Laddning från Vehicle to Grid (V2G) anses vara en av de nästa stora utvecklingarna i hur vi hanterar inte bara hur vi använder elbilar, utan hur vi använder energi i allmänhet. Det är ett effektivt tvåvägsgränssnitt mellan elnätet och en elbils batteri, och det är ett enormt steg mot smart energihantering som gör att vi kan använda mindre energi och samtidigt minska koldioxidutsläppen.
I grund och botten är det vad namnet antyder – ett sätt genom vilket ett elfordon kopplas till elnätet.
Traditionellt var strömflödet i en riktning, från centralt genererade källor och flödade in i batteriet i en inkopplad elbil. Liksom alla andra apparater eller prylar som kräver laddning, drar elbilar helt enkelt ström tills de är helt fyllda, varvid laddningshanteringen ombord stoppar intaget av ström automatiskt. Bilens batteri lagrar sedan energin den har dragit för att enbart användas för att driva den.
V2G möjliggör dubbelriktat kraftflöde. Elbilar kan både hämta ström från nätet för att ladda och ladda tillbaka den till nätet när det behövs. Det kan vara när det totala energibehovet från nätet är högt, eller när förnybara energikällor som sol eller vind inte genererar lika mycket energi som vanligt på grund av väderförhållandena.
För närvarande hanteras tillgången och efterfrågan på kraft till och från nätet i stor skala. Mängden ström som krävs matas in från kraftverk, vindkraftsparker, solenergi och så vidare, och det nationella elnätet kan "höja gasen" när energibehovet ökar, eller sänka det när det minskar. Dessa toppar och dalar är allmänt kända, men för närvarande görs hanteringen av dem med mycket breda, snarare än finurliga, begränsningsåtgärder som är mycket mindre effektiva än de skulle kunna vara. Detta har betydande kostnader i form av slöseri med energi och utsläpp.
Behovet av V2G-teknik är mångfaldigt. För det första, när antalet elbilar på vägarna ökar, kommer efterfrågan på nätet att öka. Studier har visat att nätet kan hålla jämna steg med efterfrågan, men det betyder inte att det kommer att vara effektivt i sin nuvarande form. Och faktum är att lika mycket som elbilar potentiellt skapar ett problem, kan de också vara centrala för att lösa det.
V2G-teknik innebär att lagrad energi i en inkopplad elbils batteri kan dras tillbaka till nätet när det behövs och fyllas på när nätet har mindre krav på sig. Att dra ström från en elbil kan krävas när gröngenereringen är låg eftersom det inte är en särskilt blåsig solig dag för vindkraftverk eller solpaneler att visa sig effektiva. Det kan också jämna ut kvällstoppen när folk kommer hem och kopplar in sina bilar och telefoner och sätter på vattenkokaren. Strömmen kan sedan sättas tillbaka till elbilar när efterfrågan är lägre – till exempel över natten.
V2G hjälper till att jämna ut toppar och dalar i efterfrågan och utbud utan att nätet behöver öka den centraliserade, kolintensiva genereringen. Det kommer också att utgöra ett centralt element i övergången till smarta nätteknik, där energihantering kan göras i mycket lokal skala för maximal effektivitet.
Med ett ord, ja. Men för att lägga till detaljer till det, trots att det testades så långt tillbaka som 2015 i Storbritannien, så sker det fortfarande bara i mycket begränsad skala.
Världens största V2G-provsajt är baserad i London runt TfL:s flotta av elbussar – den största sådana flottan någonstans i världen. Bus2Grid-projektet utnyttjar den kraft som lagras i batterierna i upp till 28 elbussar när de är inkopplade vid depån i norra delen av staden. De kan återföra mer än 1 megawatt till nätet om det behövs – vilket hjälper till att stabilisera det.
För närvarande är systemet jämförelsevis småskaligt och har finansierats av regeringen i samarbete med olika organ, inklusive Leeds University, UK Power Networks, TfL, bussoperatören Go-Ahead London och busstillverkaren, det kinesiska företaget BYD. SSE Enterprise, som hanterar hårdvarusidan av saker och ting, tror att om Londons hela bussflotta konverterades till elektrisk, skulle V2G-aspekten kunna balansera ström för upp till 150 000 hem.
