本文是《電動汽車～退役電池～電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的創(chuàng)新嘗試：寶馬聯(lián)手PG&E讓充電更聰明》一文的續(xù)篇。在該項(xiàng)目iChargeForward之前的一階段中（2015.07-2016.12），BMW聯(lián)合了與PG&E等能源公司合作開展了讓電動汽車、退役電池、電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的探索項(xiàng)目。能源公司會把每天的可再生能源產(chǎn)生情況進(jìn)行預(yù)測分析，與BMW共同制定出更為推薦充電的時段（并給予相應(yīng)的補(bǔ)貼激勵），并通過用戶車主手機(jī)中APP的推送等信息來與車主進(jìn)行互動鼓勵其參與，通過這種方法來使電動汽車的充電行為更好的與電網(wǎng)的（尤其是可再生能源的）發(fā)電、各種負(fù)荷進(jìn)行協(xié)同，以降低可再生能源發(fā)電丟棄率，提高環(huán)境效益，降低電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。

項(xiàng)目該階段共計(jì)邀請了200輛BMW汽車以及退役電池戶用儲能，產(chǎn)生了209次需求響應(yīng)事件，響應(yīng)了19500kWh的電量。

在接下來的第二階段（原始報(bào)告下載地址為：https://bmwmovement.org/wp-content/uploads/2020/07/BMW-ChargeForward-Report-R4-070620-ONLINE.pdf），BMW與PG&E等公司以及UC Berkeley 學(xué)校（提供研究經(jīng)費(fèi)）繼續(xù)進(jìn)行了該項(xiàng)目的研究，主要重點(diǎn)在于擴(kuò)大參與的汽車數(shù)量到400+,開始引入白天充電機(jī)制（以幫助消納白天產(chǎn)生的光伏能源)，研究了不同激勵機(jī)制的影響，從而更好的應(yīng)對加州因?yàn)楣夥l(fā)電量的不斷增加帶來的電力負(fù)荷“鴨子曲線的挑戰(zhàn)”,讓電動汽車盡量在對電網(wǎng)造成負(fù)擔(dān)較小以及可再生能源發(fā)電（綠電）更為充沛的時段進(jìn)行充電。在本文中，將對該Chargeforward項(xiàng)目的第二階段進(jìn)行介紹。

一張鴨子曲線的圖（圖中虛線）：白天雖然也是用電高峰，但是因?yàn)楣夥隽η€與用電高峰的重合，電網(wǎng)需要額外的發(fā)電/負(fù)荷其實(shí)不那么大，但是一到傍晚太陽下山光伏出力驟然減少但是電力負(fù)荷需求甚至還有增長，此時電網(wǎng)的壓力會（對應(yīng)虛線在6PM左右時的)陡增，體現(xiàn)在負(fù)荷曲線上就是白天的下凹鴨身后面出現(xiàn)了劇烈的抬頭--鴨脖子鴨頭出現(xiàn)

二階段的參加者情況

該圖給出了參加該項(xiàng)目車主的情況，可見其中：

· i3（純電動）占39%，i3（增程式）占44%，PHEV占17%；

· 幾乎所有人都有家用充電條件，有LEVEL 2的占了59% （小評論下：參與項(xiàng)目的加州人民似乎生活條件都不錯呢，個個能家中隨便充）

· 然后有屋頂光伏的居然占了52%?。ㄕ娴淖〈髣e野的可以鋪光伏的有錢人多吶）

另外，從本報(bào)告的內(nèi)容中可以得知，這些用戶中：

· 50%的人有工作地充電的條件

· 87%的人一周在家中至少要充一次電

· 61%的人每一天要花45分鐘以上來充電

· 80%的人用車主要是上下班通勤

所以不難看出：這些車主大多具有良好的充電條件和電動汽車使用需求，本身也都與新能源有著較多的互動（例如很高的屋頂光伏安裝率），可以說是進(jìn)行智能充電這樣未來場景研究的最好的參與者。

