感谢电动汽车,电网的调控难题有解了

闻岩

【第一电动网】(特约作者 闻岩)随着电网操控的智能化,以及电动车辆进入普及阶段,通过电动车辆与电网之间信息的交流,利用电动车辆的蓄电功能来解决大规模电网的固有问题成为了可能。

这里所利用的技术称为电动车辆入网技术。

一、电网的软肋

在巨大的输电电网的表象之下,电网的调控是一项非常脆弱的工作。

简单来说,一个正常运行的电网,其各项参数几乎是稳定的。在一个特定的电网中,入网的所有的发电机的转速应该相同,生产出的电力应该等同于用户需要的电力。发电和供电就像一台天平,必须尽量接近平衡状态。用专业术语来讲,需要随时对电网进行调峰,以保证电网的平衡。

但是,作为电网中数量巨大的用户其用电量瞬息万变,和电网的容量相比呈现出接近于圆滑的曲线变化,而电网中数量有限的发电厂,无论是机组入列还是解列,都呈现出阶梯状变化。这种变化会对电网本身产生一定的冲击,严重时会产生电网失步震荡。

当这种失步震荡强烈到一定程度,有可能引起电厂跳闸。而跳闸又导致供电缺口增大,造成更剧烈的振荡,如同一连串的多米诺骨牌坍塌,供电损失节节攀升,停电范围迅速加大,最终有可能大到调度都无法掌控程度。

2003年在美国和加拿大发生的大面积停电事故,就是出于个别电厂出事故而引起失步震荡所导致。2015年4月7日美国发生的大规模停电,可能也是源于电厂的小规模火灾而导致的失步震荡。

另一方面,主流的主流发电形式(火电、水电、核电),其启动或停止,都是一件非常耗时耗力的工作。比如说火电厂是由锅炉、汽轮机和发电机组成一个机组,锅炉产生蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。从锅炉加热升压到汽轮机转速达到额定,最后发电机组正常运转符合入网的电压频率要求,是一个漫长的过程。其逆过程(停止发电)也相当费事。所以,相对于电网中瞬息万变的变化状态,电网统辖的各发电单元的对应是很迟缓的。甚至在某些极端的场合,发电单元的停止甚至需要电网的支持,否则会发生重大事故。

大家熟悉的日本福岛核电站事故就是这样:大地震发生时,福岛核电站虽然立刻停止发电,解列停机,可核电站停止后的冷却过程也需要电力!而恰恰由于地震,供应核电站电力的铁塔倒塌,致使这部分电力无法供应;地震之后的海啸又摧毁了核电站其余的供电方式,因而反应堆内部热量无法散发。产生大量的水蒸气,引发爆炸并导致核反应堆过热融化,进而发生了自切尔诺贝利以来最严重的核电站事故。

二、所谓电动汽车入网技术

电动汽车入网技术是以车辆的蓄电功能为基础,支持智能电网(Smart grid)工作的一种应用方式。

智能电网对电动车辆所期待的功能有三部分。

1. 吸收非主流发电形式(火电、水电、核电以外的发电形式)所生产的剩余电力,即作为电网的缓冲容量(G2V,Grid to Vehicle)

这项功能主要用来缓解电网中用电高峰和低谷所带来的波动,减轻电网调解、调度的压力;

电动车辆入网技术:用电动车支撑电网

2. 由车辆向电网供电,即用车辆来支撑电网的容量不足(V2G,Vehicle to Grid)

电动车辆入网技术:用电动车支撑电网

3. 作为停电时面向家庭供电的电源(V2H,Vehicle to Home)

这项功能主要用来应对洪水、地震及火灾等大规模灾害。当公共供电系统受损无法正常提供电力时,使用车载电池向家庭供电,以维持家庭的正常生活;

电动车辆入网技术:用电动车支撑电网

上述功能可归纳成下表:

电动车辆入网技术:用电动车支撑电网

三、用电动车支撑电网

电动车作为一个“可移动的大型电池”,可以为电网的稳定和正常运行作出贡献。

研究显示,个人使用的小型车辆(包括纯电动车和混合动力车),其行驶时间仅为总时间(可以理解成一天24小时)的10%左右,90%前后的时间为停止时间。如果将这90%的时间接入电网,既可进行充分利用车辆的电池资源,也可以减轻车主的负担。

以日本的日产汽车公司电动车LEAF为例,该车的电池容量为24kWh。按照一般用户平均日行驶30公里计算,约耗电4kWh左右。如果这种电动车联网,这多余的20kWh可以用作电网的缓冲。

据报道,截至2014年底,中国汽车保有量为1.54亿辆,如果其中的1%为电动车并入网的话,其容量高达308万kWh,大约相当于3台目前中国最大的火力发电机组的容量。

四、电动汽车入网技术的问题

目前,电动汽车入网技术存在着以下的问题:

1.将电动汽车接入电网,并实现上述的各项支撑电网的功能,需要具备一定的硬件条件。从本质上讲,支持电网运行对车主并无可见的利益。所以,导入这类硬件的成本如何解决,如何通过政策(比如:经济利益等)来调动车主投资硬件入网的积极性,是掌握着公共电网资源的政府部门所需要进行的工作。

2.电动车(准确地说,是车载蓄电池)在支撑电网时,必然产生高于通常使用状况的充放电次数。大家知道,蓄电池的充放电次数时有限的,如果因入网而导致电池的寿命缩短,对车主如何进行经济上的补偿,也是需要考虑的问题。

3.从技术的角度讲,入网的电动车既然是作为电网容量的缓冲装置来使用,在极端的状况下,有可能出现电池充电不足而影响车辆使用的情况。

五、结语

电动汽车入网技术是一项需要进行长期研究、规划和调整的系统工程。不仅涵盖了汽车工业和电力工业这两大现代社会的代表性业界,同时,因为其中涉及到大量的信息传递过程,受到IT业界等的重视。

世界各国也在根据本国的产业特性及经济发展状况,制定符合本国状况的经济政策和产业政策。目前电动汽车入网技术已经经过了概念研究等前期准备过程,并逐渐向着发电和利用电动车的一体系统的研究。动作较快的欧洲国家(特别是德国),已经开始进行国际标准的提案工作。对国际标准的主导权的争夺,正在开始呈现剧烈化的趋势。

作者:闻岩

来源:第一电动网

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