美國落基山研究所(RMI)估計(jì),若要使在美國道路上行駛的所有車輛,大約2.51億輛轎車電氣化,那將使年度電力需求增加約25%,且其中還不包括貨運(yùn)和公共交通等中型和重型車輛等。
向全電動(dòng)化過渡可能還需要數(shù)10年的時(shí)間,但隨著越來越多的電動(dòng)汽車上路,關(guān)于公用事業(yè)如何管理其充電需求的問題越來越多。隨著需求的增加,電動(dòng)汽車越來越被視為潛在的電網(wǎng)資產(chǎn),對(duì)電網(wǎng)管理的意義也愈加重大。將充電需求與更高的可再生能源產(chǎn)量和更低的電網(wǎng)壓力相結(jié)合,可以幫助減少運(yùn)輸中的碳排放并提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
通過使用時(shí)間率和需求響應(yīng)程序進(jìn)行的有償收費(fèi),被稱為車輛-電網(wǎng)整合,已經(jīng)成為公用事業(yè)的主題。這種管理電動(dòng)汽車充電需求的方法(主要依賴于單向潮流,來調(diào)整充電器從電網(wǎng)提取能量的方式和時(shí)間)有時(shí)被稱為1級(jí)集成(V1G)。但是,也有使用電動(dòng)汽車電池中的能量來為其他負(fù)載提供服務(wù),即所謂的“車輛到電網(wǎng)(V2G)”功能。
目前越來越多的共識(shí)是,未來將會(huì)有數(shù)以百萬計(jì)的汽車電池將為建筑物和微電網(wǎng)供電,并將能量回饋到大功率電源系統(tǒng)中。盡管這些功能在歐洲和亞洲的部分地區(qū)得到了應(yīng)用,但有專家表示,美國距離V2G的廣泛使用還有數(shù)年之遙。包括北卡羅來納州的杜克能源在內(nèi),有一些公用事業(yè)公司推出了試驗(yàn)計(jì)劃來測試這些功能,但是仍然存在技術(shù)、安全和工程方面的問題,商業(yè)案例也需要進(jìn)一步研究。
Fermata Energ是該領(lǐng)域的關(guān)鍵參與者,其首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人David Slutzky表示,雙向充電可以加速電動(dòng)汽車的普及并加速可再生能源的使用。2020年該公司的雙向充電系統(tǒng)率先通過了新的北美安全標(biāo)準(zhǔn)UL 9741(雙向電動(dòng)車充電系統(tǒng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn))的認(rèn)證, 這使該系統(tǒng)成為首個(gè)滿足北美雙向EV充電器標(biāo)準(zhǔn)的商用充電器。
David Slutzky指出,電動(dòng)汽車有許多可以使第三方和客戶受益的價(jià)值流,V2G所做的就是解放這些價(jià)值流,這些價(jià)值可能包括彈性、需求收費(fèi)管理、伏特/無功優(yōu)化、頻率調(diào)節(jié)等。據(jù)了解,F(xiàn)ermata Energ的充電器起初只有幾十個(gè),去年秋天開始向試點(diǎn)合作伙伴發(fā)貨。
非營利組織Clean Energy Works的創(chuàng)始人Holmes Hummel表示,對(duì)于雙向充電,F(xiàn)ermata Energ的UL安全認(rèn)證是一個(gè)分水嶺,該公司致力于加速該行業(yè)的融資,這是搶占優(yōu)勢的開始。
RMI的Chris Nelder表示,雙向充電的業(yè)務(wù)案例很可能始于將它們與建筑物(V2B)連接,而不是電網(wǎng)。在V2G真正成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)之前,希望有各種各樣的V2B解決方案,其中汽車可以用作建筑物的備用電池,但這還涉及很多技術(shù)問題。
根據(jù)David Slutzky所說,在解決了技術(shù)問題之后,雙向充電的潛在價(jià)值是巨大的。例如,與25 kW雙向充電器相連的日產(chǎn)LEAF,可以幫助一些商業(yè)客戶大幅降低需求費(fèi)用。如果每月使用該車輛兩到三次,則每輛汽車每年可節(jié)省9000美元。
