전기 자동차의 배출 감소를 높이려면 충전시기를 알아야 한다.
MIT 연구진은 새로운 EV배출 모델을 개발하여 차량 충전 패턴과 주변 온도가 EV 배출 수준에 미치는 영향을 계량화했다.
Kelley Travers | MIT Energy Initiative
[2020년 12월17일 = ENN] 교통 관련 배출량은 전 세계적으로 증가하고 있다. 현재 경차, 즉 승용차 (예 : 세단, SUV 또는 미니 밴)는 미국의 순수 온실 가스 배출량의 약 20%를 차지하고 있다.
그러나 연구에 따르면 기존의 가스 소비 자동차를 전기로 구동되는 차량으로 교체하면 이러한 배출량을 줄이는 데 상당한 영향을 미칠 수 있다.
환경과학기술(Environmental Science and Technology)에 발표된 최근 연구는 전기 자동차 (EV)를 충전하는 데 사용되는 전기 소스와 관련된 배출량을 줄이는 방법을 검토함으로써 이를 한 단계 더 발전 시켰다.
MITEI(MIT Energy Initiative)의 연구원들은 지역의 충전 패턴과 주변 온도가 자동차 연비에 미치는 영향을 고려하여 EV가 충전되는 시간이 차량 배기 가스에 상당한 영향을 미친다는 사실을 발견했다.
“특정 시간에 충전을 용이하게 한다면 재생 에너지와 전기 자동차의 성장으로 인한 배출량 감소를 높일 수 있습니다. 라고 MITEI의 수석 저자이자 연구 관계자인 Ian Miller는 말했다.
“어떻게 해야 합니까? 사용 시간 전기 요금이 확산되고 있으며 EV 운전자가 충전하는 시간을 크게 바꿀 수 있다. 정책 입안자들에게 알려준다면, 그들은 전력망이 재생 가능할 때 요금을 할인하도록 전기 요금을 설계 할 수 있다. 태양열이 많은 지역에서는 한낮입니다. 중서부처럼 바람이 많이 부는 지역에서는 밤사이입니다.”
연구에 따르면 태양열이 많은 캘리포니아에서는 밤새 전기 자동차를 충전하면 한낮에 충전 할 때보다 70% 더 많은 배출 가스가 발생한다(더 많은 태양 에너지가 그리드에 전력을 공급할 때). 한편, 원자력과 수력이 밤에 전기 혼합에서 더 많은 부분을 차지하는 뉴욕에서는 최상의 충전 시간은 그 반대이다. 이 지역에서는 야간에 차량을 충전하면 실제로 주간 충전에 비해 배출 가스가 20% 감소한다.
MITEI의 공동 저자이자 연구자인 Emre Gençer는“충전 인프라는 특정 시간, 특히 낮 시간에 충전을 촉진하는 또 다른 큰 결정 요인입니다"라고 말하고 “정오에 EV를 충전해야한다면 직장에 충분한 충전소가 있어야합니다. 오늘날 대부분의 사람들은 차고에서 하룻밤 동안 차량을 충전하므로 낮에 충전하는 것이 가장 좋은 장소에서 더 많은 배출 가스가 발생합니다.”라고 밝혔다.
이 연구에서 MITEI의 선임연구원인 Miller, 및 Gençer Maryam Arbabzadeh는 "그리드의 시간별 변동과 연료의 온도에 따른 변동을 무시하는 두 가지 일반적인 EV 배출 모델링 접근법의 오류 백분율을 계산하여 부분적으로 이러한 관찰을 수행한다"고 말했다.
그들의 이같은 연구 결과는 이러한 표준 방법의 결합 된 오류가 30%에서 10%를 초과하고 미국에서 EV의 절반이 있는 캘리포니아에서 50%에 도달한다는 것을 알게 되었다고 한다.
Arbabzadeh는 "충전 시간을 모델링하지 않고 대신 연간 평균 전력으로 충전한다고 가정하면 EV 배출량을 잘못 추정 할 수 있습니다."라고 말한다.
“확실히 그리드에 더 많은 태양광을 공급하고 해당 그리드를 사용하는 더 많은 전기 자동차를 확보하는 것이 좋습니다. 미국에서 EV를 충전 할 때와 상관없이 배기 가스 배출량은 유사한 가솔린 구동 차량보다 낮습니다. 하지만 EV 충전이 주로 해가 졌을 때 발생한다면 연간 평균을 사용할 때 생각하는 것만 큼 배출량을 줄이는 데 많은 이점을 얻지 못할 것입니다.”
이 오차 범위를 줄이기 위해 연구원들은 2018년과 2019년의 시간별 그리드 데이터를 시간당 충전, 운전 및 온도 데이터와 함께 사용하여 미국 전역의 60개 사례에서 EV 사용으로 인한 배출량을 추정한다.
