电动⻋充电10⼩时,反⽽赚了6.25元,这是什么妖术?

作者: 科学⼤院

来源: 环球科学

发布日期: 2022-12-11 07:00:27

电动汽⻋作为电⽹储能的⼀部分,通过V2G技术(⻋辆到电⽹)实现双向充电,不仅能降低电⽹储能成本,还能通过峰⾕电价赚取差价。随着电动汽⻋的普及和动⼒电池成本的降低,这项技术在全球范围内得到试点和推⼴,有助于缓解电⽹压力和提升抗灾能⼒。

对电⽹来说,电动汽⻋本质上就是⼀个能跑的⼤号充电宝。电⼒作为⼀种⼆次能源只有⼀个明显的缺点——难以储存,这也是峰⾕电价出现的原因。发电站很难根据⼈们⽤电习惯来调整⾃身的输出功率,夜晚降低电价⿎励⽤电可以保证电⽹稳定。再加上光伏发电和⻛⼒发电的不稳定性,当今电⽹对储能的要求越来越⼤。

⼈们尝试⽤各种⽅法储存电能,去年建成的河北丰宁抽⽔蓄能电站就是⼀个例⼦。

它有上下两个⽔库,上⽔库库容5800万⽴⽅⽶,下⽔库库容为6070万⽴⽅⽶,两者落差425⽶。它能在⽤电低⾕时把⽔从下⽔库抽到上⽔库⾥,在⽤电⾼峰时把⽔从上⽔库放到下⽔库发电。可以说,抽⽔蓄能电站是字⾯意义的“电池”——储存电能的⼤⽔池。但这种技术对地形的要求⾮常苛刻,很多地⽅都不能建设抽⽔蓄能电站。⽽现在,⼀个全新的电能储存⽹络正在我们身边浮现。

身边的电池现在,路上的电动汽⻋越来越多了,不⽤加油、保养简单和政策补贴等优点让电动汽⻋越来越受欢迎。和传统的燃油⻋相⽐,电动汽⻋最⼤的优势(或者说最⼤的不同)就是它⽤电池存储能量。仿佛⼀夜之间,⼈们身边多出了⼀个储存电能的好去处。根据2020年的数据,中国⼈均⽣活⽤电量每⽉⼤约为73千瓦时,⽽纯电动汽⻋的电池容量⼀般都在50千瓦时以上,完全能满⾜⼀般家庭的储能需求。

其实早在1997年,就有⼈预想过⽤汽⻋给电⽹供电的可能。当时美国特拉华⼤学的Willett Kempton博⼠和绿⼭学院的经济学家Steve Letendre在《运输研究D:运输与环境》上畅想了将电动汽⻋电池融⼊电⽹本身的前景。当时的电动汽⻋远没有今天这么普及,⼤部分分布在公交⻋、出租⻋等公共事业领域。他们根据当时的情况进⾏模拟,分析将电动汽⻋作为电⽹储能的⼀部分能带来的收益。

结果发现,完成相同的任务,传统的充电模式总成本为2370美元,⽽如果将电动汽⻋并作电⽹储能的⼀部分,就能将成本缩减到955美元。该项研究的两位作者,与加州⼤学伯克利分校的Timothy Lipman和AC Propulsion公司的Alec Brooks⼀起,为⻋辆到电⽹(V2G,Vehicle-to-grid)技术(从⻋辆向电⽹供电)打下了基础。

试点城市⽽现在,在荷兰城市乌德勒⽀,有⼈正在将这项技术带到现实中。乌德勒⽀位于荷兰⾸都阿姆斯特丹南部⼤约30千⽶,⼈⼝在35万左右,主要交通⽅式是⾃⾏⻋。汽⻋电动化的浪潮也没有放过这⾥,现在,乌德勒⽀街头满是充电桩,其中⼤约有800个和⼀般的充电桩不同,它们可以双向充电。

实现双向充电的关键是⼀种专⽤的逆变器,它能把电动汽⻋所⽤的直流电转换成电⽹可以接受的交流电,也能像⼀般的电动汽⻋充电器⼀样给电动汽⻋充电。这种逆变器⼤⼩和⾯包篮相当,可以装在充电桩⾥,也能通过改装装在电动汽⻋上。

