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V2G讓電動車支援電網供電平衡 創造邊緣移動儲能新潛力

出處 : 科技網 發布時間 : 2019/06/21 關鍵詞: V2G 電動車 閱讀 : 19

摘要:電動車未來20年若持續普及,有望成為全球電網供電平衡新助力。近年在全球交通運輸產業可見許多科技創新的導入,包含電動化、自駕光達(LiDAR)、下世代全球衛星定位(GPS)技術演進等,雖然這些新興汽車科技正引領世人進入全新電動化新移動時代,但電動車在全球汽車產業的崛起,卻也形成對全球既有電網負荷的新課題。



電動車未來20年若持續普及,有望成為全球電網供電平衡新助力。近年在全球交通運輸產業可見許多科技創新的導入,包含電動化、自駕光達(LiDAR)、下世代全球衛星定位(GPS)技術演進等,雖然這些新興汽車科技正引領世人進入全新電動化新移動時代,但電動車在全球汽車產業的崛起,卻也形成對全球既有電網負荷的新課題。
電動車一旦普及 電網負荷壓力大增

如據美國市調顧問公司Wood Mackenzie近期一項研究顯示,若在美國德州既有電網配置下,同時有6萬輛電動車同時進行充電,可能就會對德州整個電網運作形成挑戰。


若這6萬輛電動車均采充電時間僅需5分鐘的100kWh電池組,同時充電情況下就相當于需要電網同時供應70GW規模電力。如果電動車制造商及充電樁解決方案供應商在未來,推出可支援更快速充電的解決方案并導入大量商用化,更將對全球既有電網形成一大挑戰,因此如何在未來電動車可能進一步導入市面下做好充電管理將成為一大重點,但其中也有潛在商機應運而生。


彭博新能源財經(BloombergNEF)最新調查預估,全球電動車銷售量在2018年首度突破200萬輛以上,預計到2025年可達1,000萬輛、2030年估計可突破2,800萬輛,到了2038年可望首次超越內燃機引擎汽車銷售量,預估至2040年全球總銷售量可達5,600萬輛,屆時全球電動車銷售量將占整體汽車銷售量的57%。而電動車用電池成本,預估也可望持續下降,成為帶動更平價電動車問世一大驅動力。


依照上述預估趨勢,以及Wood Mackenzie調查的電動車同時充電對既有區域性電網形成的負荷挑戰,意謂未來20年全球電動車銷售量持續加速成長,將對全球各國和地區電網穩定供電形成更大挑戰。



有鑒于中國、印度、中東和東南亞地區隨著人口持續增加、國內生產總值(GDP)成長,對整體電力需求也將持續成長下,預估全球電力需求到了2050年將增加57%,伴隨電動車銷量成長對電力需求的持續成長,這將進一步影響家用、工業用和消費性電子用電的穩定,進而可能對未來物聯網(IoT)時代到來后的穩定供電形成沖擊。


但危機也是轉機。如果能在未來20年全球電動車普及速度加快趨勢下,順勢將搭載電池組的電動車轉化為可移動、靈活的電網供電穩定邊緣端儲能裝置,也有作為穩定電網供電高峰時用電吃緊的移動式儲能裝置潛力,這有賴以雙向式充電技術為基礎的「汽車入網」(Vehicle-to-Grid;V2G)技術的發展。


V2G:電動車與電網雙向式能源移動概念


V2G技術基本上即電網和電動車電池組之間的雙向能源移動概念。在此基礎下,電動車透過電動充電過程,其電池組可作為儲存電網剩余電力的儲能空間,成為一種移動式的儲能裝置,而V2G就是能將電動車高容量動力電池中儲存的電力,轉移回電網的技術。


因此V2G這類電力雙向流動技術,能夠讓電動車在任何時間進行充電時,提供所儲存電力回到電網,這在電網處在供電高峰時最具效益。藉由V2G技術,有助創造更平衡且高效率的電網環境,成為未來用電量及電動車滲透率可望持續攀升下,一個可協助電網平衡供電的關鍵技術。



為達此目標,有賴全球公用電網業者和各家電動車制造商共同合作,發展電動車和電網間的雙向式充電基礎設施,以及在電動車內建V2G控制單元以及搭載高電壓電池組等,并將此推廣至一般消費者用戶端,讓家用充電樁及電動車均可支援V2G雙向式充電技術。


而要讓V2G技術普及成真,硬件基礎設施的導入和普及仍是不夠,如何從公用電網業者端提供電動車車主有吸引力的價格誘因,讓車主愿意出借其電動車作為穩定電網供電合作一環,也是一大重點,進而讓車主愿意在離峰用電時段進行電動車充電,或是在車主沒有需要用車時,愿意將其電動車提供V2G使用等,這將有助公用電網業者能夠更好的調節電網,減輕電網用電高峰的負荷壓力。


