電動(dòng)汽車如何充電，電動(dòng)汽車充電可以是雙向的

2020 年，全球電動(dòng)汽車銷量增長(zhǎng)了 41%，總銷量接近 300 萬輛，而這一年的整體汽車銷量下降了 6%。所有地區(qū)都促成了這一變化：歐盟在 2020 年超過中國(guó)成為最大的電動(dòng)汽車進(jìn)口國(guó)，美國(guó)的目標(biāo)是到 2030 年 50% 的新車隊(duì)車輛為電動(dòng)汽車。然而，中國(guó)上路的電動(dòng)汽車仍然比其他任何國(guó)家都多地理區(qū)域，450 萬輛汽車，而歐盟為 320 萬輛。IEA 表示，到 2030 年，全球目前上路的 680 萬輛純電動(dòng)汽車 (BEV) 將增長(zhǎng)到 2.5 億輛。

電氣化將繼續(xù)存在，當(dāng)成本在本十年晚些時(shí)候與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車 (ICE) 持平時(shí)，需求將達(dá)到一個(gè)起點(diǎn)。反對(duì)者很快指出，一個(gè)即將到來的逆風(fēng)是，一旦成本符合要求，充電是限制電動(dòng)汽車擴(kuò)散的下一個(gè)因素。

當(dāng)今電動(dòng)汽車如何充電

如今，大多數(shù)電動(dòng)汽車都是通過使用現(xiàn)有電源進(jìn)行充電的，其中許多是不可再生的（例如電網(wǎng)電源）。為了保持碳中和或負(fù)碳狀態(tài)并應(yīng)對(duì)氣候變化的嚴(yán)重影響，IPCC 的第六次評(píng)估報(bào)告強(qiáng)烈推薦使用可再生能源。如果充電基礎(chǔ)設(shè)施要納入可再生能源供應(yīng)（太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、水電），那么這種電力的可用性和可靠性就會(huì)受到自然限制。盡管如此，電動(dòng)汽車是實(shí)現(xiàn)交通部門脫碳的重要途徑。因此，業(yè)界有必要回答以下問題：

• 太陽能在晚上或陰天會(huì)發(fā)生什么？
• 如果風(fēng)不是經(jīng)常吹或吹得不夠猛怎么辦？
• 可再生能源向電力的轉(zhuǎn)換可以完全無碳嗎？

必須審查當(dāng)前獲取電網(wǎng)電力的方法以及為電動(dòng)汽車充電需要什么來回答這些關(guān)鍵問題。

全球電力采購(gòu)

初級(jí)電網(wǎng)的供電因地區(qū)而異。在給定的地理區(qū)域內(nèi)，鄰近能源也可以不同。下圖 1中的圖表提供了世界如何制造能源的高級(jí)視圖。一些亮點(diǎn)：

• 煤炭仍然在全球格局中占主導(dǎo)地位，但正在下降
• 天然氣位居第二，自 2010 年以來 TWh 占比不斷增加，并保持平穩(wěn)
• 可再生能源是一個(gè)小但正在增長(zhǎng)的派別，自 2010 年以來，風(fēng)能和太陽能取得了指數(shù)增長(zhǎng)
• 截至 2020 年，全球電力份額為：
  • 34% 煤炭
  • 23% 氣體
  • 19% 水電和其他可再生能源
  • 10% 核
  • 7% 風(fēng)
  • 4% 油
  • 3% 太陽能

圖 1：全球電力生產(chǎn)（來源：我們的數(shù)據(jù)世界）

根據(jù)上述研究，全球約 39% 的電力來自低碳能源，包括核能和可再生能源?？稍偕茉矗ㄋ姟L(fēng)能、太陽能等）占全球能源產(chǎn)量的 29%，自 2011 年以來呈線性增長(zhǎng)。

隨著全球能源需求將繼續(xù)從 2020 年的 80TWh 增加到 2030 年的 525 至 860TWh，越來越多地轉(zhuǎn)向可再生能源將受到歡迎和需要。人口增長(zhǎng)和電氣化趨勢(shì)正在推動(dòng)這一趨勢(shì)。然而，增加電力需求的另一個(gè)關(guān)鍵因素是減少對(duì)化石燃料的依賴的壓力越來越大——仍然提供近 2/3 的全球電力——有利于氣候友好的可再生能源。

然而，電氣化的如此顯著增長(zhǎng)將給電網(wǎng)容量帶來壓力，并增加管理可再生存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)，同時(shí)增加高峰充電時(shí)間的負(fù)載。這些障礙為創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，以減輕需求激增對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的影響。其中一項(xiàng)創(chuàng)新將電網(wǎng)和電動(dòng)汽車之間的電力方向顛倒過來：車輛到電網(wǎng) (V2G)。

