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V2G

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支援V2G的电动车快充充器

V2G（vehicle-to-grid）的中文翻译可称为“车辆到电网”或“车网互动”，指充电式电动车辆——例如纯电动车（BEV）、插电式混合动力车（PHEV）或氢燃料电池车（FCEV）——可以和输电网络相连，在有需求响应（英语：demand response）时候将电力反向输送回电网，或是依电费调整其充电的速度[1][2][3]。V2G的电源储存能力可以储存及使用新能源（例如太阳能及风力）的电力，这些电力的输出会随着气候及时间而改变[4]。

V2G可以用在可连接电网（gridable）的车辆（也就是纯电动车及插电式混合动力车）。不论什么时间，停止的车辆占车辆总数的95%，可以利用电动车的电池，让电能从汽车流向电网，也可以由电网流向汽车。2015年的报告有指到有V2G设备的车辆，且定期将能量送回电网的潜在收益。若每天平均开车行程是32、64或97 km（20、40或60英里），其收益分别是每年美金454元、394元及$318元[5]。

电池的放电次数是一定值，称为库存期限（shelf-life），因此用汽车电池作为能量储存来源，依电网需要充放电，有可能会影响电池寿命。研究指出电池每天充放电二次或二次以上，会使其容量明显降低，也大幅降低寿命。不过，电池容量也和电池化学组成、充电速率、放电速度、温度、电量状态及寿命有关。许多研究指出缓慢的放电速率只会让电池略为退化，也有研究指出，配合电网存储能量的汽车电池可以延长其寿命[6]。

当电动车充电是透过聚合器（aggregator）来进行数台电动车的充电时，整合后可借由控制充电的功率，来提供电网服务（例如：稳定电网或降低尖峰用电）。因为电能只有从电网传到车辆，此时会称为单向V2G（或V1G或智慧充电），此条目中的V2G多半是指双向的电能流动[7][8]。

应用

尖峰负载调整

V2G车辆可以帮助电网平衡不同时段的负载，作法有“填谷”（valley filling[9] ，当晚上电力需求少的时候，为电动车充电）及削峰（英语：peak shaving）（peak shaving，当白天电力需求多的时候，将电动车的部分能量送回电网，相关资讯可参考鸭子曲线）[10]。尖峰负载调整可以让电力公司有新的方式来维持电压及频率的稳定，并且提供备转容量（可以满足临时的电力需求）。 这些设备会配合智能电表，除了计算使用的电能外，也计算送回电网的电能。智能电表可以让V2G车辆在有需要时将能源送回电网，获取收入，收入的金额依能源送回电网的时间和量而定[11]。在目前的发展中，有提出用V2G的电动车来作为再生能源（例如风能）发电设备的缓征冲，在有风的时候可以储存过多的能量，在电力需求大的时候再送回电网，因此在电能来源有间歇特性（英语：Intermittent power source）时，V2G可以有效的稳定电网。

也已有人提出公用事业不需要为了尖峰电力需求（英语：peak demand）（或是停电相关保险政策）而兴建许多的天然气发电厂（英语：gas-fired power plant）[12]。 因为可以由电力的频率量测来计算地区性的电力需求，就可以提供所需要的动态电力调节（英语：Dynamic demand (electric power)）[13]。 Carbitrage是由car（车）和arbitrage（套利）衍生的混成词，有时会指汽车供电回电网的最低价格[14]。

备用电源

现代的电动车所储存的能量一般都比家庭日常的能量需求要多。就算不用油电混合车的燃油发电功能，电动车也可以作为家庭的备用电源（例如照明、家电等），时间可以长达几天。 这是V2H能量传输的例子之一。 这些也可以视为是针对间歇性可再生电源（例如风能及太阳能）的互补技术。若是氢燃料电池车（FCV）的氢气箱有5.6 kg 的氢气，可以提供超过90 kWh的电力[15]。

V2G种类

单向的V2G或V1G

V2G对电网的部分好处可以透过单相的V2G（或称为V1G）达到。加州电力调度中心（英语：California Independent System Operator）（CAISO）定义V1G是“单向有序的充电服务”，并且定义四个层级的车辆电网界面（VGI），其中包括了许多电动车可以提供电网的服务，条列如下[16]：

  1. 单向的功率流动（V1G），一个resource，统一的actor
  2. V1G，配合aggregated resources
  3. V1G，配合 fragmented actor objectives
  4. 双向的功率流动（V2G）

