车网互动技术:电动汽车成为电网电池

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


想象一下,一辆汽车安静地行驶,不烧汽油,不排放尾气,储存可再生能源,有时甚至还能给你回报。听起来像白日梦吗?很快就不是了。车网互动技术使电动汽车(EV)网络能够像一个巨大的电池一样运作,通过智能软件界面,根据需要将电力从汽车输送到电网,或从电网输送到汽车。这项技术现在离在美国商业化又近了一步。

美国汽车平均每天停放和闲置23小时,而我们目前电网基础设施的存储容量充其量是有限的。这激发了特拉华大学(UD)的车网互动(V2G)技术先驱Willett Kempton与佛蒙特州绿山学院经济学家Steve Letendre于1997年共同开发了‘汽车作为电力存储’的概念。此后,Kempton将V2G技术从构思、概念验证发展到在特拉华州和丹麦的商业试点。

Kempton于2011年6月将该技术的国际许可出售给了丹麦公司Nuuve。现在在特拉华州,美国许可已被总部位于新泽西州的NRG Energy收购。NRG与特拉华大学(UD)之间的新业务合作伙伴关系,被称为“eV2g”,于9月26日隆重宣布,并邀请了美国参议员克里斯·库恩斯参观了特拉华大学纽瓦克校区。


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在特拉华大学的发布会上,Kempton幽默地引用了托马斯·爱迪生的名言,即天才在于1%的灵感和99%的汗水,他说:“我认为他低估了所需的汗水量”。他的话是有道理的。在Kempton将V2G技术变为现实的旅程中,灵感之后是十多年的汗水。Kempton指出,特拉华州纽瓦克在朝鲜战争期间曾是繁忙的克莱斯勒坦克工厂所在地,他说他的愿景是“这家工厂在后石油时代的再利用” 。

尽管发布了公告,但据NRG communications总监Lori Neuman称,电动汽车车主注册eV2g服务的能力仍需两到三年。eV2g最初被设想为一项将向电动汽车车队运营商提供的技术服务,最终计划向个人电动汽车车主推广该服务。Kempton估计,eV2g电力调节服务在电动汽车的整个生命周期内,每辆车可赚取1万美元的收入,从而抵消这些车辆目前较高的购买成本。

车网互动是一种有望提供用于纠正电网不平衡的短时往复功率的技术,Kempton解释说,并补充说,未来,该技术也可能在平滑风能和太阳能等可再生能源生产中固有的波动方面发挥作用。

例如,风力发电通常在夜间达到最大,而此时电力需求通常较低。在我们目前的电网中,电力存储容量有限,因此任何夜间产生的超出立即使用的风能都会被浪费掉。V2G至少在一定程度上是存储这些电力,然后在电力需求高峰期提取存储的电力的明显解决方案。

诺贝尔奖获得者和医生阿尔伯特·圣捷尔吉曾说过,“发现在于看到每个人都看到的东西,并思考没有人思考过的东西”。Kempton体现了技术和科学创新的关键。在汽车工业诞生之初,车辆从未被认为是国家电网的一部分。“它们沿着不同的道路发展,并没有真正连接起来,”美国参议员库恩斯在特拉华大学NRG发布会上说。

你们拥有以石油为动力的汽车,它们是个人拥有的,高度移动的,独立的,自主的,并且被严重低估了,然后你们拥有主要以煤为燃料的基础负载国家电网,它正面临着越来越大的压力和需求,”参议员库恩斯评论道,并赞扬了能源和交通之间互联互通的新潜力。

虽然V2G将问题与解决方案联系起来,但仍然存在的一个技术挑战是V2G对电池寿命的影响。将电力输回电网而不是单向充电会导致更多的电池充放电循环,这可能会缩短电池的使用寿命。

这是电池制造商需要解决的问题。然而,由于丹麦和美国公司的初始目标市场都是频率调节,电池每次仅使用几分钟来上传或下载电力(见插图),这种做法对电池的影响小于对电池进行深度充放电循环。

丹麦正在通过为电动汽车购买者提供大量税收减免来鼓励从内燃机汽车向电动汽车的过渡。美国能源专家Benjamin Sovacool怀疑,eV2g要获得广泛接受,将需要美国政府提供同样类型的政治支持,包括石油行业目前获得的补贴、税收减免和法规。作为佛蒙特法学院的访问教授和其能源与环境研究所能源正义计划的创始主任,Sovacool认为eV2g倡议是朝着正确方向迈出的一步,但只有在解决这些问题后才可能产生真正的改变。

““如果能源转型的历史告诉我们什么,那就是与政治、社会态度和价值观相关的障碍可能与技术和经济障碍同样突出。人们需要对V2G技术抱有信心,并将其视为对其生活方式的补充,而不是破坏,”Sovacool说。

弗吉尼亚理工大学暨州立大学历史、科学和技术研究教授Richard Hirsh也表达了同样的观点。“人们常常只看到技术的潜在好处,而不评估为了使技术成为现实需要做些什么——在基础设施、行为、市场、监管、政府激励措施方面。”例如,在20世纪50年代和60年代,电力公司认为核反应堆只是发电厂中另一种烧水的方式,Hirsh解释说,但历史告诉我们,这些反应堆实际上并非如此简单的装置——它们在美国和其他地方都难以获得接受。

尽管如此,Hirsh在许多方面都将Willett Kempton视为有远见的人,并指出Kempton的技术已经引起了联邦能源监管委员会的关注。“将汽车视为超越交通工具的东西是一项巨大的智力成就,”Hirsh说,并补充说Kempton重新构想的电动汽车的技术潜力巨大。Hirsh说,将汽车融入社会、政治、基础设施和市场系统将构成巨大的挑战,但他希望Kempton和其他人能够掌握。

通往这项潜在的变革性技术的道路漫长,在它成为主流之前,可能还会有更多的障碍。然而,这是一项前景广阔的技术。车网互动技术在美国及其他地区的未来会怎样?只有时间和(能源)才能说明。

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