在近年來(lái)，能源轉(zhuǎn)型可以說(shuō)是全世界范圍內(nèi)最為賺眼球的話題?？稍偕茉础?chǔ)能技術(shù)、電池與電動(dòng)汽車、能源互聯(lián)網(wǎng)都是行業(yè)聚集的中心?？梢哉f(shuō)，在以鋰電為代表的先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)-信息技術(shù)的支持下，綠色化、智能化、大眾參與化幾個(gè)特點(diǎn)是交通領(lǐng)域（電動(dòng)汽車）與能源領(lǐng)域（能源互聯(lián)網(wǎng)）共演化發(fā)展的方向。而隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，電氣化程度提高的交通網(wǎng)與能源網(wǎng)絡(luò)的耦合和互動(dòng)也就越來(lái)越強(qiáng)，動(dòng)力-儲(chǔ)能電池做為溝通兩網(wǎng)之間的橋梁的重要性也會(huì)不斷凸顯。

眾所周知，電動(dòng)汽車的發(fā)展需要儲(chǔ)能、通信、電力等多種技術(shù)的支持，而其順利的使用又離不開與電網(wǎng)的互動(dòng)（充電）。如果電動(dòng)汽車發(fā)展到了一定數(shù)目，其與電網(wǎng)/能源網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)必然將成為焦點(diǎn)：

· 對(duì)其進(jìn)行有序充電/管理可以支持可再生能源更低成本的消納

· 實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)降低電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，提高穩(wěn)定性，甚至可以降低擴(kuò)容改造調(diào)峰電站的需求

· 退役的電池可以為電網(wǎng)提供最直接的儲(chǔ)能電池來(lái)源

· 而未來(lái)的V2G反向向電網(wǎng)送電的技術(shù)還可以為各種服務(wù)、商業(yè)模式的實(shí)踐提供無(wú)限的可能。

在這樣的背景下，實(shí)踐電動(dòng)汽車與電網(wǎng)/能源網(wǎng)絡(luò)的良性互動(dòng)，必將是一個(gè)非常有意思也是非常重要的方向。筆者日前在網(wǎng)絡(luò)上無(wú)意中看到了寶馬（BMW）公司在美國(guó)加州與PG&E等公司合作開展的iChargeForward項(xiàng)目（https://www.bmwchargeforward.com/），感覺這就是一個(gè)電池支持的交通與能源網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行嘗試的創(chuàng)舉，特此撰文介紹，與大家分享。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

近年來(lái)能源轉(zhuǎn)型其實(shí)是汽車、能源、電力領(lǐng)域企業(yè)的共同發(fā)展方向。iChargeForward項(xiàng)目的初衷是通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)，統(tǒng)一調(diào)配優(yōu)化電動(dòng)汽車與退役動(dòng)力電池的充電行為，從而為電網(wǎng)提供需求響應(yīng)服務(wù)和支持可再生能源消納，最終達(dá)到多方共贏的效果。

該項(xiàng)目始于2015年7月，第一階段結(jié)束于2016年12月，從400名i3車主中招募了100名參與者，通過(guò)給接入電網(wǎng)的車輛發(fā)送延遲充電的命令，降低高峰時(shí)段的電網(wǎng)負(fù)荷，同時(shí)更好地利用可再生能源。因?yàn)閰⑴c項(xiàng)目的車主的充電行為受控，為電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)做出了貢獻(xiàn)，第一階段每位車主可以得到最多900$的補(bǔ)貼，因此最終還可以為電動(dòng)汽車車主降低使用成本。

主要的參與者

BMW

他們開發(fā)了幾款代表性的電動(dòng)汽車（i3，i8），在市場(chǎng)上受到了良好的歡迎。在此項(xiàng)目中，他們有100輛i3接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有序充電管理。不僅如此，他們還調(diào)用了之前使用的電動(dòng)汽車的退役電池來(lái)參與該項(xiàng)目的運(yùn)行，因此是汽車動(dòng)力電池有序充電+退役電池儲(chǔ)能共同支持電網(wǎng)的需求響應(yīng)，動(dòng)力電池與退役儲(chǔ)能電池合計(jì)的服務(wù)功率有100kW——任何時(shí)候都可以讓電網(wǎng)靈活調(diào)用的100kW。

