車両からグリッド

Vehicle-to-Grid （ V2G ）は、バッテリー電気自動車（BEV）、プラグインハイブリッド（PHEV）、水素燃料電池電気自動車（FCEV）などのプラグイン電気自動車が電力グリッドと通信するシステムを記述します電力をグリッドに戻すか、充電率を調整することにより、デマンドレスポンスサービスを販売する。 V2Gストレージ機能により、EVは太陽光や風力などの再生可能エネルギー源から生成された電力を保存および放電することができ、出力は天候や時刻によって変動します。

V2Gは、グリッド容量のあるグリッド対応車両、つまりプラグイン電気自動車（BEVおよびPHEV）で使用できます。常に95％の車が駐車しているので、電気自動車のバッテリーを使用して、電気を自動車から配電ネットワークに送り返します。 V2Gに関連する潜在的な収益に関する2015年のレポートでは、適切な規制サポートにより、車両の所有者は、1日の平均走行距離が32、64、または97 km（20、40、または60 km）に応じて、年間454、394、318ドルを稼ぐことができることがわかりましたマイル）、それぞれ。

バッテリーの充電サイクルは有限であり、保管期間もあるため、グリッドストレージとして車両を使用すると、バッテリーの寿命に影響を与える可能性があります。バッテリーを1日に2回以上サイクルする研究では、容量が大幅に減少し、寿命が大幅に短縮されることが示されています。ただし、バッテリー容量は、バッテリーの化学的性質、充放電速度、温度、充電状態、および寿命などの要因の複雑な機能です。放電速度が遅いほとんどの研究では、追加の劣化が数パーセントしか示されていませんが、ある研究では、グリッドストレージに車両を使用すると寿命が延びることが示唆されています。

この記事で一般的に説明されている双方向V2Gとは対照的に、グリッドにサービスを提供するが、車両からグリッドへの実際の電気の流れがないアグリゲーターによる電気自動車のフリートの充電の調整は、単方向V2Gと呼ばれることがあります。

用途

ピーク負荷平準化

このコンセプトにより、V2G車両は、「谷の充填」（需要が少ない夜間の充電）および「ピークシェービング」（需要が高い場合にグリッドに電力を送り返す、アヒル曲線を参照）によって負荷を分散するための電力を提供できます。ピーク負荷平準化により、電力会社が規制サービスを提供し（電圧と周波数を安定に保つ）、回転予備力を提供する（突然の電力需要を満たす）ための新しい方法が可能になります。これらのサービスと「スマートメーター」を組み合わせることで、V2G車両はグリッドに電力を戻し、その代わりに、グリッドに戻される電力量に基づいて金銭的利益を得ることができます。現在の開発では、このような電気自動車の使用は、風の強い時期に発生した過剰なエネルギーを貯蔵し、高負荷の期間にグリッドに戻すことにより、風力などの再生可能な電源を緩衝することが提案されています。風力の断続性。一部の人々は、この車両からグリッドへの技術の適用を、再生可能エネルギーが基本負荷電力技術になるのを支援するアプローチと考えています。

公益事業は、ピーク需要を満たすために、または停電に対する保険として、天然ガスまたは石炭火力発電所を多く建設する必要がないことが提案されています。需要は簡単な周波数測定でローカルに測定できるため、必要に応じて動的な負荷平準化を提供できます。「カー」と「アービトラージ」の組み合わせであるカービトラージは、車両がバッテリーを放電する際の電気の最低価格を指すために時々使用されます。

バックアップ電源

一般に、現代の電気自動車は、平均的な家庭の1日のエネルギー需要よりも多くバッテリーに蓄えられます。 PHEVのガス生成機能がなくても、このような車両は数日間の非常用電源（照明、家電など）に使用できます。これは、Vehicle-to-home送信（V2H）の例です。そのため、風力発電や太陽光発電などの断続的な再生可能エネルギー資源の補完的な技術と見なされる場合があります。最大5.6 kgの水素を含むタンクを備えた水素燃料電池車（FCV）は、90 kWhを超える電力を供給できます。

