車両とグリッド – HiSoUR 芸術文化美術歴史

車両 – グリッド（V2G）は、バッテリ電気自動車（BEV）、プラグインハイブリッド（PHEV）または水素燃料電池電気自動車（FCEV）などのプラグイン電気自動車が電力網と通信するシステムを記述している需要対応サービスをグリッドに返却するか、または課金レートを抑制することによって販売する。

車両 – グリッドはグリッド可能な車両、すなわちプラグイン電気自動車（BEVおよびPHEV）とグリッド容量で使用できます。 95％の自動車が駐車されているので、電気自動車のバッテリーを使用して、車から配電網に電気を流すことができます。これは、1台の自動車につき年間4,000ドルまでの電力会社への推定値を表します。

バッテリには有限の充電サイクル数と有効期限があるため、車両をグリッドストレージとして使用するとバッテリの寿命に影響を与える可能性があります。電池を1日に2回以上循環させる研究では、容量が大幅に減少し、寿命が大幅に短縮されています。しかし、電池容量は、電池の化学的性質、充電および放電速度、温度、充電状態および時代などの因子の複雑な関数である。より遅い排出速度を有するほとんどの研究では、数％の追加の分解しか見られない一方で、グリッド貯蔵に使用されなかった車両に対する寿命の向上が可能であるとの1つの研究がある。

グリッドへのサービスを提供するアグリゲーターによる車両の艦隊の充電の調整は、車両からグリッドへの実際の電気的な流れなしで、この記事で一般的に論じられている双方向V2Gとは異なり、単方向V2Gと呼ばれることがあります。 AC Propulsion社は、車両からグリッドへの用語V2Gを作り出しました。

V2Gには3つのバージョンがあります

– 電気の必要性が非常に高いときに発電機を使用して蓄えられた燃料からエネルギーを生成する燃焼車両（ハイブリッドまたは燃料のみで推進される）。
– バッテリまたはハイブリッドを搭載し、余分なエネルギーを最大限必要なときにネットワークに供給することのできる車両。これらの車両は、夜間に発電を吸収するのに役立ち、より安い料金で安い料金で充電できます。
– 超過エネルギーを使ってネットワークに提供するソーラービークル。このようなシステムは、1990年代から使用されてきており、ロケットなどの大型車両の場合には日常的に使用されています。

V2Gシステムは、車両の片方向伝送能力（一方向性）と車両の双方向伝送能力（双方向性）の2つのタイプに流れの方向に従って区別されます。

操作と詳細
アイデアはデラウェア大学のWillet Kemptonと彼のチームによってありました。調査によると、先進国の何百万台もの車のうち、総使用可能時間の約95％が移動できないため、対応する大容量アキュムレータがあり、充電ステーションを経由して送電網に戻ってきた場合、可能です。需要が乏しい場合に安価に課金され、高速ロード時のバッファとしてピーク負荷時にネットワークをサポートします。このようなコンセプトは、特に風力エネルギーに関して、電力出力の点で大きく変動する、さらなる拡張のための重要な基礎を提供する。 2009年9月21日、世界初の州であるデラウェア州は、電気自動車の所有者に時刻電気料金に基づいてフィードバックしたエネルギーに対する補償を提供する法案を可決しました。これは、必要な双方向電気メーターを備えた車両所有者が、バッテリーを好ましい夜間電流で充電することによって実質的に電力トレーダーとして働き、消費ピークに再び放電することを可能にする。また、ドイツの風力エネルギー協会（German Wind Energy Association）は、風力エネルギーを支援するためのV2Gの拡張を求めている。

