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V2G让电动车支援电网供电平衡 创造边缘移动储能新潜力

来源:科技网 发布时间:2019-06-21

摘要: 电动车未来20年若持续普及,有望成为全球电网供电平衡新助力。近年在全球交通运输产业可见许多科技创新的导入,包含电动化、自驾光达(LiDAR)、下世代全球卫星定位(GPS)技术演进等,虽然这些新兴汽车科技正引领世人进入全新电动化新移动时代,但电动车在全球汽车产业的崛起,却也形成对全球既有电网负荷的新课题。



电动车未来20年若持续普及,有望成为全球电网供电平衡新助力。近年在全球交通运输产业可见许多科技创新的导入,包含电动化、自驾光达(LiDAR)、下世代全球卫星定位(GPS)技术演进等,虽然这些新兴汽车科技正引领世人进入全新电动化新移动时代,但电动车在全球汽车产业的崛起,却也形成对全球既有电网负荷的新课题。
电动车一旦普及 电网负荷压力大增

如据美国市调顾问公司Wood Mackenzie近期一项研究显示,若在美国德州既有电网配置下,同时有6万辆电动车同时进行充电,可能就会对德州整个电网运作形成挑战。


若这6万辆电动车均采充电时间仅需5分钟的100kWh电池组,同时充电情况下就相当于需要电网同时供应70GW规模电力。如果电动车制造商及充电桩解决方案供应商在未来,推出可支援更快速充电的解决方案并导入大量商用化,更将对全球既有电网形成一大挑战,因此如何在未来电动车可能进一步导入市面下做好充电管理将成为一大重点,但其中也有潜在商机应运而生。


彭博新能源财经(BloombergNEF)最新调查预估,全球电动车销售量在2018年首度突破200万辆以上,预计到2025年可达1,000万辆、2030年估计可突破2,800万辆,到了2038年可望首次超越内燃机引擎汽车销售量,预估至2040年全球总销售量可达5,600万辆,届时全球电动车销售量将占整体汽车销售量的57%。而电动车用电池成本,预估也可望持续下降,成为带动更平价电动车问世一大驱动力。


依照上述预估趋势,以及Wood Mackenzie调查的电动车同时充电对既有区域性电网形成的负荷挑战,意谓未来20年全球电动车销售量持续加速成长,将对全球各国和地区电网稳定供电形成更大挑战。



有鉴于中国、印度、中东和东南亚地区随着人口持续增加、国内生产总值(GDP)成长,对整体电力需求也将持续成长下,预估全球电力需求到了2050年将增加57%,伴随电动车销量成长对电力需求的持续成长,这将进一步影响家用、工业用和消费性电子用电的稳定,进而可能对未来物联网(IoT)时代到来后的稳定供电形成冲击。


但危机也是转机。如果能在未来20年全球电动车普及速度加快趋势下,顺势将搭载电池组的电动车转化为可移动、灵活的电网供电稳定边缘端储能装置,也有作为稳定电网供电高峰时用电吃紧的移动式储能装置潜力,这有赖以双向式充电技术为基础的「汽车入网」(Vehicle-to-Grid;V2G)技术的发展。


V2G:电动车与电网双向式能源移动概念


V2G技术基本上即电网和电动车电池组之间的双向能源移动概念。在此基础下,电动车透过电动充电过程,其电池组可作为储存电网剩余电力的储能空间,成为一种移动式的储能装置,而V2G就是能将电动车高容量动力电池中储存的电力,转移回电网的技术。


因此V2G这类电力双向流动技术,能够让电动车在任何时间进行充电时,提供所储存电力回到电网,这在电网处在供电高峰时最具效益。藉由V2G技术,有助创造更平衡且高效率的电网环境,成为未来用电量及电动车渗透率可望持续攀升下,一个可协助电网平衡供电的关键技术。



为达此目标,有赖全球公用电网业者和各家电动车制造商共同合作,发展电动车和电网间的双向式充电基础设施,以及在电动车内建V2G控制单元以及搭载高电压电池组等,并将此推广至一般消费者用户端,让家用充电桩及电动车均可支援V2G双向式充电技术。


而要让V2G技术普及成真,硬件基础设施的导入和普及仍是不够,如何从公用电网业者端提供电动车车主有吸引力的价格诱因,让车主愿意出借其电动车作为稳定电网供电合作一环,也是一大重点,进而让车主愿意在离峰用电时段进行电动车充电,或是在车主没有需要用车时,愿意将其电动车提供V2G使用等,这将有助公用电网业者能够更好的调节电网,减轻电网用电高峰的负荷压力。