PG&E（Pacific Gas and Electric Company）

即太平洋燃?xì)怆娏?，目前是加州主要的能源企業(yè)，在轉(zhuǎn)型綜合能源供應(yīng)商方面做了很多開創(chuàng)性的工作，值得中國(guó)企業(yè)、政府等學(xué)習(xí)。在該項(xiàng)目中，BMW汽車與退役電池接入PG&E的電力網(wǎng)絡(luò)，100kW的儲(chǔ)能資源受到PG&E統(tǒng)一的管理調(diào)配。

Olivine公司

提供了分布式能源管理平臺(tái)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的基準(zhǔn)計(jì)算，為派發(fā)響應(yīng)指令提供依據(jù)，保證能量服務(wù)的精確性，可以說(shuō)是為PG&E與BMW的對(duì)接提供了接口。

Whisker公司

提供了計(jì)量系統(tǒng)。

CEC（California Energy Commission）

即加州能源委員會(huì)，該委員會(huì)批準(zhǔn)了該項(xiàng)目，并給予了支持資金來(lái)促進(jìn)工作的開展。

車主們

當(dāng)然啦，很重要的還有熱心報(bào)名的i3車主們。他們積極報(bào)名參與其中，并且在該項(xiàng)目過(guò)程中積極的參與提供服務(wù)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表示，車主們積極響應(yīng)了絕大部分需求響應(yīng)（調(diào)整充電行為）的命令請(qǐng)求，選擇退出（opt-out）的比例極低，從而為電網(wǎng)提供了穩(wěn)定可靠的支持。

項(xiàng)目階段 I 的介紹

· 算法

在該項(xiàng)目中，需要按照電網(wǎng)的要求，對(duì)于充電行為進(jìn)行管理，因此車主就不能想什么時(shí)候充，就什么時(shí)候充了——PG&E制定了算法來(lái)管理。但是該算法也是有優(yōu)化原則的：通過(guò)計(jì)算分析用戶的出行模式，盡可能在滿足系統(tǒng)需求響應(yīng)的同時(shí)又不影響用戶隨后的出行需求（保證電池電量里程）。當(dāng)然了，考慮到參與車主可能臨時(shí)會(huì)有各種情況需求，系統(tǒng)也提供了靈活的選項(xiàng)：他們可以隨時(shí)選擇退出（opt-out）。

· 退役電池的使用

因?yàn)榭紤]到電動(dòng)汽車數(shù)目少，提供的服務(wù)可能不太穩(wěn)定，出力不見得總是能夠滿足需求響應(yīng)需要的100KW，為了補(bǔ)缺，BMW又了8組用過(guò)的BMW電池（100KW 225KWH)做備用補(bǔ)充，汽車+儲(chǔ)能電池合力保證永遠(yuǎn)有100kW的容量供PG&E調(diào)用來(lái)滿足需求響應(yīng)。在這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，該退役電池的使用得到了PG&E的批準(zhǔn)，可見該項(xiàng)目在梯次利用電池上的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

· 支持可再生能源消納

下圖是連續(xù)三天的光伏出力（綠色）和儲(chǔ)能電池出力（橙色）曲線?？梢钥闯?，橙色曲線隨著白天光伏的出力積極的提供了服務(wù)。而到了夜間的正軸上的突起（Spike）則是電池在晚上為電網(wǎng)提供電能服務(wù)，以解決此時(shí)可再生能源等發(fā)電量偏少的問題。

項(xiàng)目中可再生能源發(fā)電與儲(chǔ)能電池的配合 

· 電動(dòng)汽車池（Car-pool）的有序充電——通信調(diào)控

該系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)汽車的充電進(jìn)行了有序化管理。車主被要求停車時(shí)只要有充電樁（不管是家里，還是工作場(chǎng)所），都要接入電網(wǎng)，并且通過(guò)手機(jī)APP接受有序充電的調(diào)控指令。為了與電網(wǎng)的電能提供有良好的配合，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)供需平衡來(lái)發(fā)送延遲指令，讓電動(dòng)汽車在一定時(shí)間后再進(jìn)行充電，并且全面記錄了數(shù)據(jù)用于分析總結(jié)。該通信系統(tǒng)基于GSM技術(shù)開發(fā)，延遲大約為10-30秒，滿足加州電網(wǎng)對(duì)于提供電網(wǎng)服務(wù)的要求。

· APP的支持

BMW專門開發(fā)手機(jī)APP來(lái)支持有序充電-需求響應(yīng)工作，該APP允許參與者100%控制自己的車的充電行為，但是默認(rèn)的是自愿服從系統(tǒng)的充電優(yōu)化指令。系統(tǒng)會(huì)為參加活動(dòng)的車主每天發(fā)送推送，如果用戶認(rèn)為時(shí)間不合適有別的需求，可以自愿選擇退出本次活動(dòng)（opt-out）。

