电动汽车入网技术(V2G)是什么,目前有什么研究或者是应用?

通俗地说,所谓V2G,就是车(Vehicle)与电网(Grid)以多种形式 增强了互动 ,从而实现了对双方都好的 、更加欢愉的状态。

(本文写作语言较为随意,以科普为主。行文中若有原则性谬误之处,请不吝赐教。本人并非电力系统出身,水平有限,愿虚心学习)

关键词1:多种形式

从一个亲身经历的小故事讲起:

本人是搞电动汽车的,直到研究生阶段还对电网没有深入研究。有一次做制动回馈研究,一个小时给电网发了几十度的电。缴电费的时候,我对电网工作人员说,“我用你们电网的电,这个电表给我计费,现在我给电网发电,你们不给我钱,电表还给我计费,这不太科学吧?兄弟,电费给便宜点?”

虽然只是开玩笑,但说这话时我是理直气壮的。就像杀人偿命、欠债还钱一样的道理,你给我电,我给你钱;我给你电,你给我钱 —— 这应该就是常人对电网的最朴素的认知模型了。

没想到电网工作人员大吃一惊,“你们私自发电并入电网了???你们发电入网,还想要钱,没向你们额外收费就不错了!”

真是岂有此理!!!

当时我是不太懂的,后来才明白,我们私自发电并网,电网在负荷转移 层面是占了便宜,但在负荷调节 层面是吃了大亏,在旋转备用 层面是没有帮助。而负荷转移(Load shifting)、负荷调节(Regulation)、旋转备用(Spinning reverse)就是V2G的最主要的三种形式。

负荷转移 : 虽然电价是固定的,但短期内发电成本却是边际成本递增 的(原因不在此处展开)。因此,电网希望全社会的用电需求是稳定的,最好是常数。可哪有这么好的事情啊,夏天开空调、春秋不开空调,这是季节波动;下班回家看电视做饭加充电用电多,12点后关灯睡觉嘿咻用电少,这是日内波动。 减少波动无非就是两种措施:高峰时尽量少用电、甚至给电网充电(削峰),低谷时鼓励用电(填谷),特别是那些具备储能功能的电器 。这在电网叫需求侧管理(DSM, demand side managemand,与最近常说的供给侧改革是两码事……)。需求侧管理在研究领域很火,但一直很难办,为啥呢?因为一般家庭里都没有储能功能的电器 啊。当然,你可能不服,你说你家有储能电器:

而且还有很多,比如笔记本电池、智能手机、电动自行车,还有手机充电宝……好吧,这么说也没错,不过本人想强调的重点是:电动汽车才是超大的储能功能的电器 。有多大呢?

如果一个城市10%的汽车换成电动汽车,而且这些车都是晚上8点充电的话,有可能使峰值负荷增加20%!(如下图所示。数据只保证大概不离谱)对电网的冲击,意味着需要更大的发电固定资产投资,这时常也是电动汽车反对派常用的论据。

这下好了,电动汽车一来,电网要瘫痪,咋办?如果V2G的负荷转移玩得好,从上图的蓝色区域移到黄色区域,不就好了吗?

如果玩得再好一些,在晚上8点我不仅不用电,还给你电网充电,这样就减少了峰值负荷,让电网舒坦,减少了大量的发电固定资产投资,不是很好吗?当然,这个“玩得再好一点”很困难,面临很多难以逾越的难题,比如锂电池寿命,比如并电入网。

负荷调节 :以前我觉得电网就像是一个盛满电能的大池子,是一个超级大的UPS。咱们用电,就是舀一勺电,电老爷收一份钱,好不快活。可实际上并非这样,并不存在超大的UPS,而是电网绷紧神经跟随 我们的用电需求。晚上8点到了,用电高峰来了,电网就开启更多的机组,加大发电功率,跟上用电需求;晚上12点到了,大家都睡了,用电低谷来了,电网就关闭机组,降低功率,跟上用电需求。这个过程就可以简单地理解为负荷调节 。 如果跟不上会怎么样呢?频率会波动,50.1Hz或49.9Hz,反正不是准确的50Hz了。再严重点,进而就是停电,从小范围停电到大范围停电。并且值得提出的是,不仅发电少于需求会停电,发电多于需求也会停电,这也就是为啥电网不希望我们私自发电并网。因为现在电网只有供给侧管理,这种私自的发电并网会危害负荷调节,严重时还会造成事故。

