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一場(chǎng)關(guān)于能源調(diào)控的“革命”正在悄然拉開(kāi)序幕。
近日，奧迪、日產(chǎn)、北汽、威馬等車企都在開(kāi)展一個(gè)車輛到電網(wǎng)雙向充電的實(shí)驗(yàn)和落地項(xiàng)目，該實(shí)驗(yàn)將統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電網(wǎng)電力電量和電動(dòng)汽車電池之間的平衡，助力電網(wǎng)在峰值實(shí)現(xiàn)用電平衡，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。
這個(gè)乍聽(tīng)上去有點(diǎn)新奇的技術(shù)，其實(shí)并不是什么新玩意兒。它就是之前一直說(shuō)的 V2G（Vehicle to grid，車輛到電網(wǎng)）技術(shù)。V2G 的概念早在 1995 年就被提出，近年來(lái)由于電動(dòng)汽車的發(fā)展和電池技術(shù)的進(jìn)步，逐漸受到人們關(guān)注。
V2G 是什么？
現(xiàn)在的車與網(wǎng)，幾乎沒(méi)有互動(dòng)性可言。無(wú)非是電動(dòng)汽車沒(méi)電的時(shí)候，找電網(wǎng)充電而已。
V2G 描述了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)關(guān)系。當(dāng)車載電池需要充電，電流則由電網(wǎng)流向車輛；當(dāng)電動(dòng)汽車不使用時(shí)，車載電池將剩余可控電能反向輸送到（銷售給）電網(wǎng)系統(tǒng)。
（點(diǎn)擊圖片可看大圖，下同）
電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的互動(dòng)，利用大量電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能源作為電網(wǎng)和可再生能源的緩沖，提供相關(guān)調(diào)峰調(diào)頻、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)。
V2G 的價(jià)值體現(xiàn)在哪？
目前，從全球角度來(lái)看，各國(guó)電網(wǎng)提供的電動(dòng)車充電業(yè)務(wù)壓力并不明顯。但據(jù)國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的《全球電動(dòng)汽車展望》報(bào)告顯示，2019 年電動(dòng)汽車的全球銷量突破 210 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 40%。預(yù)計(jì) 2020 年，全球電動(dòng)汽車的保有量將近 1000 萬(wàn)輛。
全球電動(dòng)汽車保有輛
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上圖可以看到，中國(guó)是全球電動(dòng)汽車最大市場(chǎng)。數(shù)據(jù)顯示，截至 2019 年，中國(guó)電動(dòng)汽車保有量超過(guò) 300 萬(wàn)輛。隨著電動(dòng)汽車保有量的快速攀升，車輛充電帶來(lái)的電網(wǎng)供電壓力將進(jìn)一步增加。
那么，V2G 技術(shù)的發(fā)展將帶來(lái)哪些提升和改善？
·減緩電網(wǎng)供電壓力
因此，將處于停駛狀態(tài)的電動(dòng)汽車作為可移動(dòng)的分布式儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn)能量在電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間雙向流動(dòng)(充、放電)，減緩電網(wǎng)日益增加的供電壓力成為 V2G 技術(shù)的價(jià)值之一。
從電網(wǎng)的角度來(lái)看，V2G 技術(shù)在解決“削峰填谷”儲(chǔ)能方案，調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷，提高電網(wǎng)效率等方面起到了關(guān)鍵作用。
此外，通過(guò)車網(wǎng)互動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，純電動(dòng)汽車還可作為一種移動(dòng)式、分布式的儲(chǔ)能設(shè)施，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率和資源配置能力，提升清潔能源消納能力，進(jìn)一步推進(jìn)能源革命。
·節(jié)省充電成本
在 V2G 雙向充電技術(shù)運(yùn)用下，電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池相當(dāng)于一個(gè)“巨型移動(dòng)充電寶”。
從車主及消費(fèi)者的角度，在用電低谷時(shí)用較低的電價(jià)給汽車充電并儲(chǔ)存電量，而在用電高峰期用較高的電價(jià)向電網(wǎng)輸送電力，相當(dāng)于“賣電”給電網(wǎng)，低谷和高峰期的電價(jià)差可以給車主帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收益，從而進(jìn)一步降低電動(dòng)汽車車主的充電成本。
·促進(jìn)電動(dòng)汽車普及