車両からグリッドへのアプローチは、ほとんどの車両がほとんどの日に駐車されているという事実に基づいています。たとえば、ドイツのほとんどの自家用車は1日2時間未満で移動し、ほとんどの日をV2Gアプリケーションで利用できます。充電時間は通常、実際の使用寿命よりもはるかに短いので、バッテリの充電時間は、電力網内のそれぞれの要求に適合させることができ、したがって、電気自動車を負荷管理に使用する。車両の70％が20kWのバッテリサイズを有すると仮定すると、バッテリは50％充電され、100万台の電気自動車は7GWhの追加の記憶容量を提供することができる。すべての車両が3kWの通常の家庭用電源ソケットを介して単相でグリッドに接続されたとしても、2.1GWの制御電力が利用可能となる。しかし、ドイツの全車の90％が上記のように電気自動車に変換されれば、277GWhの電気エネルギーを蓄え、83GWのバランスエネルギーを供給することができ、それはドイツの全ピーク時よりも高い。しかし、2018年グリッドへの電力の返却は高価なので、負荷管理を主にフレキシブルな充電に限定し、例外的な場合にはグリッドに実際にエネルギーを戻すことが現在のところ適切です。

これらの考慮事項では、車両バッテリのほとんどがサイクルに依存する寿命を有することを忘れてはならない。 V2Gの概念を効果的かつ効率的に機能させるために、車両の所有者は、ネットワークオペレータに荷積みおよび荷降ろしプロセスを一元管理する必要があります。この場合、V2Gはバッテリの寿命を延ばすので、V2Gの動作はメーカーの保証条件に影響します。

技術的に言えば、「Vehicle to Grid」は、電気自動車の充電状況IEC 61851-1「モード4」 – 外部充電器による高速充電（充電ステーションの電気自動車のバッテリへの双方向DC直接アクセス）が必要です。

ソーラーシステムの住宅所有者が電気自動車の蓄電池を蓄電装置として使用する解決策は、すでにドイツで実施されています。また、日産はこのようなシステムでe8energy DIVAという名前で提供しています。

三菱i-MiEVは双方向充電を行い、自宅の蓄電池として車のバッテリーを供給します。 2018年にはプジョーもできるはずです。

荷重曲線の位置合わせ
V2Gシステムのコンセプトは、顧客が需要に応えること（発電プラントの負荷スケジューリング）、負荷が低いとき（夜間）に消費を増やし、発電所のピーク負荷をサポートすること（午前と午後）を可能にする。また、再生可能エネルギー源の不均一生産を円滑にするのに役立ちます。エネルギー生産が需要を上回ると、それは無駄になります。 V2Gシステムは、生産稼動時に発生するエネルギーをバッテリで節約することができます。

電気市場における新しいトレーダー
V2Gシステムは、双方向エネルギー取引に携わる車両所有者を、本質的に、ネットワーク事業者の固定エネルギーまたは競売エネルギーを購入することができるマイクロプロセッサにさせる。バッテリーの摩耗および他の個人的な好みのために、V2G車両所有者は、荷積みまたは荷下ろしのための独自のパラメータを設定することができる。現時点では、使用される電池の大部分は、連続充電および放電に対してあまり抵抗力がありません。しかし、バッテリ充電サイクルの数は、パラメータテーブルにおいてますます重要な役割を果たしています。したがって、現在、V2Gシステムの懸案事項の1つである充電サイクルの数が増加している電池が、将来的に期待できる。

アプリケーション

ピーク負荷レベリング
このコンセプトは、「谷の充填」（需要が低い夜間の充電）と「ピークシェービング」（需要が高い場合に電力を送電線に送り返す、ダック曲線を参照）によってV2G車両に電力を供給することを可能にします。ピーク負荷平準化は、電力会社が規制サービス（電圧と周波数の安定性を維持する）を提供し、回転準備金を提供する新しい方法を可能にします（電力需要の急増に対応）。将来の発展において、電気自動車のこのような使用は、風力発電のような再生可能な電力を蓄えることができると提案されている。例えば、風力発電期間中に生成された余分なエネルギーを蓄え、高負荷時に送電網に戻し、風力発電の断続。一部の人々は、ベースラインの電気市場に浸透できる再生可能エネルギーアプローチとしての車両間技術のこの適用を見ている。

ピーク需要や停電に対する保険契約を満たすために、公益事業会社が天然ガスや石炭火力発電所をそれほど建設する必要がないと提案されている。需要は単純な周波数測定によって局所的に測定することができるため、必要に応じて動的負荷平準化を行うことができます。「車」と「裁定裁定」の港湾であるCarbitrageは、車両がバッテリを放電する最低の電気代を指す場合があります。

