【導讀】全球電動(dòng)汽車(chē)（EV）銷(xiāo)量從2020年的300萬(wàn)輛到2023年底預計的1400萬(wàn)輛，增長(cháng)率高達367%。[1]所有地區對這一增幅都有大小不一的貢獻，中國位居前列，歐盟保持不變，美國的份額也有所上升。2023年電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量可以占到總銷(xiāo)量的18%，如果照這個(gè)趨勢發(fā)展下去，到2030年每天可節約500萬(wàn)桶石油。圖1展示了2016年以來(lái)電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的平滑指數曲線(xiàn)。
全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展趨勢
全球電動(dòng)汽車(chē)（EV）銷(xiāo)量從2020年的300萬(wàn)輛到2023年底預計的1400萬(wàn)輛，增長(cháng)率高達367%。[1]所有地區對這一增幅都有大小不一的貢獻，中國位居前列，歐盟保持不變，美國的份額也有所上升。2023年電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量可以占到總銷(xiāo)量的18%，如果照這個(gè)趨勢發(fā)展下去，到2030年每天可節約500萬(wàn)桶石油。圖1展示了2016年以來(lái)電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的平滑指數曲線(xiàn)。
圖1：全球各地區近幾年的電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量。（圖源：IEA 2023；《Electric car sales，2016-2023》，許可證：CC BY 4.0.）
推動(dòng)這一增長(cháng)的主要因素包括：
. 電池制造能力持續提升，到2030年將能夠滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的電池需求，實(shí)現該細分市場(chǎng)的“凈零排放”目標
. 新型電池化學(xué)配方緩解了材料供應壓力，解決了傳統技術(shù)在續航里程、風(fēng)險和性能方面的問(wèn)題
. 充電基礎設施繼續增加以滿(mǎn)足消費者的需求
. 政策的支持和投資的增長(cháng)，彰顯了地方政府和私營(yíng)企業(yè)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的合作
隨著(zhù)汽車(chē)生產(chǎn)速度的提升，消費者的成本進(jìn)一步降低，電氣化將繼續進(jìn)行。此外，成本的降低還會(huì )增加銷(xiāo)量，為高度資本化的自動(dòng)化市場(chǎng)提供資金所帶來(lái)的需求也將加速。這一趨勢將大幅降低消費者的成本，使電動(dòng)汽車(chē)成為普通大眾可以負擔得起的產(chǎn)品。
當然也有反對意見(jiàn)認為充電問(wèn)題仍然會(huì )阻礙一些消費者轉向電動(dòng)汽車(chē)，因為充電時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )帶來(lái)續航焦慮和生活方式的改變。
1. 目前電動(dòng)汽車(chē)的充電方式
電動(dòng)汽車(chē)充電基礎
目前的大多數電動(dòng)汽車(chē)都是從現有電源獲取能量進(jìn)行充電，其中的許多電源都是不可再生的（如化石燃料、煤炭）。為了維持碳中和或碳負值狀態(tài)，應對氣候變化帶來(lái)的影響，聯(lián)合國政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )（IPCC）在其《Sixth Assessment Report》[2]中強烈建議采用可再生能源。
如果充電基礎設施采用可再生能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、水電），這種能源的可用性和可靠性天然存在一些限制。但電動(dòng)汽車(chē)依然是交通領(lǐng)域實(shí)現碳減排的重要途徑。因此，業(yè)界必須對下面幾個(gè)問(wèn)題給出答案：