由于充電成本有望降低，V2G 技術(shù)有效提升了用戶對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)可度，從而促進(jìn)新能源汽車推廣普及，推動(dòng)可再生能源替代化石能源的國(guó)家能源替代戰(zhàn)略目標(biāo)提早實(shí)現(xiàn)。
在上述背景和趨勢(shì)下，V2G 技術(shù)的運(yùn)用，進(jìn)而或許還將成為一種為社會(huì)、為行業(yè)帶來(lái)巨大正向效應(yīng)的環(huán)保節(jié)能解決方案。
·助力電網(wǎng)智能化轉(zhuǎn)型
從技術(shù)層面來(lái)看，V2G 技術(shù)是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，電動(dòng)汽車充放電控制裝置需要滿足電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的信息交互功能，對(duì)交換能量、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、電價(jià)信號(hào)、車輛信息、電池狀態(tài)、費(fèi)用等信息在兩者間進(jìn)行傳遞。
新能源及未來(lái)汽車技術(shù)路線的獨(dú)立研究者曹廣平對(duì)此也發(fā)表了相同的觀點(diǎn)：“V2G 技術(shù)是融合了電力電子技術(shù)、通信技術(shù)、調(diào)度和計(jì)量技術(shù)、需求側(cè)管理等的高端綜合應(yīng)用，V2G 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將在電網(wǎng)末端起到一定的支撐作用，使電網(wǎng)技術(shù)向更加智能化的方向發(fā)展?！?/p>
·廢棄車輛電池再利用
此外，曹廣平還向筆者表示，V2G 技術(shù)的價(jià)值還包括廢棄車輛電池面向電網(wǎng)供電的再利用。V2G 將為廢舊的動(dòng)力電池組提供循環(huán)再利用的可能性——雖然隨著電池性能的衰退，電池組將不足以支撐車主日常用車的需求，但通過(guò) V2G 方式作為儲(chǔ)能單元在電力消耗峰值期間逆向供電給電網(wǎng)，或?qū)⒊蔀椤皬U物”的一種“新生”。
電網(wǎng)得以優(yōu)化電能供給，用戶得以享受更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的電力消費(fèi)，廢舊動(dòng)力電池組得以發(fā)揮余熱。
V2G 價(jià)值背后的代價(jià)
上面羅列了 V2G 技術(shù)能夠帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)。但 V2G 何時(shí)能建成？目前還尚未可知。
優(yōu)勢(shì)之外，一個(gè)事物的價(jià)值還在于要付出怎樣的代價(jià)。就當(dāng)前現(xiàn)狀來(lái)看，V2G 技術(shù)仍存在著尚未解決的痛點(diǎn)與挑戰(zhàn)。
·對(duì)于電池衰減的影響
V2G 的難點(diǎn)不在于將車輛電能反向供給電網(wǎng)的技術(shù)本身。主機(jī)廠雷諾表示，運(yùn)用交流電技術(shù)，只需在車輛內(nèi)部安裝可逆充電器，并對(duì)現(xiàn)有充電終端進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造即可完成逆向供電，且成本并不昂貴。
V2G 真正的痛點(diǎn)在于，車輛電池因充放電次數(shù)的增加導(dǎo)致的電池衰減退化速度加快。因?yàn)?V2G 技術(shù)不可避免的會(huì)增加車輛電池的充放電次數(shù)，而電池的使用壽命就是由其充放電循環(huán)次數(shù)來(lái)決定的。
2020 年 1-7 月動(dòng)力電池產(chǎn)量和裝機(jī)量數(shù)據(jù)
（與非網(wǎng)制圖）
根據(jù)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的 7 月份動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)量和裝機(jī)量都以三元材料和磷酸鐵鋰電池為主。國(guó)家對(duì)于電池循環(huán)使用次數(shù)強(qiáng)制要求必須要在 1000 次以上，磷酸鐵鋰一般可以做到 2000 次以上，而三元材料電池平均水平在 500-1000 次，做得好的能到 1000 次以上。
可以看到，動(dòng)力電池的壽命本身年限就不長(zhǎng)，再加入 V2G 模式之后，更加加速了動(dòng)力電池的老化和降解，從而影響電動(dòng)汽車的性能。美國(guó)夏威夷自然能源研究所的一項(xiàng)研究稱：在恒定功率下，V2G 會(huì)顯著降低電池壽命至 5 年甚至以下。
顯而易見(jiàn)，若 V2G 無(wú)法保證供電車輛的電池壽命不受影響，在市場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中將遇到巨大阻力。從用戶角度來(lái)看， V2G 雖然能夠帶來(lái)額外的經(jīng)濟(jì)效益，但是以消耗動(dòng)力電池壽命的代價(jià)來(lái)獲得的，相信就目前的電動(dòng)汽車狀況來(lái)說(shuō)，大多數(shù)用戶還是不會(huì)選擇 V2G 模式。
曹廣平也向筆者表達(dá)了同樣的觀點(diǎn)，“目前純電動(dòng)汽車的電池壽命飽受用戶詬病，也就是說(shuō)電池的壽命還不夠支撐車輛長(zhǎng)周期使用，而反過(guò)來(lái)期望車輛電池在‘生命有限，價(jià)格較貴’的情況下用來(lái)給電網(wǎng)反送電，還不現(xiàn)實(shí)。”
