Att göra om vår transportinfrastruktur till en helt elektrisk modell är en brådskande uppgift. Ändå ställer det en oöverträffad efterfrågan på vårt elnät. Bara för att köra 100 miles använder det genomsnittliga elfordonet samma mängd el som krävs för att driva ett typiskt hem i USA under en dag.
Enligt en studie från det amerikanska energidepartementet (DOE) kan den växande efterfrågan från plug-in elfordon och många andra tekniker som kräver el öka belastningen på våra elnät med upp till 38 % fram till 2050. Kraftbolag och myndigheter byråer arbetar hårt för att möta denna efterfrågan, men det är en utmanande uppgift.
Men vad händer om elfordon kan vara en del av lösningen på detta problem? Det är precis tanken bakom fordon-till-nät-teknik, som är en viktig komponent i vår övergång till en helt elektrisk transportsektor.
Vehicle-to-grid, eller V2G, teknik är smart laddningsteknik som gör att bilbatterier kan ge tillbaka till elnätet. I grund och botten behandlar den dessa högkapacitetsbatterier som inte bara verktyg för att driva elbilar utan som backuplagringsceller för elnätet.
Denna typ av installation använder dubbelriktade laddstationer för att driva och dra energi till och från anslutna fordon baserat på efterfrågan på el vid varje given tidpunkt. Det är en del av ett större initiativ som kallas fordon-grid integration. Denna extra energi kan användas för att driva hus, byggnader och i slutändan allt som är anslutet till elnätet.
Även om grundkonceptet med V2G-laddning låter tillräckligt enkelt, kräver implementeringen en komplex uppsättning smart teknik. Laddstationer måste vara utrustade med mjukvara som kommunicerar med det centrala nätet för att vid varje given tidpunkt bedöma den totala systembehovet.
Den programvaran är baserad på enkel teknik som har funnits ett tag nu - tänk på kraftbolagen som har erbjudit lågtrafik i flera år. Men V2G-teknik går bortom att bara bedöma toppefterfrågan och uppmuntra konsumtion under lågtrafik till att faktiskt dra in ytterligare energi från anslutna fordon vid behov.
Pecan Street, en forskningsorganisation för transportelektrifiering och V2G som arbetar med kraftbolag för att implementera denna teknik, uppskattar att ett plug-in elfordon kan driva ett enskilt hem i två till fem timmar, eller fem hem i cirka en timme. Allt som krävs är V2G-teknik.
Det finns många fördelar med att implementera fordon-till-nät-teknik, men låt oss titta på de tre viktigaste.
Även om den ökade efterfrågan på el som genereras av elbilar är ett problem, ligger den verkliga utmaningen i hur efterfrågan ebbar och strömmar under dagen. Om de flesta elbilsförare är inkopplade under arbetstid – samtidigt som energibehovet för uppvärmning och kylning, affärsbehov med mera är som högst – kan systemet lätt bli överbelastat.
Som nämnts tidigare har en lösning på detta problem varit att kraftbolagen uppmuntrar kunder med lägre priser att använda ström under lågtrafik. Detta balanserar efterfrågan och minskar belastningen på systemet. Med V2G-teknik kan företag dock utöka sin kapacitet för att möta efterfrågan som är hög.
Detta utökade, dubbelriktade nät erbjuder en mer effektiv modell för kraftdistribution. Till exempel fann en studie att utan någon V2G-infrastruktur skulle införandet av 1 miljon elbilar i Guangzhou-regionen i Kina minska skillnaden mellan topp- och dallasttider med 43 %. Med V2G på plats skulle den minskningen öka till 50 %.
Förnybara energikällor som vind och sol spelar en avgörande roll i en hållbar ekonomi. Dessa källor är dock intermittenta och inkonsekventa. Ett effektivt elnät måste kunna fånga energi från dem när den är tillgänglig och lagra den för distribution när den behövs.
Medan befintliga system kan lagra förnybar energi när den kommer in, kan en ökning av energi - säg kraftiga vindar - innebära att systemets lagringskapacitet maxar ut, och därmed går miste om värdefull energi. Utökad lagring genom anslutna elbilsbatterier ger mer utrymme för att fånga denna värdefulla energi.
Alla ovanstående fördelar leder till en annan:kostnadsstabilitet. Mycket av prisvolatiliteten för verktyg beror på enkel tillgång och efterfrågan. Ju mer belastning det är på systemet, desto mer kan det driva upp kostnaderna. När energiförsörjningen bättre kan balansera och möta efterfrågan skapar det prisstabilitet.
Till exempel fann en fallstudie att en enda V2G-laddare potentiellt skulle kunna rädda företaget som installerade den upp till 1 900 USD årligen i elräkningar. Colorado Energy Office har uppskattat att med ett V2G-system skulle varje elbil skapa 600 USD under sin livstid i förmåner till skattebetalarna.
Trots dessa fördelar är det en lång väg kvar innan vi har en pålitlig dubbelriktad laddningsinfrastruktur för elbilar på plats. De flesta befintliga fordon och laddstationer är enkelriktade, så konvertering kommer att kräva betydande investeringar.
Det finns inte heller några konsekventa regler för integration av fordon och nät – varje stat har sin egen blandning av regler eller brist på sådana. Detta försvårar en rikstäckande utbyggnad av sådan teknik. Dessutom saknas tydliga incitament för hushålls- och företagskunder att konvertera till smartare laddningssystem.
För att effektivt övergå till ett verkligt integrerat fordonsnätsystem måste åtgärda dessa hinder vara en högsta prioritet.
Elfordon och laddstationer för elbilar genererar redan en betydande avkastning på investeringen för konsumenter, företag och ekonomin som helhet. Vehicle-to-grid-teknik tar denna investering och dess potentiella återbetalning till nästa nivå. Att implementera det är avgörande för att påskynda vår övergång till elfordon på global skala.