Provprogram för individer att dra nytta av V2G-laddning pågår också runt om i Storbritannien. Orkney har drivit ett småskaligt testsystem sedan början av 2019. Kallat ReFLEX, det är baserat på mikroproduktion (10 procent av hemmen där genererar sin egen el) och använder elbilar som "kraftsumpar" för att balansera elnätet när det behövs.
Electric Nation – ett projekt av Western Power Distribution – har nyligen rekryterat 100 V2G-kapabla Nissan EV-ägare för att delta i ett V2G-test för att testa hur det kan fungera för individer. Till skillnad från många andra sådana försök deltar fem olika elleverantörer som borde ge en bättre dataspridning. Mike Potter, VD för CrowdCharge (en del av Electric Nation), sa:"Vehicle to grid-laddning är ett fantastiskt koncept, men det har ännu inte testats tillräckligt på Storbritanniens elnät för att det ska kunna rullas ut i ett land- bred bas – därav behovet av detta projekt. Detta försök kommer att studera verkliga effekter av V2G och se till att tillhandahålla en smart lösning för att hantera laddning av elfordon.”
På tal om Nissan, den har legat i framkant av V2G-utvecklingen (delvis eftersom dess elbilar är byggda med den CHAdeMO-laddningsteknik som krävs – mer nedan) och arbetat med energileverantörer som EDF i Europa och nu senast E.ON här i Storbritannien . I samarbete med E.ON har Nissan GB installerat 20 V2G-laddare vid sitt europeiska tekniska center i Cranfield. Man planerar också att lansera systemet mer brett.
Slutligen har Octopus Energy redan tagit steget före spelet genom att erbjuda ett komplett V2G-paket – Nissan LEAF och allt – till kunder här i Storbritannien. Octopus lanserades i augusti förra året och erbjöd kunderna en Wallbox V2G-laddare och en ny 40kWh Nissan LEAF för löjligt rimliga £299 per månad. Fynden var att kunderna skulle lämna sina bilar inkopplade mellan 18:00 och 05:00 minst 12 gånger per månad. Under den övernattningstiden kunde Ocotpus hämta energi från kundernas bilar, men i gengäld fick kunderna £30 cashback.
Även om tekniken för att stödja utbredd V2G redan finns, är den inte täckt av alla elbilar och alla energileverantörer. Den mest grundläggande begränsningen för den breda användningen av den är den typ av laddningsanslutning som elbilar har.
För närvarande är V2G-laddning endast möjlig med CHAdeMO-laddningsteknik. Dess utveckling är i grunden baserad på tvåvägs energiflödesförmåga och dess medlemmar arbetar efter definierade specifikationer, testkriterier och certifiering på både el- och laddarsidan. Den har också bakåtkompatibilitet så att nuvarande system kommer att vara kompatibla med all utveckling som görs i framtiden. Den senaste versionen av CHAdeMO-laddning kan fungera vid DC-hastigheter på upp till 500 kW, så den är definitivt redo för framtiden.
Här i Storbritannien är Nissan den enda tillverkaren som erbjuder CHAdeMO-laddning på sina elbilar.
Det kombinerade laddningssystemet (CCS), som är mycket mer allmänt använt, kan för närvarande inte dubbelriktad laddning. Det finns dock planer på att utveckla det så att fordon till hemmet (V2H) och sedan V2G-laddning kommer att stödjas 2025. Det finns ingen garanti – och det är i själva verket osannolikt – att nuvarande bilar som använder CCS kommer att vara V2G-aktiverade längre fram.
Som du kan se är CCS att bli dubbelriktad laddningskapacitet en stötesten för den utbredda utbyggnaden av ett effektivt V2G-nät både här och på andra marknader.
National Grid Electricity System Operator's Future Energy Scenarios-rapport, som släpptes i juli, räknar med att upp till 45 procent av hushållen i Storbritannien kommer att tillhandahålla V2G-tjänster år 2050. Detta kan ge upp till 38 GW energiflexibilitet från antagna 5,5 miljoner elbilar – även om detta är ett bästa scenario. I värsta fall skulle bara 10 procent av denna förmåga nås.