如此看來(lái)，V2G 在電池衰減退化方面的技術(shù)攻堅(jiān)，或?qū)⒊蔀樾袠I(yè)最需要解決的難題。此外，從消費(fèi)者角度來(lái)看，相應(yīng)的激勵(lì)政策也是帶動(dòng) V2G 普及的關(guān)鍵之一。
·車網(wǎng)協(xié)同控制及管理
眾所周知，社會(huì)用電量非常明顯的呈現(xiàn)波峰波谷狀態(tài)。但隨著電動(dòng)汽車的不斷增多，而且電動(dòng)汽車的充電及放電時(shí)間是高度隨機(jī)性的，如果不能進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制及管理的話，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)損及電能穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大的影響。
而且電網(wǎng)在調(diào)控層面是非常脆弱的，大規(guī)模電量供求變化會(huì)對(duì)電網(wǎng)本身產(chǎn)生一定的沖擊，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生電網(wǎng)失步震蕩，可能引起電廠跳閘，從而又導(dǎo)致供電缺口增大。因此，電網(wǎng)中的發(fā)電和供電需要盡量接近平衡狀態(tài)。
上海玫克生儲(chǔ)能科技有限公司首席科學(xué)家嚴(yán)曉在接受筆者采訪時(shí)指出，V2G 技術(shù)的關(guān)鍵是電動(dòng)汽車必須要跟電網(wǎng)友好互動(dòng)。但是，這個(gè)“友好互動(dòng)”也正是真正的痛點(diǎn)所在。
V2G 原理聽(tīng)上去挺簡(jiǎn)單，就是雙向互動(dòng)，但難點(diǎn)在于在電動(dòng)汽車 V 側(cè)以及電網(wǎng) G 側(cè)的調(diào)度控制，在于電動(dòng)汽車怎樣才能知道電網(wǎng)需要并知道怎樣用 V2G 來(lái)注入功率來(lái)協(xié)助電網(wǎng)。
V2G 要想得到大規(guī)模普及，車網(wǎng)之間必然要經(jīng)歷如下過(guò)程轉(zhuǎn)變：充電（V0G），用戶不考慮充電合適時(shí)間——有序充電（V1G），用戶開(kāi)始審視車網(wǎng)之間的關(guān)系，選擇合適時(shí)間充電——互動(dòng)充電（V2G），用戶既獲電也儲(chǔ)電，實(shí)現(xiàn)車網(wǎng)一體。
因此，面臨的挑戰(zhàn)是如何制定出一個(gè)機(jī)制讓帶有 V2G 功能的車主能及時(shí)了解電網(wǎng)的需求，并引導(dǎo)車主去一個(gè)方便注入功率的場(chǎng)所——即如何在充電樁與電動(dòng)汽車之間配備“雙向智能充電器”，用戶正反向充電不受地點(diǎn)和空間的限制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn) V2G。
國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)外只有少數(shù)機(jī)構(gòu)涉足 V2G 領(lǐng)域。從第 1 電動(dòng)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看到，2019 年全球有 50 余項(xiàng) V2G 試點(diǎn)示范項(xiàng)目，主要集中在美國(guó)（18 項(xiàng)）、西歐（25 項(xiàng)）和日本、韓國(guó)和中國(guó)香港（共 7 項(xiàng)）等地，項(xiàng)目包括技術(shù)驗(yàn)證、示范推廣、商業(yè)化運(yùn)行等不同類型。
其中，充電樁作為電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)，充電站也還在慢慢地普及。就目前而言，帶有 V2G 模式的充電站規(guī)劃還是處在較前期的階段。當(dāng)然，也不乏相應(yīng)的試點(diǎn)電站，但就目前的 V2G 在系統(tǒng)中占比不會(huì)太多，它的路才剛剛開(kāi)始。
從國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道來(lái)看，國(guó)內(nèi) V2G 發(fā)展主要分為幾個(gè)階段，2020 年之前：開(kāi)展小批量多批次的 V2G 試驗(yàn)驗(yàn)證，參與互動(dòng)的電動(dòng)汽車數(shù)量可控制在 10~300 輛，該階段主要任務(wù)是驗(yàn)證多臺(tái)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多輛電動(dòng)汽車的有序充放電。2020 年~2025 年：主要開(kāi)展規(guī)模化電動(dòng)汽車（數(shù)量一般不少于 500 輛）與電網(wǎng)互動(dòng)的示范運(yùn)行。2026 年之后：逐步商業(yè)化推廣。
同時(shí)各大汽車企業(yè)也在陸續(xù)研發(fā) V2G 技術(shù)，包括威馬、北汽、日產(chǎn)、本田、奧迪、雷諾等車廠，也包括早期不看雙向充電的特斯拉也表示會(huì)在 Model 3 和 Model Y 中增加雙向充電功能。
