1269
一场关于能源调控的“革命”正在悄然拉开序幕。
近日，奥迪、日产、北汽、威马等车企都在开展一个车辆到电网双向充电的实验和落地项目，该实验将统筹协调电网电力电量和电动汽车电池之间的平衡，助力电网在峰值实现用电平衡，提高电网稳定性。
这个乍听上去有点新奇的技术，其实并不是什么新玩意儿。它就是之前一直说的 V2G（Vehicle to grid，车辆到电网）技术。V2G 的概念早在 1995 年就被提出，近年来由于电动汽车的发展和电池技术的进步，逐渐受到人们关注。
V2G 是什么？
现在的车与网，几乎没有互动性可言。无非是电动汽车没电的时候，找电网充电而已。
V2G 描述了电动汽车与电网之间的双向互动关系。当车载电池需要充电，电流则由电网流向车辆；当电动汽车不使用时，车载电池将剩余可控电能反向输送到（销售给）电网系统。
（点击图片可看大图，下同）
电动汽车和电网的互动，利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲，提供相关调峰调频、黑启动等辅助服务。
V2G 的价值体现在哪？
目前，从全球角度来看，各国电网提供的电动车充电业务压力并不明显。但据国际能源署（IEA）发布的《全球电动汽车展望》报告显示，2019 年电动汽车的全球销量突破 210 万辆，同比增长 40%。预计 2020 年，全球电动汽车的保有量将近 1000 万辆。
全球电动汽车保有辆
上图可以看到，中国是全球电动汽车最大市场。数据显示，截至 2019 年，中国电动汽车保有量超过 300 万辆。随着电动汽车保有量的快速攀升，车辆充电带来的电网供电压力将进一步增加。
那么，V2G 技术的发展将带来哪些提升和改善？
·减缓电网供电压力
因此，将处于停驶状态的电动汽车作为可移动的分布式储能单元，实现能量在电动汽车与电网之间双向流动(充、放电)，减缓电网日益增加的供电压力成为 V2G 技术的价值之一。
从电网的角度来看，V2G 技术在解决“削峰填谷”储能方案，调节电网负荷，提高电网效率等方面起到了关键作用。
此外，通过车网互动的协调运行，纯电动汽车还可作为一种移动式、分布式的储能设施，提高电网运行效率和资源配置能力，提升清洁能源消纳能力，进一步推进能源革命。
·节省充电成本
在 V2G 双向充电技术运用下，电动汽车的动力电池相当于一个“巨型移动充电宝”。
从车主及消费者的角度，在用电低谷时用较低的电价给汽车充电并储存电量，而在用电高峰期用较高的电价向电网输送电力，相当于“卖电”给电网，低谷和高峰期的电价差可以给车主带来一定的经济收益，从而进一步降低电动汽车车主的充电成本。
·促进电动汽车普及
由于充电成本有望降低，V2G 技术有效提升了用户对电动汽车的认可度，从而促进新能源汽车推广普及，推动可再生能源替代化石能源的国家能源替代战略目标提早实现。
在上述背景和趋势下，V2G 技术的运用，进而或许还将成为一种为社会、为行业带来巨大正向效应的环保节能解决方案。
·助力电网智能化转型
从技术层面来看，V2G 技术是智能电网技术的重要组成部分，电动汽车充放电控制装置需要满足电动汽车和电网的信息交互功能，对交换能量、电网运行状态、电价信号、车辆信息、电池状态、费用等信息在两者间进行传递。
新能源及未来汽车技术路线的独立研究者曹广平对此也发表了相同的观点：“V2G 技术是融合了电力电子技术、通信技术、调度和计量技术、需求侧管理等的高端综合应用，V2G 技术的实现将在电网末端起到一定的支撑作用，使电网技术向更加智能化的方向发展。”
·废弃车辆电池再利用
此外，曹广平还向笔者表示，V2G 技术的价值还包括废弃车辆电池面向电网供电的再利用。V2G 将为废旧的动力电池组提供循环再利用的可能性——虽然随着电池性能的衰退，电池组将不足以支撑车主日常用车的需求，但通过 V2G 方式作为储能单元在电力消耗峰值期间逆向供电给电网，或将成为“废物”的一种“新生”。
