全球V2G车网互动发展现状分析

全球新能源的快速增长带来了能源的随机性、波动性和间歇性,加深了电力供应安全方面的隐患。然而激增的不只是新能源发电装机,还有新能源汽车。两者的结合对全球能源结构转型起到相辅相成的作用。本文将探讨电动汽车(EV)大规模普及对储能需求的影响,目前发展趋势,以及包括V2G(车网互联)技术如何使电动汽车成为电网的动态储能资源。

一、V2G简介

车辆到电网(V2G:Vehicle to Grid)技术是电动汽车(EV)与电网集成的变革性方法,又称双向逆变式充电,具有大量经济和环境效益。通俗来讲,就是新能源汽车的电池可作为单独的、可移动的储能电池,在电网高峰期需要的时候介入以提供相应功率和能量,并给车主提供相应回报。

普通电动汽车 (EV) 中的电池较家庭或企业安装的电池具有更大的容量。例如,特斯拉旗舰储能产品Powerwall住宅电池系统标配12.5kWh容量(可堆叠以获取更大的容量);但即使是特斯拉入门级电车Model 3后轮驱动电车也已标配57.5kWh的可用锂电池容量。

二、市场增长

V2G市场正在经历快速增长,预计将从2023年的37.8亿美元增长到2033年的450.9亿美元,复合年增长率 (CAGR) 将达到57.6%。这一增长得益于政府的支持性法规、财政激励措施以及全球电动汽车普及率的不断提高。

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(图源EESA)

三、服务与应用

V2G服务包括:时移、频率响应和储备、配电服务、紧急后备能源,以及最重要峰谷套利。在支持性政策和电网集成投资的推动下,商业领域正在兴起。

在V2G技术领域,业界正就交流电(AC)与直流电(DC)作为电动汽车充电及放电至电网的最佳选择展开激烈的讨论。一方面,直流(DC)驱动的V2G系统因其较少的能量转换损耗,被认为在效率上可能占据优势。另一方面,直流充电站由于具有快速充电的优势,预计将大幅增长,为电动汽车提供更快的电力流动。然而,从成本效益的角度出发,目前大规模生产的电动汽车普遍配备有车载充电器,这些充电器已经集成了必要的交流到直流的转换功能。因此,对现有车辆进行改造以适配双向逆变器,尽管技术上可行,但是在考虑到需要对数百万辆电动汽车进行升级时,经济上可能并不具有吸引力。此外,双向逆变器的集成将增加安装的复杂性,导致在互连环节需要投入更多的劳动力和面对更多的技术挑战。这些因素共同作用下,可能会对采用直流电方案的积极性造成影响。

在服务提供方面,AC和DC在不同的应用环境中各有优势。针对家庭环境的V2G应用,交流电(AC)目前被认为是更优的选择。这一判断基于交流双向充电站的建设成本相对较低,安装周期更短,且对互连基础设施的要求更为简便。这种充电方式对于家庭用户来说,不仅易于实施,而且经济上也更具吸引力。相对而言,在需要快速充电和放电的车队仓库环境,如公共汽车、重型卡车或多用途车停放的场所,直流电(DC)则显示出其独特的优势。在这些场景下,由于车辆的停留时间较短,对充电速度的要求更高,直流电充电方式因此成为了更合适的选择。

四、区域洞察

欧洲将引领V2G市场,英国、德国、荷兰和瑞士等国的多个关键项目将在未来几年启动。中日韩等亚洲国家也通过政府举措推广V2G技术,亚太地区也因电动汽车采用率激增而需求旺盛。

在美国,马里兰州的立法进展标志着V2G技术在政策支持方面取得了重要突破与进展。该州通过的HB1256法案,即《分布式可再生能源集成和车辆电气化 (DRIVE) 法案》,不仅为V2G技术的双向充电能力提供了法律基础,还推动了分布式能源资源的整合,包括家庭太阳能、储能设备以及智能恒温器等。此外,该法案通过扩展工商业分时电价政策,鼓励非高峰时段的电动汽车充电,为投资者拥有的公用事业公司(IOU)提供了新的运营规则,这与市政或合作社运营的公用事业公司有所区别。

