Magari ya umeme mara nyingi huonekana kama moja ya alama zinazoonekana zaidi za usafiri safi kwa sababu "hazina kutolea nje". Hakika, magari ya umeme hayatoi CO₂ kutoka kwa kutolea nje wakati wa matumizi. Hata hivyo, hii haimaanishi kuwa nishati inayotumiwa na gari la umeme ni sifuri kabisa kaboni. Ikiwa umeme unaotumiwa kuchaji gari unazalishwa kutoka kwa gesi asilia, makaa ya mawe au vyanzo vingine vya visukuku, utoaji huo husafirishwa tu kutoka kwa bomba la kutolea nje la gari hadi kwenye bomba la moshi la mtambo wa kuzalisha umeme. Utafiti huu unashughulikia hatari hii haswa, ambayo ni Mabadiliko ya utoaji wa sekta mbalimbali Inachunguza tatizo.

Hatua ya kuanzia ya utafiti ni kwamba usafirishaji na uzalishaji wa umeme una sehemu kubwa sana katika uzalishaji wa gesi chafu nchini Marekani. Kulingana na utafiti huo, sekta ya usafirishaji nchini Marekani inachangia takriban asilimia 28 ya uzalishaji wa gesi chafu, na uzalishaji wa umeme unachangia takriban asilimia 25. Wakati sekta hizi mbili zinazingatiwa pamoja, ziko katikati ya sera za kitaifa za uondoaji kaboni. Hata hivyo, sekta hizi mbili hazijitegemei. Usafiri wa umeme huongeza mahitaji ya umeme. Ikiwa uzalishaji wa umeme hautasafishwa wakati mahitaji ya umeme yanaongezeka, kupungua kwa uzalishaji unaohusiana na usafirishaji kunaweza kubadilishwa kwa sehemu au kabisa na ongezeko la uzalishaji wa umeme.

Kwa sababu hii, utafiti unazingatia mpito kwa magari ya umeme sio tu kama sera ya usafirishaji, lakini pia kama mabadiliko ya pamoja ya mfumo wa usafirishaji-umeme. Njia hii ni muhimu sana. Kwa sababu katika jamii, wakati mwingine mabadiliko ya gari la umeme yanachukuliwa kama suala rahisi la "wacha tununue gari la umeme badala ya gari la petroli". Hata hivyo, katika ngazi ya mfumo, swali halisi ni ngumu zaidi: Je, mahitaji ya malipo yataongezeka kiasi gani wakati idadi ya magari ya umeme itaongezeka? Ni mitambo gani ya kuzalisha umeme itakidhi mahitaji haya? Je, gesi asilia itaongezeka au nishati safi itaongezeka? Ikiwa sekta ya umeme haitakabiliwa na kikomo cha kaboni kwa wakati mmoja, je, jumla ya uzalishaji wa CO₂ itapungua kweli?

Njia iliyotumiwa katika utafiti inakusudia kutathmini uhusiano huu mgumu na uboreshaji wa mfumo wa nishati wa gharama ya chini. Jina la mfano uliotumiwa katika utafiti TIMES ni. TIMES, Mfumo wa MARKAL-EFOM uliojumuishwa Ni mfano wa msingi wa uboreshaji wa mstari ambao huhesabu jinsi mifumo ya nishati inaweza kubadilika chini ya teknolojia, mafuta, mahitaji na vikwazo vya uzalishaji. Hifadhidata iliyotumiwa katika utafiti inagawanya mfumo wa nishati wa Merika katika mikoa tisa. EPAUS9rT Ni toleo la 20.4 la hifadhidata. Mfano huo uliendeshwa kupitia kiolesura cha VEDA 2.0 na miundombinu GAMS ya uboreshaji.

Mantiki ya mfano wa TIMES ni kama ifuatavyo: Kuna mahitaji fulani ya nishati katika mfumo; kwa mfano, jumla ya mileage ambayo magari yanapaswa kusafiri au mahitaji ya umeme. Kuna teknolojia tofauti za kukidhi mahitaji haya; kama vile magari ya petroli, magari ya dizeli, magari ya umeme, mitambo ya kuzalisha umeme ya gesi asilia, vyanzo safi vya nishati, uzalishaji wa nyuklia na chaguzi zingine. Mfano hutumia habari ya teknolojia hizi kama gharama ya uwekezaji, gharama ya uendeshaji, ufanisi, maisha, mahitaji ya mafuta na pato la utoaji wa hewa. Kisha, chini ya vizuizi fulani, kama vile "Punguza uzalishaji wa CO₂ ya gari nyepesi kwa asilimia 90 kwa 2050", inachagua mchanganyiko wa teknolojia ambao utakidhi mahitaji na gharama ya chini kabisa ya mfumo.

