Làm thế nào xe điện có thể sửa chữa lưới điện
Nguồn: Tên miền công cộng Pixabay / CC0
Giao thông vận tải là nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất ở Hoa Kỳ, chiếm khoảng một phần ba tổng lượng phát thải. Chúng tôi có thể nhanh chóng giảm lượng khí thải đó bằng cách điện khí hóa các phương tiện, nhưng chỉ có một trở ngại: chúng tôi hiện không tạo ra đủ năng lượng.
Matthias Preindl, một chuyên gia về EV tại Columbia Engineering, cho biết: “Nếu tất cả các phương tiện giao thông đều sử dụng điện, chúng tôi đang tăng gấp đôi nhu cầu một cách hiệu quả. "Và lưới điện không được xây dựng để chịu được điều đó."
Mặc dù có một số đầu tư và mở rộng kể từ những năm 1950, lưới điện của Hoa Kỳ có một đội máy phát điện hầu hết đã già cỗi và tải tối đa tải truyền tải do đường dây bị tắc nghẽn. Làm cho vấn đề trở nên tồi tệ hơn, các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt như sóng nhiệt và cháy rừng đã nhiều lần làm tan chảy các dây cáp điện.
Theo một nghiên cứu năm 2020, Mỹ sẽ phải đầu tư 125 tỷ USD chỉ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xe điện. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bản thân các EV có thể là một phần của giải pháp, bổ sung thêm nguồn điện cho lưới điện? Columbia News đã nói chuyện với Preindl, một giáo sư kỹ thuật điện, và Daniel Bienstock, một giáo sư vật lý ứng dụng và toán học ứng dụng, cũng như nghiên cứu kỹ thuật công nghiệp và vận hành.
Công nghệ xe nối lưới (V2G)
Đến năm 2030, khoảng 145 triệu ô tô điện, xe buýt, xe tải và xe tải sẽ được lưu thông trên đường. Sắp xếp. Trung bình, các tài xế đậu xe 95% thời gian. Với gần 5 tỷ đô la tiền liên bang được phân bổ gần đây để xây dựng một mạng lưới các trạm sạc EV trên toàn quốc dọc theo các đường cao tốc liên bang, tất cả những chiếc EV nhàn rỗi đó có thể được đưa vào hoạt động thông qua công nghệ xe nối lưới (V2G) — một ý tưởng mà các chuyên gia cho rằng có thể biến đổi lưới điện đã quá tải.
Công nghệ V2G liên quan đến việc sử dụng bộ sạc hai chiều để truyền năng lượng chưa sử dụng từ pin của xe điện vào lưới điện thông minh. Khi một chiếc xe điện được sạc, điện AC (dòng điện xoay chiều) của lưới điện được chuyển đổi thành điện một chiều (dòng điện một chiều) của pin — sau đó được sử dụng để chạy xe. Bộ sạc hai chiều có thể chuyển đổi DC sang AC và chuyển nó vào lưới điện từ các tế bào lithium-ion của EV. Nó cũng có thể đồng thời kiểm soát lượng điện đi vào hoặc đi ra khỏi pin.
Preindl nói: “Về tiềm năng, EV có thể trở thành phương tiện lưu trữ năng lượng phân tán, lớn nhất được triển khai. "Cùng với nhau, chúng có thể cung cấp nhiều điện hơn tất cả các nhà máy điện thông thường cộng lại."
Lượng điện bổ sung mà công nghệ V2G cung cấp trở lại lưới điện có thể cung cấp năng lượng cho các hộ gia đình và doanh nghiệp ở các bang như California phụ thuộc nhiều vào năng lượng tái tạo để tiếp cận điện năng 24-7. Thông thường, các nỗ lực về năng lượng xanh chủ yếu tập trung vào việc sử dụng các trang trại năng lượng mặt trời hoặc gió lớn nằm ở các vùng sâu vùng xa. Các trang trại này yêu cầu các đường dây tải điện mới và đắt tiền để cung cấp điện cho các khu vực có nhu cầu năng lượng cao.
Bienstock, người cũng là chuyên gia về động lực lưới điện tại Columbia Engineering, cho biết năng lượng gió và năng lượng mặt trời có thể trải qua sự thay đổi lớn trong thời gian thực.