什么是 V2G？

車輛到電網(wǎng)或 V2G 就像擁有易于攜帶的儲(chǔ)能單元，將其從發(fā)電站分散。與邊緣計(jì)算一樣，使用道路上每輛電動(dòng)汽車所攜帶的電力可以在需要時(shí)幫助將電力回饋到電網(wǎng)，同時(shí)利用離網(wǎng)充電能力。V2G 開啟了電網(wǎng)和車輛之間的雙向能量傳輸。V2G 的工作前提是許多消費(fèi)者只使用了他們電池容量的一小部分；這種方法優(yōu)化了電池利用率，以從相同的組件中獲得更多收益。

V2G 優(yōu)化了社會(huì)生產(chǎn)、使用和運(yùn)輸電力的方式。車輛電池將與遠(yuǎn)程儲(chǔ)能解決方案聯(lián)網(wǎng)，以在高峰需求期間增加電力供應(yīng)，并在車輛充電時(shí)（在夜間、低需求期間）進(jìn)行優(yōu)化。此外，V2G 通過提供有關(guān)他們的能源使用習(xí)慣的數(shù)據(jù)來鼓勵(lì)車主更積極地管理他們的能源使用，以鼓勵(lì)他們優(yōu)化行為以降低成本。它還通過將電力賣回電網(wǎng)的能力為消費(fèi)者開辟了收入來源。降低電動(dòng)汽車的總擁有成本是提高全球采用率的基本市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力之一。

此外，考慮到需求和消費(fèi)者行為的趨勢(shì)，擁有車輛使用和發(fā)電時(shí)間的 V2G 電力數(shù)據(jù)還有助于公用事業(yè)公司優(yōu)化其能源生產(chǎn)。這種好處將有助于降低能源供應(yīng)商和消費(fèi)者的成本。

一個(gè)社會(huì)好處是，V2G 可以在以前沒有的地方提供對(duì)遠(yuǎn)程能量存儲(chǔ)的訪問。為電網(wǎng)或車輛存儲(chǔ)、調(diào)節(jié)和提供按需電力是將車輛的電力使用整合到電網(wǎng)中的一些最具破壞性的好處。

太陽能綠色電動(dòng)汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施

綠色電動(dòng)汽車充電使用太陽能電池板，允許光子激發(fā)電子，產(chǎn)生電流流入車輛并填充電池的充電容量。向電網(wǎng)充電或?yàn)榧彝ス╇姷幕A(chǔ)設(shè)施是用戶的 EV 家庭充電器。連接到電網(wǎng)以將能量傳輸?shù)诫姵氐南嗤姎饴窂接糜趶碾姵厥占嘤嗟哪芰坎⑵涮峁┙o電網(wǎng) - 以公平的市場(chǎng)或協(xié)商價(jià)格提供。需求和能源可用性將決定能源的去向——進(jìn)出電網(wǎng)。這種結(jié)構(gòu)提供了按需能源供應(yīng)，同時(shí)節(jié)省了多余的能源供以后使用。

將間歇性太陽能與電池存儲(chǔ)相結(jié)合是一種平滑電力供應(yīng)能力以供按需使用的自然方式。一旦電池充滿電，就可以在需要的方式和地點(diǎn)使用能量——無論是在車內(nèi)還是在家里。V2G 解決了可再生能源的存儲(chǔ)挑戰(zhàn)，這是增加可再生能源應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)之一。

采用的剩余挑戰(zhàn)和障礙

電力有益的一種方式是通過效率。它吸收電池的化學(xué)能并將其直接轉(zhuǎn)化為電能，從而消除了通過排放廢碳的熱能中間體時(shí) 30% 的效率損失。雖然是一種有益的解決方案，可以緩解可再生能源的可變性和隨著電力需求飆升而造成的電網(wǎng)電力壓力，但在大規(guī)模采用之前，V2G 仍有一些挑戰(zhàn)需要克服。

可以與車輛集成的直流充電具有發(fā)展機(jī)會(huì)，同時(shí)需要具有適當(dāng)尺寸的轉(zhuǎn)換器以從交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源以進(jìn)行能量傳輸。雖然現(xiàn)有的 AC 到 DC 轉(zhuǎn)換器提供高達(dá) 95% 的效率，但許多產(chǎn)品仍然只能提供 80-90% 范圍內(nèi)的效率。因此，必須根據(jù)電動(dòng)汽車的電池尺寸定制功率轉(zhuǎn)換器，并努力提高轉(zhuǎn)換效率，從而直接增加電力輸出。

結(jié)論和主要內(nèi)容

由可再生能源驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車將在通過 V2G 管理可再生能源電網(wǎng)法規(guī)方面發(fā)揮巨大作用。這種方法利用綠色太陽能的可用性來填充電動(dòng)汽車電池的容量并將其傳輸?shù)诫娋W(wǎng)和從電網(wǎng)傳輸。V2G 提供了一種靈活的儲(chǔ)能選項(xiàng)，解決了可再生能源的重大障礙。該技術(shù)將能源可用性與消費(fèi)者需求聯(lián)系起來，積極吸引用戶，并為能源供應(yīng)商和消費(fèi)者提供最有效和最具成本效益的方法。

審核編輯：符乾江