バックアップ電源
現代の電気自動車は、一般的に、平均的な家庭の1日のエネルギー需要以上に電池を蓄えることができます。 PHEVのガス発生能力がなくても、そのような車両は数日間（例えば、照明、家電など）非常用電源として使用することができます。これは、車両間送信（V2H）の一例です。そのようなものは、風力や太陽光などの断続的な再生可能エネルギー資源の補完的技術と見なすことができる。 5.6kgまでの水素を含むタンクを備えた水素FCEVは、90kWh以上の電力を供給することができます。

効率
エネルギー変換は、熱力学の法則に起因する損失を有する。損失が小さいほどエネルギー変換効率が高いことを意味します。最新のバッテリ電気自動車は、90％以上の往復効率を達成できるリチウムイオン電池を使用しています。バッテリの効率は、充電率、充電状態、バッテリの状態、温度などの要因によって決まります。

しかし、大半の損失はバッテリ以外のシステムコンポーネントにあります。インバータなどのパワーエレクトロニクスは、一般的に全体の損失を支配します。調査によると、V2Gシステムの全体的な往復効率は53％から62％の範囲であることが判明しました。別の研究では、約70％の効率が報告されています。しかしながら、全体の効率はいくつかの要因に依存し、広範囲に変化し得る。

国別導入
アイダホ国立研究所（Dead Link）が2012年に実施した調査では、各国におけるV2Gの次の見積りと将来の計画が明らかになりました。この技術はまだ初期段階にあり、世界中の技術の採用を確実に予測することが難しいため、これは定量化が困難であることに注意することが重要です。以下の一覧は、網羅的なものではなく、世界中のこれらの分野における開発と進展の範囲についての考えを示すことを目的としています。

アメリカ
PJMインターコネクションは、米国郵便サービスのトラック、スクールバス、グリッド接続のために一晩使用されていないごみ箱を使用することを想定しています。これらの企業は、国家電力網のエネルギーの一部を蓄え、安定させるために、数百万ドルを生み出すことができます。米国では、2015年から2019年の間に100万台の電気自動車が道路に設置されると予測されています。グリッドとの統合が進まない場合、電気自動車を補うために160の新しい発電所を2020年までに建設する必要があります。

日本
再生可能な資源によって発生する日本のエネルギーの10％の2030年の目標を達成するために、既存のグリッドインフラのアップグレードには711億ドルの費用が必要となる。日本の充電インフラ市場は、2015年から2020年にかけて118.6百万ドルから12億ドルに増加すると予測されています。日産は2012年から、日本の家庭に電力を供給できるLEAF EVに対応するキットを市場に投入する予定です。現在、日本で試作されているプロトタイプがあります。日本の家庭では平均10〜12 KWh /日、LEAFでは24 KWhのバッテリー容量を持つため、このキットは最大2日間の電力供給を可能にします。追加市場での生産は、適応を適切に完了する日産の能力に従う。

デンマーク
現在、デンマークは風力発電の世界的リーダーです。当初、デンマークの目標は、すべての車両の10％をPEVに置き換えることです。エジソンプロジェクトは、グリッドへの悪影響を防止するためにV2Gを使用しながら、総電力の50％を収容するのに十分なタービンを構築することを可能にする新しい目標セットを実装している。 Edison Projectは風の予測不可能性のために、PEVをグリッドに接続してグリッドが処理できない追加の風力エネルギーを蓄えるように計画しています。その後、ピークエネルギー使用時間中、または風が穏やかなときに、これらのPEVに格納された電力がグリッドにフィードバックされます。 EVの受け入れを助けるために、ゼロエミッション車と伝統的な自動車の間に税率差を生み出す政策が施行された。デンマークのPEV市場価値は、2015年から2020年の間に50〜3億8,000万ドルに増加すると予測されています。PEVの発展の進展と再生可能エネルギー資源の利用に関する進歩により、デンマークはV2Gイノベーション（ZigBee 2010）

