用电少花钱、停车能挣钱 浅析电动汽车储能V2G模式

未来电动汽车充电使用中将成为核心的V2G模式，这个模式到底是什么，它到底有什么吸引力而得到了如此高的评价与关注。这一期我们就专门就V2G模式做一个简单的介绍。

一、什么是V2G


V2G模式简单来说就是：电动汽车既可以从电网充电，也可以将电动汽车的电能输送回电网。对于电动汽车的用户来说，当用电负荷过高时由电动汽车向电网馈电；而当用电负荷低时将电网过剩的电力存储在电动汽车里。通过这种削峰填谷模式，电动汽车用户可以在电价低时（低谷）从电网购电；电价高时（高峰）向电网售电，从而获得一定的收益。


电动汽车与电网互联，除了车辆向电网供电的模式（V2G）以外， 还衍生出了车辆向家庭（ Vehicle to Home，V2H）或商业大楼（ Vehicle to Building，V2B）供电等多种模式 。V2H/V2B概念则可看做V2G的缩小版或局域网应用，是住宅或商业大楼与电动汽车之间可进行电力双向流动。而V2G侧重于对电网中的电动汽车集群统一管理、统一调度，连接电网中所有车辆动力电池，通过储能为电网削峰填谷。因此电能必须可在电网、充电设施与电动汽车三者间双向流动，技术、实施难度都非常高，被认为是充电基础设施的终极应用模式。


随着越来越多的车网互联应用模式的提出，未来基于完善的V2G架构，将与“万物互联”（V2X）自然融合在一起。

二、V2G的意义


V2G对于电动汽车来说，利用的电动汽车的储能作用，而这一属性是电动汽车的自然属性，而非为了储能而发展电动汽车，该模式只是电动汽车规模化发展的必然结果之一，是电动汽车未来庞大的用电需求与供电网络能力协调平衡的刚需。而对于我们庞大的电网来说，一个有效、高效、性价比合适的调峰调频设施却是必需与急需的。这里的相互关系我们必须弄清，否则对于V2G的发展道路上的利与弊、助力与阻力的认识就会出现严重的偏差。


对于电网来说看似巨大无比的输电电网的表象之下，电网的调控则是一项非常脆弱的工作。简单来说，一个正常运行的电网，其各项参数几乎是稳定的。在一个特定的电网中，入网的所有的发电机的频率应该相同，生产出的电力应该等同于用户需要的电力。发电和供电就像一台天平，必须尽量接近平衡状态。用专业术语来讲，需要随时对电网进行调峰，以保证电网的平衡。


但是，作为电网中数量巨大的用户其用电量瞬息万变，和电网的容量相比呈现出接近于圆滑的变化曲线。而电网中数量有限的发电厂，无论是机组入列还是解列，都呈现出阶梯状变化。这种变化上的差异会对电网本身产生一定的冲击，严重时会导致电网震荡。当这种震荡强烈到一定程度，有可能引起电厂跳闸。而跳闸又导致供电缺口增大，造成更剧烈的振荡。如多米诺骨牌坍塌，供电损失节节攀升、停电范围迅速加大，最终有可能大到调度都无法掌控程度。

另一方面，主流的主流发电形式(火电、水电、核电)，其启动或停止，都是一件非常耗时耗力的工作。相对于电网中瞬息万变的变化状态，电网统辖的各发电单元的对应是很迟缓的。甚至在某些极端的场合，发电单元的停止甚至需要电网的支持，否则会发生重大事故。


所以一个庞大电网需要一个同样庞大的缓冲池，为其提供足够的调峰调频能力。而目前的储能技术路线来看，似乎兼具能量型和功率型储能优势的规模化电动汽车是一个有效、高效且性价比非常高的模式。

而上述问题同样也是为什么不能过度发展电动汽车快充模式的核心原因，规模化电动汽车的庞大充电需求同样也需要一个缓冲池来应对自身的需求。

应用V2G技术可使目前电动汽车应用中的无序充电转变为有序充电，并将电动汽车作为移动的、分布式储能单元接入电网。同时，V2G 技术将在可再生能源大规模电力接入方面发挥重要作用，减少火电或其他常规机组的备用容量，提高供电稳定性，降低电网在备用容量和设备改造等方面的投资。

三、V2G面临的问题


如前所述，V2G是一项系统工程，需要多方面的深入合作、协同推进，才能最大化的发挥作用。而这个过程之中，如何协调各方利益与步伐就成为重中之重的问题。完善的发展规划与引导、深入挖掘的利益图谱都是必须的前期工作。


相对于美、日、欧已经迈向实施阶段的V2G实践，我国在该领域的起步较晚，目前也就初步进行了第二阶段的尝试。虽然国家层面已经做出了相关规划，但在V2G的关键技术和V2G的市场环境上仍然明显的不足。


V2G 的关键技术主要包括高性能双向充放电技术、面向能源互联网的电动汽车充放电智能互动调度技术、大规模化电动汽车有序充电管理技术、电动汽车充放电运行安全测试技术、高级智能量测体系和双向通信技术等。我国在该领域的前瞻性技术研发、储备不足，关键技术停留在试验阶段，针对不同V2G 目标的调控技术和控制策略仍然空缺。特别是充放电领域，亟待加强电动汽车企业与电网企业的互动，进一步开展产业化研究。


市场环境方面，V2G 领域的商业模式和市场机制仍处于起步阶段。一方面，消费者对于将电动汽车电能反馈电网的意愿并不积极，回馈电网带来的额外收益与频繁充放电对电池寿命的影响还没有形成科学的评估结论；另一方面，产业链中对于消费者的参与程度考虑不足，电动汽车V2G功能宣传力度不够，消费者目前普遍尚未关注这一新兴领域。而消费者的参与意愿和参与数量恰恰是V2G推广的核心问题。


同时，很多新技术对于V2G的发展也很具有相关性。例如无线充电、自动驾驶（自动泊车）、大数据等都对于促进V2G发展、提高用户参与体验、意愿有着非常重要的影响。

总结：

V2G以高效的电网调节能力和在可再生能源大规模电力接入中的显著作用，已经引起了美、日、欧等政府的高度重视，已从政策、财政等多方面提供支持，无论是V2G技术的发展还是商业化运营已经取得了较为明显的进展。我国尽管在多项政策文件中提及发展V2G技术，但仍缺乏系统性的战略支撑，在关键技术研发上进展相对缓慢，消费者端也没有建立起充分利用电能剩余价值的意识。这些都是我们目前亟待解决的问题。

（文中图片来源于东南大学电气工程学院黄学良教授在须弥山大会的演讲及网络）