. 太陽(yáng)能發(fā)電如何應對夜間或陰天？
. 風(fēng)電如何應對刮風(fēng)不規律或風(fēng)力不夠強的情況？
. 將可再生能源轉化為電能的過(guò)程是否能完全消除碳排放？
要回答這些重要問(wèn)題，就必須分析當前電網(wǎng)獲取電力的方式，以及為電動(dòng)汽車(chē)充電所需的條件。
2. 全球電力來(lái)源
在不同地區，主干電網(wǎng)的電力來(lái)源存在很大差異。即便在同一個(gè)地理區域，相鄰地區的電力來(lái)源也可能會(huì )有區別。表1列出了全球發(fā)電情況，并提供了2020到2022這兩年間的變化趨勢。[3]
表1：全球發(fā)電情況，2020–2022
（圖源：作者，數據來(lái)自Our World in Data）
從表中可以看出：
. 煤炭在全球發(fā)電能源中仍占主導地位，但增長(cháng)速度正在放緩（盡管其所占比例略有上升）
. 天然氣位居第二，并延續了2020年從持平到下降的趨勢
. 可再生能源所占比例不大，但表現出了明顯的增長(cháng)趨勢，風(fēng)能和太陽(yáng)能繼續以相同的速度呈指數級增長(cháng)
. 水電看起來(lái)已最終趨于平穩
. 生物質(zhì)能也是一種新興能源，呈線(xiàn)性增長(cháng)
從Our World in Data提供的數據可以看出，全球約39%的電力來(lái)自低碳能源，其中包括核能、生物質(zhì)能和其他可再生能源。水電、風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源占全球發(fā)電量的30%，而且風(fēng)能和太陽(yáng)能的發(fā)電量還在繼續大幅增加。
預計2022至2050年間，全球電力需求的增長(cháng)將超過(guò)75%，因此，向可再生能源的轉變既是眾望所歸，也是形勢所需。[4]而且人口的增加和電氣化的發(fā)展也助推了這一趨勢。不過(guò)，電力需求增加還有一個(gè)關(guān)鍵因素是源自于氣候變化的壓力?，F階段，全球近2/3的電力依然來(lái)自于化石燃料，而我們必須減少對化石燃料的依賴(lài)，并轉向對氣候更友好的可再生能源。
目前急劇增長(cháng)的電氣化趨勢會(huì )對電網(wǎng)造成巨大壓力，因為充電高峰期的電網(wǎng)負荷會(huì )變得更大，可再生能源的存儲也會(huì )面臨更大的挑戰。要緩解需求激增對充電基礎設施的影響，技術(shù)創(chuàng )新是一劑良方，而汽車(chē)對電網(wǎng)技術(shù)就是這些創(chuàng )新中的一員，它逆轉了以前電網(wǎng)和電動(dòng)汽車(chē)之間的充電方向。
3. 什么是汽車(chē)對電網(wǎng)技術(shù)？
汽車(chē)對電網(wǎng)（V2G）技術(shù)可實(shí)現電網(wǎng)和車(chē)輛之間的雙向能量傳輸，從而將易于攜帶的儲能裝置分散到各地，不再局限于發(fā)電站。這項技術(shù)可以將路上每輛電動(dòng)汽車(chē)攜帶的電力在需要時(shí)靈活地回饋到電網(wǎng)中，讓通過(guò)離網(wǎng)充電獲得的電力也可以利用起來(lái)；V2G之所以可行，是因為相當數量的消費者只使用了電池容量的一小部分；這種方法可以提高電池利用率，讓相同的組件產(chǎn)生更多效益。
用戶(hù)的電動(dòng)汽車(chē)家用充電樁就是向電網(wǎng)或家庭供電的基礎設施。負責將能量從電網(wǎng)輸送到電池的電路，同樣可以用來(lái)將電池中的多余能量輸回電網(wǎng)，并讓用戶(hù)以市場(chǎng)價(jià)或協(xié)商價(jià)格獲得收入。用電需求和能源可用性決定了能量是從電網(wǎng)中獲取，還是回饋給電網(wǎng)。這種結構提供了一種按需供電的方式，同時(shí)可以將多余的電量保存起來(lái)供日后使用。
V2G優(yōu)化了電力的生產(chǎn)、使用和傳輸。汽車(chē)電池將與遠程儲能解決方案聯(lián)網(wǎng)，在用電高峰期提高對電網(wǎng)的電力輸送，并在汽車(chē)充電時(shí)（夜間或用電低谷期）優(yōu)化供電。