Holmes Hummel表示,大多數(shù)人對(duì)V2G的理解僅局限到高峰需求管理,但這很可能低估了它們的潛力。加利福尼亞州聯(lián)合機(jī)構(gòu)工作組曾發(fā)布了一份關(guān)于汽車-電網(wǎng)集成的報(bào)告,發(fā)現(xiàn)了320種不同的集成案例,到2022年被認(rèn)為應(yīng)該能夠提供價(jià)值。該報(bào)告對(duì)V2G應(yīng)用的范圍進(jìn)行了評(píng)估,并量化了V2G潛在的利益。
但是根據(jù)Chris Nelder的說法,車輛-電網(wǎng)集成中的大多數(shù)價(jià)值在于托管充電,而不是V2G應(yīng)用。他們認(rèn)為絕大部分場景是管理充電以提供電網(wǎng)服務(wù),而不是將車輛的電能回饋給建筑物或電網(wǎng)。
Roanoke Electric Cooperative已購買了一套Fermata Energ的充電系統(tǒng),并與Clean Energy Works合作,以單個(gè)日產(chǎn)LEAF測試多個(gè)用于雙向充電的業(yè)務(wù)案例。Fermata Energ還向丹佛市發(fā)送了雙向充電器,它將在一個(gè)小型試點(diǎn)中應(yīng)用,這是一個(gè)非營利活動(dòng)和協(xié)作工作空間。Fermata Energ還與Nissan達(dá)成了協(xié)議,將使用LEAF測試這些應(yīng)用。在開發(fā)新充電器之前,該公司正在嘗試在批發(fā)市場提供服務(wù)。
2016年,F(xiàn)ermata Energ在三個(gè)不同的地方連接了4臺(tái)日產(chǎn)LEAF電動(dòng)汽車和30 kW雙向充電器,并使用它們參與了PJM頻率調(diào)節(jié)市場。這些車輛在白天正常行駛,在晚上將進(jìn)入頻率調(diào)節(jié)市場。他們匯總了這4輛車的數(shù)據(jù),并對(duì)PJM的信號(hào)做出了約97%的響應(yīng)。
使用電動(dòng)汽車為住宅供電的想法很有吸引力,但是專家表示,這不太可能成為第一個(gè)使用V2G功能的領(lǐng)域。校車更有可能是第一個(gè),因?yàn)樗腥萘扛蟮碾姵?,可長時(shí)間閑置。Holmes Hummel表示,僅需5輛電動(dòng)校車即可提供約1 MW?h的車載存儲(chǔ),且校車的占空比很低,一天僅運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)。公用事業(yè)公司預(yù)計(jì)其服務(wù)范圍內(nèi)的前1萬輛電動(dòng)汽車每年行駛1億英里,而90%的時(shí)間是停泊狀態(tài)。
黃色校車
Duke Energy最近獲得了北卡羅來納州公用事業(yè)一項(xiàng)耗資2500萬美元的電動(dòng)汽車試點(diǎn)項(xiàng)目,包括安裝并擁有280個(gè)充電站、電動(dòng)校車計(jì)劃,以及V2G應(yīng)用潛力的研究。該計(jì)劃將從小規(guī)模的30輛巴士開始,以更多地了解其在實(shí)踐中的工作方式。據(jù)稱,Duke Energy一直在研究的校車具有大約50~100 kW的潛在雙向功率容量,每輛校車可承載約100~150 kW?h的能量。
Duke Energy電氣化戰(zhàn)略總監(jiān)Lang Reynolds表示,Duke Energy不打算在頭一年或兩年內(nèi)對(duì)公交車進(jìn)行任何雙向調(diào)度,而是研究其充電需求?!拔覀儗⒎浅W屑?xì)地觀察研究這個(gè)過程,并在很長一段時(shí)間內(nèi)不做任何事情以影響其正常運(yùn)行。當(dāng)開始時(shí),我們只是進(jìn)行測試,以確??梢园垂卉囍圃焐毯统潆娖饕蟮墓β仕竭M(jìn)行分配。我們感興趣的是很多潛在的未來案例,包括對(duì)客戶的需求收費(fèi)管理和為恢復(fù)供電提供的備用電源等。”
Lang Reynolds說,Duke Energy還將允許電動(dòng)汽車的電池在退役后,能繼續(xù)在電力公司重新用作固定儲(chǔ)能。Duke Energy的服務(wù)范圍內(nèi)有數(shù)萬輛公共汽車,如果它們都是電動(dòng)的,那將是一個(gè)重要的資源,但真正的問題是如何將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。目前在這一點(diǎn)上,問題要比答案多。