単方向V2GまたはV1G

V2Gのグリッドスケールの利点の多くは、V1Gまたは「スマートチャージング」とも呼ばれる単方向V2Gで実現できます。 California Independent System Operator（CAISO）は、V1Gを「単方向マネージド充電サービス」として定義し、4つのレベルのVehicle-Grid Interface（VGI）を定義します。これには、EVがグリッドサービスを提供できるすべての方法が含まれます。

1つのリソースと統合されたアクターを備えた単方向電力潮流（V1G）
集約リソースを備えたV1G
断片化されたアクターの目的を持つV1G
双方向パワーフロー（V2G）

V1Gでは、グリッドに補助サービスを提供するために電気自動車を充電する時間またはレートを変更する必要がありますが、V2Gには逆潮流も含まれます。 V1Gには、日中に充電して過剰な太陽光発電を吸収するタイミング車両や、周波数応答サービスまたは負荷分散サービスを提供する電気自動車の充電レートを変更するなどのアプリケーションが含まれます。

V1Gは、V2Gの実現可能性に関して現在存在する技術的な問題により、EVを制御可能な負荷として送電網に統合するための最良の選択肢である可能性があります。 V2Gは特殊なハードウェア（特に双方向インバーター）を必要とし、かなり高い損失と限られた往復効率を持ち、エネルギースループットの増加によるEVバッテリーの劣化の一因となる可能性があります。さらに、SCEパイロットプロジェクトでのV2Gからの収益は、プロジェクトを管理するコストよりも低く、V2Gには経済的に実現可能になる前に進む方法があることを示しています。

効率

熱力学の法則により、エネルギー変換には損失があります。損失が少ないほど、エネルギー変換効率が高くなります。最新のバッテリー式電気自動車のほとんどは、90％以上の往復効率を達成できるリチウムイオンセルを使用しています。バッテリーの効率は、充電率、充電状態、バッテリーの健康状態、温度などの要因に依存します。

ただし、損失の大部分は、バッテリー以外のシステムコンポーネントにあります。インバータなどのパワーエレクトロニクスは、通常、全体的な損失を支配します。ある調査では、V2Gシステムの全体的な往復効率が53％〜62％の範囲にあることがわかりました。別の研究では、約70％の効率が報告されています。ただし、全体的な効率はいくつかの要因に依存し、大きく異なる場合があります。

国ごとの実施

アイダホ国立研究所が2012年に実施した調査により、さまざまな国におけるV2Gの次の推定と将来の計画が明らかになりました。テクノロジーはまだ初期段階にあるため、これを定量化することは難しく、したがって、世界中のテクノロジーの採用を確実に予測することは難しいことに注意することが重要です。次のリストは、網羅的なものではなく、世界中のこれらの分野での開発と進歩の範囲を示すためのものです。

アメリカ

PJM相互接続は、グリッド接続のために一晩未使用のままである米国郵政公社のトラック、スクールバス、ごみ収集車を使用することを想定しています。これらの企業が国内送電網のエネルギーの一部を貯蔵および安定化するのを支援するため、これは数百万ドルを生み出す可能性があります。米国では、2015年から2019年の間に100万台の電気自動車が走行すると予測されました。調査では、グリッドとの統合が進まない場合、電気自動車を補うために2020年までに160の新しい発電所を建設する必要があることが示されています

北米では、少なくとも2つの主要なスクールバスメーカーであるBlue BirdとLionが、電化と車両からグリッドへの技術の利点の証明に取り組んでいます。現在、米国のスクールバスは年間32億ドルのディーゼルを使用しているため、その電化は送電網を安定させ、新しい発電所の必要性を減らし、がんの原因となる排気への子供の露出を減らすのに役立ちます。

カリフォルニア大学サンディエゴ校で、V2GテクノロジープロバイダーのNuvveは、カリフォルニア州エネルギー委員会から資金提供を受け、キャンパス内に50個のV2G双方向充電ステーションを設置するINVENTというパイロットプログラムを実行しています。このプログラムは最近、無料の夜間シャトルサービスであるTriton RidesのEV群を含むように拡大しました。