此外,雙向式充電技術也可提供對電動車如何真正影響電網的觀察。透過V2G技術監測電動車充電,有助公用電網業者追蹤電動車使用方式的資料數據,諸如車主充電的頻率、一天當中充電高峰期落在何時、需要大量電力供應的來源等。在搜集這些資料和數據后,有助公用電網業者進一步更準確預測電網用電高峰及離峰時刻,以及何時是最佳利用過剩電力的時機等。


緩解電網用電高峰負荷外,V2G技術還可讓電動車化身為發電機,在停電時提供大樓和家用電力所需,因此可作為天然災害導致停電時的緊急供電裝置,讓未來電動車數量成長不會形成困擾電網的問題,反倒成為協助緩解電網供電問題的解決方案。


無線充電 提供V2G更大優勢


為讓V2G技術可無縫接軌運行,電動車采取無線充電技術將有其必要,因可讓電動車更具靈活支援性。基于磁共振(magnetic resonance)技術的無線充電技術,主要內建于地面,可讓各類型電動車自動進行安全充電,因無需駕駛特別下車操作插入充電線,亦即可讓電動車自動進行V2G支援,這也成為未來電動車自駕化后另一新應用潛力。若可讓無線充電的效率達到和有線充電相同水平,還有助減少額外充電基礎設施的布建。



若電動車用電池組可延長使用年限,更有助V2G技術的發展。如雷諾日產(Renault-Nissan)能源服務部門總經理Francisco Carranza日前指出,基于日產2011年以來在歐洲銷售的40萬輛Leaf電動車監測數據資料,Leaf所搭載電池壽命比一輛汽車平均壽命還長10~12年,達到22年之久。這些壽命比電動車還長的電池,有助成為電動車電池的循環利用。


創造電動車額外能力 提高使用效率、增加額外收入


日產也在發展自有V2G概念,讓電動車可作為平衡電網電量需求的儲能裝置,在電動車未行駛或使用時,可釋放電池組電力給電網。日產目前和意大利能源公司Enel在丹麥進行V2G測試,顯示電動車車主可藉V2G創造約1,454美元獲利。


Leaf在歐洲德國、英國及丹麥,也已獲得認證為能源工廠,Carranza表示,可讓Leaf在這些國家以更傳統的方式連結至電網,并稱透過電動車提供儲電服務至電網的營利潛力很高。


為解決電動車電池老化問題,日產在2018年曾推出一項更換Leaf電池組方案,以再制的電池組更換舊電池組。即使這些再制電池組不是全新的,應也比舊電池組能源密度更高。



日產以外,本田汽車(Honda)也正在研究如何運用該公司電動車電池來儲存電網電力,以提供電網足夠電力所需,藉此創造的營收則歸給本田電動車車主。實際上本田多年來也都在測試某種形式的V2G概念,如與無線充電業者WiTricity合作開發結合V2G的無線充電系統,并評估V2G是否能為客戶創造新價值。


雷諾3月也宣布推出新的交流電(AC) V2G電動車充電測試計劃,成為全球首個較大規模測試交流電V2G計劃的汽車制造商。至今全球V2G主要透過直流電(DC)的CHAdeMO充電規格進行測試,這需要采用成本較高的外部雙向式充電裝置,但由于雷諾ZOE電動車仍未采用直流電快充規格,因此雷諾將以ZOE可逆式車載充電系統,進行三階段交流電雙向式充電測試。


Tesla在2018年中也曾考慮重啟旗下電動車的V2G功能,呼應客戶對希望擁有V2G功能的需求。Tesla執行長Elon Musk曾指出,Tesla電動車早有輸出電力的功能,首代電動跑車Roadster的電池組就具備輸出電力的能力。


如果采用車載V2G充電器或逆變器,有助降低V2G基礎設施端的成本和規格兼容時間。雷諾在2019年內將部署15輛ZOE在歐洲幾個城市進行測試,看是否具備大范圍部署可行性。


美國能源研究公司Zpryme預估,2015~2020年全球V2G基礎建設市場規模,預估從近6.6億美元成長至67億美元,2015~2020年的年復合成長率(CAGR)預估將高達58.9%。


預估到了2020年,全球支援V2G車輛前三大市場分別在美國、中國和日本,市占率預估分別達28%、27.8%以及17.8%,其中中國市占率成長幅度最大,美日反而略為衰退。

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