حل المشاكل الناجمة عن استخدام المركبات الكهربائية عن طريق استبدال بطاريات المركبات الكهربائية

ويشمل ذلك التكاليف الأولية للمركبة، وتكاليف البنزين، وتكاليف الكهرباء، وتكلفة استبدال بطاريات المركبات الكهربائية.يتم تصنيف البطاريات عادةً لمسافة 100000 ميل و8 سنوات من المدى، وعادةً ما تدوم السيارات ضعف ذلك.من المحتمل أن يقوم المالك بعد ذلك بشراء بطارية بديلة طوال عمر السيارة، وهو ما قد يكون مكلفًا للغاية.

التكلفة لكل ميل لفئات المركبات المختلفة وفقًا لـ NREL

ربما رأى القراء تقارير تفيد بأن تكلفة المركبات الكهربائية أقل من تكلفة سيارات البنزين؛ ومع ذلك، كانت هذه الأمور تعتمد عادةً على "دراسات" "نسيت" تضمين تكلفة استبدال البطارية.يتم تشجيع الاقتصاديين المحترفين في EIA وNREL على تجنب التحيز الشخصي لأنه يقلل من الدقة.مهمتهم هي التنبؤ بما سيحدث، وليس ما يريدون أن يحدث.

تعمل البطاريات القابلة للتبديل على تقليل تكلفة السيارات الكهربائية عن طريق:

· تقود معظم السيارات مسافة تقل عن 45 ميلاً في اليوم.وبعد ذلك، في عدة أيام، يمكنهم استخدام بطارية منخفضة التكلفة ومنخفضة المدى (على سبيل المثال، 100 ميل) وشحنها طوال الليل.وفي الرحلات الطويلة، يمكنهم استخدام بطاريات أكثر تكلفة وأطول عمرًا، أو استبدالها بشكل متكرر.

· يجوز لمالكي المركبات الكهربائية الحاليين استبدال البطاريات بعد انخفاض قدرتها بنسبة 20% إلى 35%.ومع ذلك، فإن البطاريات القابلة للاستبدال تدوم لفترة أطول لأنها متوفرة كبطاريات ذات سعة أقل عندما تتقدم في السن.لن يرى السائقون الفرق بين بطارية جديدة بقدرة 150 كيلووات في الساعة وبطارية قديمة بقدرة 300 كيلووات في الساعة تتدهور بنسبة 50%.سيظهر كلاهما بقدرة 150 كيلووات في الساعة في النظام.عندما تدوم البطاريات ضعف المدة، تصبح تكلفة البطاريات ضعف التكلفة.

محطات الشحن السريع معرضة لخطر خسارة الأموال

عندما ترى محطة شحن سريعة، ما هي النسبة المئوية للوقت الذي تكون فيه قيد الاستخدام؟ في كثير من الحالات، ليس كثيرا.ويرجع ذلك إلى الإزعاج وارتفاع تكلفة الشحن، وسهولة الشحن في المنزل، وعدم كفاية عدد المركبات الكهربائية.وغالبًا ما يؤدي الاستخدام المنخفض إلى تجاوز تكاليف النظام الأساسي لإيرادات النظام الأساسي.عندما يحدث ذلك، قد تستخدم المحطات الأموال الحكومية أو صناديق الاستثمار لتغطية الخسائر؛ ومع ذلك، فإن هذه "العلاجات" ليست مستدامة.تعتبر محطات الطاقة مكلفة بسبب ارتفاع تكلفة معدات الشحن السريع وارتفاع تكلفة الخدمة الكهربائية.على سبيل المثال، يلزم وجود 150 كيلووات من طاقة الشبكة لشحن بطارية بقدرة 50 كيلووات في الساعة خلال 20 دقيقة (150 كيلووات × [20 ÷ 60]).وهذه هي نفس كمية الكهرباء التي يستهلكها 120 منزلاً، كما أن معدات الشبكة لدعم ذلك مكلفة (يستهلك المنزل الأمريكي المتوسط ​​1.2 كيلوواط).

