電動車在智慧能源架構中的角色

電動車已逐漸普及但也帶來問題,有研究預估,如果未來大多數車輛是純電動車 (非 Hybrid) 的情況下,城市之電力需求將會因此增加 20%,要如何穩定供電成為智慧城市的一項重大議題。我們先撇開如何增加發電量不談,現代化能源的電氣化、去中心化、去碳化是三大趨勢,能源管理及電網調度協作 (Grid Orchestration) 已成為許多高科技及新創公司競相發展的方向,許多新創將解決方案放到電動車電池上面。

皮卡 (Pickup truck) 是眾多美國家庭的交通工具,而福特 (Ford) F150是最暢銷的車種之一。去年 Ford 終於推出 F150 電動皮卡,其中的一款 F150 Lightning 電動皮卡的廣告更是深植人心,顛覆了大眾對一般電動車的看法,讓大家看到電動車不只是電動車,不只是自駕車,而且是未來能源建設的一部分。

在此之前,許多油電皮卡的廣告都強調車子的電池可以為一些設備供電,例如行動空調、馬達等 (有人稱之為 V2L,Vehicle to Load),這功能特別吸引喜歡野外活動及工作的美國人。但 F150 Lightning 的廣告呈現的卻是更大的格局,也就是車子可以在停電時為房子提供電力,我們稱之為 V2H (Vehicle to Home)。這讓美國人,特別是德州人眼睛為之一亮。德州在 2020 年初經歷最嚴重的冬季風暴,大量降雪及低溫讓部分發電廠無法運作,造成全德州電網失效,陷入大停電。許多地區停電停水超過一週,道路結冰人車無法通行,居民只能靠壁爐取暖,挖戶外積雪放浴缸融化來當水用。

不要懷疑,一輛電動車依其電池容量不同,可以供應一間一般規模大小房子三天到一週的之家庭用電 (不包含用電量大的冷氣機及洗衣機)。這就像目前眾多美國家庭為了節省電費開銷,裝設太陽能面板為家中的儲電設備 (例如 Tesla 的 Powerwall) 充電,然後供應住宅數小時用電一樣。

V2H 是 V2G (Vehicle to Grid) 的一部分,V2G 的概念早在 1997 就已被提出,但是電動車這幾年才開始普及,V2G 才重新吸引大家的目光。V2G 的概念相當簡單,大多數人一天只有極少數時間會開車上路,大部分時間車子是閒置的。因此當車輛停在公司的停車場內 (或自家車庫) 插上充電樁,可以為愛車充電,也可以在需要的時候反過來為辦公大樓 (V2B,Vehicle to Building)、住家或社區電網提供電力。

透過應用程式及演算法的精密計算,電動車為電網提供電力時會讓車子保有足夠開回家的電力。提供電力可以獲得較高單價的電費積點,回到家在離峰的時段再以較低的電費為車子充電。V2G 可以達到穩定供電的功能,但必須讓參與計畫的車主或業者有利可圖,V2G 才有成功的機會。

前些時候新聞報導,Gogoro 及一些企業結盟 (如 MIH) 都開始對 V2G 進行實驗與測試。當然,Gogoro 是電動機車,電池電力太小,因此它並不是用機車來為電網提供電力,而是透過具有數十顆機車電池的電池交換站來執行 V2G。未來所有非大型發電廠所提供的能源,我們稱之為分佈式能源 (Distributed Energy Resources, DERs) 的小型太陽能場或是風機場、數量龐大的電動車、無所不在的機車電池交換站、以及家庭太陽能板及其它電池儲電設備,都會納入能源管理及電網調度,用來提供在地或小區域住宅、商店或大樓供電,或是為數量龐大的店東車充電。藉以提升整體電網供電穩定性及效能,特別是電力供應吃緊或斷電的時候。

V2G (含 V2H/V2B) 看似美好,實際上卻沒那麼樂觀,首先,電動車電池及充電樁必須具備雙向快速充電功能才能進行 V2G,此外也必須具備較大功率才能回充電網,也因此 F150 Lightning 提供的充電樁是 240V/19.2KW 規格的雙向直流 (DC) 充電樁,而非目前一般之110V/7KW 的單向交流 (AC) 家用充電樁。另外,V2G 還需要一套用電整合系統設備來整合及管理既有電網供電及電動車雙向充電工作,這些都是必須要投資的設備。

IEEE spectrum文章指出,現階段 V2G 難以迅速推展的最大問題在於既有的電網基礎設施並不是為 V2G 概念所建置。因此目前大部分的研究與實驗,大多還處於 V2H/V2B 階段,未來需要更多的基礎建設才能達成供電到較大電網的目標。此外,雙向充電是否會影響及降低電動車電池的性能及品質,也是需要釐清的疑慮。電動車龍頭Tesla早就申請 V2G 的專利,但至今還沒有一款車具備雙向充放電的功能,據說主要考量就是對電池的擔憂。Tesla 去年宣布要建造一個智慧社區,每一戶的太陽能發電儲電設備都與整個社區的電網相連接,期望達到社區電網供電自給自足的目標,可是Telsa 計畫中並沒有提到利用車子來供電。

對台灣而言,推展 V2G 困難度更高些。台灣不像美國,大多數車主沒有自己的室內停車位,或者有車位但無法設立充電樁,例如機械車位。此外,要在老舊建築裝設充電樁也會因電機、消防及結構等問題而加增其困難度。為因應全面電動車化政策,未來也勢必要廣設汽車充電樁及儲電設備。除了新建大樓及住宅應要求建置外,也應著手設計可用於老舊建築的低電壓充電儲電設備。

台灣也有美國所沒有的優勢。首先,台灣只有一家電力公司,只有一個領頭羊,可大幅降低設備廠商溝通協調相關規格的問題。其次,台灣未來街道上將會有無數的機車電池交換站,電池交換站可能會是台灣未來最重要的 DER 來源,可以在用電負載過高或是缺電時,為小區域電網、鄰近建築物 (如超商) 提供電力,也可搭配儲電設備為電動車充電樁提供電力,降低整體電網的負擔,維持供電品質。

充電樁不足會大幅降低車主購買電動車的意願,減緩達到智慧城市零碳排放的時程。政府現在就應該動起來,尤其是在城市規劃上,必須制定一套政策,擬定獎勵辦法,這樣才能在10 年內慢慢步上軌道,達到智慧城市、智慧電網及零碳排放的目標。

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