2019年9月,國內首套V2G充電樁完成國網V2G平臺聯調,并部署于北京人濟大廈站點通電運營,該產品采用英飛源核心技術及方案。截至2023年12月底,英飛源V2G充電產品出貨超3000套,部署在全國各地超1000個站點,市場占有率超80%,是當前業界唯一批量應用在國網、南網、及商業運營站點,且穩定商業運營的V2G產品。
北京人濟大廈V2G示范站
01、心有執念的人
“俠之大者,為國為民”,技術創業者們心中總有一股執念:依靠自己的技術創新做出好的產品,在造福社會的同時實現自我價值。“構造能源互聯網,促進人類突破能源邊界”便是英飛源人心中的執念。
能源互聯網,顧名思義就是電能像信息互聯網一樣可以自由流動。傳統的電能只能由發電側向用電側單向流動,發多少電就得用多少電,不然就會浪費。在各類分布式可再生能源發電替代傳統可控火電的今天,傳統的電能傳輸模式已經不能滿足可再生能源發電設備的接入需求。可再生能源發電的不穩定性使得其必須配套儲能設備,分布式發電、分布式用電、分布式儲能的模式使得電能的流動更加靈活。
能源互聯網的關鍵在于能量的存儲與自由轉換。能量存儲的載體就是儲能設備,而實現能量的自由流動就需要能量路由器。
電動汽車是電能存儲的最佳載體,當前我國乘用車保有量超3億輛,假如10年后電動汽車滲透率達到50%,也就是1.5億輛電動車,這1.5億輛電動車的電池容量為120億kWh,其存儲電量為我國全國日用電量的4倍,如果一個城市能組建一個聚合平臺,對其轄區內的電動汽車充放電進行統一調度,那其儲能潛力將遠超任何儲能設備。
電動汽車充電樁就是最佳的能量路由器,當然,充電樁首先得實現雙向充放電,也就是V2G功能。
英飛源開展V2G產品研發始于2016年,這一年英飛源推出了后來成為模塊業界標準的20kW充電模塊REG75050,同時展開研究的是同系列的V2G模塊BEG75025。BEG75025是業界最早批量成熟應用的V2G模塊,于2018年正式轉產,但同時也面臨著被雪藏的風險,因為V2G的概念實在是太超前,那時全中國電動汽車才一百多萬輛,實在是沒有車網互動的需求。
充電模塊REG75050與V2G模塊BEG75025
沒有市場需求那就先苦練技術吧,同年英飛源獨自承擔了深圳市技術攻關項目《低壓交直流復合電能路由器關鍵技術研發》,并將BEG75025升級為BEG75050,恒功率范圍更寬。
2019年,國網電動開始在全國多個省市部署V2G示范站,作為當時國內唯一一家擁有V2G模塊及系統設計能力的企業,英飛源順理成章的成為其核心技術及產品供應商,并深度參與到國網車網互動平臺的建設過程中。
國網V2G示范站
同年年底,英飛源V2G充電產品與國網V2G平臺聯調成功,成為全球首款聯網運營的V2G充電產品,此后半年時間內先后完成了與吉利、北汽、廣汽、蔚來、長城、威馬、上汽、比亞迪等當時國內主流品牌電動汽車的V2G充放電聯調,使得電動車主能夠通過自家電動汽車享受電價峰谷套利收益。
02、倚天劍出,誰與爭鋒
國網的肯定使得英飛源更加堅定了發展的方向,接下來便是不斷的技術更新與產品迭代。V2G充電產品的核心技術在于V2G模塊,BEG75050是當前應用最成熟的雙向電能變換模塊,該模塊開創性的采用全SiC設計,能量轉換效率高,較常規充電模塊效率高1.5%以上。同期英飛源還牽頭承擔廣東省重大專項《新能源汽車碳化硅器件及模塊的研發和產業化》,并推出了15kW-120kW全功率系列V2G充電系統產品。
全系列V2G充電系統產品
英飛源V2G模塊產品設計巧妙之處還在于其尺寸及接口與常規充電模塊保持一致,這樣就便于在當前主流的直流充電樁中配置部分V2G模塊,從而將常規充電樁擴展出V2G功能。
通過模塊替換將傳統充電樁升級為V2G樁
2020年,英飛源推出了針對慢速充電的7kW V2G/V2H直流充電樁。當前大功率快充的受眾群體主要是運營車輛,對于數量占絕對優勢的私家車主來說,則更加傾向于在小區或是辦公園區長時間慢速充電。私家車主一般每天行駛不超過2小時,剩下22小時都是閑置的,車主在夜間可以在小區V2G充滿電,白天在辦公園區則可以將電動車連接V2G充電樁,接受電網調度來實現給園區儲能,并獲得峰谷價差受益。
在這個應用場景中需要將電動汽車長時間接入電網,并接受電網調度,其中最核心的一環就是具有V2G功能的小功率直流樁,即能源路由器。
11kW獨立風道V2G模塊及7kW V2G/V2H充電樁
