能源知識庫

重點摘述

一、電動車普及對電網之影響

全球電動車普及率正在快速上升中，依據IEA「全球電動車展望(Global EV Outlook 2019)」統計，2018年全球電動車存量達510萬輛，耗電量達58 TWh。預估在新能源政策下(New Policies Scenario)，2030年電動車存量將增加至1.3億台，耗電量達640 TWh，是2018年的11倍，相當於2016年法國與西班牙的總用電量合計。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，而配電網將是第一個受到衝擊的電網環節，隨著電動車充電增加，發電與輸電層級才會逐漸感受到壓力。三個層級的影響說明如下：

• 發電/電力批發市場層級：高電力需求或電力供應不足時，將導致電價上升。
• 輸電系統/電網營運商層級：尖峰負載承受更大壓力，需要更多的系統穩定服務，如頻率控制、增加備用容量。
• 配電層級：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。

為降低大量充電對電網之衝擊，目前國際間正在積極發展智慧充電(smart charging, V1G)，進行充電排程管理，將充電需求引入離峰時間，降低電動車普及對用電尖峰之影響。甚至進一步導入車輛到電網(Vehicle-to-grid, V2G)技術，將電動車視為移動式儲能，可回送電力至電網中，成為提升電網彈性的新幫手。

國際上已有許多研究顯示，電動車普及達一定程度後，若未實施充電管理，讓用戶自由的採行隨插隨充模式，將會大幅提高尖峰用電需求。但由於汽車有90％的時間都是處於停放狀態，電動車的負載大部分是可管理的，因此若能應用V1G或V2G技術，則能大幅降低尖峰負載增加的程度，如表1所示。

並且在再生能源占發電比重較高的地區，如國際再生能源總署（The International Renewable Energy Agency, IRENA）及McKenzie夏威夷州歐胡島的研究發現，當再生能源超過負載需求或饋線容量時，可將所生產的電力儲存到電動車的電池中，如此就不需採行出力限制措施，一方面可增加再生能源利用率，亦可維持電網穩定。

表1、導入V1G與V2G對電網之影響

資料來源：IRENA(2019)；工研院ISTI(2020/6)

此外，就經濟效益面的角度而言，在不實行智慧充電管理的情況下要滿足電動車用電需求所需投資的成本，可能將遠大於推動V1G與V2G所投入的成本。依據漢堡配電營運商Stromnetz Hamburg 2018年的一項研究發現，如果漢堡市的97％的車輛是電動車，則其15％饋線將出現壅塞情況。為解決此一情況，電網升級需花費2,000萬歐元；若能導入智慧充電功能，只需200萬歐元即可解決壅塞問題。

而勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory) 2018年的研究也顯示，在加州2025年擁有50萬純電動車及100萬插電式混合動力車的假設情境下，採用V1G機制可以提供1GW的儲能容量，相當於可節省14.5~17.5億美元投資於定置型儲能的成本，如圖1(左)。若部分導入V1G、部分導入V2G機制，則可提供相當於5GW的儲能容量，相當於128~154億的定置型儲能成本，如圖1(右)。

資料來源：Lawrence Berkeley National Laboratory(2018)

二、國際V2G發展概況

近年各國隨電動車推動政策的發展，車載電力與電網互動的重要性更加凸顯，再加上ICT與儲能技術的進步，使得V2G技術商業化的機會逐漸提高。許多國家積極投入V2G示範計畫，主要集中在歐洲、美國與日本等地，如圖所示。而最積極投入V2G技術開發與參與示範的車廠為Nissan、Mitsubishi、Honda、BMW與PSA等。

國際V2G示範重點，在技術部分包含雙向充電器開發與應用、充電標準應用、V2G Aggregator 軟體平台開發與應用，以及結合PV應用等。此外，近年也有許多計畫開始進行V2G商業應用示範，例如丹麥的Parker 與Denmark V2G 計畫，針對運用V2G技術集結電動車電力提供頻率調節使用之應用情境進行示範。2018年英國政府由Innovate UK 基金中提撥3,000萬英鎊，鼓勵業者展開V2G示範應用，主要目的為試行與評估V2G的潛在商業模式，以及開發適用該商業模式的技術，共通過25個V2G示範提案。

而2018年日本經產省將「V2G Aggregator」納入「虛擬電廠築構實證事業」示範項目，針對V2G作為虛擬電廠資源的可行性進行驗證，共有九州電力、東京電力、豐田通商、東北電力均展開示範計畫。示範重點包含：V2G可提供的價值驗證與商業模式驗證、檢討V2G作為輔助服務資源的評價方法、開發V2G所需之設備功能與系統、建立V2G充放電站認證制度、制定發送與接受命令之通訊標準，以及驗證V2G控制下電池劣化效果等。表2列舉出近年國際V2G示範案例。

表2、 國際V2G示範案例

資料來源：工研院ISTI整理(2020/1)

要普及V2G應用仍有諸多挑戰待克服，目前實際商業化案例仍相當少。需克服的挑戰包含：(1)技術與標準尚未成熟，如充放電技術成熟度、電池衰減問題，設備及通訊界面標準等；(2)交易規則與監管法規未定；(3)商業模式不明確；(4)如何提高電動車擁有者參與V2G機制之意願等。