此外,双向式充电技术也可提供对电动车如何真正影响电网的观察。透过V2G技术监测电动车充电,有助公用电网业者追踪电动车使用方式的资料数据,诸如车主充电的频率、一天当中充电高峰期落在何时、需要大量电力供应的来源等。在搜集这些资料和数据后,有助公用电网业者进一步更准确预测电网用电高峰及离峰时刻,以及何时是最佳利用过剩电力的时机等。


缓解电网用电高峰负荷外,V2G技术还可让电动车化身为发电机,在停电时提供大楼和家用电力所需,因此可作为天然灾害导致停电时的紧急供电装置,让未来电动车数量成长不会形成困扰电网的问题,反倒成为协助缓解电网供电问题的解决方案。


无线充电 提供V2G更大优势


为让V2G技术可无缝接轨运行,电动车采取无线充电技术将有其必要,因可让电动车更具灵活支援性。基于磁共振(magnetic resonance)技术的无线充电技术,主要内建于地面,可让各类型电动车自动进行安全充电,因无需驾驶特别下车操作插入充电线,亦即可让电动车自动进行V2G支援,这也成为未来电动车自驾化后另一新应用潜力。若可让无线充电的效率达到和有线充电相同水平,还有助减少额外充电基础设施的布建。



若电动车用电池组可延长使用年限,更有助V2G技术的发展。如雷诺日产(Renault-Nissan)能源服务部门总经理Francisco Carranza日前指出,基于日产2011年以来在欧洲销售的40万辆Leaf电动车监测数据资料,Leaf所搭载电池寿命比一辆汽车平均寿命还长10~12年,达到22年之久。这些寿命比电动车还长的电池,有助成为电动车电池的循环利用。


创造电动车额外能力 提高使用效率、增加额外收入


日产也在发展自有V2G概念,让电动车可作为平衡电网电量需求的储能装置,在电动车未行驶或使用时,可释放电池组电力给电网。日产目前和意大利能源公司Enel在丹麦进行V2G测试,显示电动车车主可藉V2G创造约1,454美元获利。


Leaf在欧洲德国、英国及丹麦,也已获得认证为能源工厂,Carranza表示,可让Leaf在这些国家以更传统的方式连结至电网,并称透过电动车提供储电服务至电网的营利潜力很高。


为解决电动车电池老化问题,日产在2018年曾推出一项更换Leaf电池组方案,以再制的电池组更换旧电池组。即使这些再制电池组不是全新的,应也比旧电池组能源密度更高。



日产以外,本田汽车(Honda)也正在研究如何运用该公司电动车电池来储存电网电力,以提供电网足够电力所需,藉此创造的营收则归给本田电动车车主。实际上本田多年来也都在测试某种形式的V2G概念,如与无线充电业者WiTricity合作开发结合V2G的无线充电系统,并评估V2G是否能为客户创造新价值。


雷诺3月也宣布推出新的交流电(AC) V2G电动车充电测试计划,成为全球首个较大规模测试交流电V2G计划的汽车制造商。至今全球V2G主要透过直流电(DC)的CHAdeMO充电规格进行测试,这需要采用成本较高的外部双向式充电装置,但由于雷诺ZOE电动车仍未采用直流电快充规格,因此雷诺将以ZOE可逆式车载充电系统,进行三阶段交流电双向式充电测试。


Tesla在2018年中也曾考虑重启旗下电动车的V2G功能,呼应客户对希望拥有V2G功能的需求。Tesla执行长Elon Musk曾指出,Tesla电动车早有输出电力的功能,首代电动跑车Roadster的电池组就具备输出电力的能力。


如果采用车载V2G充电器或逆变器,有助降低V2G基础设施端的成本和规格兼容时间。雷诺在2019年内将部署15辆ZOE在欧洲几个城市进行测试,看是否具备大范围部署可行性。


美国能源研究公司Zpryme预估,2015~2020年全球V2G基础建设市场规模,预估从近6.6亿美元成长至67亿美元,2015~2020年的年复合成长率(CAGR)预估将高达58.9%。


预估到了2020年,全球支援V2G车辆前三大市场分别在美国、中国和日本,市占率预估分别达28%、27.8%以及17.8%,其中中国市占率成长幅度最大,美日反而略为衰退。

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