來自美國卡耐基梅隆大學的一只科研團隊近日在應用能源雜志上發(fā)表了一篇專業(yè)論文，他們認為把插電式混合動力汽車（PHEV）整合到汽車到電網系統(tǒng)中，并實施可控制充電操作，根據(jù)不同的情況可以降低54%到73%不等的費用。更具體的說，可控制充電可以為用戶節(jié)省將近一半的充電費用。相比于那些傳統(tǒng)的供電方式，如果加入20%的綠色風能供電，費用可以相對減少大約5%到15%；而對于那些需要容量擴充的系統(tǒng)而言，節(jié)省電費甚至高達50%到60%。

作為美國發(fā)展最為迅速的一種電力資源，風能被寄予厚望成為可再生能源發(fā)電最重要的組成部分。為了有效地接納這部分供電量不夠穩(wěn)定的能源，電網需要利用額外添加的適應性部件，以便控制風力發(fā)電的波動。為了讓電力網高效利用風能，通常的做法是天然氣燃氣輪機發(fā)電廠根據(jù)風能資源量的變化，及時響應調整燃氣輪機電能輸出量，保證向電網中輸電總量的基本穩(wěn)定；最近的研究表明，通過燃氣輪機對風能波動進行調節(jié)的手段，好的方面可以減少溫室氣體的排放，但是會增加氮氧化物（NOx）的排放量以及降低風力發(fā)電總量。

包括插電式混合動力汽車和純電動汽車（BEV）在內的所有插電式電動汽車（PEV）增加了人們對用電總量的需求，導致發(fā)電企業(yè)要向大氣中排放更多的廢氣。但是反過來這些車型也是提高電網系統(tǒng)靈活性的一種有效工具，為了把可再生綠色能源添加到電網中，我們可以把插電式汽車用作電網儲能單元，電力網絡與車輛實現(xiàn)雙向連接（即電網可以為車輛充電，汽車也可以為電網提供多余電能），換句話說就是汽車到電網系統(tǒng)（V2G）。然而有關信息顯示，能源供應領域中汽車到電網系統(tǒng)以及相關輔助服務所占的市場份額非常之小，從中獲利的潛能還非常有限，參與系統(tǒng)車輛充放電的次數(shù)也會大幅度增加，很大程度上縮減電池組的壽命。

通過調節(jié)插電式電動汽車的充電率可以一定程度上控制電能需求量，由此衍生出一種可供選擇的解決方案——不是消除風力的波動，而是充電率隨著風能波動而實時變化。這種處理方式不僅不會增加電池組的充放電次數(shù)，還有可能幫助延長電池組的使用壽命，因為較低的平均充電率可以使得電池組產生更少的熱量。在美國大量高品質的風能往往是在夜間產生的，可控制充電有助于合理利用這部分能量；在午夜時分其他電力負載都非常低，如果煤電廠僅僅由于為電動車充電而再次開始運轉，不但造成成本的增加，還要排放大量不必要的廢氣，而智能充電系統(tǒng)就能夠很好地解決這一問題。換句話說，電力企業(yè)可以多建立一些風能儲能裝置，而適度減少熱電廠中燃氣輪機組的數(shù)量，在不必要的時候把多余的風能引入儲能裝置，以減少電網系統(tǒng)能量的波動，這種做法是性價比、效能最高的。

卡耐基梅隆大學的這只科研團隊在有風能和無風能供應兩種條件下，對可控制充電可能節(jié)省的成本費用進行評估，目的在于了解插電式電動汽車是否能幫助節(jié)約添加大量風電的電力系統(tǒng)發(fā)電成本，還是可控制充電只單單能夠消除車輛到電網系統(tǒng)對車輛造成的副作用。在這次研究過程中，科研人員把焦點集中在了插電式混合動力汽車上，該車型在測評時無需改變電流驅動模式。他們?yōu)榱舜_定可控制充電的優(yōu)越性，還同時對快捷充電（車輛接入電網馬上開始充電，而且電流始終保持最大值）、延時充電（車輛接入電網在下次使用前一定時間，開始以最大電流充電）和只使用燃油的無充電過程展開測試，并且涉及高/低等級風能水準、大量/少量車輛接入電網以及高/低初始發(fā)電容量等各種可能情形。

科研團隊基于紐約電力調度系統(tǒng)（NYISO）構建了一個混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，用于指導儲能擴充、發(fā)電廠調度和插電式混合動力汽車充電。另外他們采集每小時的風力發(fā)電量和負載耗電量數(shù)據(jù)，并假定這些數(shù)據(jù)是不存在預測誤差的準確信息，來確定合理的儲能擴充量和發(fā)電機組組合；然后把預測結果和15分鐘分析圖作比對，以便測評接下來一個小時供需電能的變化趨勢重要性。他們沒有評估整個發(fā)電廠的供電能力，取而代之重點對比了儲能充足的供電系統(tǒng)和那些需要提高容量的系統(tǒng)之間的區(qū)別。

在需要擴充電能總量的狀況下，可控制充電除了對運轉發(fā)電機組的數(shù)量有影響，還決定了哪種發(fā)電方式為最佳選擇以及需要繼續(xù)建造多少家發(fā)電廠。對于供應電量穩(wěn)定的情況，可控制充電保證電網在無需增加儲能量的條件下就能夠滿足新增車輛負載，因為系統(tǒng)已經事先儲備了15%的額外電能，來應對這種狀況的發(fā)生。就所有可能情形而言，延時充電在某些條件下可以與可控制充電相當，但大多數(shù)條件下節(jié)省的成本還是遠不及可控制充電。不考慮電能總量是否需要擴充的情形，如果向電網系統(tǒng)添加20%的風力電能，相比于無風能系統(tǒng)，可控制充電將進一步減少6%到13%的花費。在絕大多數(shù)情況下，當有10%或以上的插電式混合動力汽車采用可控制充電，這些車輛每年將各自節(jié)省100美金的充電開銷。

現(xiàn)在為電動汽車充電的費用已經要低于為傳統(tǒng)汽車加油的費用，不久之后智能化車輛到電網系統(tǒng)又能夠控制車輛充電的速率，二者之間的差距將被再次拉大。電動汽車有望每年節(jié)約70美金的能源費用，如果電力系統(tǒng)采用高效的發(fā)電設備和風能等再生能源，這一數(shù)字還會更高。

化石燃料發(fā)電廠在發(fā)電運轉過程中的花費較少，但是低成本往往會導致高廢氣排放，廢氣排放量的改變對人們身體健康和大氣環(huán)境帶來的影響是未來研究的一個方向?？蒲腥藛T還將展開更多的研究工作，以便更加細致全面地了解可控制充電的優(yōu)缺點。