车辆到电网

车辆到电网(V2G)，也称为车辆到家庭(V2H)或车辆到负载(V2L)，描述了一种系统，其中插入式电动汽车(PEV)，例如电池电动汽车(BEV))、插电式混合动力汽车(PHEV)或氢燃料电池电动汽车(FCEV)与电网通信，通过将电力返回电网或限制其充电率来销售需求响应服务。V2G存储功能可以使电动汽车存储和释放太阳能和风能等可再生能源产生的电力，其输出会根据天气和一天中的时间而波动。车辆到电网可用于可连接到电插头的车辆。这些通常被称为插电式电动汽车(PEV)，其中包括电池电动汽车(BEV)和插电式混合动力汽车(PHEV)。由于在任何时候都有95%的汽车停放，因此电动汽车中的电池可用于让电力从汽车流向配电网络并返回。2015年关于与V2G相关的潜在收益的报告发现，在适当的监管支持下，车主每年可以赚取454美元、394美元和318美元，具体取决于他们的平均每日行驶距离是32、64还是97公里（20、40或60英里），分别。电池的充电周期数和保质期都是有限的，因此使用车辆作为电网存储会影响电池的使用寿命。每天循环电池两次或更多次的研究表明，容量会大幅下降，寿命也会xxx缩短。然而，电池容量是电池化学成分、充电和放电速率、温度、充电状态和使用年限等因素的复杂函数。大多数放电速度较慢的研究表明，只有百分之几的额外退化，而一项研究表明，使用车辆进行电网存储可以提高寿命。有时，聚合器对电动汽车车队的充电进行调制以向电网提供服务，但没有从车辆到电网的实际电流，这称为单向V2G，而不是本文中通常讨论的双向V2G。

该概念允许V2G车辆通过填谷（夜间需求低时充电）和调峰（需求高时将电力送回电网，见鸭曲线）来提供电力以帮助平衡负载。峰值负载均衡可以为公用事业提供新的方式来提供调节服务（保持电压和频率稳定）并提供旋转储备（满足突然的电力需求）。这些服务与智能电表相结合，将允许V2G车辆将电力回馈给电网，并根据回馈给电网的电量获得货币收益。在目前的发展中，有人提出使用电动汽车可以缓冲风能等可再生能源，例如，通过存储大风期间产生的多余能量并在高负荷期间将其提供回电网，从而有效稳定风力发电的间歇性。一些人将这种车辆到电网技术的应用视为帮助可再生能源成为基本负荷电力技术的一种方法。有人提议，公用事业不必建造尽可能多的天然气或燃煤电厂来满足高峰需求或作为停电保险单。由于可以通过简单的频率测量在本地测量需求，因此可以根据需要提供动态负载均衡。Carbitrage是“汽车”和“套利”的组合词，有时用于指代汽车电池放电的最低电价。

现代电动汽车通常可以在电池中存储超过普通家庭日常能源需求的能量。即使没有PHEV的产气能力，这种车辆也可以用于几天的应急电源（例如，照明、家用电器等）。这将是车到户传输(V2H)的一个示例。因此，它们可以被视为风能或太阳能等间歇性可再生能源的补充技术。氢燃料电池汽车(FCV)的储氢罐最多可容纳5.6公斤氢气，可提供超过90千瓦时的电力。

V2G的许多电网规模优势可以通过单向V2G（也称为V1G或智能充电）来实现。加州独立系统运营商(CAISO)将V1G定义为单向管理充电服务，并定义了车辆-电网接口(VGI)的四个级别，其中涵盖了电动汽车可以提供电网服务的所有方式，如下所示：

• 具有单一资源和统一参与者的单向潮流(V1G)
• 具有聚合资源的V1G
• 具有分散的参与者目标的V1G
• 双向潮流(V2G)

V1G涉及改变电动汽车充电的时间或速率，以便为电网提供辅助服务，而V2G还包括反向功率流。V1G包括诸如定时车辆在一天中充电以吸收多余的太阳能发电，或改变电动汽车的充电率以提供频率响应服务或负载平衡服务等应用。由于目前存在的关于V2G可行性的技术问题，V1G可能是开始将电动汽车作为可控负载集成到电网上的最佳选择。V2G需要专门的硬件（尤其是双向逆变器），具有相当高的损耗和有限的往返效率，并且可能由于能量吞吐量的增加而导致EV电池退化。此外，SCE试点项目中V2G的收入低于项目管理成本，这表明V2G在经济上可行还有一段路要走。

