感謝電動車,電網的調控難題有解了

作者:聞岩   |   2015 / 04 / 18

文章來源:第一電動網   |   圖片來源:第一電動網


隨著電網操控的智能化,以及電動車輛進入普及階段,通過電動車輛與電網之間信息的交流,利用電動車輛的蓄電功能來解決大規模電網的固有問題成為了可能。這裡所利用的技術稱為電動車輛入網技術。

一、電網的軟肋

在巨大的輸電電網的表象之下,電網的調控是一項非常脆弱的工作。

簡單來說,一個正常運行的電網,其各項參數幾乎是穩定的。在一個特定的電網中,入網的所有的發電機的轉速應該相同,生產出的電力應該等同於用戶需要的電力。發電和供電就像一台天平,必須盡量接近平衡狀態。用專業術語來講,需要隨時對電網進行調峰,以保證電網的平衡。

但是,作為電網中數量巨大的用戶其用電量瞬息萬變,和電網的容量相比呈現出接近於圓滑的曲線變化,而電網中數量有限的發電廠,無論是機組入列還是解列,都呈現出階梯狀變化。這種變化會對電網本身產生一定的衝擊,嚴重時會產生電網不穩定現象。

電網難題有解-g2v

當這種不穩定強烈到一定程度,有可能引起電廠跳閘。而跳閘又導致供電缺口增大,造成更劇烈的振盪,如同一連串的多米諾骨牌坍塌,供電損失節節攀升,停電範圍迅速加大,最終有可能大到調度都無法掌控程度。

2003年在美國和加拿大發生的大面積停電事故,就是出於個別電廠出事故而導致不穩定所造成。2015年4月7日美國發生的大規模停電,可能也是源於電廠的小規模火災而​​導致的。

另一方面,主流的主流發電形式(火電、水電、核電),其啟動或停止,都是一件非常耗時耗力的工作。比如說火力發電廠是由鍋爐、汽輪機和發電機組成一個機組,鍋爐產生蒸汽推動汽輪機帶動發電機發電。從鍋爐加熱升壓到汽輪機轉速達到額定,最後發電機組正常運轉符合入網的電壓頻率要求,是一個漫長的過程。其逆過程(停止發電)也相當費事。所以,相對於電網中瞬息萬變的變化狀態,電網統轄的各發電單元的對應是很遲緩的。甚至在某些極端的場合,發電單元的停止甚至需要電網的支持,否則會發生重大事故。

大家熟悉的日本福島核電站事故就是這樣:大地震發生時,福島核電站雖然立刻停止發電,解列停機,可核電站停止後的冷卻過程也需要電力!而恰恰由於地震,供應核電站電力的鐵塔倒塌,致使這部分電力無法供應;地震之後的海嘯又摧毀了核電站其餘的供電方式,因而反應堆內部熱量無法散發。產生大量的水蒸氣,引發爆炸並導致核反應堆過熱融化,進而發生了自切爾諾貝利以來最嚴重的核電站事故。

二、所謂電動汽車入網技術

電動汽車入網技術是以車輛的蓄電功能為基礎,支持智慧電網(Smart grid)工作的一種應用方式。

智慧電網對電動車輛所期待的功能有三部分。

1. 吸收非主流發電形式(火電、水電、核電以外的發電形式)所生產的剩餘電力,即作為電網的緩衝容量(G2V,Grid to Vehicle),這項功能主要用來緩解電網中用電高峰和低谷所帶來的波動,減輕電網調解、調度的壓力;

電網難題有解-電力網

2. 由車輛向電網供電,即用車輛來支撐電網的容量不足(V2G,Vehicle to Grid)

電網難題有解-智慧電網

3. 作為停電時面向家庭供電的電源(V2H,Vehicle to Home)

電網難題有解-電動車

這項功能主要用來應對洪水、地震及火災等大規模災害。當公共供電系統受損無法正常提供電力時,使用車載電池向家庭供電,以維持家庭的正常生活,上述功能可歸納成下表:

電網難題有解-V2G

三、用電動車支撐電網

電動車作為一個“可移動的大型電池”,可以為電網的穩定和正常運行作出貢獻。研究顯示,個人使用的小型車輛(包括純電動車和混合動力車),其行駛時間僅為總時間(可以理解成一天24小時)的10%左右,90%前後的時間為停止時間。如果將這90%的時間接入電網,既可進行充分利用車輛的電池資源,也可以減輕車主的負擔。

以日本的日產汽車公司電動車LEAF為例,該車的電池容量為24kWh。按照一般用戶平均日行駛30公里計算,約耗電4kWh左右。如果這種電動車聯網,這多餘的20kWh可以用作電網的緩衝。

據報導,截至2014年底,中國汽車保有量為1.54億輛,如果其中的1%為電動車併入網的話,其容量高達308萬kWh,大約相當於3台目前中國最大的火力發電機組的容量。

四、電動汽車入網技術的問題

目前,電動汽車入網技術存在著以下的問題:

  1. 將電動汽車接入電網,並實現上述的各項支撐電網的功能,需要具備一定的硬體條件。從本質上講,支持電網運行對車主並無可見的利益。所以,導入這類硬體的成本如何解決,如何通過政策(比如:經濟利益等)來調動車主投資硬體入網的積極性,是掌握著公共電網資源的政府部門所需要進行的工作。
  2. 電動車(準確地說,是車載蓄電池)在支撐電網時,必然產生高於通常使用狀況的充放電次數。大家知道,蓄電池的充放電次數時有限的,如果因入網而導致電池的壽命縮短,對車主如何進行經濟上的補償,也是需要考慮的問題。
  3. 從技術的角度講,入網的電動車既然是作為電網容量的緩衝裝置來使用,在極端的狀況下,有可能出現電池充電不足而影響車輛使用的情況。

五、結語

電動汽車入網技術是一項需要進行長期研究、規劃和調整的系統工程。不僅涵蓋了汽車工業和電力工業這兩大現代社會的代表性業界,同時,因為其中涉及到大量的信息傳遞過程,受到IT業界等的重視。

世界各國也在根據本國的產業特性及經濟發展狀況,制定符合本國狀況的經濟政策和產業政策。目前電動汽車入網技術已經經過了概念研究等前期準備過程,並逐漸向著發電和利用電動車的一體系統的研究。動作較快的歐洲國家(特別是德國),已經開始進行國際標準的提案工作。對國際標準的主導權的爭奪,正在開始呈現劇烈化的趨勢。(特約作者 聞岩)

第一電動網授權轉載》

 

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