لهذا السبب، لا تستطيع العديد من محطات الشحن السريع الوصول إلى عدد كبير من الشبكات، مما يعني أنها لا تستطيع شحن سيارات متعددة بسرعة في نفس الوقت.يؤدي هذا إلى سلسلة الأحداث التالية: تباطؤ الشحن، وانخفاض رضا العملاء، وانخفاض استخدام المحطات، وارتفاع التكاليف لكل عميل، وانخفاض أرباح المحطات، وفي النهاية عدد أقل من مالكي المحطات المحتملين.

من المرجح أن تجعل المدينة التي تحتوي على العديد من المركبات الكهربائية ومواقف السيارات في الشارع في الغالب الشحن السريع أكثر اقتصادا.وبدلاً من ذلك، غالبًا ما تكون محطات الشحن السريع في المناطق الريفية أو الضواحي معرضة لخطر خسارة الأموال.

تعمل البطاريات القابلة للتبديل على تقليل المخاطر التي تهدد الجدوى الاقتصادية لمحطات الشحن السريع للأسباب التالية:

· يمكن شحن البطاريات الموجودة في غرف التبادل الموجودة تحت الأرض بشكل أبطأ، مما يقلل من طاقة الخدمة المطلوبة ويقلل من تكاليف معدات الشحن.

يمكن للبطاريات الموجودة في غرفة التبادل أن تستمد الطاقة ليلاً أو عندما تكون المصادر المتجددة مشبعة وتكون تكاليف الكهرباء منخفضة.

المواد الأرضية النادرة معرضة لخطر أن تصبح أكثر ندرة وأكثر تكلفة

وبحلول عام 2021، سيتم إنتاج ما يقرب من 7 ملايين سيارة كهربائية في جميع أنحاء العالم.إذا تمت زيادة الإنتاج بمقدار 12 مرة وتشغيلها لمدة 18 عاما، فيمكن للسيارات الكهربائية أن تحل محل 1.5 مليار سيارة تعمل بالغاز في جميع أنحاء العالم وإزالة الكربون من وسائل النقل (7 ملايين × 18 سنة × 12).ومع ذلك، تستخدم المركبات الكهربائية عادة الليثيوم والكوبالت والنيكل النادر، ومن غير الواضح ما الذي سيحدث لأسعار هذه المواد إذا زاد الاستهلاك بشكل حاد.

عادةً ما تنخفض أسعار بطاريات السيارات الكهربائية عامًا بعد عام.إلا أن ذلك لم يحدث في عام 2022 بسبب النقص المادي.ولسوء الحظ، من المرجح أن تصبح المواد الأرضية النادرة نادرة بشكل متزايد، مما يؤدي إلى ارتفاع أسعار البطاريات.

تعمل البطاريات القابلة للاستبدال على تقليل الاعتماد على المواد الأرضية النادرة لأنها يمكن أن تعمل بسهولة أكبر مع التقنيات ذات النطاق المنخفض التي تستخدم مواد أرضية أقل ندرة (على سبيل المثال، بطاريات LFP لا تستخدم الكوبالت).

في بعض الأحيان يكون انتظار الشحن غير مريح

تعمل البطاريات القابلة للاستبدال على تقليل وقت التزود بالوقود لأن عمليات الاستبدال تتم بسرعة.

يشعر السائقون أحيانًا بالقلق بشأن النطاق والشحن

سيكون التبديل سهلاً إذا كان لديك العديد من غرف التبديل والعديد من البطاريات الاحتياطية في النظام.

