結合風能調節電動汽車充電率可降低能耗

美國卡內基梅隆大學的一個研究團隊最近在《應用能源雜志》上發表了一篇專業論文。他們認為，將插電式混合動力汽車（PHEV）集成到汽車到電網系統中，并實施可控充電操作，可以根據不同情況將成本降低54%至73%。更具體地說，可控充電可以為用戶節省近一半的充電成本。與那些傳統的供電方式相比，如果增加20%的綠色風能，成本可以相對降低約5%-15%；對于那些需要擴容的系統，可以節省高達50%至60%的電費。

作為美國增長最快的電力資源，風能有望成為可再生能源發電的最重要組成部分。為了有效地接受這部分供電不穩定的能源，電網需要使用額外的自適應組件來控制風力發電的波動。為了有效利用電網中的風能，通常的做法是天然氣輪機發電廠根據風能資源的變化及時響應和調整燃氣輪機的電能輸出，以確保向電網輸送總功率的基本穩定；最近的研究表明，燃氣輪機對風能波動的調節可以很好地減少溫室氣體排放，但會增加氮氧化物（NOx）排放，減少風力發電總量。

包括插電式混合動力汽車和純電動汽車在內的所有插電式電動汽車增加了人們對總用電量的需求，這導致發電企業向大氣排放更多廢氣。但另一方面，這些車輛也是提高電網系統靈活性的有效工具。為了將可再生綠色能源添加到電網中，我們可以使用插電式汽車作為電網儲能單元，電網和車輛可以雙向連接（即電網可以為車輛充電，車輛也可以為電網提供多余的電力），也就是說，車對電網系統（V2G）。然而，相關信息顯示，汽車并網系統及相關輔助服務在能源供應領域的市場份額很小，從中獲利的潛力仍然非常有限。參與該系統的充放電車輛數量也將大幅增加，這將大大縮短電池組的壽命。

通過調整插電式電動汽車的充電率，可以在一定程度上控制電力需求，并得出一種替代解決方案，即不是消除風電的波動，而是隨著風能的波動實時改變充電率。這種處理不僅會增加電池組的充電和放電次數，而且有助于延長電池組的使用壽命，因為較低的平均充電率可以使電池組產生較少的熱量。在美國，夜間經常會產生大量高質量的風能，可控充電有助于合理利用這種能源；

午夜時分，其他電力負荷非常低。如果燃煤發電廠僅僅因為給電動汽車充電而重新開始運行，不僅會增加成本，還會排放大量不必要的廢氣，而智能充電系統可以很好地解決這個問題。換句話說，電力公司可以建造更多的風能存儲設備，適度減少火力發電廠的燃氣輪機數量，并在不必要的時候將多余的風能引入儲能設備，以減少電網系統能量的波動。這是最具成本效益和效率的方法。

卡內基梅隆大學的研究團隊評估了在風能供應和無風能供應的情況下可控充電可能節省的成本，目的是了解插電式電動汽車是否有助于節省大量風電的電力系統的發電成本，或者可控充電是否只能消除車輛對電網系統造成的副作用。在這項研究中，研究人員將重點放在了插電式混合動力車上，該車在評估過程中不需要改變當前的驅動模式。為了確定可控充電的優勢，他們還測試了快速充電（車輛連接電網后立即開始充電，電流始終保持最大值）、延遲充電（車輛在下次使用前一段時間以最大電流開始充電）和僅使用燃料的非充電過程，并且涉及各種可能的情況，例如高/低風能水平、連接到電網的大量/少量車輛以及高/低初始發電容量。

基于紐約電力調度系統（NYISO），研究團隊構建了一個混合整數線性規劃模型，用于指導儲能擴張、發電廠調度和插電式混合動力汽車充電。此外，他們收集了每小時的風力發電和負荷用電數據，并假設這些數據是準確的信息，沒有預測誤差，以確定合理的儲能擴展和發電機組組合；然后將預測結果與15分鐘分析圖進行比較，以評估下一小時電力供需變化趨勢的重要性。他們沒有評估整個發電廠的供電能力，而是專注于比較具有足夠儲能的供電系統和需要增加容量的供電系統之間的差異。美國卡內基梅隆大學的一個研究團隊最近在《應用能源雜志》上發表了一篇專業論文。他們認為，將插電式混合動力汽車（PHEV）集成到汽車到電網系統中，并實施可控充電操作，可以根據不同情況將成本降低54%至73%。更具體地說，可控充電可以為用戶節省近一半的充電成本。與那些傳統的供電方式相比，如果增加20%的綠色風能，成本可以相對降低約5%-15%；對于那些需要擴容的系統，可以節省高達50%至60%的電費。

