什么是汽車對電網技術？電動汽車的充電方式

全球電動汽車市場發展趨勢

全球電動汽車（EV）銷量從2020年的300萬輛到2023年底預計的1400萬輛，增長率高達367%。[1]所有地區對這一增幅都有大小不一的貢獻，中國位居前列，歐盟保持不變，美國的份額也有所上升。2023年電動汽車的銷量可以占到總銷量的18%，如果照這個趨勢發展下去，到2030年每天可節約500萬桶石油。圖1展示了2016年以來電動汽車銷量的平滑指數曲線。

圖1：全球各地區近幾年的電動汽車銷量。（圖源：IEA 2023；《Electric car sales，2016-2023》，許可證：CC BY 4.0.）

推動這一增長的主要因素包括：

電池制造能力持續提升，到2030年將能夠滿足電動汽車的電池需求，實現該細分市場的“凈零排放”目標

新型電池化學配方緩解了材料供應壓力，解決了傳統技術在續航里程、風險和性能方面的問題

充電基礎設施繼續增加以滿足消費者的需求

政策的支持和投資的增長，彰顯了地方政府和私營企業在電動汽車領域的合作

隨著汽車生產速度的提升，消費者的成本進一步降低，電氣化將繼續進行。此外，成本的降低還會增加銷量，為高度資本化的自動化市場提供資金所帶來的需求也將加速。這一趨勢將大幅降低消費者的成本，使電動汽車成為普通大眾可以負擔得起的產品。

當然也有反對意見認為充電問題仍然會阻礙一些消費者轉向電動汽車，因為充電時間過長會帶來續航焦慮和生活方式的改變。

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目前電動汽車的充電方式

電動汽車

充電基礎

目前的大多數電動汽車都是從現有電源獲取能量進行充電，其中的許多電源都是不可再生的（如化石燃料、煤炭）。為了維持碳中和或碳負值狀態，應對氣候變化帶來的影響，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在其《Sixth Assessment Report》[2]中強烈建議采用可再生能源。

如果充電基礎設施采用可再生能源（如太陽能、風能、生物質能、水電），這種能源的可用性和可靠性天然存在一些限制。但電動汽車依然是交通領域實現碳減排的重要途徑。因此，業界必須對下面幾個問題給出答案：

太陽能發電如何應對夜間或陰天？

風電如何應對刮風不規律或風力不夠強的情況？

將可再生能源轉化為電能的過程是否能完全消除碳排放？

要回答這些重要問題，就必須分析當前電網獲取電力的方式，以及為電動汽車充電所需的條件。

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全球電力來源

在不同地區，主干電網的電力來源存在很大差異。即便在同一個地理區域，相鄰地區的電力來源也可能會有區別。表1列出了全球發電情況，并提供了2020到2022這兩年間的變化趨勢。[3]

表1：全球發電情況，2020–2022
（圖源：作者，數據來自Our World in Data）

從表中可以看出：

煤炭在全球發電能源中仍占主導地位，但增長速度正在放緩（盡管其所占比例略有上升）

天然氣位居第二，并延續了2020年從持平到下降的趨勢

可再生能源所占比例不大，但表現出了明顯的增長趨勢，風能和太陽能繼續以相同的速度呈指數級增長

水電看起來已最終趨于平穩

生物質能也是一種新興能源，呈線性增長

從Our World in Data提供的數據可以看出，全球約39%的電力來自低碳能源，其中包括核能、生物質能和其他可再生能源。水電、風能和太陽能等可再生能源占全球發電量的30%，而且風能和太陽能的發電量還在繼續大幅增加。

預計2022至2050年間，全球電力需求的增長將超過75%，因此，向可再生能源的轉變既是眾望所歸，也是形勢所需。[4]而且人口的增加和電氣化的發展也助推了這一趨勢。不過，電力需求增加還有一個關鍵因素是源自于氣候變化的壓力?，F階段，全球近2/3的電力依然來自于化石燃料，而我們必須減少對化石燃料的依賴，并轉向對氣候更友好的可再生能源。

目前急劇增長的電氣化趨勢會對電網造成巨大壓力，因為充電高峰期的電網負荷會變得更大，可再生能源的存儲也會面臨更大的挑戰。要緩解需求激增對充電基礎設施的影響，技術創新是一劑良方，而汽車對電網技術就是這些創新中的一員，它逆轉了以前電網和電動汽車之間的充電方向。

