加州的电网能承受电动汽车数量增长15倍吗?

州政府官员声称，预计到2035年，加州道路上将有1250万辆电动汽车，这不会给电网带来压力。但他们对国家能够避免限电的信心依赖于一个最好的情况——一些人认为是不现实的——情景:大规模快速建设海上风能和太阳能农场，司机在非高峰时段给汽车充电。

• 更多关于电动汽车的信息：加州的电动汽车销售正在蓬勃发展。图表显示了特斯拉如何迅速失去市场份额

根据一项开创性的新规定，35%的2026年新款车型在加州销售的汽车必须是零排放的，到2035年将达到100%。为这些汽车提供动力意味着该州必须将发电量提高两倍，并以过去十年近五倍的速度部署新的太阳能和风能。

空气资源委员会于去年8月颁布了这项法令——仅仅六天后，加州的电网就因热浪而不堪重负，以至于史无前例地发出了为期10天的紧急警报，警告居民减少用电，否则将面临停电。强制要求和电网危机的并存引发了广泛的质疑:如果电网甚至不能提供足够的电力来度过夏天，州政府怎么能要求加州人购买电动汽车呢?

在给汽车和卡车通电的同时，加州必须州法律到2045年，美国将所有电力转向可再生能源。政府施加了更大的压力最后一座核电站，迪亚波罗峡谷计划于2030年关闭。

到2035年，加州道路上的电动汽车预计将增加15倍，它们消耗的电量将呈指数级增长。但加州能源委员会(California Energy Commission)表示，在高峰时段使用的所有电力中，它仍将只占一小部分——从2022年的1%跃升至2030年的5%和2035年的10%。

“我们现在有信心”，电力将满足未来的需求，“我们能够对此进行规划，”加州能源委员会负责预测交通能源需求的主管昆汀·吉(Quentin Gee)说。

但在制定这些预测时，负责提供电力的州机构——加州能源委员会、加州独立系统运营商和加州公用事业委员会——以及公用事业公司依赖于多种高度不确定的假设。

加州大学圣地亚哥分校深度脱碳计划的联合主任兼教授大卫·维克多说:“我们将不得不以更快的速度扩展电网。”“如果正确的政策到位，这是合理的，但不能保证。这是最好的。”

然而，能源委员会尚未制定此类政策或计划，这招致了能源专家和立法者的强烈批评。如果不能足够快地提供足够的电力，可能会危及加州的清洁汽车任务——阻碍其应对气候变化和清理雾霾空气的努力。

“我们还没有走上正轨。如果我们只是对市场采取一种自由放任的方式，那么我们将无法实现这一目标，”专门研究电网的退休加州大学伯克利分校电气工程教授萨沙·冯·迈耶(Sascha von Meier)说。她说，该州的行动太慢，无法解决新建清洁能源工厂和输电线路的障碍。“规划和审批非常紧迫，”她说。

维克多说，只有在几个因素一致的情况下，提高零排放汽车销量和实现无碳未来的双重目标才能实现:司机必须避免在夜间充电，因为太阳能较少。超过一百万个新的充电站必须投入使用。而海上风力发电场——目前在加州还不存在——必须迅速生产出大量的能源。

为了提供足够的电力，加州必须:

•说服司机在非高峰时段给汽车充电:公用事业公司正敦促居民避免在下午4点到9点之间给汽车充电。但许多人在工作场所或家中并不能无限制地使用充电器。

•以前所未有的速度建设太阳能和风能:在未来25年内，向所有可再生能源转型，每年至少需要6千兆瓦的新资源，这是前所未有的速度。

•发展一个巨大的新产业:州政府官员预测，到2030年，海上风电场将为大约150万户家庭提供足够的电力，到2045年，将为2500万户家庭提供足够的电力。但目前还没有这样的项目在进行中。规划、获得一系列许可和施工至少需要七到八年的时间。