另外，V2G還可以提供有關(guān)車(chē)主能源使用習慣的數據，鼓勵他們通過(guò)優(yōu)化自己的行為來(lái)更積極地管理能源使用，降低出行成本；同時(shí)，車(chē)主還可以將電力賣(mài)給電網(wǎng)，從而開(kāi)辟一種新的收入來(lái)源。降低電動(dòng)汽車(chē)的總擁有成本，正是提高其全球采用率的基本市場(chǎng)驅動(dòng)力之一。
此外，從V2G產(chǎn)生的電力數據中，我們還可以得知車(chē)輛何時(shí)使用、何時(shí)發(fā)電，這也有助于公用事業(yè)部門(mén)根據實(shí)際需求和消費者行為趨勢來(lái)優(yōu)化自己的發(fā)電，從而降低供電單位和消費者的成本。
V2G還能提供一項社會(huì )效益，那就是它可以讓原本沒(méi)有儲能設施的地方利用別處的遠程儲能設施。將車(chē)輛的用電情況與電網(wǎng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，所帶來(lái)的一些具有突破性的優(yōu)勢，就在于能夠在車(chē)輛和電網(wǎng)之間根據需要對電力進(jìn)行儲存、調節和供應。
綠色電動(dòng)汽車(chē)充電使用太陽(yáng)能電池板，讓光子激發(fā)電子，產(chǎn)生電流流向車(chē)輛并充滿(mǎn)電池。對于間歇性的太陽(yáng)能發(fā)電，要使電力供應保持平穩以便按需使用，一種自然的方式就是將其與電池儲能相結合。當電池充滿(mǎn)電后，就可以根據需要在任何地方使用這些能源，無(wú)論是在車(chē)上還是在家里。V2G解決了可再生能源的存儲難題，這是提高可再生能源使用率所剩的主要挑戰之一。
影響可再生能源使用率的其他困難和障礙
電力的優(yōu)勢之一在于它的高效率。電池將化學(xué)能直接轉化為電能，避免了可以將熱效率降低約30%的燃料燃燒。V2G是一種優(yōu)勢明顯的解決方案，既能緩解可再生能源的不穩定性，又能在電力需求激增時(shí)減輕電網(wǎng)壓力。但是，要使電動(dòng)汽車(chē)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，它還必須克服其他一些挑戰。
V2G的另一個(gè)引入注目的優(yōu)勢是創(chuàng )造了一種新的可再生能源：從V2G獲取的能量。它增加了讓能量流入和流出電網(wǎng)的能力，使能量更像一種貨幣，可在能源和應用之間轉移。
目前，車(chē)用直流充電樁迎來(lái)了發(fā)展機遇，需要有適當大小的轉換器將交流電轉換為直流電來(lái)進(jìn)行能量傳輸。雖然現在已經(jīng)有了轉換效率高達95%的交流-直流轉換器，但許多此類(lèi)產(chǎn)品依然只能實(shí)現80%-90%的效率。因此，業(yè)界有必要根據電動(dòng)汽車(chē)的電池容量來(lái)定制電源轉換器，并且努力提高轉換效率，從而直接增加電力輸出。
結語(yǔ)
可再生能源驅動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)對于通過(guò)V2G實(shí)現可再生電網(wǎng)的目標至關(guān)重要。這種方法利用綠色太陽(yáng)能來(lái)為電動(dòng)汽車(chē)的電池充電，支持電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的雙向充電，可以將電力輸送到需要的地方。
V2G提供一種靈活的儲能選項，解決了可再生能源的一個(gè)重要障礙，同時(shí)緩解了風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的不穩定性。V2G技術(shù)將電力供應與消費者需求聯(lián)系在一起，提供了一種即時(shí)供電方法，讓用戶(hù)主動(dòng)參與進(jìn)來(lái)，是一種對供電方和消費者來(lái)說(shuō)都高效、經(jīng)濟的方法。
（作者：Adam Kimmel 來(lái)源：貿澤電子）
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