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电动车充电 10 小时,反而赚了 6.25 元,这是什么妖术?

环球科学 2022/9/24 14:41:02 责编:远生

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。再加上光伏发电和风力发电的不稳定性,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,路上的电动汽车越来越多了,不用加油、保养简单和政策补贴等优点让电动汽车越来越受欢迎。和传统的燃油车相比,电动汽车最大的优势(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,而纯电动汽车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,就有人预想过用汽车给电网供电的可能。当时美国特拉华大学的 Willett Kempton 博士和绿山学院(Green MountainCollege)的经济学家 Steve Letendre 在《运输研究 D:运输与环境》(transportation research part d:transport and environment)上畅想了将电动汽车电池融入电网本身的前景。

当时的电动汽车远没有今天这么普及,大部分分布在公交车、出租车等公共事业领域。他们根据当时的情况进行模拟,分析将电动汽车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,而如果将电动汽车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,为车辆到电网(V2G,Vehicle-to-grid)技术(从车辆向电网供电)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车。汽车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,它能把电动汽车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车充电器一样给电动汽车充电。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车上。

技术已经成熟了,但想推广它还需要考虑一项重要的问题 —— 它能给车主带来什么好处?这项技术方便了电网储能,但代价却是电动汽车的频繁充放电,这会加速动力电池老化。如果不能给车主带来足够的收益,那他们完全没有理由冒着牺牲电车电池健康的风险接受这项技术。

答案是峰谷电价。电动汽车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”,随着电动汽车的快速普及,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》(ACS Sustainable Chemistry& Engineering)上建模研究了 V2G 技术的经济效应。他们发现电动汽车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车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。电动汽车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)内的电动汽车太多,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、车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角落,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“共享汽车”业务。他的车队里用 225 辆各种品牌的电动汽车,其中有 27 辆可以双向充电,他已经计划再额外给 150 辆电动汽车改装上双向充电功能。荷兰总共有 800 万辆汽车,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风会上,工信部副部长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。居民可以把新能源车停在充电站充电,在 App 上提前提交停车时长和取车时所需要的剩余电量,如果停放时间合适,车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,一位车主在充电站充电,由于峰谷电价的“低买高卖”,10 小时后车充满电时,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,就有新能源车主利用车辆对外放电的功能给邻居的手机充电,新能源车直接变身大号“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,每一辆新能源车都是一个应急电源,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车你喜欢吗?

参考链接:

  • http://www.escn.com.cn/news/show-1213409.html

  • http://www.escn.com.cn/news/show-1123582.html

  • https://news.sina.cn/2021-07-24/detail-ikqcfnca8783097.d.html

  • https://spectrum.ieee.org/vehicle-to-grid

  • https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c05490

  • https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1361920997000011?via%3Dihub

本文来自微信公众号:环球科学 (ID:huanqiukexue),撰文:王昱  审校:clefable

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关键词:电动汽车充电

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