Edisonプロジェクトの後、RisøCampus（DTU）にある実験室環境でV2G技術のデモンストレーションに焦点を当てたNikolaプロジェクトが開始されました。 DTUはNuvveとNissanのパートナーです。 Nikolaプロジェクトは2016年に完成し、実際の環境でこの技術を実証するためにEVの艦隊を使用するParkerの基礎を築いています。このプロジェクトは、DTU、Insero、Nuveve、Nissan、Frederiksberg Forsyning（コペンハーゲンのデンマークDSO）と提携しています。この技術の実証に加えて、V2Gの他のOEMとの統合の道筋を明らかにし、アダプティブチャージ、過負荷保護、ピークシェービング、緊急バックアップ、周波数バランシングなどのV2Gのビジネスケースを計算することも目的としています。このプロジェクトは2016年8月に始まり、2年間実行されます。デンマークの他の注目すべきプロジェクトは、コペンハーゲンの北港にある車共有艦隊でV2Gを実証するSEEV4-City Interregプロジェクトと、EVを含まないがデンマークの電気に完全に統合する集約ソフトウェアを構築するECOGrid 2.0市場。

イギリス
英国のV2G市場は、積極的なスマートグリッドとPEVの展開により刺激を受けます。 2011年1月より、PEVを支援するプログラムと戦略が導入されました。英国は、EVの導入スピードを上げるための戦略を策定し始めている。これには、スマートグリッドメーターで使用するための汎用高速インターネットの提供が含まれます。これは、ほとんどのV2G対応PEVが大型グリッドと連携しないためです。「ロンドンの電送計画」は、2015年までに500のオンロード充電ステーションがあると述べています。駐車場のオフロード2,000局。個人所有の22,000局が設置されています。自社の敷地内に駐車することができない運転手のために、地方の変電所をアップグレードする必要があります。英国では2020年までにすべての居住用家庭にスマートメーターが提供され、およそ170万台のPEVが道路に設置されるはずです。英国の電気自動車市場価値は、2015年から2020年にかけて0.1~13億ドル（ZigBee 2010）に増加すると予測されています。

研究

エジソン
デンマークのエジソンプロジェクトは、「持続可能なエネルギーとオープンネットワークを利用した分散型統合市場における電気自動車」の略称で、デンマーク東部のボーンホルム島で部分的に資金を提供された研究プロジェクトでした。デンマークの最大エネルギー会社であるØrstedA / S（旧DONG Energy）、地域エネルギー会社Østkraft、デンマーク工科大学、デンマークエネルギー協会（Danish Energy Association）のハードウェアおよびソフトウェア開発者であるIBMのコンソーシアムであるIBMは、予測不能な電気自動車（EV）とアキュムレータを使用して、デンマークの多くの風力発電所が発電している現在の電気負荷は、現在全国の発電量の約20％を占めています。このプロジェクトの目的は、EVがグリッドとインテリジェントに通信できるようにするインフラストラクチャを開発して、充電がいつ行われ、最終的に放電が行われるかを判断することです。少なくとも1つのV2Gを再構築できるToyota Scionがこのプロジェクトで使用されます。このプロジェクトは、2020年までに風力発電を50％に拡大するというデンマークの野望の鍵を握っています。英国の新聞The Guardianの元によると、以前はこの規模で試みられたことはありませんでした。プロジェクトは2013年に完了しました。

南西研究所
2014年、Southwest Research Institute（SwRI）は、テキサス州電気信頼性評議会（ERCOT）によって認定された最初の車両間グリッドアグリゲーションシステムを開発しました。このシステムにより、送電トラック隊の所有者は、送電網の周波数管理を支援してお金を稼ぐことができます。電気系統の周波数が60ヘルツ以下に低下すると、システムは車両の充電を中断し、グリッド上の負荷を取り除き、周波数を通常のレベルまで上げることができます。自律的に動作するため、この種のシステムは初めてのものです。

