‌ی الکترونیکی را به کار گیرند تا شارژ را همچنان که قیمت‌های عمده‌فروشی برق طی روز تغییر می‌کنند روشن و خاموش کنند. این مسئله همین طور که بادی و خورشیدی بخش بزرگتری از ترکیب انرژی می‌شوند، به طور فزاینده‌ای مهم خواهد شد. ما مثال‌هایی از هاوایی، کالیفرنیا، و تگزاس خواهیم زد که شامل قیمت‌های جاری هر کیلووات‌ساعت و هزینه‌ی «پر کردن باکتان» با برق می‌گردد. ما نگاهی به آب و برق بربانک، یک شرکت خدمات برق شهری کالیفرنیایی که همین الان نرخی مطابق زمان استفاده (TOU) برای خانه‌های با خودروهای برقی پیشنهاد می‌کند، می‌اندازیم.

مردم ناآشنا با خودروهای برقی اغلب می‌ترسند که یک شکوفایی مالکیت وسایل نقلیه‌ی برقی، آشوبی را به شبکه‌ی برق خواهد آورد. برای مثال، ما اخیرا با مدیر یک تفریحگاه ساحلی صحبت کردیم که از اضافه کردن یک شارژر وسایل نقلیه‌ی برقی ترسان بود و فکر می‌کرد که آن یک بار نیروی اضافه‌ی بسیار بزرگی ایجاد خواهد کرد. او نمی‌دانست که حتی یک تاثیر کوچک نیز بسیار قابل جلوگیری است.

چه‌طور می‌تواند این‌گونه باشد؟ اول این‌که، خودروهای برقی به طرز قابل توجهی برق کمی می‌خواهند. آن‌ها تقریبا همان مقدار در سال مصرف می‌کنند که یک آب‌گرمکن برقی، و حوالی 60 میلیون از آن‌ها را امروز در ایالات متحده داریم. حتی الگوهای مصرفشان هم مشابه است، با اکثر مصرف در اوایل شب. خبر واقعا خوب این است که شارژ وسایل نقلیه‌ی برقی – مثل شارژ آب‌گرمکن‌های برقی – می‌تواند کنترل شود و به ساعات کم‌هزینه و کم‌آلایندگی روی شبکه‌ی برق منتقل گردد.

جدول زیر، تقاضای بیشینه، شکل بارگذاری، و مصرف سالانه‌ی آب‌گرمکن‌های برقی و وسایل نقلیه‌ی برقی را مقایسه می‌کند:

آن‌ها شبیه به نظر نمی‌رسند، اما از منظر یک شبکه‌ی برق، آن‌ها قطعا مشابه رفتار می‌کنند.

این‌ها اعداد یک آب‌گرمکن نوعی (آپارتمان یا خانه‌ی تک خانوار) و یک خودروی برقی نوعی (نیسان لیف، شوی بلت، یا تسلا 3) هستند. یک یوپی‌اس برقی، یا کامیون فِداِکس، یا نیمه‌کامیون برقی کلا یک دسته‌ی متفاوت و دیگر برای شارژ وسایل نقلیه‎ی برقی است (چنان که یک ماشین لباسشویی خودکار یا یک استخر شنای شهری از یک منظر آب داغ متفاوت هستند.)

اگر ما می‌توانیم با آب‌گرمکن‌های برقی کنار بیاییم، می‌توانیم با وسایل نقلیه‌ی برقی هم کنار بیاییم

بنابراین، تاثیر میلیون‌ها خودروی برقی احتمالا خیلی قابل کنترل خواهد بود، حتی بدون کنترل مستقیم روی این که کی خودروها شارژ می‌شوند –تقریبا همان چیزی که برای آب‌گرمکن‌ها رخ داده است. اما برای رفت‌وآمد نوعی و خرید روزانه‌ی مالک نوعی وسیله‌ی نقلیه‌ی برقی، تنها دو تا سه ساعت از شارژ در هر روز کافی است. در حالی که ما حتما به شارژرهای ولتاژ بالای «سریع» در طول آزادراه‌ها نیاز داریم تا سفرهای بلندتر ممکن شود، 90% از اوقات خودروها در برد خانگی خود باقی می‌مانند، و می‌توانند در طول شب در خانه یا در طول روز در محل کار شارژ شوند.

اکثر افراد با وسایل نقلیه‌ی برقی از سر کار به خانه می‌آیند، خودروی خود را به پریز می‌زنند، و تا صبح خودرو کاملا شارژ شده است. مادامی که صبح برای رفتن آماده باشند، آن‌ها واقعا اهمیتی نمی‌دهند که سه ساعت شارژی که نیاز دارند از 6 تا 9 شب رخ داده یا 2 تا 5 صبح. اما از منظر شبکه، این خیلی اهمیت دارد: ساعات آخر عصر و ساعات اول شب برای شبکه‌های برق دوره‌های اوج مصرف هستند، و افزودن شارژ وسایل نقلیه‌ی برق در آن ساعت‌ها می‌تواند برای سیستم نیرو خیلی گران باشد.