在英国,Octopus Energy推出的V2G电价方案代表了V2G技术商业化的又一步。该方案通过允许电动车主在高峰时段向电网放电并免费充电,预计每年可为驾驶员节省显著的充电成本。英国垃圾收集车辆公司威立雅于2024年1月完成了首次V2G试验。通过两辆专门设计的双向逆变充电车辆为电网提供110kW的能量。威立雅计划到2040年为其所有1,800辆垃圾收集车(RCV)提供电气化,这些车辆将为电网提供200MW的每日灵活发电能力。

然而地区差异导致其对V2G技术的接受度有显著影响。在美国,由于自然灾害频发,如东北地区的冬季风暴、南部的飓风以及加利福尼亚州的野火,V2H(车辆到家庭)技术的潜在需求将会更大。而英国较为温和的气候条件导致对V2H技术的需求相对较低。UKPN的研究进一步证实了V2G技术在交通运输领域的潜力,特别是在机场停车场等地点,V2G充电设施的部署有望显著提升电网的灵活性并降低成本,也让车主能充分参与灵活性服务和市场。

在中国,蔚来已在园区、办公楼宇、商场等典型场景探索有序V2G充放电模式,并于今年年初与上海电网携手在奉贤地区率先试点了居住社区的有序充放电,首批10座V2G目充站正式投入运营。北京、上海、深圳、祁连山国家公园等地也已投入V2G充放电桩。这些示范项目也在带领着中国的V2G逐渐步入商业化。

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(图源蔚来)

1月4日,国家发改委、国家能源局、工信部、市场监督管理总局等部门下发《加强新能源汽车月电网融合互动的实施意见》,明确提出车网互动的中长期发展目标,鼓励全面推进有序充电应用和V2G模式示范,总共六项重要任务:一是协同推进车网互动核心技术攻关;二是加快建立车网互动标准体系;三是优化完善配套电价和市场机制;四是探索开展双向充放电综合示范;五是积极提升充换电设施互动水平;六是系统强化电网企业支撑保障能力。

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(图源中国政府)

中国力争在2025年底前完成双向充放电场景下的充放电设备和车辆技术规范、车桩通信、并网运行、双向计量、充放电安全防护、信息安全等关键技术标准的修订。五、挑战与未来

虽然V2G市场前景广阔,但它也面临着一些挑战,如升级现有充电基础设施的成本高昂以及缺乏标准化的充电解决方案。尽管存在这些障碍,主要行业参与者仍在建立合作伙伴关系并投资研究,以提高V2G系统的效率、可扩展性和性能。此外,目前V2G面临的最大阻碍是意识形态问题,即消费者潜意识里还是只认为车辆是交通工具。消费者暂无峰谷套利的意识,也暂无面临新能源发电波动并确保电网供应稳定性的觉悟。再者,电力市场交易于中国消费者来说还太远,短期内商业模式还不会太成熟。

V2G这项技术的影响超出了电动汽车的范围,并影响电网的稳定性。向可再生能源的过渡意味着对电网的进一步依赖,因此旨在缓解这种压力的技术的引入受到普遍欢迎。其同类技术,如,车到家庭 (V2H) 和车到建筑物 (V2B) 都属于车辆到一切 (V2X) 的有用总括术语,正在陆续地取得进展。V2G技术的未来不仅包括传统的电动汽车,还包括与其他储能形式和发电方式的整合,如固定电池和可再生能源。这拓宽了V2G的应用范围,为电网管理和支持创造了更多用途的集成解决方案。向可再生能源的转变强调了储能能力的重要性。电动汽车 (EV) 不再只是运输工具,还可以作为支持电网的潜在储能解决方案,使车辆到电网 (V2G) 技术比以往任何时候都更加重要。

 

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