日本

日本のエネルギーの10％が再生可能資源によって生成されるという2030年の目標を達成するには、既存のグリッドインフラストラクチャのアップグレードに711億ドルの費用が必要になります。日本の充電インフラ市場は、2015年から2020年にかけて1億1,860万ドルから12億ドルに成長すると予測されています。2012年から、日産はLEAF EVと互換性のあるキットを市場に投入する予定です。現在、日本でテストされているプロトタイプがあります。平均的な日本の家庭では1日あたり10〜12 KWhを使用し、LEAFの24 KWhのバッテリー容量で、このキットは最大2日間の電力を供給できる可能性があります。追加の市場での生産は、適切に適応を完了する日産の能力に続きます。

2018年11月、愛知県豊田市で、豊田通商株式会社と中部電力株式会社は、V2Gテクノロジーを使用した電気自動車およびプラグインハイブリッド車の蓄電池を使用した充電および放電のデモを開始しました。このデモンストレーションでは、V2Gシステムが電力の需要と供給のバランスをとる能力を高める方法と、V2Gが送電網に与える影響を調べます。グループは、輸送などによるEV / PHVの通常の使用に加えて、EV / PHVが駐車されている場合でもV2Gサービスを提供することにより、EV / PHVの新しい価値を生み出しています。 Nuvve Corporationが管理するV2G集約サーバーに接続された2つの双方向充電ステーションが、実証試験を実施するために愛知県豊田市の駐車場に設置されました。このグループは、EV / PHVを充電し、EV / PHVからグリッドに電力を供給することにより、EV / PHVの能力を評価して電力の需要と供給のバランスをとることを目指しています。

デンマーク

デンマークは現在、風力発電の世界的リーダーです。当初、デンマークの目標は、すべての車両の10％をPEVに交換することであり、最終的な目標は完全に交換することです。エジソンプロジェクトは、V2Gを使用してグリッドへの悪影響を防止しながら、総出力の50％に対応するのに十分なタービンを構築できる新しい目標セットを実装します。風力は予測不可能であるため、Edison Projectは、グリッドに接続されているPEVを使用して、グリッドが処理できない追加の風力エネルギーを保存することを計画しています。次に、ピークエネルギー使用時間中、または風が穏やかなときに、これらのPEVに保存された電力がグリッドにフィードバックされます。 EVの受け入れを支援するために、ゼロエミッション車と従来の自動車の間に税制上の差異を生じさせる政策が実施されています。デンマークのPEVの市場価値は、2015年から2020年の間に5,000万ドルから380百万ドルに成長すると予想されています。再生可能エネルギー資源の使用に関するPEVの開発の進展と進歩により、デンマークはV2Gイノベーションに関してマーケットリーダーになります（ZigBee 2010）。

Edisonプロジェクトに続いて、RisøCampus（DTU）にあるラボ環境でV2Gテクノロジーを実証することに焦点を当てたNikolaプロジェクトが開始されました。 DTUは、Nuvveおよび日産とともにパートナーです。ニコラプロジェクトは2016年に完了し、パーカーの基礎を築きました。パーカーは、EVのフリートを使用して、実際の環境で技術を実証しました。このプロジェクトは、DTU、Insero、Nuvve、Nissan、Frederiksberg Forsyning（コペンハーゲンのデンマークのDSO）によって提携されています。技術の実証に加えて、このプロジェクトは、他のOEMとのV2G統合の道筋を明確にするとともに、適応充電、過負荷保護、ピークシェービング、緊急バックアップ、周波数バランスなど、いくつかのタイプのV2Gのビジネスケースを計算することも目指しています。このプロジェクトでは、パートナーは自動車ブランド全体でV2Gサービスを体系的にテストおよび実証することにより、最も実行可能な商業機会を探りました。ここでは、電力システムおよび市場に対するアプリケーションの経済的および技術的影響と同様に、経済的および規制上の障壁が特定されました。このプロジェクトは2016年8月に開始され、2018年9月に終了しました。

