美国充电设施部署

工作文件 美国充电基础设施的分阶段实施 零排放商用车能源需求与部署方案评估 迈克尔·约瑟夫·比尔·范·安堡马克·希尔 BharadwajSathiamoorthy 2023年8月 Acknowledgments TheauthorswouldliketothankkeyCALSTARTstaff,includingChaseLeCroy,JessieLund,andJasnaTomić,fortheircriticalreviewandadditionstothisreport.Anyerrorsaretheauthors’sown. 未经CALSTART事先书面许可，不得以任何形式或任何方式复制或传输本文档的任何部分-电子，机械，影印 ，记录或其他方式。请求许可或进一步信息应发送至CALSTART，48S.ChesterAve，Pasadena，CA91106或Publications@CALSTART.org。 CALSTART ©版权所有2023CALSTART 目录 TableofContentsii首字母缩略词列表iii数字和表格iv 执行摘要1 I.基础设施建设至2035年2 Introduction2 美国ZE-MHDV过渡的能源需求4 基础设施部署需要满足需求的地方9 部署阶段11 收益15 II.何时会发生建筑：优先考虑区域18 克服可用性障碍18 现实世界中的例子19 分析中的例子23 收益25 III.建设将如何高效：站点配置26 克服利用障碍26 现实世界中的例子27 分析中的例子30 收益31 IV.结论32 讨论：网络效应和进一步研究32 建议36 参考文献37 附录41 数据源41 方法44 假设47 首字母缩略词列表 缩写词 定义 ACF 高级清洁车队规则 ACT 先进的清洁卡车规则 bhp-hr/英里 制动马力-每英里小时 CaaS 充电即服务 CARB 加州空气资源委员会 CEC 加州能源委员会 CPUC 加州公共事业委员会 EPA 美国环境保护署 EVSE 电动汽车供电设备 FHWA 联邦公路管理局 全球谅解备忘录 全球零排放媒介谅解备忘录和重型车辆 HPMS 美国高速公路绩效管理体系 ICCT 国际清洁运输理事会 kW Kilowatts MHDV 中型和重型车辆 MWh 兆瓦时 NEVI 国家电动汽车基础设施配方计划 NHFN 国家公路货运网络 NREL 国家可再生能源实验室 PNNL 西北太平洋国家实验室 SCAQMD 南海岸空气质量管理区 VMT 车辆行驶里程 ZE-MHDV 零排放中型和重型车辆 数字和表格 数字 图1.驱动到零六阶段策略(CALSTART，2022b)3 图2.新ZE-MHDV销售的日能耗年均增长，2023-20356 图3.能源系统优化区域7 图4.优先启动区域中的站点配置和功能的图示11 图5.CALSTART分阶段部署，到2027年-阶段112 图6.CALSTART分阶段部署，2027至2030-阶段213 图7.CALSTART分阶段部署，2030到2035-阶段314 图8.由分阶段建设支持的快速、广泛的市场渗透基础设施16 图9.优先区域和上下文24 图10.基础设施分阶段进展33 Tables 表1.优先发射区Definitions10 表2.阶段1细目12 表3.第2阶段细目13 表4.第3阶段细目14 表5.优先级因素19 表6.费用($billions)35 表A-1.旅行数据Sources41 表A-2.优先顺序Data42 表A-3.成本Data43 表A-4.优先级Data46 表A-5阶段定义47 表A-6.部署分布48 表A-7.按阶段和地区划分的阶段方案成本（亿元）49 表A-8.EVSE基本成本50 执行摘要 为了评估在全国范围内建立零排放基础设施的可行性，CALSTART预测了2027年，2030年和2035年零排放中型和重型车辆（ZE-MHDV）采用率所需的电力供应所需的基础设施。