Mantiki hii ya hesabu ni msingi wa utafiti. Kazi ya kina ya lengo la algebra haijatolewa katika utafiti wenyewe; hata hivyo, mantiki ya jumla ya uboreshaji wa gharama ya chini kabisa ya aina ya TIMES inaweza kuelezewa na uhusiano ufuatao wa kimsingi:

\[ \min \sum_{t} \sum_{i} C_{i,t} \times X_{i,t} \]

Usemi huu umetolewa ili kueleza mantiki ya aina ya modeli iliyotumiwa katika utafiti. Hapa, C_i,t inawakilisha gharama ya teknolojia fulani ya i katika wakati t; X_i,t inawakilisha kiwango cha matumizi au uwekezaji wa teknolojia hiyo. Lengo la modeli ni kukidhi mahitaji ya nishati na vikwazo vya utoaji huku ikipunguza jumla ya gharama katika vipindi na teknolojia zote. Fomula hii haichukui nafasi ya maelezo yote ya kiufundi ya utafiti; inaonyesha tu mantiki ya modeli ya “kupata mchanganyiko wa teknolojia wenye gharama ya chini zaidi”.

Malengo ya kupunguza uzalishaji yanaweza kueleweka na aina ifuatayo ya mantiki ya kizuizi:

\[ CO2_{s,t} \leq Cap_{s,t} \]

Hapa, CO2_s,t inawakilisha uzalishaji wa CO₂ wa sekta fulani ya s katika wakati t; Cap_s,t inawakilisha kikomo cha juu cha uzalishaji kinachoruhusiwa kwa sekta hiyo. Kwa mfano, lengo la kupunguza uzalishaji wa magari mepesi kwa asilimia 90 linapowekwa kwa 2050, modeli hulazimika kuchagua teknolojia za magari na matumizi ya nishati yatakayoweka uzalishaji wa CO₂ wa sekta hiyo chini ya kikomo husika.

Ubunifu wa hali ya utafiti unategemea njia kuu tatu. Hali ya kwanza inapunguza uzalishaji wa CO₂ wa magari mepesi tu. Hakuna kikomo cha ziada cha uzalishaji kwa sekta ya uzalishaji wa umeme. Hali hii inaweza kuzingatiwa kama siku zijazo ambapo sera inazingatia tu umeme wa gari lakini haizuii ongezeko la uzalishaji wa umeme. Katika hali hii, mfano unaweza kuongeza magari ya umeme kwa upande wa usafirishaji; hata hivyo, suluhisho za gharama nafuu kama vile gesi asilia zinaweza kupanuka katika sekta ya umeme ili kukidhi mahitaji mapya ya umeme.

Hali ya pili inasema kwamba sekta ya umeme CO₂ uzalishaji haipaswi kuzidi kiwango cha 2025 wakati umeme wa usafirishaji unafanywa. Hali hii inalingana na wazo kwamba "magari ya umeme yanapaswa kuongezeka, lakini ongezeko hili halipaswi kuunda ongezeko jipya CO₂ sekta ya umeme". Kwa hivyo, inajaribiwa kuzuia mpito kwa magari ya umeme kutoka kwa uzalishaji kutoka sekta ya usafirishaji hadi sekta ya umeme.

Hali ya tatu ni njia iliyojumuishwa zaidi. Katika hali hii, magari mepesi na uzalishaji wa umeme yanakabiliwa na malengo ya kupunguza CO₂ kwa wakati mmoja. Kwa maneno mengine, uzalishaji wa magari barabarani hupunguzwa na mfumo wa umeme unaochaji magari haya husafishwa. Kulingana na matokeo kuu ya utafiti, njia bora zaidi ya kupunguza uzalishaji wa maana na wa kina ni mkakati huu wa pamoja wa decarbonization.

Katika utafiti, asilimia 10, asilimia 20, asilimia 30, asilimia 40, asilimia 50, asilimia 60, asilimia 70, asilimia 80 na asilimia 90 ya kupunguza iliigwa kwa kila hali. Hasa, asilimia 30, asilimia 50, asilimia, asilimia 70 na asilimia 90 mifano ya kupunguza imeonyeshwa kwenye grafu. Malengo haya hayakutumiwa kuwakilisha maandishi maalum ya sera, lakini kuona jinsi mfumo unavyojibu chini ya vikwazo tofauti vya uzalishaji.

Kielelezo 1 cha utafiti kinaonyesha mfumo i ukanda wa Amerika uliotumiwa katika modeli. Hifadhidata EPAUS9rT inagawanya Amerika katika mikoa tisa: New England, Atlantiki ya Kati, Mashariki ya Kaskazini ya Kati, Atlantiki ya Kusini, Mashariki ya Kusini ya Kati, Magharibi mwa Kusini mwa Kati, Mlima, na Pasifiki. Tofauti hii ya kikanda ni muhimu katika nchi kama Amerika, ambayo ni kubwa na tofauti sana katika suala la rasilimali za nishati. Kwa sababu mchanganyiko wa uzalishaji wa umeme, ukuaji wa mahitaji, uwezo wa nishati mbadala, na mpito wa teknolojia ya gari inaweza kutofautishwa kikanda. Wakati mfano hutoa matokeo katika ngazi ya kitaifa, unafaidika na muundo huu wa mfumo wa nishati wa kikanda.