通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外 V2G 項(xiàng)目可以看到，歐美、日韓等國(guó)外的 V2G 示范項(xiàng)目有個(gè)明顯特點(diǎn)，基本都是主機(jī)廠牽頭來(lái)做。V2G 技術(shù)其實(shí)最適合由電網(wǎng)企業(yè)牽頭實(shí)施，但由于國(guó)外的電網(wǎng)公司普遍實(shí)力較弱，難以推動(dòng) V2G 技術(shù)進(jìn)步和落實(shí)。
反觀中國(guó)，我國(guó)有世界上最大的電網(wǎng)企業(yè)—國(guó)家電網(wǎng)，在推動(dòng) V2G 示范落地上具有國(guó)外難以比擬的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，中國(guó)新能源電池裝機(jī)容量世界第一，具有 V2G 車網(wǎng)互動(dòng)的巨大市場(chǎng)潛力，但同時(shí)也意味著電動(dòng)汽車的巨大充電需求將有可能給電力系統(tǒng)造成較大的負(fù)擔(dān)，因此，發(fā)展 V2G 技術(shù)看上去更是大勢(shì)所趨。
總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外目前都還處于初步研究和試驗(yàn)階段，不管從技術(shù)方面還是政策方面，距離實(shí)際大范圍應(yīng)用還有較大差距。包括 V2G 設(shè)備的更新和維保，V2G 實(shí)現(xiàn)方式的規(guī)范和優(yōu)化，用戶對(duì)于 V2G 意識(shí)的確立，最終 V2G 技術(shù)從有線走向無(wú)線的歷程，都需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力來(lái)完成。
結(jié)語(yǔ)
馬斯克于 2018 年重提 V2G 技術(shù)在特斯拉產(chǎn)品上的應(yīng)用，有一個(gè)最基本的前提就是電池技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低?？芍钡?2020 年，特斯拉才在 MODEL 3 、MODEL Y 部分車型上推出 V2G 技術(shù)。
盡管如此，特斯拉仍“委婉”地將其命名為“雙向充電”。按照馬斯克的性格，竟沒(méi)有大書(shū)特書(shū) V2G 技術(shù)。
可見(jiàn)，理論上無(wú)論是多么偉大的技術(shù)或設(shè)想，一旦談到落地，在利益成本與實(shí)現(xiàn)性方面的考量都會(huì)成為影響事情走向與速度的關(guān)鍵因素。
圍繞行業(yè)現(xiàn)狀，究竟怎樣才能實(shí)現(xiàn) V2G 技術(shù)？
曹廣平多次強(qiáng)調(diào)，目前的 V2G 技術(shù)正是因?yàn)殡姵丶夹g(shù)不過(guò)關(guān)而無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模盈利式的發(fā)展， V2G 技術(shù)要以車載電池的循環(huán)壽命良好為基礎(chǔ)；嚴(yán)曉從電網(wǎng)角度來(lái)看，V2G 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)在配合配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“韌性”方面起到“應(yīng)急”的作用。韌性是衡量配電網(wǎng)在低概率、破壞性較大的特殊情況(如極端自然災(zāi)害)下的響應(yīng)和調(diào)節(jié)能力，是國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)都關(guān)注的重要建設(shè)內(nèi)容。
筆者認(rèn)為，或許可以換一個(gè)角度來(lái)看待 V2G 技術(shù)：V2G 應(yīng)該是廣義的，是有多種形式的，不應(yīng)僅局限于“電動(dòng)汽車與電網(wǎng)相互充電”這個(gè)概念。即使電動(dòng)汽車僅做到“智能充電”，或電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行模式創(chuàng)新，也是增強(qiáng)了 V 與 G 的互動(dòng)性。即使中短期難以做到電動(dòng)汽車和電網(wǎng)之間的“友好互動(dòng)”，也不能因此輕易去否認(rèn) V2G 技術(shù)的價(jià)值和意義。
相信隨著技術(shù)瓶頸的不斷被突破，V2G 技術(shù)將會(huì)成為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要支點(diǎn)，同時(shí)作為一個(gè)新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，將催生出新的商機(jī)及機(jī)會(huì)。
特別鳴謝
曹廣平——新能源及未來(lái)汽車技術(shù)路線的獨(dú)立研究者
嚴(yán)曉——上海市千人計(jì)劃專家、CUSPEA 學(xué)者、上海工程技術(shù)大學(xué)教授、上海玫克生儲(chǔ)能科技有限公司首席科學(xué)家
文章參考
《V2G 模式，路漫漫》，功率半導(dǎo)體那些事兒
《電動(dòng)汽車 V2G 技術(shù)，能源革命悄然推進(jìn)》，北汽新能源
《V2G：歐美日發(fā)展經(jīng)驗(yàn)啟示》，第 1 電動(dòng)
《V2G 會(huì)成為下一個(gè)熱點(diǎn)嗎？》，智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)
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