车到家(V2H)或车到楼(V2B)或车到一切(V2X)通常不会直接影响电网性能，但会在当地环境中创造平衡。电动汽车在停电期间用作住宅备用电源或用于增加现场产生的能量的自消耗（避免需求充电）。与更成熟的V1G解决方案不同，V2X尚未达到市场部署，除了日本，自2012年以来，商业V2H解决方案已作为停电时的备用解决方案提供。

借助V2G，电动汽车可以配备为实际向电网供电。公用事业或输电系统运营商可能愿意在高峰需求期间从客户那里购买能源，或使用EV电池容量来提供辅助服务，例如平衡和频率控制，包括初级频率调节和二级储备。因此，在大多数应用中，V2G被认为比V2B或V2H具有更高的潜在商业价值。一个6kWCHAdeMOV2G可能需要10,000澳元（7,000美元）。

大多数现代电池电动汽车使用的锂离子电池可以实现大于90%的往返效率。电池的效率取决于充电率、充电状态、电池健康状态和温度等因素。然而，大部分损失发生在电池以外的系统组件中。诸如逆变器之类的电力电子设备通常占总损耗的主导地位。一项研究发现，V2G系统的整体往返效率在53%到62%之间。另一项研究报告的效率约为70%。然而，整体效率取决于几个因素，并且变化很大。

爱达荷国家实验室于2012年进行的一项研究揭示了各国对V2G的以下估计和未来计划。值得注意的是，这很难量化，因为该技术仍处于初期阶段，因此难以可靠地预测该技术在全球的采用情况。以下列表并非详尽无遗，而是为了让您了解世界各地这些领域的发展和进步范围。

PJMInterconnection设想使用美国邮政服务卡车、校车和垃圾车在夜间未使用的情况下进行电网连接。这可能会产生数百万美元，因为这些公司有助于储存和稳定国家电网的一些能源。预计2015年至2019年间，美国将有100万辆电动汽车上路。研究表明，如果与电网的整合没有取得进展，到2020年将需要建造160座新发电厂来弥补电动汽车的不足。在北美，至少有两家主要的校车制造商——BlueBird和Lion——正在努力证明电气化和车辆到电网技术的好处。由于美国的校车目前每年使用3.2B美元的柴油，因此它们的电气化可以帮助稳定电网，减少对新发电厂的需求，并减少儿童接触致癌废气。2017年，在加州大学圣地亚哥分校，V2G技术提供商Nuvve启动了一项名为INVENT的试点项目，该项目由加州能源委员会资助，在校园周围安装了50个V2G双向充电站。该计划于2018年扩大，包括为其提供免费夜间班车服务TritonRides的电动车队。2018年，日产与汽车到电网系统公司FermataEnergy合作，在NissanEnergyShare计划下启动了一项试点计划，寻求使用双向充电技术为位于田纳西州富兰克林的日产北美总部提供部分电力。2020年，FermataEnergy的双向电动汽车充电系统成为xxx个通过北美安全标准UL9741认证的双向电动汽车(EV)充电系统设备标准。

为了实现2030年日本10%的能源由可再生资源产生的目标，现有电网基础设施的升级将需要711亿美元的成本。2015年至2020年间，日本充电基础设施市场预计将从1.186亿美元增长到12亿美元。从2012年开始，日产计划将与LEAFEV兼容的套件推向市场，该套件能够为日本家庭提供电力。目前，有一个原型正在日本进行测试。日本家庭平均每天使用10到12千瓦时，并且凭借LEAF的24千瓦时电池容量，该套件可能提供长达两天的电力。其他市场的生产将取决于日产正确完成适应的能力。2018年11月，在爱知县丰田市，丰田通商株式会社和中部电力株式会社启动了使用V2G技术的电动汽车和插电式混合动力汽车的蓄电池充放电示范。该演示探讨了如何发挥V2G系统平衡电力供需的能力，以及V2G对电网的影响。除了交通等普通电动汽车/PHV的使用外，该集团通过提供V2G服务，即使在电动汽车/PHV停放的情况下，也正在创造电动汽车/PHV的新价值。已在爱知县丰田市的一个停车场安装了两个双向充电站，连接到NuvveCorporation管理的V2G聚合服务器，以进行示范测试。