在本項(xiàng)目中的有序充電是如何協(xié)調(diào)的？

上面的示意圖，體現(xiàn)了公用事業(yè)（utility）、California ISO(美國加利福尼亞州的電力系統(tǒng)運(yùn)營商), BMW，以及車主（手機(jī)APP+電動汽車）是如何互動的。

天氣預(yù)報(bào)可以知道第二天的光伏出力情況，再結(jié)合用電、其它的發(fā)電信息等就可以初步推算出明天的電網(wǎng)的供需平衡情況，然后PG&E 和BMW會在前一天晚上5點(diǎn)前將信息推送到手機(jī)——明天什么時候可能太陽能發(fā)電供大于求，此時充電可以得到補(bǔ)貼激勵。與車主的互動是通過網(wǎng)站+手機(jī)APP+推送+互動來實(shí)現(xiàn)的。關(guān)于合同的簽定等方面的準(zhǔn)備工作,可以參考項(xiàng)目第一期的報(bào)告。

在這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：傳統(tǒng)的能源公司與用戶的互動常常是通過一個賬號（電表之類），而隨著物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)、業(yè)態(tài)的發(fā)展，與用戶本人直接互動就顯的非常重要，因此通過手機(jī)APP來直達(dá)用戶，以形成更好的協(xié)調(diào)也是能源領(lǐng)域中創(chuàng)新的主要方向之一，比如本項(xiàng)目的工作。

最大化可再生能源消納——要不咱多在白天充點(diǎn)電？還是補(bǔ)貼比較香

眾所周知，全球絕大部分有時段電價(jià)變化的地區(qū)都是白天電貴，晚上電便宜，加之工作場所充電有時設(shè)施不夠普及、停車費(fèi)用高昂等原因，實(shí)際上很多新能源汽車車主白天并沒有充電條件，大多只是晚上在家中充電，就連加州的這些車主同樣也是這樣的習(xí)慣，如上圖所示：深色的不在家中充電的比例明顯更多的集中在never/rarely的“基本從來不”區(qū)域。

然而如同“鴨子曲線”一圖表明：如果一個地區(qū)光伏滲透率高，其白天還真不見得電網(wǎng)其它發(fā)電需要出力比較多。恰恰相反：此時光伏出力太多，如果沒有更多的平滑/消納資源來幫助吸收反而會導(dǎo)致光伏發(fā)電的浪費(fèi)，因此通過一定的激勵機(jī)制來引導(dǎo)用戶白天參與充電，就是項(xiàng)目第二階段的一大研究內(nèi)容，如下圖所示，即盡量讓電動汽車的充電曲線與光伏的（白天的）出力曲線協(xié)調(diào)一致。

上圖就是地球周七天里，使用不同的激勵政策帶來的不同的影響效果對比：周五的雙倍補(bǔ)貼效果是最猛的，在這一天55%的充電量來自于可再生能源，使得白天充電增加了225%！相比之下周四推送的“高可再生能源提醒”消息就只有可憐巴巴的20%左右的增長。

其實(shí)劉博覺得不管人家咋說，只要參與了項(xiàng)目，為環(huán)境做了貢獻(xiàn)，那就是好樣的。而且通過這個項(xiàng)目，有了以下的發(fā)現(xiàn)：79%的人更好的理解了充電行為是怎樣影響碳排放的；67%的人明白了電動車充電是怎樣影響電網(wǎng)的；56%的人明白了：白天充電也會給自己帶來一些潛在的好處（補(bǔ)貼？環(huán)保？）

總之看來，環(huán)保意識固然重要，但是補(bǔ)貼用的真金白銀，它它它，它總是香啊。

其實(shí)PHEV減排效果并不差

從上圖可以看出：一半以上 (58%)的本項(xiàng)目中的PHEV用戶實(shí)現(xiàn)了100%的純電里程通勤。此外，31%的PHEV用戶表示他們至少一半的一周里程可以用純電來搞定。

從本圖可以看出有序充電實(shí)現(xiàn)的可再生能源消納效果：每年每輛車BEV可以多消納1381度電（每輛車平均27.2度電，合50個循環(huán)），PHEV則是553度電（平均8.5度電，合65個循環(huán)）。可以看出，PHEV的電池每年工作的循環(huán)數(shù)高于BEV，因此平均到每度電電池的工作量/可再生能源消納量（右圖）也高于BEV(124kWh>89kWh)

