V2G 解释 - 车辆到电网技术的优势

什么是车到网？

车辆到电网 (V2G) 技术允许电动汽车 (EV) 使用通过远程管理系统控制的双向（双向）充电器将电力发送到电网。一些带有V2G的车辆也可以用来提供备用电源。但是，V2G 不应与车到户 (V2H) 或车到负载 (V2L) 混淆，在后者中，车辆用于为家庭或负载供电，而不是向电网发送电力。在此处详细了解 V2G、V2H 和 V2L之间的区别。

V2G如何运作？

V2G 技术允许电动汽车与电网同步，并使用专门的双向充电器将电力注入电网。这些先进的设备包含复杂的电源转换器，可以为电动汽车电池充电或根据指示将电力发送回电网，例如在电力需求较高时帮助稳定电网。然而，要使其发挥作用，需要满足以下三个先决条件：

1. 具有V2G功能的电动汽车。

2. 兼容的双向充电器。

3. 所有者必须参加 V2G 计划，例如 VPP。

V2G 技术可以通过向个人付费，允许当地电网运营商使用其部分电动汽车电池容量来提供电网支持服务，从而帮助稳定电网。然而，未经电网运营商批准，您不能简单地将双向充电器连接到电动汽车并开始向电网供电。为了使其发挥作用，电网运营商必须能够远程管理双向充电器并控制注入电网的电量。这种远程管理通常是通过虚拟电厂程序（VPP）完成的，我们稍后会对此进行解释。

V2G 兼容电动汽车

目前只有少数电动汽车具备V2G双向充电能力；其中包括后来的 Nissan Leaf  (ZE1)、Nissan e-NV200、Mitsubishi Outlander 和 Mitsubishi Eclipse 插电式混合动力车。虽然这些车辆已经面世多年，但该技术仍处于试验阶段。然而，随着我们向更加分散的基于可再生能源的能源系统过渡，电动汽车制造商将开始认识到 V2G 的优势，以克服目前阻碍该技术发展的一些障碍。据了解，包括大众和沃尔沃在内的几家知名汽车制造商都在开发具有 V2G 功能的电动汽车。最近，现代汽车部署了 25 辆经过改装的 IONIQ 5 车辆在荷兰乌得勒支市进行车辆到电网试验。该市与移动出行提供商 We Drive Solar 一起，正在努力大规模部署 V2G 技术，试图成为世界上第一个双向供电区域。

一辆普通电动汽车的电池容量为 60kWh，比典型的 10kWh 家用电池大六倍，比普通家庭每天使用的能源多约三倍，

什么是双向充电器？

双向充电器是一种先进的双向充电器，可以为电动汽车电池充电和放电。与使用交流电充电的常规电动汽车充电器相比，双向充电器在充电时可以将交流电转换为直流电，并将直流电池电量转换回交流电，然后送回电网。然而，这种先进的功率转换是有代价的，由于需要复杂的电力电子设备，双向充电器仍然很昂贵。  

只有少数双向 V2G 充电器可供购买，其中最著名的是Wallbox Quasar。然而，一些公司已经推出了具有先进功能的 V2G 充电器，例如备用电源，可实现车辆到家庭的 V2H 功能。V2H 可以为家庭供电，并允许电动汽车像家用电池系统一样存储多余的太阳能。这些多用途充电器通常称为 V2X 充电器。请参阅我们详细的双向充电器解释文章，了解有关各种 V2G 充电器的更多信息  。

电动汽车电池容量（kWh）

在我们解释使用 V2G 的好处之前，先了解一下电动汽车的巨大能源潜力。普通客运车辆大部分时间停在家中或工作场所。与普通的内燃机汽车（汽油/柴油）不同，电动汽车拥有大型、强大的电池系统，可以在停车时使用，从而为这些未开发的能源提供了替代用途。例如，一辆普通电动汽车的电池容量为 60kWh，比典型的 10kWh 家用电池大六倍，比普通家庭每天使用的能源多约三倍，接近 20kWh。因此，仅一辆电动汽车就可以为一个家庭供电几天。

双向充电器标准

车辆到电网推出缓慢的原因之一是 V2G 相关标准既困难又复杂，因为它们涉及到向电网释放能量时的功率、安全和电气要求的监管。这些标准仍在制定中，与太阳能逆变器标准和要求类似。 UL9741 是针对双向电动汽车充电系统设备新提出的安全标准。该标准围绕 UL1741（安全标准）和 IEEE1547 标准构建，用于将分布式能源 (DER) 与电力系统互连。在进行 V2G 试验的同时，行业和政府正在努力制定和最终确定标准，以确保 V2G 技术能够安全地与全球电网集成。

V2G 的好处

V2G技术可以让数千辆电动汽车协同工作，形成一个大型分布式能源系统，为电网提供有价值的服务。实现这一目标的一种方法是在需求高峰期间提供能源，并在需求低谷期间充电，从而有效平衡电网。这个由电动汽车或固定电池系统组成的乐团被称为虚拟发电厂 (VPP)，如下所述。例如，当电动汽车插入时，当电网需要更多容量来满足空调的额外需求时，多余的能量可以在热浪期间被送回。相比之下，电动汽车也可以在供应过剩时充电，例如晴天有风时或由于需求低而电价下降时。