丹麦是世界上xxx的风力发电机之一。最初，丹麦的目标是用插电式电动汽车(PEV)替换所有车辆的10%，最终目标是完全替换。爱迪生项目实施了一组新目标，允许建造足够的涡轮机以容纳50%的总功率，同时使用V2G来防止对电网的负面影响。由于风的不可预测性，爱迪生项目计划使用插入电网的PEV来存储电网无法处理的额外风能。然后，在能源使用高峰期或风平浪静时，这些PEV中存储的电力将反馈回电网。为了帮助人们接受电动汽车，已经实施了在零排放汽车和传统汽车之间建立税收差异的政策。在Edison项目之后，Nikola项目开始了，该项目的重点是在位于RisøCampus(DTU)的实验室环境中展示V2G技术。DTU是Nuvve和Nissan的合作伙伴。Nikola项目于2016年完成，为Parker奠定了基础，Parker使用电动车队在现实生活中展示该技术。该项目由DTU、Insero、Nuvve、Nissan和FrederiksbergForsyning（位于哥本哈根的丹麦DSO）合作。除了展示该技术外，该项目还旨在为与其他OEM的V2G集成扫清道路，并计算几种类型的V2G的商业案例，例如自适应充电、过载保护、调峰、紧急备用和频率平衡。在该项目中，合作伙伴通过跨汽车品牌系统地测试和展示V2G服务来探索最可行的商业机会。在这里，确定了经济和监管障碍以及应用程序对电力系统和市场的经济和技术影响。该项目于2016年8月开工，2018年9月结束。

英国的V2G市场将受到积极的智能电网和PEV推出的刺激。从2011年1月开始，实施了协助PEV的计划和战略。英国已开始制定战略以提高电动汽车的采用速度。这包括为智能电网电表提供通用高速互联网，因为没有它，大多数支持V2G的PEV将无法与更大的电网协调。伦敦电力交付计划指出，到2015年，将有500个道路充电站；2,000个停车场的越野站；并安装了22,000个私营车站。当地电网变电站将需要为无法在自己的财产上停车的司机进行升级。到2020年，英国将为每个住宅提供智能电表，大约170万辆PEV将上路。英国'2018年，EDFEnergy宣布与xxx的绿色技术公司Nuvve合作，在英国安装多达1,500个车辆到电网(V2G)充电器。这些充电器将提供给EDFEnergy的商业客户，并将在其自己的地点使用，以提供高达15兆瓦的额外储能容量。这相当于为4,000个家庭供电所需的能量。储存的电力将在能源市场上出售，或在能源使用高峰期支持电网灵活性。EDFEnergy是英国企业xxx的电力供应商，其与Nuvve的合作可能会看到迄今为止该国xxx的V2G充电器部署。2019年秋季，一个名为VehicletoGridBritish(V2GB)的财团发布了一份关于V2G技术潜力的研究报告。

丹麦的爱迪生项目是“使用可持续能源和开放网络在分布式和集成市场中的电动汽车”的缩写，是丹麦东部博恩霍尔姆岛上的一个部分国家资助的研究项目。IBM、西门子、硬件和软件开发商EURISCO、丹麦xxx的能源公司Ørsted（原DONGEnergy）、区域能源公司Østkraft、丹麦技术大学和丹麦能源协会组成的财团探讨了如何平衡产生的不可预测的电力负荷丹麦的许多风力发电场通过使用电动汽车(EV)及其蓄电池，目前发电量约占该国总发电量的20%。该项目将至少使用一台具有V2G功能的重建型ToyotaScion。该项目是丹麦实现到2020年将其风力发电量扩大到50%的雄心壮志的关键。据英国报纸《卫报》的一位消息人士称，“以前从未尝试过如此规模的项目”。该项目于2013年结束。