技术已经成熟了,但想推⼴它还需要考虑⼀项重要的问题——它能给⻋主带来什么好处?这项技术⽅便了电⽹储能,但代价却是电动汽⻋的频繁充放电,这会加速动⼒电池⽼化。

如果不能给⻋主带来⾜够的收益,那他们完全没有理由冒着牺牲电⻋电池健康的⻛险接受这项技术。答案是峰⾕电价。电动汽⻋可以在⽩天电⼒紧张时以⾼价卖出电⼒,在晚上电⼒富余时以低电价充电,从⽽赚取差价。过去,电池成本太⾼,峰⾕电价的差异难以抵消电池的损耗。但情况的转变有些“⽔到渠成”,随着电动汽⻋的快速普及,动⼒电池的产量也在快速爬升,随之⽽来规模效应⼤幅降低了⽣产成本。

去年,美国罗切斯特⼤学的Heta Gandhi和Andrew White在《ACS可持续化学与⼯程》上建模研究了V2G技术的经济效应。他们发现电动汽⻋动⼒电池的成本已经从2010年的每千瓦时1000美元降低到了2020年的每千瓦时140美元,电池损耗带来的附加经济成本已经很低了。

V2G技术还能在⼀定程度上缓解电动汽⻋充电桩本身的安装难题。

发电⼚发电之后会⽤⾼压电线输电,但⼀般家庭不可能直接接⼊⾼压电⽹,电⼒还需要经过中压变压器、低压变压器降压,再通过配电⽹接⼊千家万户。电动汽⻋充电桩功率远超多数家庭的⽤电量,如果⼀个台区(⼀台变压器供电的范围)内的电动汽⻋太多,它们同时充电很可能导致变压器超载。⽽双向充电桩可以缓解这⼀压⼒。

乌德勒⽀市政府根据⼈⼝、家庭、⻋辆和电⽹配置等数据,按需将双向充电桩放置在城市的各个⻆落,⽽这种布置⽅式可以在不对市政电⼒系统进⾏⼤幅改造的前提下,增加充电桩的总数,让更多⼈装上⾃⽤充电桩。

荷兰⼈Robin Berg则在琢磨更宏⼤的计划,他2016年在乌德勒⽀创办了⼀家名为We Drive Solar的公司,开展“共享汽⻋”业务。

他的⻋队⾥⽤225辆各种品牌的电动汽⻋,其中有27辆可以双向充电,他已经计划再额外给150辆电动汽⻋改装上双向充电功能。荷兰总共有800万辆汽⻋,在他的设想中,如果其中150万辆都具有双向充电功能,那么就⾜够给整个荷兰的电⽹储能,能保证荷兰能源供应完全转向没那么稳定的可再⽣能源。

正在兴起的技术这种技术不是荷兰独有的,欧洲其他国家、美国、⽇本和韩国都在试点V2G技术,我国⾃然也不例外。

在2020年11⽉3⽇的国务院政策例⾏吹⻛会上,⼯信部副部⻓⾟国斌就表示要⿎励有条件的地⽅探索开展V2G应⽤示范。2021年4⽉29⽇,国家电⽹有限公司⾸个智能融合终端实⽤化示范区通过国⽹设备部现场验收,正式在浙江省宁波市梅⼭地区建成投运。居⺠可以把新能源⻋停在充电站充电,在APP上提前提交停⻋时⻓和取⻋时所需要的剩余电量,如果停放时间合适,⻋充满电不仅不⽤花钱,甚⾄还能赚钱。

相⽐于国外,国内的情况则更为直观。根据《国家电⽹报》的报道,⼀位⻋主在充电站充电,由于峰⾕电价的“低买⾼卖”,10⼩时后⻋充满电时,他甚⾄还赚了6.25元。

V2G技术还能提升电⽹的抗灾能⼒。去年郑州暴⾬后部分城区断电,就有新能源⻋主利⽤⻋辆对外放电的功能给邻居的⼿机充电,新能源⻋直接变身⼤号“充电宝”。在电⽹建设不完善的地⽅,或是突发重⼤⾃然灾害时,每⼀辆新能源⻋都是⼀个应急电源,可以保证基础的电⼒供应。所以,充电不要钱反⽽还能赚钱的电动汽⻋你喜欢吗?

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