旋转备用 :为应对潜在的事故,电网还准备了很多备用机组来应对紧急情况。这些备用机组虽然功率不大,但由于对响应时间要求苛刻(小于1分钟),所以成本也是蛮高的。可恨的是,这些旋转备用机组有可能一年也用不上一次,但也必须得备着。 这个时候,电动汽车来了。尼玛,电动汽车的锂电池不就是一个完美的旋转备用机组吗?响应时间别说1分钟了,应该以微秒计。假如一个城市几十万辆电动汽车在连入电网时,可以为电网所控制,为电网所用,那旋转备用机组的投资不就可以省了吗?电动汽车也很开心,旋转备用一年也用不了一次,只需要承诺每天晚上回家插上电就能收旋转备用租金,多好的事儿?

画面太美,妙不可言。

总之,V2G是多种形式的,不应仅仅地局限于“电动汽车给电网充电”。

关键词2: 互动

现在的车与网,几乎没有互动性可言。无非是电动汽车没电了,找电网充充电,当插头插入了电动汽车,毫无互动,毫无快感。或者是电动汽车多了,充太快了,电网嗷嗷叫一下说你这样不行,我再精壮,你这么饥渴也会把我抽干的,我要给你断电。

而V2G,必须要互动起来——当G客满的时候,V就先别来充;当G没客人的时候,V再来光顾;甚至必要的时候,V可以帮G来拉客(负荷转移 )。G的客源波动大的时候,V也来当个临时工,调节一下波动(负荷调节 )。当G集体例假时,V就大义凛然地顶上(旋转备用 )。

客观地说,负荷调节、旋转备用都太远了,不知道哪一天才能实践。即便是负荷转移,V也很难做到给G拉客(因为锂电池的寿命问题)。V2G应该是广义的,即使电动汽车仅做到“智能充电”,也是增强了V与G的互动性。即使中短期难以做到“电动汽车给电网充电”,也不能因此就否认V2G是不可能的。

关键词3: 互利(对双方都好)

对电网而言,利益是巨大的。除了上述的负荷转移、负荷调节与旋转备用之外,答主再补充一点。这些年风头正劲的风力发电、太阳能发电,电网并不太喜欢。为什么呢?因为传统的供给侧管理中,发电量是可控 的。而风电、光电,尼玛波动太厉害啊,把你并过来我很不好办啊。一阵狂风袭来,风电变多,我必须赶紧关闭发电机组来调整供给;一阵乌云漂过,光电变少,我必须赶紧打开发电机组来调整供给。你给我一度电我赚屁民5毛钱,但并网成本可能要1块钱(不准确的数据)。

既然国家要鼓励风电光电,电网也只好硬着头皮干。咋干呢,建储能电站呗,用大规模电池组成的“电容”把光电、风电的波动给滤掉。但这成本简直是太高了。

如果真的有大量电动汽车接入电网,不就可以把这部分成本给省了吗? 这省下的钱分给电动汽车一部分,不就共赢互利了吗?

就这样,电动汽车产业与光伏产业,两大风光无限但发展受阻的国家战略产业,看似风马牛不相及,但一结合就互相解决了对方的难题啊!

哦,当然,以上均是V2G已建成的理想情况。V2G何时能建成?不知道。所以,电动汽车产业与光伏产业,还是各找各妈去自救吧。

有相关的研究吗?

有的,挺多。我大概读过三四百篇,在此只推荐2篇特别特别好的文章。

1. , Callaway D S, Hiskens I A. Proceedings of IEEE, 2011, 99(1):184-199

IEEE年度好文。通俗易懂,入木三分。

2. Kempton W, Tomic J. Journal of Power Sources, 2005, 144(1):268-279

提出V2G概念的文章。

有相关的应用吗?

几乎没有。特斯拉的POWERWALL算是一个布局。马斯克的眼光向来非常具有前瞻性,我不清楚他看到了多远。

特斯拉做Powerwall,尝试家庭储能仅仅是一个开始(图)_网易新闻中心

来源:知乎 http://www.zhihu.com

作者:张抗抗

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