充電APP界面

· 法務(wù)支持

不僅如此，BMW、PG&E還認(rèn)真的起草了合同，其中對(duì)于參加需求響應(yīng)的權(quán)利、義務(wù)做了明確的規(guī)定，讓參與者有一本明賬算，活動(dòng)開展的自然會(huì)更順利。 

項(xiàng)目階段I的運(yùn)行情況

· 工作日汽車池的充電情況

從下圖可以看出，經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化，電動(dòng)汽車在白天雖然也接入電網(wǎng)，但是充電較少。經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)一控制的充電行為將在夜間逐漸提升，在凌晨（電網(wǎng)負(fù)荷最低時(shí)）達(dá)到頂峰，這與我們一般認(rèn)識(shí)中的削峰填谷的效果是一樣的。

工作日汽車池的充電情況，其中中心的白色線代表汽車池充電功率的中值，綠帶代表四分位數(shù)的范圍（25~75%），淺藍(lán)色帶則代表最小和最大的需求

該項(xiàng)目通過(guò)激勵(lì)補(bǔ)貼政策，讓參與響應(yīng)的電動(dòng)車優(yōu)先在凌晨充電，在不同時(shí)段參與服務(wù)的車的數(shù)量以及提供的容量服務(wù)如下圖所示。

不同時(shí)段參與服務(wù)的車的數(shù)量以及提供的容量服務(wù)（功率）

· 增程式電動(dòng)車、不同行駛行為駕駛者的區(qū)別

該研究還涉及了i3配備增程器后車輛充電行為，以及頻繁使用/不頻繁使用/家用三類車主的充電行為的區(qū)別。

其中增程式車主因?yàn)橐话汩_的比較遠(yuǎn)，因此其接入電網(wǎng)后，充電行為發(fā)生的更早，能量要的更多一點(diǎn)。

頻繁使用者的充電行為較為有規(guī)律，不頻繁使用者每天開車的里程較少，充電不規(guī)律，家用車主則開的多且無(wú)規(guī)律。

頻繁使用/不頻繁使用/家用三類車主的充電行為的區(qū)別

 增程式電動(dòng)車（REV）與純電動(dòng)汽車（BEV）充電行為的區(qū)別

需求響應(yīng)服務(wù)情況

這一年半中，BMW的電池+電動(dòng)汽車資源響應(yīng)了209次。每次要進(jìn)行服務(wù)前，為了檢驗(yàn)資源是不是可用，系統(tǒng)會(huì)在進(jìn)行日前（發(fā)推送24小時(shí)前）以及實(shí)時(shí)建模（發(fā)送推送4MIN前）測(cè)試。

PG&E要求提供100KW*1h的響應(yīng)能力。在這209次服務(wù)中，BMW達(dá)標(biāo)189次，在每次服務(wù)中平均20%功率由汽車有序充電提供，80%是退役電池儲(chǔ)能提供。

動(dòng)力電池與退役電池對(duì)需求響應(yīng)服務(wù)的貢獻(xiàn)占比

尤其是在夏天，需求響應(yīng)要求的頻次會(huì)比較高，用戶會(huì)頻繁接到參與服務(wù)的推送（似乎官方也承認(rèn)，頻繁推送有點(diǎn)煩……）但是即使如此，在PG&E每周三到四次的要求響應(yīng)中，最多的一次也只有三個(gè)人選擇退出，95%受訪者認(rèn)為，參與該有序充電活動(dòng)，他們的駕駛行為沒受影響。據(jù)調(diào)查，92%的人都是被動(dòng)式參與需求響應(yīng)的，即系統(tǒng)發(fā)了推送請(qǐng)求，他們就選擇默認(rèn)接受請(qǐng)求，生活沒受什么明顯影響（汽車?yán)m(xù)航）也不操心。

下圖是每次需求響應(yīng)中，被系統(tǒng)調(diào)配成功參與服務(wù)的電動(dòng)汽車的數(shù)目，可見一次最多29輛車參與。研究表明：參與最多的前10%的車使用習(xí)慣都是相似的，都是頻繁使用者，充電規(guī)律，習(xí)慣性的晚8點(diǎn)開始插上充電，一般充3h。因?yàn)橄到y(tǒng)的一大需求響應(yīng)活動(dòng)集中發(fā)生在晚上8-9點(diǎn)，因此它們的車可以頻繁的參與。

