電力作為一種二次能源只有一個明顯的缺點 —— 難以儲存，這也是峰谷電價出現(xiàn)的原因。發(fā)電站很難根據(jù)人們用電習慣來調(diào)整自身的輸出功率，夜晚降低電價鼓勵用電可以保證電網(wǎng)穩(wěn)定。再加上光伏發(fā)電和風力發(fā)電的不穩(wěn)定性，當今電網(wǎng)對儲能的要求越來越大。
人們嘗試用各種方法儲存電能，去年建成的河北豐寧抽水蓄能電站就是一個例子。它有上下兩個水庫，上水庫庫容 5800 萬立方米，下水庫庫容為 6070 萬立方米，兩者落差 425 米。它能在用電低谷時把水從下水庫抽到上水庫里，在用電高峰時把水從上水庫放到下水庫發(fā)電?？梢哉f，抽水蓄能電站是字面意義的“電池”—— 儲存電能的大水池。但這種技術對地形的要求非?？量?，很多地方都不能建設抽水蓄能電站。而現(xiàn)在，一個全新的電能儲存網(wǎng)絡正在我們身邊浮現(xiàn)。
身邊的電池
現(xiàn)在，路上的電動汽車越來越多了，不用加油、保養(yǎng)簡單和政策補貼等優(yōu)點讓電動汽車越來越受歡迎。和傳統(tǒng)的燃油車相比，電動汽車最大的優(yōu)勢（或者說最大的不同）就是它用電池存儲能量。仿佛一夜之間，人們身邊多出了一個儲存電能的好去處。根據(jù) 2020 年的數(shù)據(jù)，中國人均生活用電量每月大約為 73 千瓦時，而純電動汽車的電池容量一般都在 50 千瓦時以上，完全能滿足一般家庭的儲能需求。
其實早在 1997 年，就有人預想過用汽車給電網(wǎng)供電的可能。當時美國特拉華大學的 Willett Kempton 博士和綠山學院（Green MountainCollege）的經(jīng)濟學家 Steve Letendre 在《運輸研究 D：運輸與環(huán)境》（transportation research part d:transport and environment）上暢想了將電動汽車電池融入電網(wǎng)本身的前景。
當時的電動汽車遠沒有今天這么普及，大部分分布在公交車、出租車等公共事業(yè)領域。他們根據(jù)當時的情況進行模擬，分析將電動汽車作為電網(wǎng)儲能的一部分能帶來的收益。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，完成相同的任務，傳統(tǒng)的充電模式總成本為 2370 美元，而如果將電動汽車并作電網(wǎng)儲能的一部分，就能將成本縮減到 955 美元。該項研究的兩位作者，與加州大學伯克利分校的 Timothy Lipman 和 AC Propulsion 公司的 Alec Brooks 一起，為車輛到電網(wǎng)（V2G，Vehicle-to-grid）技術（從車輛向電網(wǎng)供電）打下了基礎。
試點城市
而現(xiàn)在，在荷蘭城市烏德勒支，有人正在將這項技術帶到現(xiàn)實中。
烏德勒支位于荷蘭首都阿姆斯特丹南部大約 30 千米，人口在 35 萬左右，主要交通方式是自行車。汽車電動化的浪潮也沒有放過這里，現(xiàn)在，烏德勒支街頭滿是充電樁，其中大約有 800 個和一般的充電樁不同，它們可以雙向充電。實現(xiàn)雙向充電的關鍵是一種專用的逆變器，它能把電動汽車所用的直流電轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)可以接受的交流電，也能像一般的電動汽車充電器一樣給電動汽車充電。這種逆變器大小和面包籃相當，可以裝在充電樁里，也能通過改裝裝在電動汽車上。
技術已經(jīng)成熟了，但想推廣它還需要考慮一項重要的問題 —— 它能給車主帶來什么好處？這項技術方便了電網(wǎng)儲能，但代價卻是電動汽車的頻繁充放電，這會加速動力電池老化。如果不能給車主帶來足夠的收益，那他們完全沒有理由冒著犧牲電車電池健康的風險接受這項技術。