Matokeo ya hali ya kwanza ni sehemu ya kusisimua zaidi ya utafiti. Katika hali hii, uzalishaji wa CO₂ kutoka kwa magari mepesi hupunguzwa; hakuna kikomo cha CO₂ kwa uzalishaji wa umeme. Kama matokeo, sehemu ya magari ya umeme huongezeka na uzalishaji wa moja kwa moja kutoka kwa magari hupungua. Hata hivyo, mahitaji ya umeme yanapoongezeka, uzalishaji kwa upande wa uzalishaji wa umeme huongezeka au kubaki juu. Katika utafiti, hali hii inaweza kufasiriwa kwa mantiki ya "mabadiliko ya utoaji kutoka kwa kutolea nje hadi chimney". Kwa maneno mengine, wakati sekta ya usafirishaji inaonekana safi, kupungua kwa uzalishaji unaotarajiwa katika mfumo wa jumla hakufanyiki.

Kielelezo 2 kinaonyesha hali hii kwa kuibua. Makadirio AEO25 kumbukumbu yanaonyesha kupungua kwa uzalishaji wa pamoja kutoka 2020 e 2025; uzalishaji wa pamoja hupungua kutoka megatoni 2.304,47 CO₂e mnamo 2020 hadi megatoni 2.116,53 mnamo 2025. Walakini, baada ya 2025, uzalishaji wa pamoja unabaki thabiti kwa kiasi kikubwa. Ingawa hali ya msingi ya modeli inaona kupungua kwa karibu asilimia 12 baada ya 2020, uzalishaji huongezeka tena kuelekea 2050 na ni asilimia 0,41 tu chini kwa 2050 ikilinganishwa na 2020. Katika hali ya kwanza, hata kama uzalishaji wa gari nyepesi umepunguzwa, jumla ya uzalishaji wa pamoja hupungua kwa asilimia 1 tu hadi asilimia 3; kupungua kubwa kunaonekana katika makadirio ya kupunguza asilimia 70 LDV CO₂.

Matokeo haya ni onyo kali sana kwa sera ya gari la umeme. Ikiwa uzalishaji wa umeme haujasafishwa, uwekaji umeme wa meli za gari hauwezi kupunguza kwa kiasi kikubwa uzalishaji wa mfumo wa jumla. Katika hali mbaya zaidi, sehemu ya uzalishaji wa umeme CO₂ uzalishaji katika jumla ya uzalishaji wa pamoja inaweza kuwa hadi asilimia 97, utafiti unasema. Hii inaonyesha kuwa faida ya hali ya hewa ya magari ya umeme inahusishwa moja kwa moja na kiwango cha kaboni cha gridi ya umeme.

Kielelezo 3 kinaonyesha jinsi uzalishaji wa umeme unavyotofautiana kulingana na vyanzo katika hali ya kwanza. Mahitaji ya umeme huongezeka katika makadirio yote. Katika makadirio AEO25, uzalishaji wa umeme huongezeka kutoka petajoule 15.589 mnamo 2020 hadi petajoule 24.985 mnamo 2050; hii ni ongezeko la takriban asilimia 60. Katika makadirio ya kupunguza asilimia 90 LDV CO₂ ya hali ya kwanza, mahitaji ya umeme karibu mara mbili kati ya 2020-2050. Walakini, sehemu ya gesi asilia katika mchanganyiko wa uzalishaji wa umeme ni asilimia 33 mnamo 2020 na hufikia asilimia 59-60 mnamo 2050. Vyanzo vya nishati safi huongezeka kutoka asilimia 19 mnamo 2020 hadi asilimia 25 tu 2050e. Matumizi ya makaa ya mawe hupungua sana baada ya 2040; hata hivyo, ukuaji wa nishati safi hauna nguvu ya kutosha kukidhi mahitaji mapya yanayotokana na magari ya umeme kwa njia ya chini kabisa ya kaboni.

Kielelezo 4 kinaonyesha jinsi mahitaji ya maili yanayosafirishwa na magari mepesi yanavyofikiwa na aina za mafuta katika hali ya kwanza. Katika makadirio ya AEO25, magari ya petroli bado yana sehemu kubwa kwa muda mrefu; sehemu ya magari ya umeme huongezeka kutoka karibu asilimia 1 ya jumla ya maili i 2020 e 48 asilimia 2050. Katika hali ya msingi, magari ya umeme huanza kukidhi karibu nusu ya mahitaji kwa 2045 na kufikia asilimia 58 mnamo 2050. Katika hali ya kwanza, sehemu ya magari ya umeme huongezeka kadiri malengo magumu ya kupunguza LDV CO₂ yanatekelezwa; Angalau asilimia 58 katika 2050 na hadi asilimia e 88 katika makadirio ya juu zaidi. Hata hivyo, ongezeko hili halitoshi kupunguza kwa kina uzalishaji wa jumla wa mfumo, kwani hakuna kikomo cha CO₂ katika sekta ya uzalishaji wa umeme.