このシステムはもともと、Burns and McDonnell Engineering Company、Inc.が率いるエネルギー信頼性とセキュリティ（SPIDERS）Phase IIプログラムのためのスマートパワーインフラストラクチャデモの一環として開発されました.SSPIDERSプログラムの目標は、物理的またはサイバーの混乱による電力損失、緊急電力の供給、およびグリッドの効率的な管理を可能にします。 2012年11月、SwRIは米国陸軍工兵隊から、コロラド州フォート・カーソンの緊急時電力源としての車両対グリッド技術の統合を実証するために700万ドルの契約を獲得しました。 SwRIの研究者は、2013年に軍のポストで5つのDC急速充電ステーションをテストしました。このシステムは、2013年8月に統合テストと合格テストに合格しました。

デルフト工科大学
Delft University of TechnologyのAd van Wijk教授、Vincent Oldenbroek博士、Carla Robledo博士は、2016年に水素FCEVによるV2G技術の研究を行った。水素と電気のみをエネルギーキャリアとして使用して、V2G FCEVによる実験作業と100％再生可能な統合エネルギーおよび輸送システムに関するテクノ経済シナリオ研究の両方が行われています。 Hyundai ix35 FCEVをHyundai R＆Dとともに改造し、道路アクセス許可を維持しながら最大10kWのDC電源を供給できるようにしました。彼らはFCEVのDC電力を三相交流電力に変換し、それをオランダの国家電力網に注入するV2G装置Accenda社と共に開発しました。 Future Energy Systems Groupは最近、周波数予約を提供できるかどうかにかかわらず、V2G FCEVのテストを実施しました。この試験の肯定的な結果に基づいて、修士論文が発表され、周波数予備を提供する発電所としての水素およびFCEVベースの駐車場の技術的および経済的実現可能性評価が検討された。

デラウェア大学
Willett Kempton博士、Suresh Advani博士、Ajay Prasad博士は現在、デンマークの米国大学の研究者であり、Dr. Kemptonがこのプロジェクトのリーダーとなっている現在、V2G技術の研究を行っています。 Kempton博士はテクノロジーとコンセプトに関する多くの記事を発表しています。その多くはV2Gプロジェクトページにあります。このグループは、グリッド上で使用されたときに技術自体とその性能を研究することに関与しています。技術的な研究に加えて、チームはデラウェア大学のAlfred Lerner College of Business and Economicのマーケティング教授であるMeryl Gardner博士と協力して、消費者と企業の両方の艦隊採用のマーケティング戦略を立案しました。 2006年のToyota Scion xB車は、2007年にテスト用に改良されました。

ローレンス・バークレー国立研究所
Lawrence Berkeley National Laboratoryでは、現在、Vehicle-to-Grid Simulator（V2G-Sim）のプロジェクトリーダーとしてSamveg Saxena博士が務めています。 V2G-Simは、電気グリッド上の個々のプラグイン電気自動車の空間的および時間的な運転および充電行動をモデル化するために使用されるシミュレーションプラットフォームツールです。そのモデルは、需要ピーク時の対応や充電頻度の調整のための充電時間や充電レートの調整など、V2Gサービスの課題と機会を調査するために使用されます。 V2G-Simは、再生可能エネルギー統合のためのプラグイン電気自動車の可能性を研究するためにも使用されています。 V2G-Simを使用した予備調査では、制御されたV2Gサービスがピークシェービングと谷充填サービスを提供し、日々の電気負荷のバランスをとってダック曲線を緩和することが示されています。対照的に、制御されていない車両の充電は、アヒルのカーブを悪化させることが示された。この調査では、容量が20％減っても、EVバッテリは依然として85％のドライバーのニーズに対応しています。

V2G-Simを使用しているLawrence Berkeley Labの別の研究イニシアチブでは、V2Gサービスはサイクリングロスやカレンダーエージングと比較して電気自動車にマイナーなバッテリー劣化の影響を与えることが示されました。この調査では、1日の走行計画が異なる3種類の電気自動車を、V2Gサービスの有無にかかわらず10年間の期間でモデル化しました。毎日のV2Gサービスを7PMから9PMに1.440kWの充電率で仮定すると、10年以上のV2Gによる電気自動車の容量損失は2.68％、2.66％、および2.62％であった。