2020年，公用事业公司E.ON与gridX一起开发了车到户解决方案。两家公司在一个私人家庭中实施了他们的解决方案，以测试光伏系统、电池存储和双向充电站的相互作用。该房屋配备了三个总容量为27kWh的电池存储单元、一个直流充电器和一个5.6kWp的光伏系统。在设置中，使用了电池容量为40kWh的NissanLeaf。该项目旨在证明双向充电解决方案可以在不影响用户舒适度的情况下增加可再生能源在出行中的使用并降低成本。

2014年，西南研究院(SwRI)开发了xxx个获得德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)认证的车辆到电网聚合系统。该系统允许电动送货卡车车队的所有者通过协助管理电网频率来赚钱。当电网频率降至60赫兹以下时，系统会暂停车辆充电，从而消除电网上的负载，从而使频率升至正常水平。该系统是同类系统中的xxx个，因为它是自主运行的。该系统最初是作为能源可靠性和安全性智能电力基础设施示范(SPIDERS)第二阶段计划的一部分而开发的，该计划由Burns和McDonnellEngineeringCompany,Inc.领导。SPIDERS计划的目标是在以下情况下提高能源安全性物理或网络中断造成的电力损失，提供应急电源，并更有效地管理电网。2012年11月，SwRI从美国陆军工程兵团获得了价值700万美元的合同，以展示将车辆到电网技术集成为科罗拉多州卡森堡的应急电源。2013年，SwRI研究人员在陆军哨所测试了五个直流快速充电站。系统于2013年8月通过集成验收测试。

代尔夫特理工大学的研究人员AdvanWijk博士、VincentOldenbroek和CarlaRobledo博士于2016年对氢燃料电池汽车的V2G技术进行了研究。V2GFCEV的实验工作和xxx可再生综合能源和运输系统的技术经济情景研究都已完成，仅使用氢和电作为能源载体。他们与现代研发部门一起对现代ix35FCEV进行了改装，使其可以提供高达10kW的直流电源，同时保持道路通行许可。他们与Accendabv公司共同开发了一种V2G装置，可将FCEV的直流电转换为三相交流电，并将其注入荷兰国家电网。未来能源系统集团最近还测试了他们的V2GFCEV是否可以提供频率储备。

WillettKempton、SureshAdvani和AjayPrasad是特拉华大学的研究人员，他们目前正在研究V2G技术，Kempton博士是该项目的负责人。Kempton博士发表了许多关于该技术和概念的文章，其中许多可以在V2G项目页面上找到。该小组参与研究该技术本身，以及其在电网上使用时的性能。除了技术研究外，该团队还与特拉华大学AlfredLerner商业与经济学院的市场营销教授MerylGardner博士合作，为消费者和企业车队采用制定营销策略。一辆2006年的ToyotaScionxB汽车在2007年进行了改装以进行测试。2010年，Kempton和GregoryPoilasne共同创立了V2G解决方案公司Nuvve。该公司已形成多个行业合作伙伴关系，并在全球五大洲实施了V2G试点项目。

在劳伦斯伯克利国家实验室，SamvegSaxena博士目前担任车辆到电网模拟器(V2G-Sim)的项目负责人。V2G-Sim是一种仿真平台工具，用于对电网上单个插电式电动汽车的时空驾驶和充电行为进行建模。其模型用于研究V2G服务的挑战和机遇，例如调节充电时间和充电速率以实现峰值需求响应和公用事业频率调节。V2G-Sim还被用于研究插电式电动汽车在可再生能源整合方面的潜力。使用V2G-Sim的初步调查结果表明，受控V2G服务可以提供调峰和填谷服务，以平衡日常用电负荷并缓解鸭子曲线。相反，不受控制的车辆充电被证明会加剧鸭子曲线。该研究还发现，即使容量衰减20%，电动汽车电池仍能满足85%的驾驶员的需求。在劳伦斯伯克利实验室的另一项使用V2G-Sim的研究计划中，与循环损耗和日历老化相比，V2G服务对电动汽车的电池退化影响较小。在这项研究中，我们在十年的时间范围内对三种具有不同日常驾驶路线的电动汽车进行了建模，有无V2G服务。假设每天晚上7点到晚上9点的V2G服务，充电率为1.440kW，十年间电动汽车因V2G造成的容量损失分别为2.68%、2.66%和2.62%。