Hali ya pili inatoa njia ya kati yenye usawa zaidi. Katika hali hii, wakati magari mepesi yanapunguza kaboni, uzalishaji wa umeme CO₂ uzalishaji hauruhusiwi kupanda juu ya 2025. Hii imeundwa kuzuia mahitaji mapya ya umeme kutoka kwa magari ya umeme kuunda ongezeko lisilodhibitiwa la uzalishaji wa umeme. Utafiti unaonyesha kuwa jumla ya uzalishaji katika hali hii ni ya chini kuliko katika hali ya AEO25 na msingi. Katika makadirio makali zaidi, yaani kupunguza asilimia 90 LDV CO₂, uzalishaji wa pamoja unaweza kupungua hadi asilimia 37 ikilinganishwa na kiwango cha 2020 mnamo 2050.

Kielelezo 5 kinaonyesha mwendo wa uzalishaji wa CO₂e kutoka kwa usafirishaji na uzalishaji wa umeme katika hali ya pili. Sehemu ya magari mepesi hupungua katika makadirio ya fujo zaidi; mnamo 2050, LDV CO₂ ni kati ya asilimia 22 hadi asilimia 4 ya jumla ya uzalishaji wa pamoja. Hii inaonyesha kuwa magari ya umeme hupunguza kwa kiasi kikubwa uzalishaji unaohusiana na usafirishaji. Walakini, kwa kuwa uzalishaji wa umeme ni mdogo katika kiwango cha 2025, jumla ya uzalishaji wa mfumo unadhibitiwa vizuri kuliko katika hali ya kwanza.

Kielelezo 6 kinaonyesha mchanganyiko wa uzalishaji wa umeme katika hali ya pili. Kadiri magari ya umeme yanavyoongezeka, ndivyo mahitaji ya umeme yanavyoongezeka. Katika makadirio ya kupunguza asilimia 90 LDV CO₂, uzalishaji wa umeme huongezeka hadi asilimia 2050 ikilinganishwa na ongezeko la asilimia 60 kwa asilimia AEO25 e 83. Gesi asilia bado inabaki kuwa chanzo kikuu; hata hivyo, sehemu yake inafikia kilele cha karibu asilimia 2035 karibu asilimia 56 na kisha hupungua kidogo. Vyanzo vya nishati safi, kwa upande mwingine, huongezeka kutoka asilimia 19 mnamo 2020 hadi asilimia 32-33 mnamo 2050. Baada ya 2035 ya makaa ya mawe, inakaribia kuondoka kwenye mfumo. Matokeo haya yanaonyesha kuwa kupunguza uzalishaji wa sekta ya umeme kunalazimisha kuongezeka kwa uwekezaji wa nishati safi.

Kielelezo 7 kinaonyesha mchanganyiko wa teknolojia ya gari katika hali ya pili. Mnamo AEO25, magari ya umeme yanakidhi asilimia 48 ya mahitaji mnamo 2050, wakati katika makadirio ya kupunguza asilimia 90 LDV CO₂, magari ya umeme yanakidhi asilimia 87 ya mahitaji ya gari nyepesi mnamo 2050. Walakini, hata katika hali ya fujo zaidi, magari ya injini ya mwako wa ndani yanaendelea kukidhi angalau asilimia 8 ya mahitaji. Ugunduzi huu unaonyesha kuwa magari ya umeme yanapaswa kutawala sana kwa upunguzaji mkubwa wa uzalishaji, lakini kuondolewa kabisa kwa magari ya mwako wa ndani ya mfumo sio matokeo ya lazima katika mfano.

Hali ya tatu hutoa matokeo yenye nguvu zaidi ya uondoaji kaboni ya utafiti. Katika hali hii, magari mepesi na uzalishaji wa umeme yanakabiliwa na malengo ya kupunguza CO₂ kwa kiwango sawa. Kielelezo 8 kinaonyesha kuwa katika hali hii, uzalishaji wa pamoja unaweza kupunguzwa kwa kati ya asilimia 40 na asilimia 91 ikilinganishwa na 2020. Katika makadirio makali zaidi ya kupunguza asilimia 90, uzalishaji wa pamoja hupungua sana katika 2050. Kama ilivyoonyeshwa katika muhtasari wa utafiti, uzalishaji wa pamoja wa CO₂ katika 2050 unaweza kupunguzwa kwa asilimia 91 ikilinganishwa na 2020 wakati sekta hizo mbili zimepunguzwa kaboni pamoja.

Ili kufikia matokeo haya, masharti mawili yanajitokeza haswa. Kwanza, angalau asilimia 87 ya mahitaji ya gari nyepesi lazima yatimizwe na magari ya umeme. Pili, angalau asilimia 58 ya uzalishaji wa umeme wa kitaifa lazima utoke kwa vyanzo safi vya nishati. Wakati masharti haya mawili yametimizwa pamoja, mpito wa gari la umeme hutafsiriwa kuwa upunguzaji halisi wa utoaji wa mfumo. Haitoshi tu kuweka umeme kwenye meli za gari; vyanzo ambavyo umeme huzalishwa lazima pia kusafishwa haraka.

