背景意义

随着以太阳能、风能为主的可再生能源发电比例不断增加，全球能源系统发生了显著变化。《世界能源发展报告2019》指出，可再生能源正成为全球能源转型的核心。可再生能源分布式发电已逐渐成为世界上大多数国家电力供应的重要组成部分。新能源汽车与可再生能源融合发展是解决可再生能源消纳问题、调峰填谷、节能减排的重要举措。以美国和加拿大为主的北美地区对融合关键技术研究较早，在国家政策的扶持下进行了一系列相关技术示范，其关键技术主要包括智能充电技术、电动汽车与电网互动的V2G技术、电池梯次利用储能技术、电动汽车利用分布式可再生能源技术。

 

1.IREQ-加拿大

项目时间：2012年 

项目合作方：魁北克水电研究院（IREQ）；B3CG Interconnect；National du TransportAvancé中心（国家高级运输中心）；Brioconcept

项目背景：

魁北克水电公司积极参与交通运输的电动化、可行性研究和试点项目。通过开发电动汽车电池和电动机的创新技术，开发充电站网络以及生产清洁的可再生电力。为促进电力运输，减少碳排放，魁北克水电公司发布了电力运输行动计划，该计划有四个重点，其中一个涉及公共交通，另外三个涉及插电式车辆：先进技术的开发和营销，道路和电网集成测试以及充电基础设施。

项目目标：

车辆到电网（V2G）系统的目标是在高峰时段使用插电式车辆电池中存储的电力作为电网的备用能源。另一方面，车到家（V2H）系统将允许插电式车辆车主在停电期间将存储在电池中的能量用作发电机的临时家用电源。该项目针对开发的双向充电器在这两种使用场景下进行实验验证。

项目内容及关键技术： 

该项目将在IREQ组装配备魁北克设计技术的测试车，电动动力总成系统采用TM4最新一代的TM4MФTIVE^™，该电池采用IREQ专利材料设计。B3CG Interconnect与National du TransportAvancé中心（国家高级运输中心）以及Brioconcept合作，对于动力电池和相关的控制系统进行开发，设计双向充电器为电池充电并为电网供电。设计阶段完成后，由IREQ对两个使用场景进行实验验证，一是发生电网中断时作为家庭备用电源，二是在高峰时段对电网进行供电。

 

在组装测试中的实验用车

图片来源：www.danatm4.com

 

2. JumpSmartMaui 夏威夷毛伊岛上的日美岛电网项目-美国

图片来源：social-innovation.hitachi

项目时间： 2011-2017

项目合作方： Hitachi日立；New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO)；

项目背景：

岛国国家往往面临更严峻的能源挑战。在美国，夏威夷一直是对化石燃料的依赖率最高的州。包括车辆和飞机的燃料使用在内，夏威夷90％的能源消耗依赖于化石燃料。为了减少这种依赖性，夏威夷州一直在努力实现到2045年通过可再生资源提供全州100％能源的目标。但是，由于可再生资源的能源产出会因环境条件的变化而变化，整合大量可再生能源将产生能量过多和电源不稳定等问题。

 

项目目标：

JUMPSmartMaui致力于展示世界上最新的岛式智能电网。该项目的三个目标是：应对EV（电动汽车）利用率的增长；稳定电力供应；并最大限度地利用可再生能源，以构建智能电网系统。

主要内容及关键技术：

JUMPSmartMaui项目中采用了六项创新计划。首先是有效利用可再生能源。这是通过诸如根据可再生能源发电计划使用该系统限制EV充电时间等措施实现的。第二是开发解决方案，找到稳定可再生能源电力输出的解决方案，减少输出波动。例如，为了应对突然停止的风力，该系统直接控制家庭中的家用电器和电动汽车，控制电力的使用，以最大程度地减少对人们日常生活的影响。三是开发设施和系统以应对电动汽车利用率的增长；四是确保网络安全以确保系统安全；五是使用自主分散系统改善能源控制；六是通过开发信息和控制平台技术来支持社区和基础架构的发展。

成为主流的电动汽车可以在开发高效的智能电网系统中发挥重要作用。电网产生的多余能量可用于为电动汽车中的电池充电，而存储在电动汽车电池中的电量可用于稳定可再生能源发电。通过这种方式，电动汽车成为能源基础设施的重要组成部分，而能源基础设施并不过分依赖化石燃料。基于这一想法，日立开发了一个能量控制中心来管理电动汽车充电。此外，日立公司根据对交通流量，主要目的地的位置以及用户的总体便利性的分析，建立了EV快速充电站，并于2013年12月开始进行测试演示。将该系统与正在运行的风力发电系统连接后，在毛伊岛并入电网，该系统涉及多种类型的快速充电站和用户需求的响应技术。