作為美國增長最快的電力資源，風能有望成為可再生能源發電的最重要組成部分。為了有效地接受這部分供電不穩定的能源，電網需要使用額外的自適應組件來控制風力發電的波動。為了有效利用電網中的風能，通常的做法是天然氣輪機發電廠根據風能資源的變化及時響應和調整燃氣輪機的電能輸出，以確保向電網輸送總功率的基本穩定；

最近的研究表明，燃氣輪機對風能波動的調節可以很好地減少溫室氣體排放，但會增加氮氧化物（NOx）排放，減少風力發電總量。

包括插電式混合動力汽車和純電動汽車在內的所有插電式電動汽車增加了人們對總用電量的需求，這導致發電企業向大氣排放更多廢氣。但另一方面，這些車輛也是提高電網系統靈活性的有效工具。為了將可再生綠色能源添加到電網中，我們可以使用插電式汽車作為電網儲能單元，電網和車輛可以雙向連接（即電網可以為車輛充電，車輛也可以為電網提供多余的電力），也就是說，車對電網系統（V2G）。然而，相關信息顯示，汽車并網系統及相關輔助服務在能源供應領域的市場份額很小，從中獲利的潛力仍然非常有限。參與該系統的充放電車輛數量也將大幅增加，這將大大縮短電池組的壽命。

通過調整插電式電動汽車的充電率，可以在一定程度上控制電力需求，并得出一種替代解決方案，即不是消除風電的波動，而是隨著風能的波動實時改變充電率。這種處理不僅會增加電池組的充電和放電次數，而且有助于延長電池組的使用壽命，因為較低的平均充電率可以使電池組產生較少的熱量。在美國，夜間經常會產生大量高質量的風能，可控充電有助于合理利用這種能源；午夜時分，其他電力負荷非常低。如果燃煤發電廠僅僅因為給電動汽車充電而重新開始運行，不僅會增加成本，還會排放大量不必要的廢氣，而智能充電系統可以很好地解決這個問題。換句話說，電力公司可以建造更多的風能存儲設備，適度減少火力發電廠的燃氣輪機數量，并在不必要的時候將多余的風能引入儲能設備，以減少電網系統能量的波動。這是最具成本效益和效率的方法。

卡內基梅隆大學的研究團隊評估了在風能供應和無風能供應的情況下可控充電可能節省的成本，目的是了解插電式電動汽車是否有助于節省大量風電的電力系統的發電成本，或者可控充電是否只能消除車輛對電網系統造成的副作用。在這項研究中，研究人員將重點放在了插電式混合動力車上，該車在評估過程中不需要改變當前的驅動模式。為了確定可控充電的優勢，他們還測試了快速充電（車輛連接電網后立即開始充電，電流始終保持最大值）、延遲充電（車輛在下次使用前一段時間以最大電流開始充電）和僅使用燃料的非充電過程，并且涉及各種可能的情況，例如高/低風能水平、連接到電網的大量/少量車輛以及高/低初始發電容量。

基于紐約電力調度系統（NYISO），研究團隊構建了一個混合整數線性規劃模型，用于指導儲能擴張、發電廠調度和插電式混合動力汽車充電。此外，他們收集了每小時的風力發電和負荷用電數據，并假設這些數據是準確的信息，沒有預測誤差，以確定合理的儲能擴展和發電機組組合；然后將預測結果與15分鐘分析圖進行比較，以評估下一小時電力供需變化趨勢的重要性。他們沒有評估整個發電廠的供電能力，而是專注于比較具有足夠儲能的供電系統和需要增加容量的供電系統之間的差異。

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