Kielelezo 9 kinaonyesha jinsi vyanzo vya uzalishaji wa umeme vinavyobadilika katika hali ya tatu. Katika malengo ya kupunguza asilimia 70 na zaidi, uzalishaji wa umeme ni wa juu kuliko katika hali ya AEO25 na msingi; kwa sababu umeme wa gari huongeza mahitaji. Uzalishaji wa umeme mnamo 2050 unaweza kuongezeka kwa hadi asilimia e 75 ikilinganishwa na 2020. Katika makadirio mengi, gesi asilia bado hutoa angalau nusu ya umeme kwa 2050. Walakini, katika makadirio ya kupunguza asilimia 90, sehemu ya gesi asilia hupungua baada ya kufikia kilele karibu 2030 na nishati safi inakuwa chanzo kikuu kuelekea 2050. Katika makadirio haya, nishati safi hukutana na asilimia 58 ya umeme kwa 2050.

Kielelezo 10 kinaonyesha mchanganyiko wa teknolojia ya gari nyepesi katika hali ya tatu. Magari ya umeme huwa teknolojia kuu na kukidhi angalau nusu ya mahitaji ya gari. Hata katika makadirio ya fujo zaidi, magari ya mwako wa ndani hayapotei kabisa; angalau asilimia 9 ya mahitaji ya usafirishaji yanaendelea u kutimizwa na magari haya. Katika sehemu ya majadiliano, hii inafasiriwa kama bafa ya mpito katika suala la kuweka magari yaliyopo ya mwako wa ndani katika matumizi na sio kesi zote za utumiaji zinaweza kutatuliwa kwa kasi sawa na magari ya umeme.

Moja ya matokeo ya kushangaza ya utafiti ni kwamba teknolojia ya dizeli inazidi petroli katika makadirio kadhaa katika magari ya mwako wa ndani. Waandishi wanahusisha sababu hii inayowezekana na ukweli kwamba uzalishaji CO₂ tu unadhibitiwa katika mfano. Kwa kuwa magari ya dizeli hutoa CO₂ ya chini kwa maili kuliko magari ya petroli, mfano huo unaweza kupata teknolojia ya dizeli inafaa zaidi katika suala la gharama na vikwazo vya CO₂ katika vipindi vingine. Walakini, matokeo haya haimaanishi kuwa dizeli ni bora kutoka kwa mtazamo wa jumla wa mazingira; kwa sababu utafiti haukutathmini uchafuzi wa vigezo, athari za ubora wa hewa, au uzalishaji kama vile NOx / chembechembe.

Tathmini ya gharama ya utafiti pia ni muhimu. Jedwali 3 linaonyesha tofauti ya gharama kwa tani CO₂ ya kila makadirio ikilinganishwa na hali ya msingi. Katika hali ya kwanza, ambapo magari mepesi tu ni decarbonized na uzalishaji wa umeme sio mdogo, decarbonization ya kina LDV inaweza kuongeza jumla ya gharama za mfumo na jumla ya uzalishaji wa mfumo. Kwa hiyo, waandishi wanaona mbinu hii kuwa isiyovutia kiuchumi na mazingira, hata kinyume. Hii ni kwa sababu wakati wa kuwekeza katika magari ya gharama kubwa ya umeme, mahitaji ya umeme yaliyoongezeka yanatimizwa na gesi asilia na jumla ya uzalishaji wa mfumo haupungui kwa kiasi kikubwa.

Katika hali ya pili na ya tatu, picha tofauti inaibuka. Wakati sekta ya umeme inapunguza ukuaji wa uzalishaji au sekta ya umeme inachukua lengo la kupunguza wakati huo huo, upunguzaji wa uzalishaji unapatikana kwa malipo ya uwekezaji wa ziada. Jedwali 3 linaonyesha kuwa gharama kwa tani huongezeka kwa malengo ya kupunguza zaidi. Hii inaonyesha kuwa uondoaji kaboni wa kina unahitaji uwekezaji zaidi. Walakini, utafiti unaonyesha kuwa malengo kama vile kupunguzwa kwa asilimia 50-70 yanaweza kuwa mikakati iliyosawazishwa zaidi kutoka kwa mtazamo wa sera, ikifuatiwa na kuzingatia vyanzo vingine vya utoaji wa hewa chafu kama vile usafirishaji wa kazi nzito au sekta ya biashara.