7kW V2G充電樁搭配V2H Box后還具有V2H(Vehicle to Home)功能,即利用動力電池來為家庭儲能。在電價低時將車輛充滿電,在電價高時車輛放電供給家用,節省家庭用電成本。這款V2G/V2H充電樁在歐美國家廣受歡迎。
針對家庭光儲充應用英飛源還推出了一款11kW獨立風道設計的V2G模塊,加入控制系統及外殼后即可非常簡單的集成出光儲充一體式V2G樁。
2021年英飛源推出了1000V輸出的V2G模塊BEG1K075,該模塊與同系列的30kW充電模塊REG1K0100A2尺寸接口兼容,可以非常方便的實現常規充電樁擴展V2G功能。
風冷22kW BEG1K075與液冷35kW LBG1K0120 V2G模塊
2022年英飛源推出了35kW液冷V2G模塊LBG1K0120,該模塊與同系列的40kW液冷充電模塊LRG1K0135尺寸接口兼容,可以實現全液冷的V2G超充產品,實現緊急情況下車輛的大功率對外放電。
2023年全國各地開始啟動超充之城建設,英飛源推出了集光伏、儲能、液冷超充、V2G功能于一體的綜合能源補給系統,該系統配置200kWh儲能電池,600A液冷超充終端及V2G充電終端,并可接入VPP虛擬電廠,接受電網的統一調度,當前已部署在全國一百多個站點。
光儲超充&V2G一體式綜合補能系統
03、鑄劍為犁,深耕車網
與不斷更新的產品迭代不同,V2G市場應用稍顯落后,其實也不難理解,V2G的大批量推廣面臨多個問題:車輛動力電池的壽命,以及在當前沒有成熟調度策略的情況下大批量電動汽車接入電網放電對電力系統穩定性的沖擊。所以當前所建的V2G充電站點均為電網公司在全國各地投建的各種示范驗證站點,為今后更大批量的電動汽車接入電網V2G充放電做好技術驗證。英飛源為國網及南網的車網互動站點提供核心技術及產品支持。
北京園區V2G充電站
電動大巴車V2G大功率放電
湖南某小區V2G目的地充電
杭州120kW V2G充電站
23年3月,南網發布了《車網互動規模化應用與發展白皮書》,系統提出破解車網互動規模化發展瓶頸的策略,推動能源消費者轉變為產銷者,為構建清潔低碳、安全高效的能源體系探索新的商業模式。
南網V2G示范站
深圳超充之城光儲超充&V2G站
對于電動車主來說,如果想體驗一把通過自己的愛車給電網放電來獲得峰谷價差收益的話也非常簡單,在國網的“e充電”及南網的“順易充”里面均有V2G充電接口,打開APP,搜索V2G功能,與電網企業簽訂協議后即可使用V2G功能。
國網e充電V2G操作界面
V2G收益提取
受限于商業模式,當前V2G的盈利模式還是非常單一,即電網運營商、電動車主與電力用戶簽訂協議后,電力用戶可以獲得相對便宜的V2G電量,而電動車主須在指定時間段內給電網放電來獲取峰谷價差收益。暫時還沒有真正實現大批量電動汽車通過V2G接入電網來接受電網調度,實現穩定電網的功能。
V2G商業模式
但如果從V2X(Vehicle to Everything)的角度來思考電動汽車作為一個大型移動充電寶的應用,那花樣可就多了,首當其沖的便是V2H(Vehicle to Home)應用。與家儲類似,在國內由于居民用電多沒有峰谷價差,且具備獨立接入條件的用戶很少,所以V2H在國內推廣較慢,不過也常聽說有小企業主利用自己的電動汽車來給工廠設備供電,從而實現峰谷套利的案例,我們姑且稱之為V2F(Vehicle to Factory)吧。
隨著新能源汽車下鄉,傳統的農村電網低壓配電臺區難以承受越來越多的大功率用電負載接入,V2G/V2H的充電模式則可以解決當前臺區配電存在的若干問題。首先是臺區末端電壓過低問題,臺區用電峰期時車主通過電動車放電可穩定家庭用電的電壓;其次是備電功能,在緊急停電的情況下,電動汽車80kWh的儲能V2H放電可供家庭用電一星期;再就是隨著農村分布式光伏越來越多,當光伏發電出力超過了配電網的消納能力時,就會導致臺區電網電壓過高,威脅電網穩定,而V2G則可利用車輛電池提升臺區分布式光伏發電的消納能力。
V2V(Vehicle to Vehicle)則是利用車輛自身動力電池存儲的電能給其它車輛充電,V2V多應用道路緊急救援,類似于當前保險公司或是4S店的送油服務。V2V服務需要V2V充電樁,V2V充電樁最好能放在后備箱且充電速度越快越好。英飛源160kW V2V充電樁可放置于車輛后備箱內,V2V充電時一把槍接入本車直流充電口,另一把槍接入待救援車輛充電口,10分鐘便可給被救援車輛增加180公里的續航里程。