这些费率达到了美国2022年签署的《全球零排放中型和重型车辆谅解备忘录》（GlobalMOU）设定的目标。 这一分析表明，满足ZE-MHDV能源需求所需的基础设施可以分阶段围绕有利的发射区域。这种分阶段的方法可以管理配电网升级时间表，并最大限度地提高利用率，即使全球谅解备忘录的可达到的市场渗透率超过美国监管机构提出的水平。ZE-MHDV能源需求的加速速度可以通过综合运输能源系统的市场驱动、重叠和并行增长来管理 . 为了开发此分析和由此产生的路线图，CALSTART对能源需求进行了建模，并展示了如何优先考虑有利的发射区并使用创新的部署策略可以适应建造过程中的容量限制。有利的地区包括1）行业集中，2）公共和私人资金具有高杠杆率，3）政策支持，4）能源成本降低，或5）分布式电网现代化将发生。这种情况下的建设首先集中在形成再充电枢纽的关键产业集群中的返回基地仓库基础设施，然后集中在实现区域枢纽到枢纽运营的关键走廊，最后集中在国家网络节点。 总之，这分阶段战略启用: •通过集中于优先发射区来加快部署。更多的ZE-MHDV可以在比线性、非分阶段增长方案更短的时间内得到支持。 •具有成本效益的实施。成本可以向前转移，不太重要的领域留给未来部署，而总能源需求可以通过有针对性的升级和管理策略、共享安排、公共充电和其他现场优化来提供，从而降低每辆车的基础设施成本。 •一个清晰的愿景，帮助公用事业，政府和投资者采取目标行动整合电网现代化和ZE-MHDV的采用，并最大限度地实现共同利益。 •利用公共资金和释放私人投资的协调. I.基础设施建设到2035年 Introduction 为零排放中型和重型车辆（ZE-MHDV）开发广泛可用的充电基础设施对于支持未来几十年在美国预期的向这些车辆的过渡至关重要。ZE-MHDV已准备好扩展到所有区域应用和远程航线。部署能源输送系统-一揽子技术产品和支持系统开发，构成支持引入ZE-MHDV的充电基础设施-至关重要。基础设施部署必须跟上ZE-MHDV的快速增长，否则可能会减缓市场的加速。 在过去的几年中，工业界做出了重大承诺来建设这一基础设施。此外，不断发展的基础设施供应商和解决方案生态系统已经到位，以支持这些投资和管理这种过渡。然而,特定机队过渡到ZE-MHDV的选择可能受到充电基础设施可用性的不确定性的影响。基础设施部署中涉及的潜在不可预见的成本可能会影响和转移车队向ZE-MHDV过渡的途径，尽管总拥有成本具有潜在优势。对于再充电基础设施而言，这种担忧尤其严重；电子的输送与液体或气体加油系统不同，车队可能用于并涉及有关运输电气化和集成到较大电网中的速度的问题。1 为了评估全国范围内基础设施建设的可行性，CALSTART预测了在2027年提供满足ZE-MHDV采用率所需的电力所需的基础设施。2030年和2035年由《全球零排放中型和重型车辆谅解备忘录》（GlobalMOU）制定；这些费率代表了到2040年达到100％ZE-MHDV的可行途径（CALSTART，2022b）。CALSTART. 1该分析侧重于电力基础设施，并将其他零排放加油基础设施的部署用于未来的研究；然而，最近的工作已经考虑了其他加油技术在这些预测中涉及的一些占空比中的作用（CALSTART，2023a）。 根据当前的车辆活动模式和ZE-MHDV采用趋势，开发了一种出现这些需求的方案。为了与CALSTART的市场加速和转型的总体战略保持一致，假设大部分投资将通过私人实体进行，利用许多CALSTART成员在该主题的公开讨论中分享的创新策略（CALSTART，2022a；CALSTART，2022c）。 这一预测显示了ZE-MHDV能源需求的加速速度如何通过市场驱动的、重叠的和并发的增长来管理分阶段过渡 。部署首先集中在返回基地的仓库基础设施和关键地区内的区域充电枢纽，支持全面的区域运营，然后集中在关键走廊 ，实现区域枢纽到枢纽的运营，最后集中在将走廊彼此连接的内置网络以及更大的地面运输网络上的其他关键基础设施 。