イギリス

英国のV2G市場は、積極的なスマートグリッドとPEVの展開により刺激されます。 2011年1月から、PEVを支援するプログラムと戦略が実装されました。英国は、EVの採用速度を上げるための戦略の考案を開始しました。これには、スマートグリッドメーターで使用するユニバーサル高速インターネットの提供が含まれます。これは、ほとんどのV2G対応PEVは、それなしでは大きなグリッドと連携しないためです。「ロンドンの電気配送計画」では、2015年までに500のオンロード充電ステーションが設置される予定です。駐車場のオフロード2,000駅。 22,000の民間所有のステーションが設置されています。自分の所有地に駐車できないドライバーのために、ローカルのグリッド変電所をアップグレードする必要があります。英国の2020年までに、すべての住宅にスマートメーターが提供されるようになり、約170万台のPEVが走行するはずです。英国の電気自動車の市場価値は、2015年から2020年の間に0.1ドルから13億ドルに成長すると予測されています（ZigBee 2010）。

2018年、EDF Energyは、英国で最大1,500台のVehicle to Grid（V2G）充電器を設置する、グリーンテクノロジーの大手企業であるNuvveとのパートナーシップを発表しました。充電器はEDF Energyの事業顧客に提供され、自社サイトで使用されて最大15MWの追加エネルギー貯蔵容量を提供します。これは、4,000の家庭に電力を供給するのに必要なエネルギーと同等の量です。蓄えられた電力は、エネルギー市場での販売や、エネルギー使用のピーク時にグリッドの柔軟性をサポートするために利用できるようになります。 EDF Energyは英国企業への最大の電力供給業者であり、Nuvveとのパートナーシップにより、この国でこれまでに最大のV2G充電器の展開が見られる可能性があります。

研究

エジソン

「持続可能なエネルギーとオープンネットワークを使用した分散統合市場における電気自動車」の略であるデンマークのエジソンプロジェクトは、デンマーク東部のボーンホルム島での部分的に資金提供された研究プロジェクトでした。 IBMのコンソーシアム、ハードウェアおよびソフトウェアの開発者であるシーメンス、デンマーク最大のエネルギー会社Ørsted（以前のDONG Energy）、地域エネルギー会社Østkraft、デンマーク工科大学、デンマークエネルギー協会は、予測不可能な電力負荷のバランスをとる方法を検討しましたデンマークの多くの風力発電所では、現在、電気自動車（EV）とその蓄電池を使用して、国の総発電量の約20％を発電しています。このプロジェクトの目的は、EVがグリッドとインテリジェントに通信できるようにするインフラストラクチャを開発し、充電、最終的に放電がいつ行われるかを判断することです。少なくとも1つのリビルドV2G対応トヨタサイオンがプロジェクトで使用されます。このプロジェクトは、2020年までに風力発電を50％に拡大するというデンマークの野心の鍵となります。英国の新聞The Guardianの情報筋によると、以前は「この規模で試されたことはありません」。プロジェクトは2013年に完了しました。

サウスウェスト研究所

2014年、Southwest Research Institute（SwRI）は、テキサス電気信頼性評議会（ERCOT）によって認定された最初の車両からグリッドへの集約システムを開発しました。このシステムにより、電気配送トラックの所有者は、グリッド周波数の管理を支援することでお金を稼ぐことができます。電気グリッドの周波数が60ヘルツを下回ると、システムは車両の充電を停止し、グリッドの負荷を取り除き、周波数を通常のレベルまで上昇させます。このシステムは自律的に動作するため、この種のシステムとしては初めてのものです。

このシステムは元々、Burns and McDonnell Engineering Company、Inc.が率いるエネルギー信頼性とセキュリティのためのSmart Power Infrastructure Demonstration（SPIDERS）フェーズIIプログラムの一部として開発されました。SPIDERSプログラムの目標は、物理的またはサイバーの混乱による電力損失、非常用電力の供給、およびグリッドのより効率的な管理。 2012年11月、SwRIは米国陸軍工兵隊から700万ドルの契約を授与され、コロラド州フォートカーソンでの車両からグリッドへの技術の統合を実証しました。 2013年、SwRIの研究者は陸軍基地で5つのDC急速充電ステーションをテストしました。システムは2013年8月に統合および受け入れテストに合格しました。