电网得以优化电能供给，用户得以享受更环保、更经济的电力消费，废旧动力电池组得以发挥余热。
V2G 价值背后的代价
上面罗列了 V2G 技术能够带来诸多优势。但 V2G 何时能建成？目前还尚未可知。
优势之外，一个事物的价值还在于要付出怎样的代价。就当前现状来看，V2G 技术仍存在着尚未解决的痛点与挑战。
·对于电池衰减的影响
V2G 的难点不在于将车辆电能反向供给电网的技术本身。主机厂雷诺表示，运用交流电技术，只需在车辆内部安装可逆充电器，并对现有充电终端进行简单的改造即可完成逆向供电，且成本并不昂贵。
V2G 真正的痛点在于，车辆电池因充放电次数的增加导致的电池衰减退化速度加快。因为 V2G 技术不可避免的会增加车辆电池的充放电次数，而电池的使用寿命就是由其充放电循环次数来决定的。
2020 年 1-7 月动力电池产量和装机量数据
（与非网制图）
根据中国汽车动力电池产业创新联盟发布的 7 月份动力电池数据显示，目前我国动力电池产量和装机量都以三元材料和磷酸铁锂电池为主。国家对于电池循环使用次数强制要求必须要在 1000 次以上，磷酸铁锂一般可以做到 2000 次以上，而三元材料电池平均水平在 500-1000 次，做得好的能到 1000 次以上。
可以看到，动力电池的寿命本身年限就不长，再加入 V2G 模式之后，更加加速了动力电池的老化和降解，从而影响电动汽车的性能。美国夏威夷自然能源研究所的一项研究称：在恒定功率下，V2G 会显著降低电池寿命至 5 年甚至以下。
显而易见，若 V2G 无法保证供电车辆的电池寿命不受影响，在市场应用过程中将遇到巨大阻力。从用户角度来看， V2G 虽然能够带来额外的经济效益，但是以消耗动力电池寿命的代价来获得的，相信就目前的电动汽车状况来说，大多数用户还是不会选择 V2G 模式。
曹广平也向笔者表达了同样的观点，“目前纯电动汽车的电池寿命饱受用户诟病，也就是说电池的寿命还不够支撑车辆长周期使用，而反过来期望车辆电池在‘生命有限，价格较贵’的情况下用来给电网反送电，还不现实。”
如此看来，V2G 在电池衰减退化方面的技术攻坚，或将成为行业最需要解决的难题。此外，从消费者角度来看，相应的激励政策也是带动 V2G 普及的关键之一。
·车网协同控制及管理
众所周知，社会用电量非常明显的呈现波峰波谷状态。但随着电动汽车的不断增多，而且电动汽车的充电及放电时间是高度随机性的，如果不能进行统一协调控制及管理的话，将会对电网网损及电能稳定性产生巨大的影响。
而且电网在调控层面是非常脆弱的，大规模电量供求变化会对电网本身产生一定的冲击，严重时甚至会产生电网失步震荡，可能引起电厂跳闸，从而又导致供电缺口增大。因此，电网中的发电和供电需要尽量接近平衡状态。
上海玫克生储能科技有限公司首席科学家严晓在接受笔者采访时指出，V2G 技术的关键是电动汽车必须要跟电网友好互动。但是，这个“友好互动”也正是真正的痛点所在。
V2G 原理听上去挺简单，就是双向互动，但难点在于在电动汽车 V 侧以及电网 G 侧的调度控制，在于电动汽车怎样才能知道电网需要并知道怎样用 V2G 来注入功率来协助电网。
V2G 要想得到大规模普及，车网之间必然要经历如下过程转变：充电（V0G），用户不考虑充电合适时间——有序充电（V1G），用户开始审视车网之间的关系，选择合适时间充电——互动充电（V2G），用户既获电也储电，实现车网一体。
因此，面临的挑战是如何制定出一个机制让带有 V2G 功能的车主能及时了解电网的需求，并引导车主去一个方便注入功率的场所——即如何在充电桩与电动汽车之间配备“双向智能充电器”，用户正反向充电不受地点和空间的限制，自动实现 V2G。
国内外研究现状
目前国内外只有少数机构涉足 V2G 领域。从第 1 电动网统计数据看到，2019 年全球有 50 余项 V2G 试点示范项目，主要集中在美国（18 项）、西欧（25 项）和日本、韩国和中国香港（共 7 项）等地，项目包括技术验证、示范推广、商业化运行等不同类型。