• 虚拟发电厂 - VPP

V2G 技术使电动汽车车主能够通过参与虚拟发电厂（也称为需求响应计划）来赚取金钱或信用。参与 VPP 的人们通过让电网运营商或能源零售商使用部分电动汽车或家用电池来帮助满足电网需求而获得报酬。VPP 通常使用基于云的软件来控制数千个电池系统，以创建虚拟的大型发电机或存储系统。然而，并非所有参与者都可以参加或允许使用他们的车辆。电动汽车车主可以设置他们希望电动汽车何时充电或放电的偏好。例如，它们可以使车辆在电费较高的晚间高峰时段放电，从而赚取收入，并在更便宜的非高峰时段或可再生能源发电过剩时充电。

南澳大利亚电网目前拥有全球最高的风能和太阳能渗透率，当地电网运营商（SAPN）目前是澳大利亚第一家允许V2G双向充电器联网的公司。请参阅完整的SAPN V2G 媒体发布。此外，澳大利亚能源零售商 AGL 最近在南澳大利亚完成了首个国际认可的VPP 试验，使用 1000 个家用电池系统来帮助平衡电网需求。

• 平衡电网

V2G 技术的主要优点之一是，它可以帮助减少对昂贵的天然气“峰值”发电厂的需求，该发电厂通常用于在高需求时期提供过剩电力。在澳大利亚等许多电网不受监管（基于市场）的国家，天然气调峰电厂通常会设定批发电价。由于供应短缺，2022 年天然气价格飙升，而电价也出现了类似幅度的上涨，这已成为问题。相比之下，风能、太阳能和电池系统（包括电动汽车）等分散能源的固定运营成本非常低，因此可以降低电力成本。然而，由于风能和太阳能的间歇性，有时需要固定或电池存储来缓冲输出的变化。

• 频率调节

电网使用交流电 (AC)，运行频率为 50Hz 或 60Hz。为了使核能、天然气、太阳能和风能等发电机协同工作，电网频率必须非常稳定，而这正是频率调节至关重要的地方。

V2G还可以用于频率调节，通过快速响应供应或需求的突然变化来帮助稳定电网。例如，如果大型GW（吉瓦）规模的动力煤或核发电机因故障突然跳闸，频率会迅速降至运行下限；这可能会产生严重的续流效应，甚至导致其他发电机跳闸。目前，天然气调峰电厂和大型电网电池与并网逆变器相结合许多国家都在使用它来帮助维持电网频率。参与 VPP 计划的电动汽车可以以大致相同的方式工作。当晚间用电高峰期车辆停放在家庭和车库时，数千辆电动汽车的综合能量可以轻松达到千兆瓦规模并快速部署。然而，使用 V2G 进行频率调节的最大挑战之一是使用可靠的基于云的控制系统来同步所有支持 V2G 的车辆并进行精确定时。

• 备用电源

用于实现V2G的双向逆变器不仅用于提供电网支持。这些功能强大的设备包含电源逆变器，大多数新型双向充电器还可以在停电或紧急情况下启用备用电源。然而，要使双向逆变器独立于电网为房屋供电，它必须首先与电网隔离，即所谓的孤岛效应。此功能与车辆到家庭 (V2H) 相同，但不应与车辆到负载 (V2L) 相混淆，后者的逆变器位于车辆内部。 在此处了解有关 使用双向充电器的备用电源的更多信息 。

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问题和挑战

虽然 V2G 技术有可能彻底改变我们产生和使用能源的方式，但仍需要克服许多技术挑战。目前，世界各地正在进行多项试验，以帮助了解如何使用和监管 V2G 技术。现阶段，阻碍车辆到电网技术广泛采用的主要问题包括：

• 缺乏标准化：目前V2G通信和电网交互尚无标准协议，导致不同V2G系统互​​操作困难。

• 成本高：目前双向充电器的成本很高，这使得个人很难证明投资的合理性。

• 监管：围绕V2G技术的监管环境仍然不确定，不同国家、地区和电网运营商有不同的监管和激励措施。

• 安全性： V2G系统的安全性令人担忧，特别是在电网发生故障时，双向逆变器在维修时必须与电网断开。

• 有限的电动汽车选择：很少有电动汽车能够兼容双向充电。

尽管存在这些挑战，V2G 技术在日益分散的能源系统中仍具有巨大潜力，甚至可能是创建 100% 可再生电网的关键。

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V2G 会缩短电动汽车电池寿命吗？

人们普遍存在一种误解，认为使用电动汽车提供 V2G 服务会更频繁地放电，从而大大缩短电池的使用寿命。这在一定程度上是正确的，但现实是与驾驶电动汽车相比，放电率和能源消耗量极低。例如，大多数V2G充电器的额定功率为10kW；相比之下，驾驶电动汽车时，巡航时的功耗通常接近20kW，加速时的功耗通常远超过100kW。因此，当电动汽车用于 V2G 时，电池承受的压力非常小，并且不会快速升温或耗尽。另外，V2G服务的持续时间通常不会超过1或2小时，因此消耗的能量也相对较低。例如，平均电动汽车电池为 60kWh，满功率时，如果V2G服务持续1小时，仅使用10kWh或16%的电池容量。除非车辆每天长时间使用V2G服务（目前情况并非如此），否则对电池寿命的影响很小。此外，随着电动汽车比例的增加以及数千辆电动汽车可以参与电网服务，每辆电动汽车的需求将会减少。

最新一代电动汽车电池的设计寿命为 300,000 至 500,000 公里，因此粗略计算表明，定期使用 V2G 可能会缩短 50,000 公里的寿命，即大约 10 至 12%。然而，随着电网变得更加分散并且越来越多地采用可再生能源，V2G 服务的实际使用将会不断发展。话虽如此，电动汽车电池技术也在不断改进。下一代固态电池的使用寿命预计将达到 100 万英里，因此 V2G 的有害影响可能会进一步减少。