V2V應急充電
V2L(Vehicle to Load)簡單點描述就是可以從電動車的充電口帶出一個排插,通過這個排插可以給各類電器供電。隨著當前露營經濟興起,便攜式儲能也成為一個熱點,但如果隨行的電動車能夠對外供交流電的話,那就無需額外的儲能設備了。當前有些車企將隨車的OBC充電器升級為具備放電功能的充放電器,但沒有交流充放電接口的車型或者需要更大功率的放電則需要額外配置V2L充電器。
露營經濟與V2L(圖片來源于網絡)
除了以上應用,電動汽車作為一個大的能量移動載體,還有著更多的應用模式尚待開發,我們把這些應用稱之為V2X(Vehicle to Everything)。如果說V2G是由電網主導,所有接入電網的電動車的充放電須由電網來統一調度,收益也由電網來分配,在當前電動汽車數量較少、VPP虛擬電廠技術仍在積累、車網互動商業模式還不夠完善的情況下,V2G的普及應用尚需時日。那V2X的應用則可以由車廠以及車主來共同推動,是一個更加開放且貼近實際生活的市場,有著更多的商業模式可以開發,更快的實現盈利。這也是V2G產品實現盈利及市場化發展的突破口。
04、車網互動,能源無界
電動汽車的普及速度遠超預期,大批量電動汽車充電給電網配電帶來了前所未有的巨大挑戰,傳統的有序充電只能通過充電功率與時間的優化配置來減緩大功率充電對電網的沖擊,最終解決批量電動汽車充電困境的方式只能是V2G充電。針對這個問題,國家各部委陸續頻繁頒布了多個鼓勵政策。
2020年10月,國務院辦公廳印發《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》,鼓勵加強新能源汽車與電網(V2G)能量互動,降低新能源汽車用電成本。
2021年5月,發改委、能源局發布《關于進一步提升充換電基礎設施服務保障能力的實施意見(征求意見稿)》,擬推動V2G協同創新與試點示范。
2023年5月,發改委、能源局發布《關于加快推進充電基礎設施建設 更好支持新能源汽車下鄉和鄉村振興的實施意見》,鼓勵開展電動汽車與電網雙向互動(V2G)等關鍵技術研究。
2023年6月,國務院辦公廳發布《國務院辦公廳關于進一步構建高質量充電基礎設施體系的指導意見》,提升車網雙向互動能力,完善政策,引導用戶廣泛參與有序充電和車網互動。
今年1月4日,國家發改委、能源局、工信部、市場監管總局四部門更是聯合印發了《關于加強新能源汽車與電網融合互動的實施意見》。
《實施意見》規劃了2個時間節點:
1. 到2025年,我國車網互動技術標準體系初步建成,新能源汽車作為移動式電化學儲能資源的潛力通過試點示范得到初步驗證。
2. 到2030年,我國車網互動技術標準體系基本建成,市場機制更加完善,車網互動實現規模化應用。
同時還明確了6項重點任務:
1. 加大動力電池關鍵技術攻關,提升動力電池循環壽命至3000次及以上。
2. 加快交互接口、通信協議、功率調節、預約充電和車輛喚醒等關鍵技術標準制修訂。
3. 建立居民生活用電差異化價格體系,實現居民充電峰谷分時電價全面應用。
4. 積極探索電動車與園區、樓宇建筑、家庭住宅等場景高效融合的雙向充放電應用模式。
5. 鼓勵充電運營商與電網企業合作,接受業主委托,開展居住區充電設施“統建統服”。
6. 支持電網企業結合新型電力負荷管理系統開展車網互動管理。
《實施意見》可以說是迄今為止目標最為明確,且具有實際可行性的方案。一種商業模式是否能夠推廣開來最關鍵是其是否具備經濟性,3000次以上的電池循環壽命使得車主不再擔心V2G導致車輛壽命減損,居民用電有足夠的峰谷價差使得車主V2G有利可圖,再加上電網企業、運營商的支持,車網互動的生態才能形成有效的閉環。
電動汽車替代傳統燃油汽車已成為不可逆轉之趨勢,預計2030年我國電動汽車保有量將超過1億量,同時車網互動的標準、市場機制的完善,車網互動規模化的應用在為大批量電動汽車充電提供保障的同時也實現了為電網儲能,提升電網穩定性。
英飛源作為車網互動核心技術及產品的提供者,執著于能源無界的追求。能源互聯網就像一束光,引領著英飛源不畏艱險,向前奔跑,而車網互動就是其中最亮的一縷光,照亮著英飛源車網互動之路。八年的潛心研究及技術積累,收獲的是全系列的V2G車網互動產品和各種場景的應用方案,在這份執念的指引下,英飛源將始終致力于電力電子電能變換核心技術及產品的研發,把握行業發展的方向,為行業的發展提供更好的產品及技術支撐。