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市場前線｜讓車載電池成為移動式儲能裝置：車輛到萬物(V2X)應用趨勢與挑戰

刊登日期：2020/12/01

摘要

車輛到萬物(V2X)技術有助於在實現低碳交通的同時，可活用電動車電池來協助平衡電網，並容納更多再生能源。V2X的概念，即是一種能使能量由電動車電池回送到電網或建築的技術。目前包含美國、英國、荷蘭、丹麥及日本等均積極展開示範計畫。V2X商機無限但距離商業化仍有一段距離，包含缺乏標準、符合V2X的硬體設備不多、市場制度與監管法規不明、消費者疑慮等問題尚待解決。本文首先說明V2X對電網的影響，再分析V2X應用情境與產業發展，最後，歸納V2X的發展挑戰。

Abstract

The vehicle-to-everything technology could help to balance demand and supply of renewable energy while moving towards low carbon mobility. The concept of V2X is a technology enables energy to be forwarded from electric vehicle batteries to the grid or building. Currently, several countries such as the United States, the United Kingdom, the Netherlands, Denmark and Japan are actively supporting pilot projects in this area. There are promising business opportunities in V2X, but there is commercialization gap from laboratory to market. Issues including the lack of standards, few compatible devices, ambiguous market and regulations, and consumer concerns have yet to be resolved. This paper firstly explains the impact of V2X on the power grid, then analyzes the V2X applications and its industrial trend, and finally summarizes the development challenges of the V2X.

前言
電網正在面臨變動性再生能源，以及電動車普及率快速上升的挑戰。導入車輛到萬物(Vehicle-to-everything, V2X)技術，可有助於舒緩大量電動車充電對電網的衝擊，以及調節再生能源輸出波動。依據IEA預估，在「巴黎氣候協定可持續發展情景」的假設條件下，2030年全球電動汽車存量將達2.45億輛(不含電動二輪/三輪車)，全球電動汽車用電需求相較於2019年將成長近26倍，達到900TWh，約相當於2016年法國與英國一年的總用電量合計，若不進行充電管理，預估中、美、歐等地區用電尖峰將增加4~10% [1]。顯見電動車普及將使用電需求大增，勢必對電網帶來新的衝擊與挑戰。
電動車對電網的影響，涵蓋了電力系統發電、輸電及配電三個層級。在發電層級，當發電容量不足時需投資設置發電資源，電廠投資增加可能影響到電力批發價格，從而使電價上升。在輸電層級，尖峰負載承受更大壓力，輸電調度需要更多的系統穩定服務，如頻率調節、增加備轉容量。而配電網將是第一個受到衝擊的電網環節，充電需求大量增加，可能導致饋線及變壓器容量過載，以及電壓下降；過載可能加速設備老化導致停電事件，因此需要進行饋線與變壓器擴充投資。
V2X對電網的影響
V2X概念最早在1990年代由特拉華大學教授Willett Kempton提出，2008在PJM市場首次測試，自2012年起開始有較多單位投入相關技術開發與示範，目前V2X的概念已逐漸興盛。下文首先說明V2X的定義與技術組成，再進一步分析導入V2X技術對帶來之效益。
1.V2X定義
最基礎的充電管理，是運用價格機制來避免EV用戶集中在同一時間充電，而為了更有效進行充電管理進一步發展出智慧充電技術(又可稱為V1G充電)，該技術允許在需要時(例如電價變化或電網過載)，以增加和減少充電功率的方式，來控制充電需求與充電時間。V2X則是智慧充電概念的擴張，透過V2X技術可協調、雙向控制使電動汽車電池之電能，流向住宅、建築或電網。V2X可根據不同的訊息（例如附近的能源生產或消耗情況），對汽車電池進行充電和放電控制，即是將EV中的電池視作儲能設備的概念。相較於智慧充電，V2X功能更加強大，可為電網貢獻更多彈性。
V2X即「車輛到萬物」是電動汽車雙向充電技術總稱，根據在何處使用來自電動車輛的能量，一般會使用不同的術語，包含車輛到電網(vehicle-to-grid, V2G)、車輛到住宅(vehicle-to-home, V2H) 、車輛到建築/公司(vehicle-to-building / business, V2B)等。
2.V2X技術組成
要實現V2X主要需要四大領域的技術：支援V2X的電動車、雙向充電設備、通訊系統與通訊協議，以及控制系統或V2X 用戶群代表(aggregator)管理平台，V2X系統架構示意如圖1所示。支援V2G的車輛，須具備雙向轉換器，以及可安全可靠地將EV電池中的能量輸出到充電設備的功能，目前只有極少數汽車品牌有推出此項功能。雙向充電設備是一種可以對EV充電（使功率從充電設備流向汽車），並釋放EV（使功率從汽車流向充電設備）的硬體設備。此外，為了進行雙向控制，汽車和充電設備必須使用統一語言，進行通訊才能發送和接收信號，因此汽車與充電設備間的充電介面及通訊標準，也需支援V2X功能。最後，需要有一套充電管理系統或V2X aggregator管理平台，來控制管理充放電行為，並且管理平台與充電設備間的通訊協議，也必須能支援V2X功能，以發送和接收執行V2X所需之指令與訊息。