그런 다음 EV 방출을 정확하게 추정하기 위해 새로운 방법 (오차 한계가 1% 미만)을 도입하고 검증한다. 그들은 그것을 "평균“ 방식이라고 부른다.
“우리는 배출량과 연비의 계절성을 무시할 수 있으며 여전히 연간 EV 배출량과 충전 시간에 미치는 영향을 정확하게 추정 할 수 있음을 발견했습니다.”라고 Miller는 말한다.
“이것은 즐거운 놀라움이었습니다. 작년 캔자스에서 일일 전력망 배출량은 계절마다 약 80% 증가한 반면 전기차 전력 수요는 온도 변화로 인해 약 50% 증가했습니다. 이전 연구에서는 이러한 계절적 변동을 무시하면 EV 배출 추정치의 정확성이 떨어질 것이라고 추측했지만 실제로 오류를 정량화하지는 못했습니다. 우리는 다양한 그리드 혼합과 기후에 걸쳐 작업을 수행했으며 오류가 무시할 수 있는 수준임을 발견했습니다. "
이 발견은 미래의 EV 배출 시나리오를 모델링하는 데 유용한 의미를 가지고 있다.
Arbabzadeh는 “계산없이 정확도를 얻을 수 있습니다. 평균일 방식을 사용하면 1년 중 매 시간마다 8,760개의 그리드 배출량 값을 시뮬레이션 할 필요 없이 미래 연도의 EV 배출량 및 충전 영향을 정확하게 추정 할 수 있습니다. 그리드 방출 및 기타 주요 변수에 대해 24시간 값만 의미하는 평균일별 프로필만 있으면 됩니다. 이러한 평균 일별 프로필의 계절적 차이는 필요가 없습니다."
연구원들은 2018년부터 2032년까지 미국 남동부에서 사례 연구를 실시하여 이 지역의 재생 가능 성장이 미래 전기차 배출량에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 조사함으로써 평일 방식의 효용성을 입증했다.
미국 에너지 정보국 (Energy Information Administration)의 보수적 인 그리드 예측을 가정하면 결과는 밤새 충전 할 경우 EV 배출량이 16%에 불과하지만, 한낮에 충전하면 50% 이상 감소하는 것으로 나타났다. 2032년에는 유사한 하이브리드 자동차에 비해 마일 당 EV 배출량은 밤새 충전하면 30%, 한낮에 충전하면 65% 감소한다.
이 연구에 사용된 모델은 지속 가능한 에너지 시스템 분석 모델링 환경 (SESAME)이라는 대규모 모델링 프로그램의 한 모듈이다. MITEI에서 개발한 이 도구는 오늘날 진화하는 글로벌 에너지 시스템의 전체 탄소 발자국을 평가하기 위해 시스템 차원의 접근 방식을 취하고 있다.
Gençer는 “SESAME이면의 아이디어는 탈탄산화를 위한 더 나은 결정을 내리고 시스템 관점에서 에너지 전환을 이해하는 것"이라며 “SESAME의 핵심 요소 중 하나는 '섹터 커플링'이라는 서로 다른 부문을 연결하는 방법입니다. 이 연구에서는 운송 및 전력 부문에서 매우 흥미로운 예를 보고 있습니다. 지금 당장은 이 두 섹터 시스템을 독립적으로 처리하는 것이 불가능하며, 이는 MITEI의 새로운 모델링 접근 방식이 정말 중요한 이유와 이러한 임박한 문제를 어떻게 해결할 수 있는지에 대한 명확한 설명입니다. "라고 밝혔다
연구팀은 현재 진행중인 연구와 향후 연구에서 탈탄소화 전략을 개발하기 위해 개별 차량에서 승용차 전체로 충전 분석을 확장하고 있다.
그들의 연구는 캘리포니아주가 제안한 2035년에 가솔린 자동차 판매 금지가 교통 배출 가스에 어떤 영향을 미칠 것인지와 같은 질문에 대한 답을 찾고 있다.
그들은 또한 비행기 전기화가 온실 가스뿐만 아니라 코발트와 같은 천연 자원에 대한 수요를 의미 할 수 있는지, 그리고 EV 배터리가 상당한 그리드 에너지 저장소를 제공할 수 있는지 여부를 조사하고 있다.
Gençer는“기후 변화를 완화하려면 교통 및 전력 부문 모두에서 탄소를 제거해야 합니다. 우리는 운송에 전기를 공급할 수 있으며 배출량을 크게 줄일 수 있지만 이 논문에서 보여주는 것은 어떻게 더 효과적으로 수행 할 수 있는지 입니다."라고 전했다.
(이 연구는 MITMIT Energy Initiative Low-Carbon Energy Centers통해 ExxonMobil Research and Engineering이 후원했습니다.)
다음은 ENN과 MIT NEWS가 전하는 링크주소입니다.
https://news.mit.edu/2020/boost-emissions-reductions-electric-vehicles-know-when-charge-1217