ينبعث ثاني أكسيد الكربون عند حرق الغاز الطبيعي لتوليد الكهرباء

غالبًا ما يتم تشغيل الشبكات بواسطة مصادر متعددة.على سبيل المثال، في أي وقت من الأوقات، قد تحصل المدينة على 20% من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة النووية، و3% من الطاقة الشمسية، و7% من الرياح، و70% من محطات الغاز الطبيعي.تولد مزارع الطاقة الشمسية الكهرباء عندما تكون الشمس مشرقة، وتولد مزارع الرياح الكهرباء عندما يكون الجو عاصفا، وتميل المصادر الأخرى إلى أن تكون أقل انقطاعا.

عندما يقوم شخص ما بشحن مركبة كهربائية، يجب أن يكون هناك مصدر طاقة واحد على الأقلعلى الشبكة يزيد من الناتج.في كثير من الأحيان، يشارك شخص واحد فقط بسبب اعتبارات مختلفة، مثل التكلفة.كما أنه من غير المرجح أن يتغير إنتاج مزرعة الطاقة الشمسية نظرًا لأنها تغرب بفعل الشمس وعادةً ما يتم استهلاك طاقتها بالفعل.وبدلاً من ذلك، إذا كانت مزرعة الطاقة الشمسية "مشبعة" (أي التخلص من الطاقة الخضراء لأنها تحتوي على الكثير منها)، فيمكنها زيادة إنتاجها بدلاً من التخلص منها.يمكن للناس شحن المركبات الكهربائية دون انبعاث ثاني أكسيد الكربون من المصدر.

تعمل البطاريات القابلة للاستبدال على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن توليد الكهرباء لأنه يمكن إعادة شحن البطاريات عندما تكون مصادر الطاقة المتجددة مشبعة.

ينبعث ثاني أكسيد الكربون عند استخراج المواد الأرضية النادرة وصناعة البطاريات

تعمل البطاريات القابلة للاستبدال على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في إنتاج البطاريات لأنه يمكن استخدام بطاريات أصغر تستخدم مواد أرضية أقل ندرة.

النقل مشكلة بقيمة 30 تريليون دولار

هناك ما يقرب من 1.5 مليار سيارة تعمل بالغاز في العالم، وإذا تم استبدالها بالسيارات الكهربائية فإن تكلفة كل منها ستبلغ 20 ألف دولار، أي بتكلفة إجمالية قدرها 30 تريليون دولار (1.5 مليار × 20 ألف دولار).وسوف تكون تكاليف البحث والتطوير مبررة إذا تم تخفيضها، على سبيل المثال، بنسبة 10% من خلال مئات المليارات من الدولارات من مشاريع البحث والتطوير الإضافية.ويتعين علينا أن ننظر إلى النقل باعتباره مشكلة تبلغ قيمتها 30 تريليون دولار وأن نتصرف وفقاً لذلك، أو بعبارة أخرى، المزيد من البحث والتطوير.ومع ذلك، كيف يمكن للبحث والتطوير تقليل تكلفة البطاريات القابلة للاستبدال؟ يمكننا أن نبدأ باستكشاف الآلات التي تقوم تلقائيًا بتثبيت البنية التحتية تحت الأرض.

ختاماً

للمضي قدماً بالبطاريات القابلة للاستبدال، يمكن للحكومات أو المؤسسات تمويل تطوير الأنظمة الموحدة التالية:

· نظام بطارية السيارة الكهربائية القابلة للتبديل الكهروميكانيكية

· نظام الاتصال بين بطارية السيارة الكهربائية والشحنآلية

· نظام الاتصال بين السيارة ومحطة تبديل البطارية

· نظام الاتصال بين شبكة الكهرباء ولوحة عرض السيارة

· واجهة مستخدم الهاتف الذكي وواجهة نظام الدفع

· آليات التبديل والتخزين والشحن بأحجام مختلفة

إن تطوير نظام كامل إلى حد النموذج الأولي يمكن أن يكلف عشرات الملايين من الدولارات؛ ومع ذلك، فإن النشر العالمي يمكن أن يكلف مليارات الدولارات.