•建设15倍以上的公共充电器:到2030年，加州预计将有800万辆电动汽车，需要大约120万个充电器。根据该州的数据，目前全州约有8万个公共充电桩，估计还有1.7万个正在建设中。

•扩大汽车到电网的技术:州政府官员希望，当电力需求旺盛时，电动汽车能将能量送回电网，但这项技术是新技术，尚未在电动汽车上进行过测试。

昼夜充电

气候变化已经给加州的电网带来了压力，尤其是在炎热的夏季，居民们在下午晚些时候和傍晚时分打开空调。

加州能源委员会的吉说，在炎热的夏季晚上——人们用电最多的时候——提供电力将是一个挑战。

“这是我们特别担心的，”他说。“我们有足够的电力来支持绝大多数时间的消费。这是我们在艰难的几个月里的高峰时段。”

据一份报告称，2020年至2045年间，加州的总用电量预计将激增96%，而高峰时段的净需求预计将增长60%研究由圣地亚哥燃气和电力公司委托。

南加州爱迪生电力公司的业务规划和技术主管布莱恩·斯通罗克(Brian Stonerock)说，该公司担心，如果司机在夏末的下午充电，电动汽车可能会给电网带来压力。爱迪生的服务区域包括沙漠，那里的客户依赖空调，他们的高峰使用时间是太阳下山时太阳能的可用性较低。

他说，对电网的担忧“对我们来说是件大事”。“我们不希望人们感到困惑，或者对公用事业公司能够满足他们的需求失去信心。”

但对许多司机来说，白天或深夜充电不是问题:大多数电动汽车都有可以在晚上9点后自动开启的充电器。但对于一些司机来说，尤其是那些住在公寓或共管公寓里的司机，在这些时间充电可能不是一个选择。

这是因为——不像给油箱加油——给电动汽车充电需要更长的时间。司机在白天工作或深夜回家时，可能没有一个可靠的地方可以长时间停车。维克多说，为了鼓励白天充电，该州必须大幅增加快速充电器和工作场所充电站的数量。

快速充电器——比如在一些公共场所可以买到的特斯拉超级充电站——可以在20分钟到一个小时内给电池充电80%。但大多数充电器的速度都要慢得多:通常由制造商提供的一级充电器的速度可能介于两者之间一个空电池充满电需要40到50个小时．根据美国交通部的数据，升级后的二级充电器可以使用4到10个小时。

“很多需求的增长将来自电气化交通，这真的取决于人们什么时候充电。这是一个行为和技术问题，我们真的不知道答案，”维克多说。

加州公用事业委员会，2015年命令加州投资者所有的公用事业公司——圣地亚哥天然气和电力公司、南加州爱迪生公司和太平洋天然气和电力公司——将其住宅用户转变为在非高峰时段提供更低价格的费率计划。

例如，根据PG&E发言人保罗·多尔蒂(Paul Doherty)的说法，在夏季，当能源最贵时，PG&E的客户在高峰时段每千瓦时支付约55美分，是非高峰时段24美分的两倍多。

Doherty说，这种使用时间比率是一种“非常成功”的策略。大多数PG&E的客户都利用了较低的价格:平均而言，PG&E服务区域内60%至70%的电动汽车在非高峰时段充电。

但并不是所有的国家领导人都相信，仅凭折扣就能说服电动汽车车主放弃在晚上充电。

“展望未来，在我看来，这一战略将把越来越多的压力和责任放在消费者身上，”贝克斯菲尔德的共和党众议员文斯·方(Vince Fong)在11月的一次联合立法听证会上对州政府机构说。“你的电网依赖于客户做更多的事情，而不是实际上，作为一个国家，产生我们需要的电力来维持照明。”

多尔蒂说，对于PG&E的客户来说，在午夜到下午3点之间的电价最低的时候给电动汽车充电，大约相当于为每加仑汽油支付2美元。但随着价格的不断上涨，给一辆车充电的成本可能比给油箱加满油还要高。