答案是峰谷電價。電動汽車可以在白天電力緊張時以高價賣出電力，在晚上電力富余時以低電價充電，從而賺取差價。過去，電池成本太高，峰谷電價的差異難以抵消電池的損耗。但情況的轉(zhuǎn)變有些“水到渠成”，隨著電動汽車的快速普及，動力電池的產(chǎn)量也在快速爬升，隨之而來規(guī)模效應大幅降低了生產(chǎn)成本。去年，美國羅切斯特大學的 Heta Gandhi 和 Andrew White 在《ACS 可持續(xù)化學與工程》（ACS Sustainable Chemistry& Engineering）上建模研究了 V2G 技術的經(jīng)濟效應。他們發(fā)現(xiàn)電動汽車動力電池的成本已經(jīng)從 2010 年的每千瓦時 1000 美元降低到了 2020 年的每千瓦時 140 美元，電池損耗帶來的附加經(jīng)濟成本已經(jīng)很低了。
V2G 技術還能在一定程度上緩解電動汽車充電樁本身的安裝難題。發(fā)電廠發(fā)電之后會用高壓電線輸電，但一般家庭不可能直接接入高壓電網(wǎng)，電力還需要經(jīng)過中壓變壓器、低壓變壓器降壓，再通過配電網(wǎng)接入千家萬戶。電動汽車充電樁功率遠超多數(shù)家庭的用電量，如果一個臺區(qū)（一臺變壓器供電的范圍）內(nèi)的電動汽車太多，它們同時充電很可能導致變壓器超載。而雙向充電樁可以緩解這一壓力。烏德勒支市政府根據(jù)人口、家庭、車輛和電網(wǎng)配置等數(shù)據(jù)，按需將雙向充電樁放置在城市的各個角落，而這種布置方式可以在不對市政電力系統(tǒng)進行大幅改造的前提下，增加充電樁的總數(shù)，讓更多人裝上自用充電樁。
荷蘭人 Robin Berg 則在琢磨更宏大的計劃，他 2016 年在烏德勒支創(chuàng)辦了一家名為 We Drive Solar 的公司，開展“共享汽車”業(yè)務。他的車隊里用 225 輛各種品牌的電動汽車，其中有 27 輛可以雙向充電，他已經(jīng)計劃再額外給 150 輛電動汽車改裝上雙向充電功能。荷蘭總共有 800 萬輛汽車，在他的設想中，如果其中 150 萬輛都具有雙向充電功能，那么就足夠給整個荷蘭的電網(wǎng)儲能，能保證荷蘭能源供應完全轉(zhuǎn)向沒那么穩(wěn)定的可再生能源。
正在興起的技術
這種技術不是荷蘭獨有的，歐洲其他國家、美國、日本和韓國都在試點 V2G 技術，我國自然也不例外。在 2020 年 11 月 3 日的國務院政策例行吹風會上，工信部副部長辛國斌就表示要鼓勵有條件的地方探索開展 V2G 應用示范。2021 年 4 月 29 日，國家電網(wǎng)有限公司首個智能融合終端實用化示范區(qū)通過國網(wǎng)設備部現(xiàn)場驗收，正式在浙江省寧波市梅山地區(qū)建成投運。居民可以把新能源車停在充電站充電，在 App 上提前提交停車時長和取車時所需要的剩余電量，如果停放時間合適，車充滿電不僅不用花錢，甚至還能賺錢。相比于國外，國內(nèi)的情況則更為直觀。根據(jù)《國家電網(wǎng)報》的報道，一位車主在充電站充電，由于峰谷電價的“低買高賣”，10 小時后車充滿電時，他甚至還賺了 6.25 元。
V2G 技術還能提升電網(wǎng)的抗災能力。去年鄭州暴雨后部分城區(qū)斷電，就有新能源車主利用車輛對外放電的功能給鄰居的手機充電，新能源車直接變身大號“充電寶”。在電網(wǎng)建設不完善的地方，或是突發(fā)重大自然災害時，每一輛新能源車都是一個應急電源，可以保證基礎的電力供應。
所以，充電不要錢反而還能賺錢的電動汽車你喜歡嗎？
參考鏈接：
http://www.escn.com.cn/news/show-1213409.html
http://www.escn.com.cn/news/show-1123582.html
https://news.sina.cn/2021-07-24/detail-ikqcfnca8783097.d.html
https://spectrum.ieee.org/vehicle-to-grid
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c05490
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1361920997000011?via%3Dihub
本文來自微信公眾號：環(huán)球科學 （ID：huanqiukexue），撰文：王昱 審校：clefable
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