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V2G会成为下一个热点吗?

2020-08-05 09:22:14

 

近日,奥迪官方宣布正与德国海格电气集团 Hager Group,德国家族企业,成立于1955年,全球排名前五的电气及智能化解决方案供应商)合作开展一个“双向充电”创新研究项目,也就是我们之前一直所说的V2G(Vehicle to Grid)技术,该研究项目主要目的是将电动汽车纳入家庭电网,从而提高电网稳定性、降低电费并为气候保护做出贡献。

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1.研发双向充电V2G的战略意义及目标

奥迪和海格电气(Hager Group)的愿景就是增加电网稳定性、降低电力成本、为保护气候做贡献。将电动汽车并入家庭电网就是两家公司双向充电创新研究项目的核心,结合了光伏系统之后就会更具优势,因为可以暂时存储多余的PV(太阳能光伏)电力,在有需求的时候再输出。

奥迪一直致力于实现《巴黎气候协定》的目标,努力在2050年之前让其车辆实现碳中和。为了实现这一目标,奥迪正在进行一场广泛的电动攻势,包括到2025年推出大约20款纯电动车型。不仅如此,电动汽车还将成为其越来越广泛的移动出行产品的一部分,并成为其向可持续能源转型的一个组成部分。

2020年上半年,可再生能源在德国电力结构中的占比首次达到50%以上。不过,这一比例的增加也伴随着风能和太阳能所具备的两难困境:发电量不恒定,以及在阳光明媚以及有强风的时候,缺乏容量存储电网无法使用的风能和太阳能。

随着电动汽车注册量的增加,移动储能单元的数量也在增加。只要可以智能地使用此类储能单元来存储容量,就可以带来巨大潜力。因此,据外媒报道,奥迪与海格电气在合作开展研究,研发既能带来经济激励又能更安全供电的解决方案——双向充电,亦称车到电网(V2G)技术。

电动汽车成为一个灵活的储能单元

这个想法既简单又富有创造力:电动汽车的高压电池通过家中的壁挂式充电器进行充电,但也可以作为一个分散式储能媒介,向家中供电。如果顾客有一个光伏系统,电动汽车就可以作为家中环保发电的临时储能媒介。当没有太阳时,电动汽车就可以将存储的电力供应给家庭。在家中实现双向充电也被称为汽车到家(V2H),可大大降低家庭用电成本,增加电网稳定性。为进一步扩展,结合家庭储能单元,就可以让家庭实现接近完全的能源独立,在停电时增加供电安全。 

理论上听起来简单的东西往往需要高水平的技术知识以及让不同技术组件之间协调互动,包括基础设施和采用的车辆。在该研究项目中,研究人员采用了配备近系列充电技术(near-series charging technology)的奥迪e-tron车型。在测试电网中,奥迪纯电动车型采用直流壁挂式充电装置(充电功率高达12 kW),以及容量高达9 kWh的可伸缩家用储能单元。由于整个电网所具备的直流电压水平,PV系统和车辆之间的连接不再需要逆变器,从而成为了一个特别有效的解决方案。

PV系统充电可节省成本

双向充电主要关注于此类用例,即业主采用自己的光伏系统,获得成本得到优化、家庭所发的电进行充电。电动汽车存储PV系统中的剩余电力,家庭电器并不采用PV系统的电力。如果电价是有变化的,那么业主就可以在电价高时,让电动汽车为整个家庭供电。在晚上或者非用电高峰期,汽车就可以使用廉价的电力充电至满意的充电状态(SOC)。双向充电除了带来成本优化,还可以实现供电安全。在停电时,该系统还可以通过高性能的高压电池为家庭供电,或者可以在没有接入电网时,独立运行整栋建筑。

研究人员关注的焦点是日常可用性 

开发人员将日常可用性作为首要任务。研究人员表示:“保持机动性是我们关注的焦点,因此,客户不需要限制自己,日常生活中都可以采用双向充电。智能化充电管理可以让电池得到最佳使用,从而最大限度地提高整个系统的成本效益。该系统对客户而言非常简单,只需要给汽车插上电源,其余事情都可自动完成。”        