En annan faktor att tänka på är att utrullningen av V2G troligen kommer att gå långsamt till en början, med adoption av individer som ligger efter dem som byter från intern förbränning till EV. Rapporten antyder att denna fördröjning kan vara allt från fem till 15 år. Den initiala trögheten beror också huvudsakligen på den nödvändiga utvecklingen av CCS innan den stöder dubbelriktad laddning.
Marcus Stewart, Principal Advisor, National Grid ESO, kommenterar:"CCS-vägen är förstådd och vi ser inte för mycket V2G i den tidiga delen av scenarierna. År 2050 sträcker sig utnyttjandet från 5 till 45 procent över scenarierna, där 45 procent är "Leading the Way"-tidig leverans av Net Zero. De två andra Net Zero-kompatibla scenarierna antar 11 procent och 26 procent år 2050. Detta återspeglar osäkerheten kring användningen av V2G.”
På fordonstillverkarens sida är Nissan mycket ledande inom V2G, men andra utforskar det – även om den kommande Nissan Ariya kommer att vara enbart CCS och inte V2G-kapabel. BMW utvecklar sin dubbelriktade laddningsteknik och bör ha försök med start i början av 2021 och pågå i ett år. Företaget uppmanar andra intressenter – inklusive laddningshårdvara och hantering, kommunikationsgränssnitt och energileverantörer – att också dra på sig.
Audi meddelade nyligen att de också forskar om dubbelriktad laddning som en del av sitt mål att göra sin fordonsflotta koldioxidneutral till 2050. Audis forskning handlar dock mer om fordon till hemmet (V2H) än V2G och fokuserar på de människor som har utrustat sina hus med solpaneler (solcellssystem – eller PV – system). I det här fallet skulle bilen fungera som ett decentraliserat lagringsmedium för energi som PV-genererad energi skulle kunna matas in i när den fungerar som mest effektivt. När PV inte är lika effektiv kan energin dras från bilen för att kompensera underskottet. Ett förinställt laddningstillstånd skulle bibehållas i bilen för att säkerställa att den alltid är redo att köras vid behov.
Audi räknar med att dess nuvarande e-tron kan driva ett typiskt hem så länge som en vecka, och eftersom en separat växelriktare inte krävs är det en mycket kostnadseffektiv lösning.
Slutligen är Tesla lite av en V2G-gåta eftersom den har varit tveksam till att öppet anamma idén på grund av den potentiella försämringen av dess batterier och även den förhållandevis lilla storleken på dess fordonsflotta. Det har dock bekräftats att V2G-kapaciteten har byggts in i Model 3:s elektroniska arkitektur – upptäckt av en annan biltillverkare som utförde en rivning av en Model 3, snarare än officiellt bekräftad av Tesla själv. Det har rapporterats allmänt att växelriktaren i Model 3 är fullt kapabel att inte bara vända AC-ingången till DC, utan också mata tillbaka den från DC-batteriet till AC-sidan.
En begränsning för att Tesla blir ordentligt V2G-kompatibel är det faktum att den använder CCS2-anslutning som, som nämnts ovan, ännu inte är dubbelriktad. Vad vi vet om Tesla är att det regelbundet ligger före spelet, så med system som Powerwall, Autobidder och dess senaste ansökan om att bli en energileverantör här i Storbritannien, är det inte alltför svårt att tro att företaget är vi ser fem år före där vi är nu.
Vehicle to Grid-tekniken kommer definitivt att vara en stor del av hur vi hanterar energi i framtiden. Även om den redan är tillgänglig, innebär begränsningarna av att behöva ha rätt bil – d.v.s. en Nissan – och den nödvändiga hårdvaran att det bara är ett gångbart alternativ för en minoritet av elbilsägare. Tvivla inte på att den kommer att få dragkraft under de kommande fem åren, och så snart som CCS är dubbelriktad kommer tekniken att öka i popularitet.
Inom många olika områden av utvecklingen av elbilar och bredare lagstiftning som påverkar våra transportval ser 2025 ut att bli en sweet spot. Vår uppskattning är att efter en långsam dräktighet under de närmaste åren är det då som V2G kommer att bli mainstream.
