|
2020年，全球新能源汽車銷量增長了41%，總數接近300萬輛，這還是在當年汽車整體銷量下滑6%的情況下達成的。所有地區都對這一變化做出了貢獻：歐盟在2020年超越中國成為最大的新能源汽車進口市場；美國也制定了2030年企業和機構新購用車中新能源汽車占比達到50%的目標。與此同時，中國上路行駛的新能源汽車數量依然多于其他任何地理區域，達到了450萬輛；歐盟的這一數字為320萬輛。國際能源署 (IEA) 表示，目前全球道路上共有約680萬輛純電動汽車 (BEV) ，這一數字到2030年將增長到2.5億輛。 汽車的電氣化將是一個持續進行的過程。不出十年，新能源汽車的成本將會降至與傳統內燃機 (ICE) 汽車相當的水平，屆時前者的需求將迎來顯著增長。于是，一個棘手的問題迅速浮現出來：當成本問題解決后，充電問題將成為下一個阻礙新能源汽車普及的因素。 新能源汽車充電的現狀 今天，大多數新能源汽車是通過現有電源充電的，這些電源中有不少仍在使用不可再生能源 (例如電網電源) 。為了維持碳中和或碳負值狀態，應對氣候變化的嚴重影響，政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 在其第六次評估報告中強烈建議采用可再生能源。如果將充電基礎設施轉變為使用可再生能源 (太陽能、風能、生物質能、水電) ，這些能源的可用性和可靠性會自然地存在一些不足，但新能源汽車依然是交通應用實現碳減排的重要途徑。因此，業界必須為下面幾個問題給出解答： · 太陽能發電如何應對夜間或陰天？ · 風電如何應對刮風不規律或風力不夠強的情況？ · 將可再生能源轉化為電能的過程是否能完全消除碳排放？ 要解答這些關鍵問題，就必須分析當前電網電力的獲取方式，以及為新能源汽車充電所需的條件。 全球電力來源 在不同地區，主干電網的電力來源存在很大的差異；即便在特定的地理區域內，相鄰地區的電力來源也可能會有區別。圖1所示為1985年以來全球電力生產方式的變化，從中我們可以看出： · 煤炭仍然在全球范圍內占主導地位，但已經出現下降趨勢 · 天然氣位居第二，自2010年以來呈增長態勢，目前維持在平穩狀態 · 可再生能源所占比例不大，但表現出了明顯的增長趨勢，風能和太陽能自2010年起迅速增長 · 2020年，全球電力來源占比如下： 煤炭：34% 天然氣：23% 水電和其他可再生能源：19% 核能：10% 風能：7% 石油：4% 太陽能：3% 
圖1：全球電力生產方式 (圖源：Our World in Data) 根據上述研究，全世界目前約有39%的電力來自于包括核能和可再生能源在內的低碳能源。可再生能源 (水電、風能、太陽能等) 占全球能源產量的29%，并且自2011年以來呈線性增長態勢。 隨著全球能源需求從2020年的80TWh繼續上升到2030年的525至860TWh，提高可再生能源占比便成為一件非常必要的事情。人口增長和電氣化運動正在推動這一趨勢。然而，電力需求增加的另一個關鍵因素，源自于氣候變化的壓力。現階段，全球近2/3的電力依然來自于化石燃料，我們必須減少對化石燃料的依賴，并轉變為使用對氣候更友好的可再生能源。 然而，這種急劇增長的電氣化趨勢會對電網造成巨大壓力，因為充電高峰期的電網負荷會變得更大，可再生能源的存儲也會面臨更大的挑戰。要緩解需求激增對充電基礎設施的影響，技術創新是一劑良方，而汽車對電網 (V2G) 技術就是這些創新中的一員，它讓電能可以在電網和新能源汽車之間雙向流動。 