倡导组织公用事业改革网络(Utility Reform Network)的执行董事马克·托尼(Mark Toney)说，“电力成本的趋势如此之高，对加州实现其目标构成了威胁。”

急于用太阳能和风能取代天然气和核能

加州将很快失去主要的电力来源:Diablo Canyon核电站和至少四个沿海天然气厂。核能和天然气共同提供近一半占加州总耗电量的一半。

为了取代它们，州公用事业委员会已下令公用事业公司在2026年之前采购11.5千兆瓦的新可再生能源，或足以为250万户家庭供电。

一项新的州指令要求，到2030年，加州60%的电力供应来自可再生能源——几乎是2022年的两倍。

根据加州能源委员会的数据，到2045年，太阳能和风能的总和必须翻两番。这大约是来自大型太阳能农场的69吉瓦，高于12.5吉瓦，加上三倍的数量屋顶太阳能并将陆上风力发电量增加一倍。

加州的目标是在未来25年内每年至少建设6千兆瓦的太阳能、风能和电池储能，这是令人望而生畏的，因为在过去的十年里，它平均每年只建设1千兆瓦的公用事业太阳能和0.3千兆瓦的风能。该州数据显示，在过去三年里，这一步伐加快，每年增加超过4千兆瓦。

大型太阳能协会(large - large Solar Association)的执行董事香农·艾迪(Shannon Eddy)说，太阳能发电场面临着巨大的障碍:储能电池材料不足，需要更多的输电线路，尤其是在太阳能的黄金地带中央山谷。

还有一些“不要在我的后院”在沙漠和其他农村社区的抵制．圣贝纳迪诺县禁止超过100万英亩的太阳能农场，莱克县和洪堡县的两个项目被拒绝。

为了加速清洁能源项目，纽森和立法机构颁布了一项法案备受争议的新法律允许国家机构篡夺地方政府的控制权用于太阳能、风能和一些备用电池项目的选址。

环境倡导组织清洁空气工作组的亚历克斯·布雷克尔说，该州的清洁能源目标是可以实现的。不过，他说，新一代能源、储能、配电系统和输电线路的部署将需要相当长的时间。

布雷克尔说，该州必须确保向清洁电力的过渡能够保护环境，价格合理且公平，并避免延误和选址问题。这就是为什么加州需要一个强有力的清洁能源部署计划他说，应该指定一个牵头机构，而不是依赖零碎的战略。

“该州正在实现其清洁能源目标吗?”现在，没有人能给你一个明确的答案。每年从这里到那里的计划更加透明，我们可以跟踪进展情况，这将真正有助于回答这个问题。”

加州能源委员会(California Energy Commission)成员西瓦·冈达(Siva Gunda)承认，该州“需要做得更好，以确保我们正在淘汰化石燃料发电，而不是给社区带来负担。”

冈达说，该委员会将在今年晚些时候向立法者提交一份报告。他对议员们说:“你们完全正确，我们需要一个长期战略，以确保我们能够用清洁的资源度过高峰。”

寄希望于风力发电场

加州正将赌注押在海上的巨型风力发电场上，以加强电网并实现其可再生能源目标。

该州雄心勃勃的海上风电目标建立在乔·拜登总统2021年部署的承诺之上到2030年，全国海上风电装机容量达到30千兆瓦．纽森希望到2030年在加州海岸增加2到5千兆瓦的海上风电。最终，国家的目标至少是生产到2045年，海上风电装机容量将达到25吉瓦这是所有国家做出的最大胆的承诺。这可以为2500万户家庭供电。

去年12月6日是历史性的一天第一次拍卖在加州附近海域，有43家公司租赁了583平方英里的风能五个领域在莫罗湾和洪堡县附近。这些深海有可能产生超过4.5千兆瓦，足以为150万户家庭供电．

