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美國卡耐基梅隆大學(xué)的一只科研團(tuán)隊近日在應(yīng)用能源雜志上發(fā)表了一篇專業(yè)論文，他們認(rèn)為把插電式混合動力汽車(PHEV)整合到汽車到電網(wǎng)系統(tǒng)中，并實施可控制充電操作，根據(jù)不同的情況可以降低54%到73%不等的費用。更具體的說，可控制充電可以為用戶節(jié)省將近一半的充電費用。相比于那些傳統(tǒng)的供電方式，如果加入20%的綠色風(fēng)能供電，費用可以相對減少大約5%到15%;而對于那些需要容量擴(kuò)充的系統(tǒng)而言，節(jié)省電費甚至高達(dá)50%到60%。
作為美國發(fā)展最為迅速的一種電力資源，風(fēng)能被寄予厚望成為可再生能源發(fā)電最重要的組成部分。為了有效地接納這部分供電量不夠穩(wěn)定的能源，電網(wǎng)需要利用額外添加的適應(yīng)性部件，以便控制風(fēng)力發(fā)電的波動。為了讓電力網(wǎng)高效利用風(fēng)能，通常的做法是天然氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠根據(jù)風(fēng)能資源量的變化，及時響應(yīng)調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)電能輸出量，保證向電網(wǎng)中輸電總量的基本穩(wěn)定;最近的研究表明，通過燃?xì)廨啓C(jī)對風(fēng)能波動進(jìn)行調(diào)節(jié)的手段，好的方面可以減少溫室氣體的排放，但是會增加氮氧化物(NOx)的排放量以及降低風(fēng)力發(fā)電總量。
包括插電式混合動力汽車和純電動汽車(BEV)在內(nèi)的所有插電式電動汽車(PEV)增加了人們對用電總量的需求，導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)要向大氣中排放更多的廢氣。但是反過來這些車型也是提高電網(wǎng)系統(tǒng)靈活性的一種有效工具，為了把可再生綠色能源添加到電網(wǎng)中，我們可以把插電式汽車用作電網(wǎng)儲能單元，電力網(wǎng)絡(luò)與車輛實現(xiàn)雙向連接(即電網(wǎng)可以為車輛充電，汽車也可以為電網(wǎng)提供多余電能)，換句話說就是汽車到電網(wǎng)系統(tǒng)(V2G)。然而有關(guān)信息顯示，能源供應(yīng)領(lǐng)域中汽車到電網(wǎng)系統(tǒng)以及相關(guān)輔助服務(wù)所占的市場份額非常之小，從中獲利的潛能還非常有限，參與系統(tǒng)車輛充放電的次數(shù)也會大幅度增加，很大程度上縮減電池組的壽命。
通過調(diào)節(jié)插電式電動汽車的充電率可以一定程度上控制電能需求量，由此衍生出一種可供選擇的解決方案——不是消除風(fēng)力的波動，而是充電率隨著風(fēng)能波動而實時變化。這種處理方式不僅不會增加電池組的充放電次數(shù)，還有可能幫助延長電池組的使用壽命，因為較低的平均充電率可以使得電池組產(chǎn)生更少的熱量。在美國大量高品質(zhì)的風(fēng)能往往是在夜間產(chǎn)生的，可控制充電有助于合理利用這部分能量;在午夜時分其他電力負(fù)載都非常低，如果煤電廠僅僅由于為電動車充電而再次開始運轉(zhuǎn)，不但造成成本的增加，還要排放大量不必要的廢氣，而智能充電系統(tǒng)就能夠很好地解決這一問題。換句話說，電力企業(yè)可以多建立一些風(fēng)能儲能裝置，而適度減少熱電廠中燃?xì)廨啓C(jī)組的數(shù)量，在不必要的時候把多余的風(fēng)能引入儲能裝置，以減少電網(wǎng)系統(tǒng)能量的波動，這種做法是性價比、效能最高的。
卡耐基梅隆大學(xué)的這只科研團(tuán)隊在有風(fēng)能和無風(fēng)能供應(yīng)兩種條件下，對可控制充電可能節(jié)省的成本費用進(jìn)行評估，目的在于了解插電式電動汽車是否能幫助節(jié)約添加大量風(fēng)電的電力系統(tǒng)發(fā)電成本，還是可控制充電只單單能夠消除車輛到電網(wǎng)系統(tǒng)對車輛造成的副作用。在這次研究過程中，科研人員把焦點集中在了插電式混合動力汽車上，該車型在測評時無需改變電流驅(qū)動模式。他們?yōu)榱舜_定可控制充電的優(yōu)越性，還同時對快捷充電(車輛接入電網(wǎng)馬上開始充電，而且電流始終保持最大值)、延時充電(車輛接入電網(wǎng)在下次使用前一定時間，開始以最大電流充電)和只使用燃油的無充電過程展開測試，并且涉及高/低等級風(fēng)能水準(zhǔn)、大量/少量車輛接入電網(wǎng)以及高/低初始發(fā)電容量等各種可能情形。
科研團(tuán)隊基于紐約電力調(diào)度系統(tǒng)(NYISO)構(gòu)建了一個混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，用于指導(dǎo)儲能擴(kuò)充、發(fā)電廠調(diào)度和插電式混合動力汽車充電。另外他們采集每小時的風(fēng)力發(fā)電量和負(fù)載耗電量數(shù)據(jù)，并假定這些數(shù)據(jù)是不存在預(yù)測誤差的準(zhǔn)確信息，來確定合理的儲能擴(kuò)充量和發(fā)電機(jī)組組合;然后把預(yù)測結(jié)果和15分鐘分析圖作比對，以便測評接下來一個小時供需電能的變化趨勢重要性。他們沒有評估整個發(fā)電廠的供電能力，取而代之重點對比了儲能充足的供電系統(tǒng)和那些需要提高容量的系統(tǒng)之間的區(qū)別。