デルフト工科大学

2016年、デルフト工科大学の研究者であるAd van Wijk教授、Vincent Oldenbroek博士、Carla Robledo博士は、水素FCEVを使用したV2G技術の研究を行いました。 V2G FCEVを使用した実験作業と、100％再生可能な統合エネルギーおよび輸送システムの技術経済シナリオ研究の両方が行われ、エネルギーキャリアとして水素と電気のみが使用されています。彼らは、ヒュンダイix35 FCEVとヒュンダイR＆Dを変更し、道路アクセス許可を維持しながら最大10 kWのDC電力を供給できるようにしました。 Accenda bv社と共同で、FCEVのDC電力を3相AC電力に変換し、オランダの国家電力網に注入するV2Gユニットを開発しました。 Future Energy Systems Groupは最近、V2G FCEVで周波数リザーブを提供できるかどうかのテストも行いました。テストの肯定的な結果に基づいて、周波数予備を提供する発電所としての水素およびFCEVベースの駐車場の技術的および経済的実現可能性評価を検討した修士論文が発表されました。

デラウェア大学

Willett Kempton博士、Suresh Advani博士、およびAjay Prasad博士は、現在デラウェア大学の研究者であり、現在V2Gテクノロジーの研究を行っています。Kempton博士がプロジェクトのリーダーです。ケンプトン博士は、テクノロジーとコンセプトに関する多くの記事を公開しており、その多くはV2Gプロジェクトページにあります。このグループは、グリッド上で使用されたときの技術自体とそのパフォーマンスの研究に関与しています。 2010年、ウィレットケンプトンはNuvveを共同設立し、現在はCEOを務めるGregory PoilasneとCTOを務めています。当社は多くの業界パートナーシップを形成し、世界中の5大陸でV2Gパイロットプロジェクトを実施しています。

技術調査に加えて、チームはデラウェア大学のアルフレッドラーナービジネスアンドエコノミーカレッジのマーケティング教授であるメリルガードナー博士と協力して、消費者と企業の両方のフリート採用のためのマーケティング戦略を開発しました。 2006年のトヨタサイオンxB車は、2007年にテスト用に変更されました。

ローレンスバークレー国立研究所

ローレンスバークレー国立研究所では、Dr。Samveg Saxenaが現在、Vehicle-to-Grid Simulator（V2G-Sim）のプロジェクトリーダーを務めています。 V2G-Simは、電気グリッド上の個々のプラグイン電気自動車の空間的および時間的な運転および充電動作をモデル化するために使用されるシミュレーションプラットフォームツールです。そのモデルは、ピーク需要応答とユーティリティ周波数調整のための充電時間と充電率の変調など、V2Gサービスの課題と機会を調査するために使用されます。 V2G-Simは、再生可能エネルギー統合のためのプラグイン電気自動車の可能性の研究にも使用されています。 V2G-Simを使用した予備的な調査結果は、制御されたV2Gサービスがピークシェービングおよび谷埋めサービスを提供して、毎日の電気負荷のバランスを取り、アヒルの曲線を緩和できることを示しています。それどころか、制御されていない車両の充電は、アヒルの曲線を悪化させることが示されました。また、この調査では、容量が20％減っても、EVバッテリーは85％のドライバーのニーズを満たしていることがわかりました。

V2G-Simを使用したLawrence Berkeley Labの別の研究イニシアチブでは、V2Gサービスは、サイクリングロスやカレンダーの経年劣化と比較して、電気自動車にわずかなバッテリー劣化の影響があることが示されました。この研究では、V2Gサービスを使用する場合と使用しない場合の10年間の期間を対象に、毎日の走行日程が異なる3台の電気自動車をモデル化しました。 1.440 kWの充電率で午後7時から午後9時までの毎日のV2Gサービスを想定すると、10年間にわたるV2Gによる電気自動車の容量損失は2.68％、2.66％、2.62％でした。

