電動汽車如何充電，電動汽車充電可以是雙向的

2020 年，全球電動汽車銷量增長了 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 年超過中國成為最大的電動汽車進口國，美國的目標是到 2030 年 50% 的新車隊車輛為電動汽車。然而，中國上路的電動汽車仍然比其他任何國家都多地理區(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 萬輛純電動汽車 (BEV) 將增長到 2.5 億輛。

電氣化將繼續(xù)存在，當成本在本十年晚些時候與傳統(tǒng)內燃機汽車 (ICE) 持平時，需求將達到一個起點。反對者很快指出，一個即將到來的逆風是，一旦成本符合要求，充電是限制電動汽車擴散的下一個因素。

當今電動汽車如何充電

如今，大多數(shù)電動汽車都是通過使用現(xiàn)有電源進行充電的，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碳狀態(tài)并應對氣候變化的嚴重影響，IPCC 的第六次評估報告強烈推薦使用可再生能源。如果充電基礎設施要納入可再生能源供應（太陽能、風能、生物質能、水電），那么這種電力的可用性和可靠性就會受到自然限制。盡管如此，電動汽車是實現(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發(fā)生什么？
• 如果風不是經常吹或吹得不夠猛怎么辦？
• 可再生能源向電力的轉換可以完全無碳嗎？

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

全球電力采購

初級電網(wǎng)的供電因地區(qū)而異。在給定的地理區(qū)域內，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視圖。一些亮點：

• 煤炭仍然在全球格局中占主導地位，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)
• 可再生能源是一個小但正在增長的派別，自 2010 年以來，風能和太陽能取得了指數(shù)增長
• 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
  • 4% 油
  • 3% 太陽能

圖 1：全球電力生產（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?、風能、太陽能等）占全球能源產量的 29%，自 2011 年以來呈線性增長。

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，越來越多地轉向可再生能源將受到歡迎和需要。人口增長和電氣化趨勢正在推動這一趨勢。然而，增加電力需求的另一個關鍵因素是減少對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將給電網(wǎng)容量帶來壓力，并增加管理可再生存儲的挑戰(zhàn)，同時增加高峰充電時間的負載。這些障礙為創(chuàng)新技術創(chuàng)造了機會，以減輕需求激增對充電基礎設施的影響。其中一項創(chuàng)新將電網(wǎng)和電動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能單元，將其從發(fā)電站分散。與邊緣計算一樣，使用道路上每輛電動汽車所攜帶的電力可以在需要時幫助將電力回饋到電網(wǎng)，同時利用離網(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)化了社會生產、使用和運輸電力的方式。車輛電池將與遠程儲能解決方案聯(lián)網(wǎng)，以在高峰需求期間增加電力供應，并在車輛充電時（在夜間、低需求期間）進行優(yōu)化。此外，V2G 通過提供有關他們的能源使用習慣的數(shù)據(jù)來鼓勵車主更積極地管理他們的能源使用，以鼓勵他們優(yōu)化行為以降低成本。它還通過將電力賣回電網(wǎng)的能力為消費者開辟了收入來源。降低電動汽車的總擁有成本是提高全球采用率的基本市場驅動力之一。

此外，考慮到需求和消費者行為的趨勢，擁有車輛使用和發(fā)電時間的 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。這種好處將有助于降低能源供應商和消費者的成本。

一個社會好處是，V2G 可以在以前沒有的地方提供對遠程能量存儲的訪問。為電網(wǎng)或車輛存儲、調節(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。

太陽能綠色電動汽車和充電基礎設施

綠色電動汽車充電使用太陽能電池板，允許光子激發(fā)電子，產生電流流入車輛并填充電池的充電容量。向電網(wǎng)充電或為家庭供電的基礎設施是用戶的 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) - 以公平的市場或協(xié)商價格提供。需求和能源可用性將決定能源的去向——進出電網(wǎng)。這種結構提供了按需能源供應，同時節(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相結合是一種平滑電力供應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使用能量——無論是在車內還是在家里。V2G 解決了可再生能源的存儲挑戰(zhàn)，這是增加可再生能源應用的主要挑戰(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。它吸收電池的化學能并將其直接轉化為電能，從而消除了通過排放廢碳的熱能中間體時 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)展機會，同時需要具有適當尺寸的轉換器以從交流電源轉換為直流電源以進行能量傳輸。雖然現(xiàn)有的 AC 到 DC 轉換器提供高達 95% 的效率，但許多產品仍然只能提供 80-90% 范圍內的效率。因此，必須根據(jù)電動汽車的電池尺寸定制功率轉換器，并努力提高轉換效率，從而直接增加電力輸出。

結論和主要內容

由可再生能源驅動的電動汽車將在通過 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能選項，解決了可再生能源的重大障礙。該技術將能源可用性與消費者需求聯(lián)系起來，積極吸引用戶，并為能源供應商和消費者提供最有效和最具成本效益的方法。

審核編輯：符乾江