2.双向充电V2G技术的经济效益

V2G双向充电技术运用下,能将电动汽车的动力电池当作一个“巨型移动充电宝”。

从国家电网的角度,V2G可以起到调节电网的作用 —— 在用电高峰期让电动汽车向电网放电,在用电低谷时给车辆充电,减轻电网的负载压力。

从车主及消费者的角度,在用电低谷时用较低的电价给汽车充电并储存电量,而在用电高峰期用较高的电价向电网输送电力,相当于“卖电”给电网,低谷和高峰期的电价差可以为给车主带来一定的经济收益,从而进一步降低电动车车主的用车成本。我们可以简单算一笔账,按照目前大部分城市高峰期价格为0.6元/度,低谷为0.3元/度,那么差价在0.3元/度电,按照目前市面上的纯电动汽车电池电量在60度电左右,假设一辆车一天完成一次充电和放电的过程,那么一天赚取的差价为60*0.3=18元/天,那么一年就是6570元,这么看看也是一个不小的数目。

而如果某些车主家中装有太阳能电力系统(在欧美国家较多)的话,那么该笔经济效益将会更大。在阳光充足的时候,可以将多余的太阳能电力存储在电动汽车电池中,待没有太阳光的时候,此时电动汽车可以将存储的电量重新提供给家里电器使用,此外在电网停电或者没有电网的环境下,电动汽车也可以作为一个独立的电力能源给房屋及电器供电。

3.双向充电V2G技术难点

车网协同控制及管理:众所周知,社会用电量非常明显的呈现波峰波谷状态,目前主要是夏季冬季的用电高峰,但伴随着电动汽车的不断增多,而且电动汽车的充电及放电时间是高度随机性的,如果不能进行统一协调控制及管理的话,将会对电网网损及电能稳定性产生巨大的影响,而且在调控层面电网是非常脆弱的,电网中的发电和供电就像一台天平,必须尽量接近平衡状态。大规模电量供求变化会对电网本身产生一定的冲击,严重时甚至会产生电网失步震荡。当这种失步震荡强烈到一定程度,可能引起电厂跳闸,而跳闸又导致供电缺口增大。 

对于电池衰减的影响:在V2G的技术下不可避免的会增加汽车电池的充放电次数,而众所周知决定电池使用寿命的是它的充电循环次数。所谓的充电循环次数,是指电池从满电状态把电池电量放到0,又充满的过程。对于电池循环使用次数国家强制要求必须要在1000次以上,磷酸铁锂一般可以做到2000次,而三元锂电池一般也能1000次以上。此外国家规定,当新能源汽车动力电池衰减到80%以下,即电池损耗20%以上时,已不适合继续在新能源汽车上使用,应视作动力电池使用寿命的终结,强制进入梯次利用环节。这也是特斯拉早期不愿意部署双向充电技术的主要原因,当时特斯拉首席执行官埃隆马斯克对特斯拉汽车实现双向充电功能表示担忧,因为双向充电方式会加速电池退化,对于规模相对较小的新能源品牌而言,价值不大。 

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4.国内V2G双向充电现状

从国内相关报道俩看,目前国内V2G发展,主要分为几个阶段,2020年之前:开展小批量多批次的V2G试验验证,参与互动的电动汽车数量可控制在10~300辆,该阶段主要任务是验证多台电动汽车与电网互动技术,实现多辆电动汽车的有序充放电。2020年~2025年:主要开展规模化电动汽车(数量一般不少于500辆)与电网互动的示范运行。2026年之后:逐步商业化推广。

同时国内各大汽车企业也陆续研发V2G双向充电技术,其中近日新能源汽车威马宣布与国家电网强强联合,成为首家落地应用V2G技术的造车新势力,且顺利通过全项V2G技术的车、桩实测及道路测试。本田在研发无线双向充电技术,包括早期不看双向充电的特斯拉近期表示会在Model 3和Model Y中增加双向充电功能

参考资料来源及致谢

盖世汽车/网易新闻/妞爸侃车

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