此评估的结构是建立在零驱动实施路线图（CALSTART，2022b）的基础上，并进一步详细说明。2040年ZE-MHDV路线图的核心战略（图1）将实现全面销售渗透所需的活动分为六个重叠阶段，其中智能基础设施作为五个阶段的关键组成部分。 图1.驱动到零六阶段策略（CALSTART，2022b） Withthe谁and什么ZE-MHDV过渡-谁在投资，以及他们通往100%ZE-MHDV的途径-已经知道，这项研究分析whereZE-MHDV可能会出现，为什么它们出现在那些地方，when他们需要基础设施howThisphased buildoutprocesswillaccordancethem.Thisfirstsectionpresentsthisprojection,detailedthescaleandpaceofthetransitionintermsofenergydeliveryneedsandthephasestomeetthoseneeds. 美国ZE-MHDV转型的能源需求 ZE-MHDV采用率 为了确定ZE-MHDV将出现的位置，该分析使用了从Drive到零排放车辆市场评估（CALSTART，2021a）的预计商用车ZE-MHDV市场销售。销售估算基于多因素预测，其中包括关键MHDV占空比的技术准备和可行性，总拥有成本以及主要商用车类别的生产可扩展性输入。 采用率代表了全球谅解备忘录的2040年目标。全球谅解备忘录签署国已承诺到2040年达到100％的新ZE -MHDV销量，到2030年达到30％的新ZE-MHDV销量；美国于2022年成为签署国st该标准与大多数主要的全球原始设备制造商宣布的目标一致，这些制造商将2040年定为所有新车销售零排放或无化石燃料的日期（CALSTART，2021a）。 全球谅解备忘录采用率假设这种过渡将通过分阶段的“滩头”战略在市场加速和技术采用方面进行。在滩头战略中，公交巴士、货车和校车等先发技术应用主导着市场。从那里开始，支持服务和供应链在这些早期应用程序的背后发展（CALSTART，2022c）。 本分析中假设的ZE-MHDV销售率占商用车总人数的一部分，大大高于某些监管目标提出的销售率。这包括U.S.环境保护局（EPA）最近提出了MHDV的第三阶段裁决目标，以及加州空气资源委员会（CARB）的高级清洁卡车 （ACT）规则-已经被多个州采用-以及高级清洁车队（ACF）规则。这些利率也与其他前瞻性利率一致。 国际清洁运输理事会(ICCT)(ICCT，2023年)等基础设施评估中使用的采用率。 能源需求将在哪里以及如何增加 使用这些费率，通过考虑新的ZE-MHDV销售以及支持它们的基础设施将如何在美国分布，来预测能源需求以及它们将出现的位置。该预测的目的是表明这些需求是由商用车辆使用的现有运输网络上的旅行方式引起的。换句话说，虽然单个车队的过渡将共同增加总的能源需求，但他们将在具有空间差异和区域差异的旅行市场中做到这一点。为了证明这一点，在ZE-MHDV道路网络的相关部分（定义为国家公路货运网络（NHFN）的商用车辆（3-8类）上分配了与车辆行驶里程（VMT）相关的新销售。较低的48U.S.states.2 使用联邦公路管理局（FHWA）公路绩效管理系统数据，在各个路段上计算商用车活动，然后将其汇总为统一的10平方英里行驶区域（i。Procedres.，分析网格)跨网络。然后在这些区域内计算在各个路段上行驶的VMT,其用作通过缩放因子确定新的ZE-MHDV引入的基础。与NHFN上的所有旅行相比，穿越某个区域所使用的能量与该区域可能引入的ZE-MHDV的能量与全球谅解备忘录方案预测的总ZE-MHDV的能量有关，考虑到它们的能量使用，典型范围和其他因素。这种方法背后的假设是目前正在探索的几种可能方法之一，即用于在NHFN上穿越