2016年5月，日产和Enel电力公司宣布在英国开展合作V2G试验项目，这是该国xxx此类试验项目。该试验包括100个V2G充电装置，供NissanLeaf和e-NV200电动货车用户使用。该项目声称，电动汽车车主将能够将储存的能量卖回电网以获取利润。美国一个值得注意的V2G项目是在特拉华大学，由WillettKempton博士领导的V2G团队一直在进行研究。在欧洲的早期运营实施是通过德国政府资助的MeRegioMobil项目在卡尔斯鲁厄理工学院的KIT智能能源之家与欧宝合作进行的，后者是汽车合作伙伴和提供电网专业知识的公用事业公司EnBW。他们的目标是让公众了解V2G的环境和经济效益，并提升产品市场。其他研究人员包括太平洋天然气和电力公司、XcelEnergy、国家可再生能源实验室，以及英国的华威大学。

WMG和JaguarLandRover与该大学的能源和电气系统小组合作。KotubUddin博士在两年内分析了商用电动汽车的锂离子电池。他创建了一个电池退化模型，并发现与传统充电策略相比，某些车辆到电网存储模式能够显着增加车辆电池的寿命，同时允许它们以正常方式行驶。

由于车辆到电网使用电池电动汽车，因此车辆本身也存在与电池电动汽车相同的缺点。然而，区分车辆的变体以及它们的用途是很重要的。例如，如果使用私人（电动）乘用车，与骑自行车或使用（电动）汽车共享车辆或车辆拼车相比，这些乘用车可能会增加交通拥堵和其他环境劣势。然而，电动汽车的使用效率越高（在道路上运送人员和货物），可供电网使用的电池就越少（因为车辆需要停放并插入电网）。因此，如果车辆确实得到有效使用并且经常出现在道路上，那么可以预期很少有电网储能能力。也就是说，对于电动车车主来说，拥有车辆到电网功能并在汽车不使用时使用它总是有用的。更可靠的电网储能形式包括家用电池，它不断并网，与所使用的电池类型相比，它也可能是不同的电池类型（即铅酸深循环电池等）在电池电动汽车（即锂离子）中。车辆电池需要能够提供高放电率（为要求苛刻的电动机供电，同时保持电池尺寸小）并且重量轻，以增加车辆的续航里程/效率。高放电率会使电池产生更大的热量，并可能缩短使用寿命。然而，家用电池没有这些要求，因此可以是不同的类型（可能更大也可能不会更大，具有更长的使用寿命、购买成本、易于回收等）。电池使用得越多，就越需要更换。更换成本约为电动汽车成本的1/3。在其使用寿命期间，由于电极的化学变化，电池会随着容量、循环寿命和安全性的降低而逐渐退化。容量损失/衰减表示为多次循环后初始容量的百分比（例如，1,000次循环后损失30%）。循环损耗是由于使用造成的，并且取决于xxx充电状态和放电深度。TeslaInc.的首席技术官JBStraubel对V2G打了折扣，因为电池磨损超过了经济效益。一旦电池达到其有用的汽车寿命，他还更喜欢回收而不是重新使用电网。2017年的一项研究发现容量下降，而2012年的一项混合动力电动汽车研究发现收益不大。专家们也对V2G的可行性持怀疑态度，一些研究质疑该概念的经济原理。例如，2015年的一项研究发现，有利于V2G的经济分析未能包括与其实施相关的许多不太明显的成本。当包括这些不太明显的成本时，研究发现V2G代表了一种经济上效率低下的解决方案。另一个常见的批评与流程的整体效率有关。为电池系统充电并将能量从电池返回到电网，包括将直流电逆变回交流电，不可避免地会导致一些损失。如果原始能源是化石能源，则需要考虑潜在的成本节约以及增加的排放量。这种能源效率循环可以与大型抽水蓄能水电的70-80%效率相比，但受地理、水资源和环境的限制。此外，为了使V2G发挥作用，它必须是大规模的。电力公司必须愿意采用该技术，以便让车辆将电力回馈给电网。随着车辆向电网供电，上述智能电表必须到位，以测量传输到电网的电量。

有几种电动汽车经过特殊改装或设计为与V2G兼容。代尔夫特理工大学的现代ix35FCEV改装为10kWDCV2G输出。两种具有理论V2G能力的车辆包括NissanLeaf和Nissane-NV200。