V2G簡介 當V2G技術得到采用后，電網就好似配備了許多移動充電寶，將儲能的工作從發電站中分散開，形成一種類似于邊緣計算的格局。這項技術可以將路上的每輛新能源汽車攜帶的電力利用起來，在需要時靈活地將電力送回電網中，而且通過離網充電獲得的電力也可以利用起來；也就是說，V2G開啟了電網和車輛間的雙向能量傳輸。V2G之所以能夠運作，是因為相當數量的消費者只使用了電池容量的一小部分；這種方法可以優化電池利用率，讓相同的組件可以產生更多效益。 V2G優化了電力的生產、使用和運輸方式。汽車電池將與遠程儲能解決方案聯網，在用電高峰期提高對電網的電力輸送，并在汽車充電時 (夜間或用電低谷期) 優化供電。V2G還可以提供有關車主能源使用習慣的數據，鼓勵他們通過優化自己的行為來更積極地管理能源使用，降低出行成本；同時，車主還可以將電力賣給電網，從而獲得一種新的收入來源。降低新能源汽車的總擁有成本，正是提高其全球采用率的基本市場驅動力之一。 此外，從V2G產生的電力數據中，我們還可以得知車輛何時使用、何時產生電力，這也有助于公用事業部門根據需求和消費者行為的趨勢來優化能源生產，降低能源供應商和消費者的成本。 V2G還能提供一項社會效益：它可以向原本沒有遠程儲能設施的地方提供這樣的能力。將車輛的用電情況與電網連接起來，所產生的最大優勢，就在于能夠在車輛和電網之間根據需要對電力進行儲存、調節和供應。 太陽能綠色新能源汽車和充電基礎設施 綠色電動車充電使用太陽能電池板，讓光子激發電子，產生電流流向車輛并充滿電池的充電容量，其中向電網或家庭供電的基礎設施就是用戶的家用新能源汽車充電器。將能量從電網輸送到電池的電路，同樣可以用來將電池中的多余能量輸回電網，并以市場價或協商價格獲得收入。用電需求和能源可用性決定了能源是從電網中獲取，還是回饋給電網。這種結構提供了一種按需提供能源的方式，同時可以將多余的能源保存起來供日后使用。 對于間歇性的太陽能發電，要使電力供應能力保持平穩以便按需使用，一種自然的方式就是將其與電池儲能結合起來。當電池充滿電后，就可以根據需要在任何地方使用這些能源，無論是在車上還是在家里。V2G解決了可再生能源的存儲難題，這是提高可再生能源使用率的過程中所剩的主要挑戰之一。 還有哪些挑戰會影響可再生能源的使用率？ 電力的優勢之一在于它的高效率。它將電池的化學能直接轉換為電能，消除了產生碳排放的熱能中間環節，而這一環節存在30%的效率損失。隨著電力需求激增，V2G確實可以緩解可再生能源的不穩定性以及電網所承受的壓力，但這項技術在得到廣泛采用之前仍有一些挑戰需要克服。 目前，車用直流充電正迎來發展機遇，因而需要有適當大小的轉換器將交流電轉換為直流電來進行能量傳輸。雖然現在已經出現了轉換效率高達95%的交流-直流轉換器，但許多此類產品依然只能實現80%-90%的效率。因此，業界有必要根據新能源汽車的電池容量來定制電源轉換器，并且努力提高轉換效率，從而直接增加電力輸出。 結語和要點提煉 由可再生能源驅動的新能源汽車，可以通過V2G技術為可再生能源電網的調節發揮巨大作用。這種方法可以在綠色的太陽能可用時充滿新能源汽車的電池容量，并根據需要從電網獲取電力或將電力回輸給電網。V2G提供了一種靈活的儲能選項，解決了可再生能源應用中的一大問題。這項技術將能源可用性與消費者需求聯系起來，積極地吸引用戶，并為能源供應商和消費者提供高效、經濟的方法。 來源：貿澤電子 作者：Adam Kimmel |
