В рамках глобальной энергетической революции, направленной на замещение ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии, а также переход от бензиновых и дизельных автомобилей к электромобилям (EV), Китай играет ведущую роль. Неизбежным направлением развития является создание новой энергетической системы, которая интегрирует источники энергии, сеть, нагрузку и системы хранения.
По мере того как парк новых энергетических транспортных средств приближается к отметке в 100 миллионов единиц, огромное количество электромобилей выходит за рамки своей первоначальной функции транспорта и становится важнейшим элементом инфраструктуры следующего поколения. Прогнозируется, что к 2030 году в Китае будет эксплуатироваться от 110 до 160 миллионов электромобилей, а к 2040 году их число может возрасти до 300–400 миллионов.
Расширение сетей сверхбыстрой зарядки выявляет растущую проблему синхронизированной нагрузки на местные сети. Например, одновременная зарядка 5 миллионов электромобилей по 10 кВт каждую приведет к спросу в 50 миллионов кВт, что значительно превышает пиковую мощность большинства муниципальных сетей.
Поэтому критически важно сместить процесс зарядки электромобилей от неконтролируемой, децентрализованной схемы к скоординированному двунаправленному потоку энергии. Ключ к этому лежит в внедрении технологии Vehicle-to-Grid (V2G), которая позволяет электромобилям динамично взаимодействовать с электросетью.
По сути, V2G трансформирует электромобили из пассивных потребителей энергии в активные мобильные накопители. Автомобили могут потреблять энергию в часы наименьшего спроса и возвращать электричество в сеть в периоды высокого потребления. Это не только снижает перегрузку сети, но и открывает новые источники дохода для владельцев, участвующих в оптовых энергетических рынках.
При использовании аккумулятора средней емкости 70 кВт⋅ч, использование избыточной циклической мощности для обслуживания сети может принести совокупную пожизненную прибыль от 15 000 до 75 000 юаней (что эквивалентно 2 240 до 11 198 долларов США). Таким образом, электромобили превращаются из обесценивающихся потребительских товаров в активы, генерирующие доход.
Основные опасения общественности касаются долговечности и безопасности батарей. Исследования показывают, что правильно управляемые операции V2G не ускоряют деградацию батареи; напротив, они могут способствовать продлению календарного срока службы. Современные литий-железо-фосфатные (LFP) батареи, используемые в электромобилях, способны выдержать около 3 000 полных циклов заряда-разряда до снижения емкости до 70 процентов. Однако типичный легковой автомобиль потребляет лишь около 500 циклов за 10–15 лет эксплуатации, оставляя значительный запас для дополнительных применений.
Технологии, такие как двунаправное импульсное воздействие, позволяют добиться более равномерного распределения лития, подавлять осаждение лития и улучшать характеристики быстрой зарядки и работы при низких температурах. В то же время, работа в режиме V2G поддерживает батареи преимущественно в частичном состоянии заряда. Это предотвращает деградацию календарного срока службы, вызванную длительным хранением при полной зарядке. При сочетании с интеллектуальным мониторингом рисков эти системы эффективно минимизируют инциденты безопасности.
Три типичных сценария применения V2G
Применение V2G уже реализовано в трех стандартных сценариях. Первый — это сценарий «точка» в промышленных парках, где батареи транспортных средств работают совместно с фотоэлектрической генерацией и объектами накопления энергии. Второй — это сценарий «линия» в сфере транспорта, где интегрированные системы солнечной энергии, хранения и зарядки, а также батареи, используемые для замены в станциях тяжелых грузовиков, могут обеспечивать энергией пассажирские автомобили, уменьшая нагрузку на основную сеть. Третий — это сценарий «зона» в зданиях, где комплексные системы «дом-транспортное средство-сеть» обеспечивают всестороннее управление энергопотреблением здания и операциями V2G.
В перспективе V2G ожидается, что станет основным видом распределенного краткосрочного хранения энергии в Китае. Учитывая, что городской ландшафт Китая доминируют высотные здания, а условия для установки стационарных систем хранения энергии дома ограничены, использование электромобилей, припаркованных в подземных гаражах, для хранения энергии является более практичным вариантом.
Согласно План 15-летней программы Китая (2026–2030 гг.) по развитию нового типа энергосистемы, суммарная регулируемая зарядная мощность, обеспеченная V2G, должна достигнуть 50 миллионов киловатт к 2030 году. К 2040 году, по мере замедления роста стационарного хранения энергии, емкость хранения энергии V2G может превысить 4 миллиарда киловатт-часов. Консервативно оценивается, что общая емкость батарей 350 миллионов электромобилей достигнет 25 миллиардов киловатт-часов к 2050 году, что будет достаточно для удовлетворения потребностей страны в электроэнергии на один день в чрезвычайной ситуации.
Следующие пять лет станут фазой запуска для индустрии V2G. По мере совершенствования технических стандартов, внедрения рыночных механизмов и созревания бизнес-моделей, более 100 миллионов электромобилей сформируют обширную сеть «мобильных power bank» для сети, оказывая сильную поддержку энергетическому переходу.