这听起来很有希望，但加州把希望寄托在了一个新兴行业上，而这个行业在加州还不存在，而且未来还有巨大的监管和技术障碍。

加州将需要扩建港口，开发商必须首先提交有关项目成本和规模的详细计划，然后才能接受广泛的环境审查。

行业组织加州海上风电的执行董事亚当·斯特恩表示，仅规划和监管过程就可能需要五到六年的时间。斯特恩说，安装大型涡轮机——叶片比足球场还大——并建造输电线路和陆上生产工厂还需要两到三年的时间。

“这是一个巨大的挑战，”斯特恩说。“这将需要不同类型的利益相关者、政府行业、非政府组织和工会之间的大量协调、大量投资和大量合作。”

目前东海岸的海上风力涡轮机是固定在浅水区的海底。但加州的涡轮机将是全国第一个漂浮在由电缆固定的平台上，水深约半英里。

这项新技术并不便宜。的生产能源的成本根据美国能源部的数据，平均每兆瓦时84美元左右，比大多数其他能源都要高。

尽管如此，海上风电的潜力还是巨大的。风能在海洋中的作用往往比在陆地上更强，这使得它在传统风能和太阳能等可再生能源无法产生足够能量的时候变得很有价值。在傍晚和傍晚，海岸外的风也是最强的，这正是电力需求激增的时候——尤其是在夏天。

斯特恩说，海上风力发电场“有望在我们最需要的时候提供大量清洁能源”。“尽管这将会很困难，但我对我们能够成功抱有很大的乐观态度。”

需要超过一百万个充电器

随着电动汽车的激增，对公共充电器的需求也将增加。加州有大约83.8万辆电动汽车和插电式混合动力车．到2030年，800万辆汽车将需要大约120万个充电器，根据一份国家报告．目前，只有大约8万个公共充电器根据该州的数据，已经在全州范围内安装，另有17,000个正在安装中。目标是到2025年达到25万。

大多数情况下，私人公司负责安装它们，尽管国家拨款会有所帮助。根据加州能源委员会(California Energy Commission)的数据，一个标准的2级充电器的成本可能在7000美元到1.1万美元之间，而直接快速充电的成本约为每个10万到12万美元。

加州正在部署新的充电桩89亿美元从今年的预算中对电动汽车的投资奖励。这些钱将用于购买17万个新的充电器。

此外，加州也收到了3.84亿美元的联邦资金根据加州能源委员会(California Energy Commission)的数据，在过去的一年里，它帮助该州建设了一个6600英里的充电网络，并在2030年前部署了120万个充电器。

加州能源委员会(California Energy Commission)主席大卫·霍克希尔德(David Hochschild)表示:“世界上所有主要的汽车制造商现在都在生产电动汽车，我们需要让在加州任何地方为每个人充电成为可能。”

车辆到电网技术的不确定性确保电网的稳定性还需要在储能方面进行巨额投资，这可以帮助在高峰需求时期提供能源。一种方法叫做汽车电网集成在那里，当车辆停放时，能量可以被电网重新吸收。

到目前为止，加州唯一存在的项目是公共汽车。圣地亚哥天然气和电力公司和一家电池公司部署了一个这是首个此类项目有电池容量的公交车五倍而不是电动汽车。

这项技术仍处于早期阶段，尚未在其他电动汽车上进行过测试，也不清楚何时能准备就绪。

加州大学洛杉矶分校智能电网能源研究中心主任拉吉特·加德说，挑战是存在的。

一些车主可能不想使用这项技术，因为他们担心这会影响汽车电池的寿命。他说，虽然没有研究报告电池损坏，但说服消费者可能是一个缓慢而艰难的过程。公用事业公司将不得不以更低的利率和其他激励措施来影响他们，使其发挥作用。

Gadh说，与许多与能源和电动汽车有关的问题一样，“这只是时间、教育、意识和激励措施的问题。”

Nadia Lopez为CalMatters报道环境政策问题本文首次发表。电子邮件:nadia@calmatters.org