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什么是汽車對電網技術？

汽車對電網（V2G）技術可實現電網和車輛之間的雙向能量傳輸，從而將易于攜帶的儲能裝置分散到各地，不再局限于發電站。這項技術可以將路上每輛電動汽車攜帶的電力在需要時靈活地回饋到電網中，讓通過離網充電獲得的電力也可以利用起來；V2G之所以可行，是因為相當數量的消費者只使用了電池容量的一小部分；這種方法可以提高電池利用率，讓相同的組件產生更多效益。

用戶的電動汽車家用充電樁就是向電網或家庭供電的基礎設施。負責將能量從電網輸送到電池的電路，同樣可以用來將電池中的多余能量輸回電網，并讓用戶以市場價或協商價格獲得收入。用電需求和能源可用性決定了能量是從電網中獲取，還是回饋給電網。這種結構提供了一種按需供電的方式，同時可以將多余的電量保存起來供日后使用。

V2G優化了電力的生產、使用和傳輸。汽車電池將與遠程儲能解決方案聯網，在用電高峰期提高對電網的電力輸送，并在汽車充電時（夜間或用電低谷期）優化供電。

另外，V2G還可以提供有關車主能源使用習慣的數據，鼓勵他們通過優化自己的行為來更積極地管理能源使用，降低出行成本；同時，車主還可以將電力賣給電網，從而開辟一種新的收入來源。降低電動汽車的總擁有成本，正是提高其全球采用率的基本市場驅動力之一。

此外，從V2G產生的電力數據中，我們還可以得知車輛何時使用、何時發電，這也有助于公用事業部門根據實際需求和消費者行為趨勢來優化自己的發電，從而降低供電單位和消費者的成本。

V2G還能提供一項社會效益，那就是它可以讓原本沒有儲能設施的地方利用別處的遠程儲能設施。將車輛的用電情況與電網關聯起來，所帶來的一些具有突破性的優勢，就在于能夠在車輛和電網之間根據需要對電力進行儲存、調節和供應。

綠色電動汽車充電使用太陽能電池板，讓光子激發電子，產生電流流向車輛并充滿電池。對于間歇性的太陽能發電，要使電力供應保持平穩以便按需使用，一種自然的方式就是將其與電池儲能相結合。當電池充滿電后，就可以根據需要在任何地方使用這些能源，無論是在車上還是在家里。V2G解決了可再生能源的存儲難題，這是提高可再生能源使用率所剩的主要挑戰之一。

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影響可再生能源使用率的其他困難和障礙

電力的優勢之一在于它的高效率。電池將化學能直接轉化為電能，避免了可以將熱效率降低約30%的燃料燃燒。V2G是一種優勢明顯的解決方案，既能緩解可再生能源的不穩定性，又能在電力需求激增時減輕電網壓力。但是，要使電動汽車走進千家萬戶，它還必須克服其他一些挑戰。

V2G的另一個引入注目的優勢是創造了一種新的可再生能源：從V2G獲取的能量。它增加了讓能量流入和流出電網的能力，使能量更像一種貨幣，可在能源和應用之間轉移。

目前，車用直流充電樁迎來了發展機遇，需要有適當大小的轉換器將交流電轉換為直流電來進行能量傳輸。雖然現在已經有了轉換效率高達95%的交流-直流轉換器，但許多此類產品依然只能實現80%-90%的效率。因此，業界有必要根據電動汽車的電池容量來定制電源轉換器，并且努力提高轉換效率，從而直接增加電力輸出。

結語

可再生能源驅動的電動汽車對于通過V2G實現可再生電網的目標至關重要。這種方法利用綠色太陽能來為電動汽車的電池充電，支持電動汽車與電網的雙向充電，可以將電力輸送到需要的地方。

V2G提供一種靈活的儲能選項，解決了可再生能源的一個重要障礙，同時緩解了風能和太陽能發電的不穩定性。V2G技術將電力供應與消費者需求聯系在一起，提供了一種即時供電方法，讓用戶主動參與進來，是一種對供電方和消費者來說都高效、經濟的方法。

審核編輯：黃飛

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