در یک روز عادی، هر دوی آب‌گرمکن‌ها و وسایل نقلیه‌ی برقی نیاز دارند که دو تا سه ساعت در حال شارژ باشند. ما می‌توانیم تاثیرات آن‌ها – و هزینه‌هایشان –را با متمرکز کردن آن ساعت‌ها در کم‌هزینه‌ترین و کم‌آلایندگی‌ترین بخش روز، کمینه کنیم.

قیمت‌گذاری بر حسب زمان استفاده

این همان علتی است که نرخ‌های بر حسب زمان استفاده (TOU) برای شارژ وسایل نقلیه‌ی برقی بسیار مهم هستند. تقریبا هر خودروی برقی، یک «کنترلر شارژ» دارد که می‌تواند برنامه‌ریزی شود تا تنها در ساعات مشخصی شارژ کند. اگر راننده در ساعت 6 عصر به خانه بیاید، اما شارژر را تنظیم کند که در نیمه‌شب روشن شود، او همچنان تا صبح یک خودروی کاملا شارژ شده خواهد داشت.

آب و برق بربانک، یک شرکت خدمات عمومی برق نزدیک لس‌آنجلس، یک نرخ اختیاری TOU (بر حسب زمان استفاده) «برای تمام خانه» برای خانه‌های با خودروی برقی ارایه می‌کند. جدول ذیل این نرخ را با نرخ استاندارد بربانک مقایسه می‌کند تا هزینه‌ای را که یک مشتری تحت هر کدام از این نرخ‌ها برای شارژ یک وسیله‌ی نقلیه‌ی برقی با 300 کیلووات‌ساعت در ساعات غیر اوج مصرف متحمل می‎شود را نشان دهد. (این جدول فرض می‌کند که مشتری حداقل 300 کیلووات‌ساعت در ماه برای چراغ‌ها و وسایل برقی دیگر خانه مصرف می‌کند، و بنابراین در بلوک دوم نرخ استاندارد بربانک خواهد بود.)

ب‌گرمکن‌ها نیز می‌توانند از نرخ‌های بر حسب زمان استفاده نفع ببرند؛ در واقع، میلیون‌ها خانه در مناطق حومه و روستایی غربی همین الان نرخ‌های زمان استفاده برای آب‌گرمکن‌های برقی دارند. به جای برنامه‌ریزی یک شارژ وسیله‌ی نقلیه‌ی برقی، مشتریان آب‌گرمکن با نرخ‌های زمان استفاده می‌توانند به سادگی یک زمان‌سنج نصب کنند تا مطمئن شوند که آب‌گرمکن وقتی شارژ می‌شود که نیروی برق کم‌هزینه و کم‌آلایندگی است.

شارژ هوشمند و هوشمندتر

در حالی که نرخ‌های TOU(زمان استفاده) یک راه خوب برای پاسخ گفتن به این بارها هستند، نسل بعدی خودروهای برقی و آب‌گرمکن‌های برقی حتی فرصتی بزرگتر را مهیا خواهند کرد. آن‌ها قادر خواهند بود که کنترل‌های الکترونیک پیشرفته‌ای را به کار گیرند تا شارژ را چنان که شرایط شبکه و قیمت‌های بازار عمده‌فروشی نیروی برق در طول روز تغییر می‎‌کنند، روشن و خاموش کنند. این توانمندی همچنان که بادی و خورشیدی بخش بزرگتری از عرضه‌ی نیرو می‌شوند، به طور فزاینده‌ای برای شبکه مهم خواهد شد.

برای مثال، در هاوایی، که بادی در طول شب و خورشیدی در طول روز موجود است، یک شارژر هوشمند آب‌گرمکن ممکن است که به آب‌گرمکن در بازه‌ی 3-5 صبح و 11-2 ظهر برق برساند، در حالی که مصرف واقعی آب گرم در بازه‌ی 5-8 صبح و 5-8 غروب متمرکز خواهد بود. تانکر آب‌گرمکن به مقدار کافی آب گرم در خود نگه می‌دارد که مصرف‌کننده هرگز متوجه نمی‌شود – حتی تانکرهای کوچکتر که اغلب در آپارتمان‌ها و کاندوهای «ایالت درود» (منظور هاوایی است) یافت می‌شوند، با شارژ دو بار در روز خوب کار می‌کنند. به طور مشابه، در کالیفرنیا، که نیروی خورشیدی، در وسط روز متمرکز شده است، شرکت‌های خدمات عمومی دارند شارژ وسیله‌ی نقلیه در محل کار را آزمایش می‌کنند تا از این نیروی کم‌هزینه و کم‌آلایندگی بهره ببرند. در مقابل، مقدار زیادی انرژی بادی در طول شب دارد، مشوق‌ها آنجا به سمت آن خواهد بود که در طول شب شارژ انجام شود.