所以PHEV的節(jié)能減排效果也是很明顯的，但是前提是這個車主買了車后不要老拿它當(dāng)油車使，但是這個就取決于車主自己的環(huán)保意識以及配套的充電條件了。

亂彈：未來的方向以及對中國的啟示有啥？

看完這個研究，想必大家都會有所收獲，對于電動汽車與電網(wǎng)的互動有了更深的認(rèn)識。而對于該項(xiàng)目未來怎么走，以及對于國情不同的中國有什么參考價(jià)值呢？劉博在這里拋磚引玉，結(jié)合報(bào)告文章最終的總結(jié)與大家探討一下。

· 讓電動汽車-可再生能源系統(tǒng)更為有效的綠色化，離不開更好的新基建的支持

從本研究可以看出，美國加州人民參加項(xiàng)目的這些總體比較壕，又是大HOUSE可以充電又是獨(dú)立戶，光伏可以使用。雖然在中國尤其是大城市我們不見得要完全復(fù)制一樣的模式，但是這種完備的基建設(shè)備對于電動汽車行業(yè)的發(fā)展肯定是有好處的：更多的工作單位充電樁、家用樁條件的完善、更高的新能源滲透率、完備的通信輔助設(shè)施都有助于新能源汽車行業(yè)的更好發(fā)展，所以在今年這樣的背景下提出“新基建”概念真的是恰逢其時。

· 信息與能源的融合：車主與能源公司之間的信息交流互動非常有用

能源公司與車主的互動要直達(dá)電動汽車用戶：傳統(tǒng)的電力能源公司都是與電網(wǎng)/煤氣賬號來互動的，而在本項(xiàng)目中不難看出：能源機(jī)構(gòu)需要直接與電動汽車車主互動，才能使很多更創(chuàng)新的業(yè)態(tài)更高效的運(yùn)行。

車主側(cè)的Telematics/RTM信息數(shù)據(jù)非常重要：汽車信息通訊telematics/RTM的信息源對于汽車與能源網(wǎng)絡(luò)的互動非常重要。不只包括汽車電池目前的使用情況（SOH電量這種），甚至是用戶的用車習(xí)慣（從哪到哪，一般什么時候開，喜歡在哪充電，家里/單位有沒有充電樁）都會對項(xiàng)目開展有所幫助，因?yàn)樗梢匀笆降?holistic)反映車主的出行需求，基于此分析并與電網(wǎng)協(xié)調(diào)充電以盡量在最能減少碳排放的時段來進(jìn)行充電。

能源公司側(cè)的數(shù)據(jù)分享同樣關(guān)鍵：PG&E作為能源公司要愿意分享數(shù)據(jù)給大家：這樣BMW才能直接制定出優(yōu)化的推薦的充電行為告訴車主們可以這樣做（來讓他們獲得激勵），車主們才能明白為什么這樣做可以更環(huán)保并給自己獲得相應(yīng)的鼓勵，BMW的CHARGEFORWARD小組才能更好的分析信息，不斷優(yōu)化整個項(xiàng)目的設(shè)置，使之更為有效。

· 咋促進(jìn)白天&工作充電呢？

在目前的大多數(shù)地區(qū)，新能源汽車的充電常常是按充電/接入的總時間，而不是按充電量來收費(fèi)的（停車費(fèi)的收費(fèi)思路）。在本研究中，近半數(shù)的受訪者表示：不想工作時候充電，因?yàn)樘玊M貴了……所以智能充電的未來的一個重要方向&挑戰(zhàn)就在于如何讓更多的電動汽車轉(zhuǎn)向白天充電，并與（在未來發(fā)電份額幾乎一定會不斷增加）光伏做好互動?；A(chǔ)費(fèi)率降低，補(bǔ)貼激勵提高，改善工作地的充電條件都是可以努力的方向。