每次需求響應(yīng)被系統(tǒng)成功調(diào)配參與服務(wù)的車的數(shù)目

項(xiàng)目后續(xù)階段（II、III）的介紹

剛剛結(jié)束的階段I的目標(biāo)是探索參與該項(xiàng)目的主要驅(qū)動(dòng)力，調(diào)查了解參與者對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)展的體驗(yàn)和看法。因?yàn)轫?xiàng)目進(jìn)行的成效顯著，BMW收到了CEC的進(jìn)一步資助以開展該項(xiàng)目的第二階段的工作。

該項(xiàng)目階段II已經(jīng)開始，將于2018年12月結(jié)束，在該階段中，汽車池的數(shù)量會(huì)提升到250輛，項(xiàng)目將進(jìn)一步試圖理解電動(dòng)汽車司機(jī)對(duì)于有管理的充電系統(tǒng)的舒適性和信任，研究讓第三方控制方加入的門檻，探索有哪些因素會(huì)影響參與者對(duì)項(xiàng)目的信心，探索更多種提供服務(wù)的可能性，從而讓公用事業(yè)與電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商有更大的靈活性以在時(shí)間、地點(diǎn)上來(lái)支配電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷。電網(wǎng)得到的服務(wù)收益可以返回一部分用于補(bǔ)貼電動(dòng)汽車擁有者，支持電動(dòng)汽車的發(fā)展。

啟示

（1）最多900美元/車的補(bǔ)貼是通過(guò)鼓勵(lì)車主參加為電網(wǎng)提供服務(wù)來(lái)分發(fā)的，這對(duì)于我們的電動(dòng)汽車補(bǔ)貼體系是不是有一定的借鑒意義呢？

（2）BMW使用自家的退役電池，解決了很多企業(yè)不敢梯次利用電池的問題——還是自己的用起來(lái)可靠放心。而使用該退役電池還得到了PG&E的批準(zhǔn)——現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)，退役電池還常常處于沒人敢批準(zhǔn)用的狀態(tài)，很多公司都抱著多一事不如少一事的態(tài)度。

（3）本項(xiàng)目中的車電互聯(lián)服務(wù)僅僅是有序充電-需求響應(yīng)，還沒有涉及到汽車向電網(wǎng)反向輸電。隨著技術(shù)的發(fā)展，相信還有更多的服務(wù)、更多的能源運(yùn)營(yíng)模式可以被開發(fā)出來(lái)。

（4）為參與項(xiàng)目的車主算一比清楚明白賬，在法律上有據(jù)可循，讓他們可以放心參與項(xiàng)目，也是我們推行新的能源商業(yè)模式的成功要素——朝令夕改會(huì)使人失去信心更多地觀望，效果也會(huì)大打折扣。

（5）此項(xiàng)目中儲(chǔ)能電池在服務(wù)中提供的占比達(dá)到了80%。一方面是因?yàn)殡妱?dòng)汽車接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)間不固定，另一方面的本質(zhì)原因仍是退役電池的體量非常大，隨著電動(dòng)汽車動(dòng)力電池退役潮的到來(lái)，梯次利用電池真的是必須重視和提上日程的工作。

（6）根據(jù)項(xiàng)目調(diào)查結(jié)果：雖然加州人民環(huán)保意識(shí)高，但是如果二選一，一個(gè)是可再生能源為車充電，一個(gè)是給你補(bǔ)貼充電，還是有更多的人選擇了……補(bǔ)貼，所以在經(jīng)濟(jì)上開發(fā)適合的制度以促進(jìn)可再生能源的發(fā)展仍是重中之重地，情懷雖然好，也得有真金白銀的激勵(lì)。

（7）在此項(xiàng)目中，汽車企業(yè)-電網(wǎng)公司-通信服務(wù)商-政府（能源部門）共同合力做成了這樣一件事，如果在中國(guó)我們想推進(jìn)一個(gè)類似的項(xiàng)目，是不是也可以有幾方一起來(lái)做呢？歡迎有識(shí)之士來(lái)信探討。

感謝清華大學(xué)電機(jī)系胡澤春副教授為本文提出的意見和建議

參考文獻(xiàn)：

1、PGE-BMW-iChargeForward-Final-Report

2、【跨專業(yè)科普+長(zhǎng)文】?jī)?chǔ)能——能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)

3、光說(shuō)幾分鐘充滿,其它性能都不說(shuō)的快充技術(shù),都是耍流氓

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁(yè) >