六项创新计划

图片来源：social-innovation.hitachi

主要成果：

建立了车辆对电网概念（V2G），该技术利用电动汽车的放电能力将电力反馈回电网，并且对这些电动汽车，蓄电池和其他类型的分散电源进行了综合管理。这有利于VPP（虚拟发电厂）的扩展，该技术有助于在整个岛上平衡能源供需，并成为了示范系统。该项目还进行了对智能电网影响的分析和评估，对已配置系统经济性的评估，以及为岛屿地区实现低碳社会的系统的业务模型的建立和验证。

 

快速充电站

图片来源：social-innovation.hitachi

 

3. Blue Bird Electric School Bus-美国

项目背景：

由于缺乏公共补贴，ZEV（零排放）校车很难与化石燃料校车有相同的产品竞争力，尽管政府推行补贴政策，但将加利福尼亚州的整个校车队转换为ZEV技术将需要约50亿美元的补贴，以历史投资率计算，这种技术转换将持续170年以上。V2G功能有助于确保每月对能源费用的需求峰值不会随耗电量的增加而增加，且可实现套利和调峰技术，因此可以产生足够大的显性和隐性现金流量，以使ZEV校车具有较高的产品竞争力。

项目目标：

在未来五年内促进建立V2G校车标准系统和程序，为学童及当地社区的气候、环境带来积极影响。

 

主要内容及关键技术：

由里亚托联合学区实施，项目示范运行八辆C型V2G校车，双向充电器有效功率容量为每条总线200 kW，参与提供V2G辅助服务以及频率调节功能。

 

Blue Bird 电动校车

图片来源： www.green-technology.org

 

4. Clinton School Bus Demo-美国

项目时间：2013-2016

项目合作方：Clinton Foundation；PJM Interconnection LLC；National Strategies, LLC (NSI) ；

项目背景：

在2010-2011年，美国有473,000辆黄色校车在运营。这些公交车中约有85％使用柴油。这些车队规模从24辆到300辆左右不等。纽约市的校车车队是美国规模最大的车队，拥有8,000多辆车。在2012年，有69％的学区至少购买了一辆新校车。2005年至2012年之间，全国公交车的替换销售率从每年25,000辆降至每年48,000辆，每年的替换率从5％升至10％。这意味着退休时校车的平均寿命为15年。按照这样的速度，这些从2010年开始使用的“清洁柴油”汽车直到下一个十年中期才能完全被取代。

用更清洁的能源替代品代替柴油校车的公共卫生效益非常明显。大量研究表明，与校车有关的柴油相关空气污染物浓度可能比其他车辆和学校步行路线上的浓度高得多。研究发现，传统的柴油校车会污染自身，尾气管和发动机舱的排放物也会对车内空气产生污染。许多医学研究都指出暴露于柴油机废气中会对健康产生负面影响。同时，美国的私营和公共部门已经开始投资创新的，替代性的驾驶和清洁燃料汽车技术，这些技术可以大大减少美国对外国燃料的依赖，最大程度地减少与汽车尾气排放相关的健康和环境影响。

项目目标：

该项目的目的是证明所有电动校车的总拥有成本等于或小于传统柴油校车的总拥有成本。该示范项目将通过降低燃料和维护成本来降低所有电动校车的运营成本，证明在不运输学生时通过将校车电池中存储的能量提供回公用电网来产生收益的潜力，以及探索减少空气中有害排放物的方法。

 

主要内容：

在车辆方面，每个示范运行区域购买四辆支持车辆到电网（V2G）和车辆到建筑物（V2B）的电动校车（总共八辆校车）；在公用事业方面，该项目将安装双向充电技术和“智能电网”电子设备，以实现校车和电网之间能量的互充。该项目将演示电动校车提供的“辅助电网服务”并进行故障排除，包括评估潜在收入和签约方案。其中最重要的辅助服务是频率调节，从而在短时间内向电网添加相对少量的电力，目的是将交流电的振荡频率保持在每秒60Hz。该项目还将探索在电网停电或其他灾难响应的情况下，将电动校车用作微电网或移动发电机的电源。在融资方面，项目合作伙伴将利用上述初始部署产生的财务和运营数据，向金融机构和学校/市政财政部门论证，开发一种或多种公交融资模型（例如购电协议、税收抵免，能源服务合同等），使更多的车队购买电动校车。

 

预期成果：

（1）从经济性和续驶里程等因素考虑，完成电动校车的正常运行。

（2）通过V2G技术将公共汽车与电网整合，显示出技术可行性和创收能力。

（3）将公共汽车与建筑物/校园电力系统整合，显示出技术可行性。

（4）对比预计的公交车价格，分析校车V2G概念的经济可行性，节省燃料、维护费用和辅助服务收入。