當(dāng)然這個也要結(jié)合每一個地區(qū)的實(shí)際情況來進(jìn)行，可能對于像光伏這樣可再生能源滲透率比較高的地區(qū)意義大點(diǎn)，而以傳統(tǒng)能源電力為主的地區(qū)，恐怕可能還是以夜間充電為主對環(huán)保的效果更優(yōu)。

· 電網(wǎng)需要的革新和調(diào)整：更為靈活的電力體制的參與，讓電動汽車來為電網(wǎng)減負(fù)

本系列研究表明：讓電動汽車的智能充電，實(shí)際上是可以為電網(wǎng)/在電網(wǎng)中為客戶帶來很多綜合效益的，比如CO2排放減少的鼓勵、延遲電網(wǎng)升級建設(shè)、價(jià)差套利、電網(wǎng)輸電擁堵緩解等。

但是要想實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，實(shí)際執(zhí)行起來可能并沒有那么容易：各國的電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式不同，電力市場的改革方向也不一樣，對于可靠性的要求、可再生能源的消納路徑也不同。當(dāng)然了，總體來說大方向應(yīng)該是往這個方向走，但是具體怎么執(zhí)行，中國怎樣學(xué)習(xí)這個研究中的精髓，并結(jié)合好中國的國情做好調(diào)整適應(yīng)創(chuàng)新，就是一個見仁見智的問題了。

· 想做汽車-電網(wǎng)能量的雙向交換V2G可以，但是得先把有序充電做好

其實(shí)本文就指出了這一點(diǎn)：想做雙向交換V2G,首先得把有序充電做好，就是先會走才能跑的意思。大家可以看看本文的研究：是不是只充電整個機(jī)制就并不容易需要協(xié)調(diào)了？要是還要雙向能量交換是不是會更麻煩？關(guān)于這一點(diǎn)劉博已經(jīng)在前作《為什么我看好電動汽車有序充電，不看好車電互聯(lián)（V2G）| 特約評論》中已經(jīng)評述過了。

· 增加電動汽車與能源網(wǎng)絡(luò)的互動，要讓參與更容易

畢竟車網(wǎng)互動涉及到了很多電網(wǎng)運(yùn)行、法律法規(guī)、權(quán)責(zé)義務(wù)的細(xì)節(jié)，擬出合同內(nèi)容，讓車主明白然后再加入其實(shí)要費(fèi)一些功夫?，F(xiàn)在社會的大多數(shù)人裝個APP，又有幾個人能仔細(xì)看他要獲取權(quán)限時的說明，注冊賬號時對權(quán)利義務(wù)的界定呢？人性使然。怎么能把這個參與條件項(xiàng)目說明弄的簡潔明快一看就懂也是一個跨學(xué)科行業(yè)的任務(wù)，值得更多的探索。

PS：如果要更進(jìn)一步做V2G雙向能量交換，肯定更麻煩。

· 制定更為合理的激勵政策

本研究的結(jié)論就是：激勵嘛，現(xiàn)金為王，二倍補(bǔ)貼真香。另外一個是：別老沖著電池容量大小補(bǔ)，看干了多少活補(bǔ)不行嗎？你看PHEV的減排效果也是很好的，每年工作的循環(huán)數(shù)非常多，純電里程/使用可再生能源的效率甚至高于BEV。

后記與致謝

感謝公眾號的一位粉絲留言告知我這一期項(xiàng)目并給我分享了報(bào)告的鏈接，在此表示非常感謝，但是不好意思我這忘了收藏你的信息，所以一下子對不上號了，如果方便麻煩您冒個泡再說一聲哈。

以及在這里也告訴大家，歡迎大家留言發(fā)表觀點(diǎn)，或者是發(fā)現(xiàn)了什么好的文獻(xiàn)、報(bào)告、項(xiàng)目覺得推薦給我分析討論的，劉博這里大力歡迎分享推薦~

圖｜網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)截圖

作者簡介：劉冠偉，博士畢業(yè)于清華大學(xué)材料系，從事動力電池研究開發(fā)工作多年，目前就職于某外資車企電芯開發(fā)部門。

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