V1G也称为有序充电（managed charge ）或智慧充电（smart charge），和传统电动车充电的差异在V1G可以配合电网需求，调整充电给电动车的充电时间及充电速率，而V2G则允许电动车的能量回到电网。V1G的应用包括非整天运行的计时车，可以在白天充电，吸收太阳能发电产生的电力，或者因为配合负载平衡或调节电网频率，而改变电动车充电的速率。

V2G因为现有的技术问题，其可行性仍有疑虑，V1G可能是目前最理想，可以将电动车当作可控负载，整合到电网 的方案。V2G需要特殊的硬件（尤其是允许能量流回电网的逆变器），其损耗较高，因此电能送到电动车再送回电网的往返效率会变差，也因为电动车电池需要额外的放电及充电，其寿命会减短。而且，SCE前导计划中，V2G产生的利润比监管计划的成本要低[17]，因此V2G要达到经济上的可行性，仍有许多要努力之处。

双向区域性的V2G（V2H、V2B、V2X）

V2H（Vehicle-to-home，车辆对家庭的供电）、V2B（vehicle-to-building，车辆对大楼的供电）或V2X（vehicle-to-everything，车辆对其他设备的供电）不会影响市电电网性能，而是在区域性的环境进行供电[18]。电动车作为停车时家中的备用电源，或是在电力需求到达一定值时，部分电力改用电动车提供（避免因电力需求超标的收费）。

V2X和成熟的V1G方案不同，除了日本之外，其他地区还没有V2X的布署，日本在2012年起就开始商品化的V2H方案，作为停电时的备用电源方案[19][20]。

双向 V2G

有双向V2G功能的电动车可以提供能量回电网。电力公司会愿意在尖峰用电的时候从客户端购买电力[21]，或是用电动车电池的容量来辅助电网[22]，例如负载平衡或是电网频率控制。因此V2G的商业潜力比V2B或V2H要高。

效率

大部分现代的电动车会使用锂离子电池，单纯电池充放电的往返效率超过90%[23]。电池的效率也会受到许多因素的影响，例如充电速率、电量状态、电池健康情形（英语：State of health）以及温度[24][25]。

V2G能量往返过程的主要损失是在电力电子元件，不是在电池。其中的逆变器是主要能量损失的来源[26]。有研究指出V2G能量往返的整体效率在53%到62%之间[27]。另一个研究指出其效率约有70%[28]。往返效率会受许多因素影响，因此变动范围很大[26]。

怀疑论点

有些专家对于V2G的可行性有些怀疑，也有许多研究质疑此概念在经济上的合理性。例如，有一个2015年的研究[29]发现倾向V2G的相关研究没有考虑其实现方式中比较不明显的成本。假如这些成本一并考虑进来，研究指出V2G其实在经济上比较没有效益。

电池充放电的次数越多，电池还能使用的次数也就越短。更换电动车电池的费用大约占电动车价格的1/3[30]。电池在使用过程中会因为电极化学变化而渐渐的退化，伴随着容量降低、充电次数减少、其至是安全性的问题。电池容量的减少可以表示为一定次数充放电后，相对于初始容量的比例（例如一千次充放电后减少30%）。 充放电损失因为使用来产生，和最大充电状态以及放电深度有关[31]。特斯拉的CTO JB Straubel不鼓励V2G，因为电池耗损的成本超过经济上的获益。 他比较建议回收使用时间已超过正常汽车寿命的电池作为电厂备用电源用[32]。 2017年的研究发现V2G会降低电池容量[33][34]，2012年针对混合电动车的研究认为益处不大[35]。

另一个常见的批评和V2G的整体效率有关。 V2G系统中包括将电池系统充电，以及将电从电池再送回交流电网中，一定会有一些能量耗损。 这些耗损的电费需要和所产生的获利相比较，而且若电网的电力来源是来自火力发电，还是增加了废气及二氧化碳的排放。 V2G系统（电池充电和能源回到电网）的整体转换效率可以和大型抽水蓄能电站的70%至80%相比较[36]，不过抽水蓄能电站有地形、水资源以及环境问题的限制。

若要让V2G可以运作，就必须是大规模的考量。电力公司要调整电力设备，允许车辆的储能回到电网[10]。在车辆储能送回电网时，也需要有智能电表可以量测送回电网的电力，以及其价格[11]。

车辆

有许多电动车已特殊为了V2G进行修改，或是在设计时考虑V2G机能。 代尔夫特理工大学的Hyundai ix35 FCEV（英语：Hyundai ix35 FCEV）有修改为有10kW直流V2G输出[15]。

有二款汽车理论上有V2G的能力，是日产聆风及日产NV200[37]。

参看

参考

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