日産とエネル
2016年5月、日産とエネルの電力会社は、同国初の英国での共同V2G試験プロジェクトを発表しました。試験は、日産リーフとe-NV200電気バンユーザーが使用する100個のV2G充電ユニットで構成されています。このプロジェクトでは、電気自動車の所有者は、貯蔵されたエネルギーを利益のために送電網に戻すことができると主張している。

米国の有名なV2Gプロジェクトはデラウェア大学にあり、Willett Kempton博士が率いるV2Gチームが進行中の研究を行っています。欧州での初期運用は、ドイツ政府が資金を提供したMeRegioMobilプロジェクトを介して、カールスルーエ工科大学の「KIT Smart Energy Home」プロジェクトで、Opelと提携して車載パートナーおよびユーティリティEnBWとしてグリッドの専門知識を提供しています。彼らの目標は、V2Gの環境的および経済的利益について一般の人々を教育し、製品市場を強化することです。その他の研究者には、パシフィック・ガス・アンド・エレクトリック・カンパニー、エクセル・エナジー、国立再生可能エネルギー研究所、英国、ワーウィック大学があります。

ワーウィック大学
WMGとJaguar Land Roverは大学のEnergy and Electrical Systemsグループと協力しました。 Dr. Kotub Uddinは、市販のEVのリチウムイオン電池を2年間にわたって分析しました。彼はバッテリーの劣化のモデルを作り、車からグリッドストレージのいくつかのパターンが、従来の充電方法よりも車両のバッテリの寿命を大幅に延ばし、通常の方法で駆動できることを発見しました。

懐疑主義
専門家には、V2Gの実行可能性についていくつかの懐疑的な意見があります。 2007年、環境防衛担当者は次のように述べています。「30マイル（48 km）の全電気範囲または深刻なV2Gアプリケーションを備えたプラグインハイブリッド用の約束を真剣に受け止めるのは難しいですが、まだ科学プロジェクト段階です。 ” 懐疑論の大部分は、バッテリーサイクリングのコストとV2Gの疑わしい経済学からもたらされます。

電池の使用量が多いほど早く交換する必要があります。交換費用は電気自動車の約1/3です。寿命の間、電池は、容量、サイクル寿命、および電極への化学的変化による安全性を低下させながら徐々に劣化する。容量損失/退色は、多数のサイクル後の初期容量のパーセンテージとして表される（例えば、1000サイクル後に30％の損失）。サイクリングロスは使用に起因し、最大充電状態と放電深度の両方に依存します。電池の消耗が経済的利益を上回るため、テスラ社のCTOであるJB StraubelはV2Gを値下げしています。彼はまた、バッテリーが有用な車の寿命の終わりに達したら、グリッドの再使用よりもリサイクルを好む。 2017年の調査では容量が減少しており、2012年のハイブリッドEVの調査ではわずかなメリットしか見られませんでした。

もう一つの一般的な批判は、プロセスの全体的な効率性に関連している。バッテリシステムを充電し、そのエネルギーをバッテリからグリッドに戻すことは、DC電力をACに逆転させることを必然的に伴い、不可避的に損失を招く。元の電源が化石ベースであれば、排出量の増加に加えて、潜在的なコスト削減にも考慮する必要があります。このエネルギー効率のサイクルは、地理、水資源、環境によって制限される大規模な揚水発電の70〜80％の効率と比較することができます。

乗り物
V2Gと互換性があるように設計された、または改造された電気自動車がいくつかあります。デルフト工科大学のHyundai ix35 FCEVは、10kWのDC V2G出力で修正されています。 V2G機能を備えた車両には、REV 300 ACX、Boulder Electric Vehicle 500シリーズと1000シリーズのトラック、ACPropulsion T-Zero、E-box、MINI-E、日産リーフ、日産e-NV200などがあります。 Mitsubishi Outlander PHEVには、日本でもVehicle To Homeシステムがあり、ヨーロッパでの展開が計画されています。