Athari za utafiti huu katika maisha ya kila siku ziko wazi kabisa. Wakati mtu ananunua gari la umeme, uzalishaji wa kutolea nje wa gari huondolewa. Walakini, ikiwa umeme ambao gari o linachajiwa bado unatoka sana kutoka kwa gesi asilia au makaa ya mawe, faida ya hali ya hewa ni mdogo. Kwa hivyo mabadiliko ya kweli sio tu juu ya uchaguzi wa gari la mtu binafsi, lakini pia juu ya jinsi gridi ya umeme ilivyo safi, jinsi miundombinu ya kuchaji inavyopangwa na ikiwa sera za nishati zinafanywa pamoja na sera za usafirishaji.

Kwa upande wa sera za nishati na usafirishaji, utafiti unaonyesha upungufu wa sera za sekta moja. Kuhamasisha magari ya umeme pekee au kuweka viwango vya utoaji wa gari pekee hakuwezi kupunguza uzalishaji wa jumla ikiwa uzalishaji wa umeme utaendelea kutegemea mafuta. Vivyo hivyo, kuwekeza tu katika nishati safi hakuwezi kupunguza uzalishaji wa usafirishaji vya kutosha ikiwa meli za usafirishaji hazitabadilika. Ujumbe kuu wa utafiti ni kwamba umeme wa usafirishaji na uzalishaji safi wa umeme unapaswa kupangwa pamoja.

Kwa mtazamo wa zamani, wa sasa na wa baadaye, utafiti unaelezea mabadiliko ya hatua tatu. Hapo awali, sekta za usafirishaji na umeme mara nyingi zilizingatiwa kama maeneo tofauti ya sera. Meli za magari ya usafirishaji zilijadiliwa juu ya uchumi wa mafuta na matumizi ya mafuta; sekta ya umeme ilijadiliwa juu ya mchanganyiko wa mitambo ya umeme na upangaji wa gridi ya taifa. Leo, kuenea kwa magari ya umeme kumeunganisha maeneo haya mawili. Katika siku zijazo, uondoaji wa kaboni uliofanikiwa utahitaji kwamba magari, miundombinu ya kuchaji, uzalishaji wa umeme na uwekezaji wa nishati safi kutathminiwa ndani ya mfano huo wa mfumo.

Nguvu ya utafiti ni kwamba inaiga athari za hali ya hewa za magari ya umeme kwa kushirikiana na uzalishaji wa umeme, sio kwa kutengwa. Njia hii inajaribu dhana rahisi kwamba "ikiwa idadi ya EV inaongezeka, uzalishaji hupungua" na inaonyesha kuwa dhana hii haitumiki katika hali zote. Kwa kuongezea, utafiti unaunganisha na mtazamo wa sasa wa nishati wa Amerika na data AEO25 na inazingatia muundo wa mfumo wa nishati wa kikanda na hifadhidata EPAUS9rT.

Hata hivyo, mapungufu ya utafiti pia ni muhimu. Kwanza, utafiti unazingatia tu uhusiano kati ya magari mepesi na uzalishaji wa umeme. Mabadiliko makubwa katika maeneo kama vile usafirishaji wa kazi nzito, anga, usafirishaji wa mizigo, viwanda, makazi, na mahitaji ya umeme ya kibiashara sio lengo kuu la mfano huo. Pili, mfano wa TIMES hufanya kazi kwa dhana ya utabiri kamili. Hiyo ni, mfano huchagua uwekezaji unaofaa zaidi kana kwamba unajua gharama za teknolojia ya baadaye, mahitaji, na vikwazo vya sera mapema. Katika ulimwengu wa kweli, wawekezaji wanakabiliwa na kutokuwa na uhakika, maswala ya ugavi, hatari ya kisiasa, tabia ya watumiaji, ucheleweshaji wa miundombinu, na vikwazo vya ufadhili. Tatu, utafiti hautathmini uchafuzi wa vigezo na athari za kiafya. Kwa hivyo, upendeleo wa teknolojia unaoonekana kwa suala la CO₂ unapaswa kuchunguzwa kando katika suala la ubora wa hewa.

Kile ambacho utafiti unasema na kile ambacho hasemi kinapaswa kutenganishwa wazi. Utafiti hausemi kwamba magari ya umeme sio lazima. Kinyume chake, inaonyesha kuwa magari ya umeme yanahitaji kufikia sehemu kubwa sana kwa upunguzaji wa uzalishaji wa hewa chafu. Walakini, inasisitiza kuwa faida ya hali ya hewa ya magari ya umeme itaibuka na uondoaji wa kaboni wa uzalishaji wa umeme. Utafiti hausemi kwamba kutakuwa na mchanganyiko huu halisi wa teknolojia katika 2050; inachunguza njia za mpito za gharama ya chini chini ya mawazo fulani ya mfano na vikwazo vya uzalishaji. Kwa kuongezea, kwa kuwa utafiti huu ni uchapishaji wa awali ambao haujapitiwa na rika, matokeo yanapaswa kusomwa kwa uangalifu na kutathminiwa kwa kushirikiana na mifano mingine, data ya gharama ya sasa, maendeleo ya sera na matumizi ya ulimwengu halisi.