其中，充电桩作为电动汽车发展的一个难点，充电站也还在慢慢地普及。就目前而言，带有 V2G 模式的充电站规划还是处在较前期的阶段。当然，也不乏相应的试点电站，但就目前的 V2G 在系统中占比不会太多，它的路才刚刚开始。
从国内相关报道来看，国内 V2G 发展主要分为几个阶段，2020 年之前：开展小批量多批次的 V2G 试验验证，参与互动的电动汽车数量可控制在 10~300 辆，该阶段主要任务是验证多台电动汽车与电网互动技术，实现多辆电动汽车的有序充放电。2020 年~2025 年：主要开展规模化电动汽车（数量一般不少于 500 辆）与电网互动的示范运行。2026 年之后：逐步商业化推广。
同时各大汽车企业也在陆续研发 V2G 技术，包括威马、北汽、日产、本田、奥迪、雷诺等车厂，也包括早期不看双向充电的特斯拉也表示会在 Model 3 和 Model Y 中增加双向充电功能。
通过分析国内外 V2G 项目可以看到，欧美、日韩等国外的 V2G 示范项目有个明显特点，基本都是主机厂牵头来做。V2G 技术其实最适合由电网企业牵头实施，但由于国外的电网公司普遍实力较弱，难以推动 V2G 技术进步和落实。
反观中国，我国有世界上最大的电网企业—国家电网，在推动 V2G 示范落地上具有国外难以比拟的优势。同时，中国新能源电池装机容量世界第一，具有 V2G 车网互动的巨大市场潜力，但同时也意味着电动汽车的巨大充电需求将有可能给电力系统造成较大的负担，因此，发展 V2G 技术看上去更是大势所趋。
总的来说，国内外目前都还处于初步研究和试验阶段，不管从技术方面还是政策方面，距离实际大范围应用还有较大差距。包括 V2G 设备的更新和维保，V2G 实现方式的规范和优化，用户对于 V2G 意识的确立，最终 V2G 技术从有线走向无线的历程，都需要整个产业链的共同努力来完成。
结语
马斯克于 2018 年重提 V2G 技术在特斯拉产品上的应用，有一个最基本的前提就是电池技术的进步和成本的降低。可直到 2020 年，特斯拉才在 MODEL 3 、MODEL Y 部分车型上推出 V2G 技术。
尽管如此，特斯拉仍“委婉”地将其命名为“双向充电”。按照马斯克的性格，竟没有大书特书 V2G 技术。
可见，理论上无论是多么伟大的技术或设想，一旦谈到落地，在利益成本与实现性方面的考量都会成为影响事情走向与速度的关键因素。
围绕行业现状，究竟怎样才能实现 V2G 技术？
曹广平多次强调，目前的 V2G 技术正是因为电池技术不过关而无法真正实现大规模盈利式的发展， V2G 技术要以车载电池的循环寿命良好为基础；严晓从电网角度来看，V2G 未来发展趋势将会在配合配电网实现“韧性”方面起到“应急”的作用。韧性是衡量配电网在低概率、破坏性较大的特殊情况(如极端自然灾害)下的响应和调节能力，是国内外电网都关注的重要建设内容。
笔者认为，或许可以换一个角度来看待 V2G 技术：V2G 应该是广义的，是有多种形式的，不应仅局限于“电动汽车与电网相互充电”这个概念。即使电动汽车仅做到“智能充电”，或电网侧进行模式创新，也是增强了 V 与 G 的互动性。即使中短期难以做到电动汽车和电网之间的“友好互动”，也不能因此轻易去否认 V2G 技术的价值和意义。
相信随着技术瓶颈的不断被突破，V2G 技术将会成为我国能源转型的一个重要支点，同时作为一个新的业务领域，将催生出新的商机及机会。
特别鸣谢
曹广平——新能源及未来汽车技术路线的独立研究者
严晓——上海市千人计划专家、CUSPEA 学者、上海工程技术大学教授、上海玫克生储能科技有限公司首席科学家
文章参考
《V2G 模式，路漫漫》，功率半导体那些事儿
《电动汽车 V2G 技术，能源革命悄然推进》，北汽新能源
《V2G：欧美日发展经验启示》，第 1 电动
《V2G 会成为下一个热点吗？》，智能网联汽车网
下载ECAD模型
