本文将集中充电的动力电池与电网的能量交互作为B2G的重点进行论述,无特殊说明时,文中所述B2G均指这种运行方式。本文以V2G为基础阐述其产生和特点,论述实现该B2G在商业模式上、运行管理上、技术条件上面临的挑战和可能的解决途径。并以B2G为基础,展望在此基础上智能电网未来可能的发展愿景。
1、电动汽车与动力电池的解耦
电动汽车与动力电池的解耦主要体现在3个方面:资产关系解耦、时间解耦和地点解耦。通过资产关系解耦,首先解决对于动力电池充放电的决策权问题,而通过电动汽车的动力服务与电池充放电在时间和地点上的解耦,解决电动汽车本身移动、分散的特点与电池充放电过程精确计划与控制之间的矛盾。
1)资产关系解耦。与燃油汽车相似,用户在购买汽车时,并不愿意为了确保能够获得固定数量的燃油供应而额外支付一笔保证费用,因此对于电动汽车来说,让用户为确保获得电能供应而单独为电池付费并不完全合理。此外,电池的所有权也直接决定了对于电池的充放电操作的决策权,资产关系的解耦是其他解耦和技术路线的前提,只有专业的充换电运营公司掌握了电池的所有权,才能更好地避免汽车用户的意愿对电池利用的限制和约束,同时大大降低决策的复杂程度和主体数量。
2)电动汽车动力服务与电池充放电操作的地点解耦。由于动力电池的充电时间过长而无法满足人们快捷的动力服务的需求,电池更换模式彻底打破了电动汽车与电池一体化的思路,使电动汽车的动力服务与动力电池的充放电操作可以完全在不同的地点进行。由于分属于不同的所有者以及不确定的使用方式,电动汽车接入配电网的地点也同时具有分散和不确定的特点。而通过换电模式实现地点解耦,使得动力电池的充放电有可能摆脱对配电网的依赖和冲击,避免分散和随机而采用集中的方式,以避免诸多不确定性因素的影响。
3)电动汽车动力服务与电池充放电操作的时间解耦。电动汽车整车充电模式下,动力电池连接入电网充放电的时间与电动汽车运行行驶的时间难免会形成矛盾,而电网由于自身运行安全和成本效益的考虑,对动力电池充放电的时间又具有特殊的要求。因此在V2G中,很多技术和方法都是针对这种矛盾来寻求2者在时间上的平衡,但这种平衡毕竟是在约束下的有限度的平衡。因此,换电模式将电动汽车动力服务与电池充放电操作进行了时间解耦,对于电网而言,解决了其利用动力电池优化运行和安全的最大障碍。
图1中,将资产关系、时间以及地点3种属性用三维空间的方式来表示电动汽车与动力电池的解耦关系。在整车充电的模式中,电动汽车与动力电池的这3种属性基本相同,而解耦之后2者可以完全具有不同的空间属性。
由以上分析可以看到,从V2G到B2G的发展,对应了从整车充电到更换电池模式的转变,人们逐渐地意识到电动汽车与动力电池的资产关系并非先天的不可分割,而动力服务与电池的充放电操作的时间和地点也并非必然一致。而V2G在资产关系、时间和地点上将电动汽车与动力电池僵化看待为一体,也因此造成了其实践中所要面对的诸多困难。例如,由于资产关系的约束,V2G要面对决策变量和决策主体数量维数爆炸的困扰,对于用户参与和资源统计以及控制的态度不确定性的影响;由于地点的约束,各充放电地点广泛分散在配电网,且由于接入地点的随机性,造成了对配电网谐波和潮流等不确定性的冲击和影响;由于时间的约束,电网对于电池充放电时间的要求因为用户行驶需求和意愿的约束变得难以实现和平衡,且为实现这种沟通和平衡,其所消耗的资源和成本也会非常庞大。然而,通过3种关系的解耦,在B2G的模式下,这些问题就会迎刃而解。