Mbinu ya Utafiti na Matokeo

Utafiti huo ulitumia muundo TIMES uboreshaji wa kiteknolojia na kiuchumi kuchunguza jinsi sekta za uzalishaji wa gari na umeme nchini Marekani zinaweza kubadilika chini ya malengo tofauti ya kupunguza CO₂ hadi 2050. Mfano huo unazingatia vikwazo vya utoaji wa hewa chafu wakati wa kuchagua teknolojia na mafuta ambayo yanakidhi mahitaji ya nishati kwa njia ya gharama nafuu zaidi.

Vipengele vifuatavyo vilitumika katika miundombinu ya modeli:

• Mfano: TIMES mfano wa uboreshaji wa mfumo wa nishati.
• Hifadhidata: 20.4 toleo la hifadhidata ya EPAUS9rT iliyotengenezwa na EPA.
• Muundo wa mkoa: Mfumo wa kanda EPAUS9rT ambazo Amerika imegawanywa katika kanda tisa.
• Chanzo cha kulinganisha: Energy Information Administration Annual Energy Outlook 2025 (AEO25).
• Injini ya utekelezaji wa mfano: VEDA 2.0 na GAMS.
• Matokeo yaliyochambuliwa: CO₂ uzalishaji, vyanzo vya uzalishaji wa umeme, mchanganyiko wa teknolojia ya gari, uzalishaji wa umeme, mahitaji ya umbali wa gari, na ulinganisho wa gharama/uzalishaji.

Matukio matatu ya kimsingi yaliigwa katika utafiti:

Katika mfano huo, magari ya kazi nyepesi yamegawanywa kulingana na aina ya mafuta: petroli, dizeli, umeme, hidrojeni, gesi asilia iliyoshinikizwa, ethanol na gesi ya petroli iliyoyeyuka. Madarasa ya magari ni pamoja na kategoria kama vile mini compact, compact, ukubwa kamili, crossover, pickup, van, SUV ndogo na SUV kubwa. Utafiti unadhani kuwa teknolojia nyingi za magari mepesi zina maisha ya miaka 13, wakati magari ya umeme yana maisha ya miaka 15.

Kwa upande wa uzalishaji wa umeme, gesi asilia, makaa ya mawe, nishati safi, nyuklia, na vyanzo vingine vilizingatiwa. Utafiti huo haukujumuisha ujenzi wa mitambo mipya ya nyuklia katika mfano; ilifikiriwa kuwa vifaa vilivyopo vinaweza kuendelea kufanya kazi maadamu vilikuwa na faida kiuchumi. Waandishi wanasema kuwa upunguzaji wa uzalishaji unaweza kuwa rahisi ikiwa uzalishaji zaidi wa nyuklia utaongezwa kabla ya 2050.

Matokeo muhimu ya 1 ya Hali ni kama ifuatavyo:

Matokeo muhimu zaidi ya Scenario 1 ni kwamba utoaji wa magari ya umeme haupunguzi kwa maana jumla ya uzalishaji wa mfumo bila kupunguza uzalishaji CO₂ sekta ya umeme. Katika mfano, kuongezeka kwa mahitaji ya umeme kunafikiwa na gesi asilia, moja ya vyanzo vya gharama nafuu. Kwa hivyo, kupungua kwa CO₂ katika sekta ya usafirishaji kunapunguzwa na kuongezeka au CO₂ kubwa katika uzalishaji wa umeme.

Matokeo muhimu ya 2 ya Hali ni kama ifuatavyo:

Hali ya 2 inaonyesha kuwa angalau ongezeko la uzalishaji wa umeme lazima lisimamishwe ili mpito wa gari la umeme uweze kufikia upunguzaji wa uzalishaji wa maana zaidi. Hali hii haipunguzi kabisa sekta ya umeme; hata hivyo, inazuia kuteleza kwa uzalishaji kwa kuizuia kwenda juu ya kiwango cha 2025.

Matokeo muhimu ya 3 ya Hali ni kama ifuatavyo:

Tathmini ya gharama/utoaji wa utafiti imefupishwa katika Jedwali 3. Jedwali hili linatoa uwiano wa tofauti ya gharama ya mfumo kwa jumla ya tofauti CO₂ uzalishaji ikilinganishwa na hali ya msingi. Maadili yanawasilishwa kwa tani 2005 USD / CO₂.

Tafsiri ya ishara kwenye jedwali inapaswa kufanywa kwa tahadhari kulingana na majadiliano ya utafiti. Katika hali ya kwanza, maadili mazuri yanawakilisha hali ambapo decarbonization ya kina ya LDV haiongezi gharama na kufikia upunguzaji unaohitajika wa jumla ya uzalishaji bila kikomo cha sekta ya umeme. Katika hali ya pili na ya tatu, upunguzaji wa uzalishaji hutokea kwa uwekezaji wa ziada. Gharama za juu kwa tani katika malengo ya kupunguza fujo zaidi zinaonyesha kuwa decarbonization ya kina inahitaji mabadiliko zaidi ya mfumo.