شارژ هوشمند می‌تواند به مقدار زیادی تاثیر بر شبکه‌ی آب‌گرمکن‌های برقی موجود و تعداد در حال رشد وسایل نقلیه‌ی برقی را تلطیف کند. با حصول اطمینان از این که هر دو دارند در یک زمان شارژ نمی‌شوند، شرکت‌های خدمات عمومی می‌توانند از هزینه‌های ارتقای ترانسفورماتور (مبدل) توزیع جلوگیری کنند. (این به تنهایی با نرخ‌های TOU(زمان استفاده) به دست نمی‌آید، چرا که همان بازه‌ی کم‌هزینه به هر دو تعلق می‌گیرد.) یک طراحی نرخ هوشمند، که در «طراحی نرخ هوشمند برای یک آینده‌ی هوشمند» توسط «پروژه‌ی کمک به رگولاتوری» آمده است، مشوق‌های مورد نیاز را پیشنهاد می‌کند:

این طراحی نرخ، با تحمیل یک هزینه‌ی کوچک زیرساخت سیستم معادل 1 دلار در هر کیلووات در ماه، مشوقی برای جداکردن شارژ آب‌گرمکن از شارژ وسیله‌ی نقلیه‌ی برقی فراهم می‌کند، در حالی که نرخ TOU(زمان استفاده) مشوقی برای انجام دادن هر دوی این کارها در پنجره‌ی زمانی غیر اوج مصرف فراهم می‌نماید. اما هزینه‌ی زیرساخت سیستم آنقدر بزرگ نیست که مشتری‌ای را که هر از گاهی مصرف بالا دارد، تنبیه کند، آن طوری که یک هزینه‌ی تقاضای معمول‌تر 6 دلار بر کیلووات این کار را می‌کند. این هزینه‌ی سقف بحرانی مشوقی قوی را فراهم می‌کند که فرد نه وسیله‌ی نقلیه را و نه آب‌گرمکن را زمانی که شبکه تحت فشار است، شارژ نکند.

یک برنامک شارژ هوشمند برای وسیله‌ی نقلیه به مالک آن اجازه می‌دهد که درخواست یک شارژ «اقتصادی» را بدهد که اطمینان حاصل می‌کند که شارژ در بازه‌ی کم‌هزینه‌ای انجام می‌شود، یا درخواست یک شارژ «اورژانسی» را برای مواقعی که او واقعا به آن نیاز دارد، بدهد. به طور مشابه، یک آب‌گرمکن می‌تواند تنظیم شود که تنها زمانی از نیروی برق پرهزینه استفاده کند که یک دکمه‌ی خاص فشرده شود (برای مثال، زمانی که مهمانان باعث مصرف بیشتر از نرمال از آب گرم می‌شوند).

خودروهای برقی و آب‌گرمکن‌های برقی قطعا ظاهر مختلفی دارند. اما آن‌ها فرصت‌های مشابهی را برای کاهش وابستگی به سوخت فسیلی، بهره‌گرفتن از منابع کم‌هزینه و کم‌آلایندگی در شبکه‌ی برق، و صرفه‌جویی در پول مصرف‌کنندگان در صورت شارژ هوشمند در اختیار می‌گذارند.

به موضوع تفریحگاه ساحلی برگردیم: وقتی که مدیر آن فهمید که یک وسیله‌ی نقلیه‌ی برقی همان قدری نیروی برق مصرف می‌کند که یک آب‌گرمکن، خیالش راحت شد؛ آن تفریحگاه همین الان تعداد زیادی آب‌گرمکن برقی دارد. ما فهمیدیم که اتاقک تاسیسات این تفریحگاه یک مدار 50 آمپری 240 ولتی برای یک پریز مخصوص جوشکاری، آن داخل، داشت که در طول تاریخ 12 ساله‌اش استفاده نشده بود. انتقال آن پریز به بیرون با هزینه‌ی 200 دلار یک برقکار – و افزودن یک شارژر 40 آمپری 300 دلاری برای دارندگان وسیله‌ی نقلیه‌ی برقی که به تفریحگاه می‌آیند شارژ را ممکن می‌کرد. ما اخیرا آن را برای یک خودروی «کیا نیرو» و یک خودروی «تسلا اکس» به کار بردیم. یک باکس افتخاری به دارندگان وسیله‌ی نقلیه‌ی برقی اجازه می‌دهد که برای برقی که استفاده می‌کنند پرداختی انجام دهند و در طول زمان پول شارژر در آید، هر دفعه چند دلار.

منبع

[i] https://energypost.eu/grid-balancing-electric-cars-are-a-lot-like-water-heaters-so-relax/