Ông nói: “Ngày nay, không có sự thâm nhập tái tạo lớn, sự biến đổi được giải quyết trong thời gian thực bằng cách sử dụng thế hệ thông thường,” ông nói. "Sự thay đổi lớn, theo thời gian thực của các dòng điện có thể là một thách thức và yêu cầu thiết lập thích hợp các nguồn lực truyền tải nhanh và đầy đủ." Nâng cấp thiết bị ở mức độ đó không phải là một kỳ công nhỏ, có nghĩa là khả năng thay đổi do năng lượng tái tạo sẽ tiếp tục là một vấn đề đáng lo ngại. Bienstock cho biết: “V2G, cùng với thế hệ phân phối đầy đủ hơn, là một trong những giải pháp khả thi nhất trong tương lai.
Ô tô có V2G
Cho đến nay, chỉ có bốn xe ô tô điện có sẵn trên thị trường là tương thích với V2G — Nissan e-NV200, Nissan LEAF, Mitsubishi Outlander PHEV và Mitsubishi Eclipse Cross PHEV. Năm nay, Volkswagen, Ford và General Motors cũng đang dần tung ra xe điện tương thích với sạc hai chiều. Các chuyên gia trong ngành dự đoán rằng thị trường V2G sẽ tăng trưởng 48% vào năm 2027.
Nhưng việc xây dựng sức mạnh hai chiều vào hệ thống không chỉ là một trò chơi số; các rào cản kỹ thuật cũng cản trở việc áp dụng V2G rộng rãi. Ví dụ: thường xuyên sử dụng V2G để sạc và xả pin lithium-ion của EV có thể làm giảm tuổi thọ của chúng.
V2G có làm giảm tuổi thọ pin không
Preindl cho biết: “Từ góc độ lưới điện, nó hữu ích nhất khi nhiều xe điện được kết nối trong thời gian dài và khi chúng sử dụng công suất sạc từ thấp đến trung bình. "Điều đó thực sự tốt hơn cho EV. Từ quan điểm kỹ thuật, V2G có thể làm rất nhiều điều để giảm thiểu sự xuống cấp của pin."
Ngoài nguy cơ pin lithium-ion bị hỏng, các thiết kế thông thường của bộ sạc hai chiều hoặc V2G cũng rất đắt tiền. Có hai loại bộ sạc V2G: onboard và offboard. Hầu hết ô tô sử dụng bộ sạc tích hợp một chiều. Một vài bộ sạc V2G được tung ra thị trường mới chỉ xuất hiện trực tuyến trong vài tháng qua; Những thiết kế ban đầu này thường được thiết kế rời, gắn vào tường và cũng thiếu tiêu chuẩn hóa, trong khi ngành công nghiệp bắt kịp công nghệ.
Nhưng các nhà nghiên cứu đang trở nên tốt hơn trong việc thiết kế V2G hiệu quả về chi phí trên
-bộ sạc bo mạch. Phòng thí nghiệm của Preindl đang phát triển các hệ thống có thể đạt được hiệu suất 99% với mức thấp nhất là một phần trăm cho mỗi kilowatt. Ông nói: “Rẻ hơn từ hai đến năm lần, với tổn thất năng lượng thấp hơn từ hai đến năm lần so với các thiết kế hiện tại.
Khả năng xảy ra V2G
Trong khi các công ty xe hơi đang cố gắng mở rộng quy mô công nghệ V2G, vẫn còn một chặng đường dài phía trước khi nó có thể giúp khử cacbon trong lưới điện. Tháng trước, khoảng 15 công ty tiện ích ở 14 bang đã thông báo rằng họ sẽ triển khai chương trình xe buýt điện trường học thí điểm V2G, theo Viện Tài nguyên Thế giới.
Nhưng bất chấp các sáng kiến nhỏ của các công ty tiện ích vào năm 2021 đã chứng minh công nghệ V2G hiệu quả như thế nào trong việc giảm phát thải, các chuyên gia chính sách cho rằng cần phải đầu tư nhiều hơn để công nghệ này có thể tiếp cận được.
Steven Cohen, một chuyên gia về khoa học môi trường cho biết: “Các công ty tiện ích không chỉ cần nâng cấp lưới điện về đường dây tải điện và máy biến áp vật lý mới mà còn đầu tư vào công nghệ lưới điện thông minh để đánh giá thời điểm điện năng cần được thải ra hoặc hấp thụ”. và chính sách tại Trường Các vấn đề Công và Quốc tế của Columbia. "Rào cản chính sách mà công nghệ V2G đang gặp phải về cơ bản là thiếu tiền."
"Yêu cầu quan trọng sẽ là một kế hoạch tài chính trong đó chính phủ liên bang có thể tài trợ cho khoản chi ban đầu," ông tiếp tục. "Sau đó, những người trả giá tại địa phương sẽ trả tiền cho việc vận hành và bảo trì khi công nghệ được đưa vào sử dụng. Dự đoán của tôi: Bang New York và California sẽ là nơi đầu tư."