Mapungufu ya utafiti ni kama ifuatavyo:

• Mfano huo unazingatia tu uhusiano kati ya magari mepesi na uzalishaji wa umeme; usafirishaji wa kazi nzito, usafirishaji wa mizigo, anga na sekta zingine sio mada kuu ya uchambuzi.
• Mabadiliko makubwa ya kimuundo katika sekta ya makazi, biashara na viwanda ambayo yanaathiri mahitaji ya umeme hayajaigwa kando.
• TIMES mfano unachukua utabiri kamili; kutokuwa na uhakika wa ulimwengu halisi, hatari ya uwekezaji, vikwazo vya ugavi, na tabia ya watumiaji haiwakilishwi kikamilifu.
• Mabadiliko ya sera, viwango vya ufanisi wa mafuta, motisha, ushuru, na mipango ya uwekezaji wa nishati inaweza kubadilika kwa muda.
• Utafiti unazingatia uzalishaji wa CO₂; kigezo cha uchafuzi wa hewa na athari za kiafya hazikuchambuliwa.
• Matokeo hutegemea mawazo ya mfano, hifadhidata EPAUS9rT, na mfumo AEO25 kulinganisha.

Kwa ujumla, utafiti unaonyesha athari ndogo ya uondoaji kaboni wa sekta moja na umuhimu wa upangaji jumuishi wa sekta mbili. Magari ya umeme ni muhimu kwa upunguzaji wa kina; lakini haitoshi. Kinachofanya magari ya umeme kuwa na kaboni ya chini ni kwamba umeme unaowachochea hutoka kwa vyanzo safi.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Makala hii imeandaliwa kwa kutegemea utafiti wa Arahim Zuniga, Ivonne Santiago na Kristen Brown wenye kichwa “Electrifying the Future: Least-Cost Decarbonization Pathways in the Transportation and Electricity Sectors”. Ushirika wa kitaasisi wa waandishi hutolewa kama Chuo Kikuu cha Texas huko El Paso na Chuo Kikuu cha Texas huko San Antonio.

Eneo la somo la utafiti ni njia CO₂ za kupunguza hadi 2050 katika magari mepesi na sekta ya uzalishaji wa umeme nchini Marekani, mpito wa gari la umeme, uzalishaji wa nishati safi, mabadiliko ya utoaji wa hewa chafu ya sekta mbalimbali na uboreshaji wa teknolojia ya gharama ya chini zaidi. Katika utafiti, modeli TIMES, hifadhidata EPAUS9rT, VEDA 2.0, GAMS na data ya kulinganisha AEO25 ilitumika.

Aina ya chanzo SSRN karatasi ya utafiti ya preprint ni. Imeelezwa wazi katika maandishi “This preprint research paper has not been peer reviewed” Utafiti Haijapitiwa na rika. Kwa hivyo, matokeo yanapaswa kuzingatiwa kama matokeo ya uundaji wa kitaaluma ya kiwango cha awali yaliyopatikana chini ya mawazo fulani ya mfano, sio kama matokeo ya mwisho yaliyochapishwa katika jarida lililopitiwa na rika.

Utafiti huu sio matumizi ya uwanja wa majaribio. Haitoi matokeo ya ulimwengu halisi yanayotokana na kutekeleza na kupima sera maalum ya gari la umeme. Matokeo yanatokana na makadirio ya hali yanayozalishwa na modeli ya TIMES na mbinu ya uboreshaji wa gharama ya chini zaidi. Mfano huu hufanya kazi na pembejeo kama vile mahitaji ya nishati, gharama ya teknolojia, maisha ya gari, mchanganyiko wa uzalishaji wa umeme, na vikwazo vya uzalishaji.

Katika makala haya, upeo wa utafiti wa chanzo haujazidi, na madai ya ziada kwamba dhamana za sera, mafanikio ya kibiashara, matokeo ya uhakika ya teknolojia, au matatizo yote ya utoaji wa hewa chafu ambayo hayajajumuishwa katika utafiti hayajajumuishwa katika utafiti hayajajumuishwa. Matokeo ya utafiti yanapaswa kusomwa hasa katika muktadha wa magari mepesi ya Marekani na sekta ya uzalishaji wa umeme. Wakati wa kutafsiri nchi nyingine, muundo wa gridi ya umeme, soko la gari, sera ya nishati, uwezo wa nishati mbadala, uamuzi wa nishati ya nyuklia, utegemezi wa gesi asilia na tabia ya watumiaji inapaswa kuzingatiwa.

Utafiti huo ulitayarishwa kwa msaada wa Kituo cha Kitaifa cha Utafiti wa Uhandisi cha Wakfu wa Sayansi kwa Kuendeleza Uendelevu kupitia Miundombinu ya Nguvu kwa Umeme wa Barabara (ASPIRE). Msaada wa ruzuku ya ConTex pia ulielezwa. Ilielezwa kuwa maoni ya wafadhili hayakuwakilisha maoni katika utafiti.