隨著電網(wǎng)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(wǎng)之間信息的交流,利用電動車輛的蓄電功能來解決大規(guī)模電網(wǎng)的固有問題成為了可能。
這里所利用的技術(shù)稱為電動車輛入網(wǎng)技術(shù)。
一、電網(wǎng)的軟肋
在巨大的輸電電網(wǎng)的表象之下,電網(wǎng)的調(diào)控是一項非常脆弱的工作。
簡單來說,一個正常運行的電網(wǎng),其各項參數(shù)幾乎是穩(wěn)定的。在一個特定的電網(wǎng)中,入網(wǎng)的所有的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該相同,生產(chǎn)出的電力應(yīng)該等同于用戶需要的電力。發(fā)電和供電就像一臺天平,必須盡量接近平衡狀態(tài)。用專業(yè)術(shù)語來講,需要隨時對電網(wǎng)進行調(diào)峰,以保證電網(wǎng)的平衡。
但是,作為電網(wǎng)中數(shù)量巨大的用戶其用電量瞬息萬變,和電網(wǎng)的容量相比呈現(xiàn)出接近于圓滑的曲線變化,而電網(wǎng)中數(shù)量有限的發(fā)電廠,無論是機組入列還是解列,都呈現(xiàn)出階梯狀變化。這種變化會對電網(wǎng)本身產(chǎn)生一定的沖擊,嚴(yán)重時會產(chǎn)生電網(wǎng)失步震蕩。
當(dāng)這種失步震蕩強烈到一定程度,有可能引起電廠跳閘。而跳閘又導(dǎo)致供電缺口增大,造成更劇烈的振蕩,如同一連串的多米諾骨牌坍塌,供電損失節(jié)節(jié)攀升,停電范圍迅速加大,最終有可能大到調(diào)度都無法掌控程度。
2003年在美國和加拿大發(fā)生的大面積停電事故,就是出于個別電廠出事故而引起失步震蕩所導(dǎo)致。2015年4月7日美國發(fā)生的大規(guī)模停電,可能也是源于電廠的小規(guī)?;馂?zāi)而導(dǎo)致的失步震蕩。
另一方面,主流的主流發(fā)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。比如說火電廠是由鍋爐、汽輪機和發(fā)電機組成一個機組,鍋爐產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。從鍋爐加熱升壓到汽輪機轉(zhuǎn)速達到額定,最后發(fā)電機組正常運轉(zhuǎn)符合入網(wǎng)的電壓頻率要求,是一個漫長的過程。其逆過程(停止發(fā)電)也相當(dāng)費事。所以,相對于電網(wǎng)中瞬息萬變的變化狀態(tài),電網(wǎng)統(tǒng)轄的各發(fā)電單元的對應(yīng)是很遲緩的。甚至在某些極端的場合,發(fā)電單元的停止甚至需要電網(wǎng)的支持,否則會發(fā)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(fā)生時,福島核電站雖然立刻停止發(fā)電,解列停機,可核電站停止后的冷卻過程也需要電力!而恰恰由于地震,供應(yīng)核電站電力的鐵塔倒塌,致使這部分電力無法供應(yīng);地震之后的海嘯又摧毀了核電站其余的供電方式,因而反應(yīng)堆內(nèi)部熱量無法散發(fā)。產(chǎn)生大量的水蒸氣,引發(fā)爆炸并導(dǎo)致核反應(yīng)堆過熱融化,進而發(fā)生了自切爾諾貝利以來最嚴(yán)重的核電站事故。
二、所謂電動汽車入網(wǎng)技術(shù)
電動汽車入網(wǎng)技術(shù)是以車輛的蓄電功能為基礎(chǔ),支持智能電網(wǎng)(Smartgrid)工作的一種應(yīng)用方式。
智能電網(wǎng)對電動車輛所期待的功能有三部分。
1.吸收非主流發(fā)電形式(火電、水電、核電以外的發(fā)電形式)所生產(chǎn)的剩余電力,即作為電網(wǎng)的緩沖容量(G2V,GridtoVehicle)
這項功能主要用來緩解電網(wǎng)中用電高峰和低谷所帶來的波動,減輕電網(wǎng)調(diào)解、調(diào)度的壓力;
2.由車輛向電網(wǎng)供電,即用車輛來支撐電網(wǎng)的容量不足(V2G,VehicletoGrid)
3.作為停電時面向家庭供電的電源(V2H,VehicletoHome)
這項功能主要用來應(yīng)對洪水、地震及火災(zāi)等大規(guī)模災(zāi)害。當(dāng)公共供電系統(tǒng)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:
三、用電動車支撐電網(wǎng)
電動車作為一個“可移動的大型電池”,可以為電網(wǎng)的穩(wěn)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%前后的時間為停止時間。如果將這90%的時間接入電網(wǎng),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(dān)。
以日本的日產(chǎn)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(lián)網(wǎng),這多余的20kWh可以用作電網(wǎng)的緩沖。
據(jù)報道,截至2014年底,中國汽車保有量為1.54億輛,如果其中的1%為電動車并入網(wǎng)的話,其容量高達308萬kWh,大約相當(dāng)于3臺目前中國最大的火力發(fā)電機組的容量。
四、電動汽車入網(wǎng)技術(shù)的問題
目前,電動汽車入網(wǎng)技術(shù)存在著以下的問題:
1.將電動汽車接入電網(wǎng),并實現(xiàn)上述的各項支撐電網(wǎng)的功能,需要具備一定的硬件條件。從本質(zhì)上講,支持電網(wǎng)運行對車主并無可見的利益。所以,導(dǎo)入這類硬件的成本如何解決,如何通過政策(比如:經(jīng)濟利益等)來調(diào)動車主投資硬件入網(wǎng)的積極性,是掌握著公共電網(wǎng)資源的政府部門所需要進行的工作。
2.電動車(準(zhǔn)確地說,是車載蓄電池)在支撐電網(wǎng)時,必然產(chǎn)生高于通常使用狀況的充放電次數(shù)。大家知道,蓄電池的充放電次數(shù)時有限的,如果因入網(wǎng)而導(dǎo)致電池的壽命縮短,對車主如何進行經(jīng)濟上的補償,也是需要考慮的問題。
3.從技術(shù)的角度講,入網(wǎng)的電動車既然是作為電網(wǎng)容量的緩沖裝置來使用,在極端的狀況下,有可能出現(xiàn)電池充電不足而影響車輛使用的情況。
五、結(jié)語
電動汽車入網(wǎng)技術(shù)是一項需要進行長期研究、規(guī)劃和調(diào)整的系統(tǒng)工程。不僅涵蓋了汽車工業(yè)和電力工業(yè)這兩大現(xiàn)代社會的代表性業(yè)界,同時,因為其中涉及到大量的信息傳遞過程,受到IT業(yè)界等的重視。
世界各國也在根據(jù)本國的產(chǎn)業(yè)特性及經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r,制定符合本國狀況的經(jīng)濟政策和產(chǎn)業(yè)政策。目前電動汽車入網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了概念研究等前期準(zhǔn)備過程,并逐漸向著發(fā)電和利用電動車的一體系統(tǒng)的研究。動作較快的歐洲國家(特別是德國),已經(jīng)開始進行國際標(biāo)準(zhǔn)的提案工作。對國際標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)權(quán)的爭奪,正在開始呈現(xiàn)劇烈化的趨勢。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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