日産とエネル

2016年5月、日産とエネルの電力会社は、英国で初めての共同V2Gトライアルプロジェクトを発表しました。このトライアルは、日産リーフとe-NV200電動バンのユーザーが使用する100台のV2G充電ユニットで構成されています。このプロジェクトは、電気自動車の所有者が蓄えられたエネルギーを利益を得てグリッドに売ることができると主張しています。

米国の注目すべきV2Gプロジェクトの1つは、デラウェア大学にあり、ウィレットケンプトン博士が率いるV2Gチームが進行中の研究を行っています。ヨーロッパでの初期の運用の実装は、グリッドの専門知識を提供する車両パートナーおよびユーティリティEnBWとしてOpelと協力して、カールスルーエ工科大学の「KITスマートエネルギーホーム」でドイツ政府が資金提供したMeRegioMobilプロジェクトによって行われました。彼らの目標は、V2Gの環境的および経済的な利点について一般の人々を教育し、製品市場を強化することです。他の研究者は、Pacific Gas and Electric Company、Xcel Energy、National Renewable Energy Laboratory、そして英国ではWarwick大学です。

ワーウィック大学

WMGとジャガーランドローバーは、大学のエネルギーおよび電気システムグループと協力しました。 Kotub Uddin博士は、市販のEVのリチウムイオン電池を2年間にわたって分析しました。彼はバッテリー劣化のモデルを作成し、車両からグリッドへのストレージのいくつかのパターンが、通常の方法で駆動することを許可しながら、従来の充電戦略よりも車両のバッテリーの寿命を大幅に延長できることを発見しました。

懐疑論

V2Gの実現可能性について専門家の間で懐疑的な見方がいくつかあり、いくつかの研究はこの概念の経済的根拠に疑問を投げかけています。たとえば、2015年の調査では、V2Gに有利な経済分析では、V2Gの実装に関連するあまり明らかでないコストの多くが含まれないことがわかりました。これらのそれほど明白でないコストが含まれている場合、V2Gは経済的に非効率的なソリューションであることが調査でわかります。

バッテリーの使用量が多いほど、交換が早くなります。交換費用は電気自動車の約1/3の費用です。電池は、その寿命を通じて、電極の化学的変化により容量、サイクル寿命、および安全性が低下し、徐々に劣化します。容量の損失/フェードは、多数のサイクル後の初期容量の割合として表されます（たとえば、1,000サイクル後の30％の損失）。サイクリング損失は使用量によるもので、最大充電状態と放電深度の両方に依存します。テスラインクのCTOであるJB Straubelは、バッテリーの摩耗が経済的利益を上回るため、V2Gを割引きます。彼はまた、バッテリーの寿命が尽きると、グリッドの再利用よりもリサイクルを好みます。 2017年の研究では容量が減少し、2012年のハイブリッドEVの研究ではわずかな利点しか見つかりませんでした。

別の一般的な批判は、プロセスの全体的な効率性に関連しています。バッテリーシステムを充電し、そのエネルギーをバッテリーからグリッドに戻すことには、DC電力をACに「逆変換」することが含まれ、必然的にいくらかの損失が生じます。これは、潜在的なコスト削減と、元の電源が化石ベースの場合の排出量の増加を考慮する必要があります。このエネルギー効率のサイクルは、大規模な揚水発電の70〜80％の効率と比較できますが、地理、水資源、環境によって制限されます。

さらに、V2Gが機能するためには、大規模でなければなりません。電力会社は、車両が電力網に電力を戻すことを可能にするために、この技術を採用することをいとわない必要があります。グリッドに電力を戻す車両では、グリッドに伝達される電力量を測定するために、前述の「スマートメーター」を設置する必要があります。

乗り物

V2Gと互換性があるように変更された、または設計された電気自動車がいくつかあります。デルフト工科大学のヒュンダイix35 FCEVは、10 kW DC V2G出力で改造されています。 V2G機能を備えた車両には、REV 300 ACX、Boulder Electric Vehicle 500シリーズおよび1000シリーズトラック、ACPropulsion T-Zero、E-boxおよびMINI-E、Nissan LeafおよびNissan e-NV200が含まれます。 Mitsubishi Outlander PHEVには日本にもVehicle To Homeシステムがあり、これもヨーロッパでの展開が計画されています。