2010年6月17日 星期四

電動車儲電 一魚能兩吃?!

 文/鄭榮和(台灣大學機械系 FORMOSUN先進研究動力中心指導教授)

 近連續收到好幾期《技術在線》的通訊(*1),幾個頭條標題圍繞在「充電設施標准化之爭:日美均瞄准中國市場」與「主導權之爭——掌握了充電基礎設施,即可用電力控制汽車與家電」等議題。報導提到,目前以美國和中國為首的各國,都在投入鉅額資金發展智慧型電網,除了開發電動車充電站與在住宅內進行充電管理時使用的智慧電錶等之外,特別討論V2H及V2G的構想。V2H是Vehicle to Home的縮寫,是指利用電動車的蓄電池來為住宅內供電的構想。V2G 則是Vehicle to Grid的縮寫,進一步拓展了V2H的思路,通過管理大量電動車的蓄電池,來營運電網。


電動車儲電 成備載電力
 V2H或V2G是近幾年來流行的一個概念與研究領域,主要的構想是在建構電動車的充電站時,如果未來也可以讓大量連接到充電座上的電動車放電到電網上,即可根據電網的供需情況,在放電與充電間自動切換。這就是美國歐巴馬總統就任後極力規劃籌建的智慧型電網的一部份。如此做的好處是傳統的電力公司不必再擁有非常龐大的備載容量,可以將電動車裡的電(儲存於蓄電池中)當作備載。

 電很難大量儲存,因此電力公司很難在電力需求低時,先發好電儲存起來,等到需求量大時放出來,因此需要建置備載容量以應付隨時變動的電力需求或臨時的故障事故。

 利用「大量的」電動車當作備載,除了可減少花大錢建置卻偶爾才會使用的發電裝置之外,對於未來逐漸普及的再生能源,如太陽能與風能,併聯至電網所造成的衝擊,也有正面的助益。不像火力或核能發電可以穩定輸出電力,由於再生能源看天吃飯,相當不穩定,因此,當風能或太陽能電池等的輸出急劇下降時,可通過充電座上的電動車向電網供電來減少停電等事故。

 聽起來蠻神奇的,一舉數得,不是嗎?

 我在很多年前接觸到這個概念時,也覺得是很有創意的想法,只是當時我更進一步地想成,如果是燃料電池車(用氫氣發電)那就更理想了。當電力很便宜或家中的風力機或太陽能板發出的電超過家用需求時,用電將水電解成氫氣與氧氣。儲存的氫氣可給燃料電池車使用,也可以讓家中的燃料電池發電,在電力需求量(也就是價格)高時,賣給電力公司。這是一些學者後來所談「氫能源社會」的模式。

 只是很快地,我就打消此念頭了。將水電解成氫氣然後儲存都需要大量的電力,最後再讓氫氣發電,層層的剝削,效率其差無比,實在不划算。使用蓄電池的電動車似乎好一點,因為只是充放電間的效率損失而已(充放電效率看電池而定,鋰電池相當高各約95%,一般車輛用的鉛酸電池低於80%)。不過,要做到上述的V2G或V2H還是有太多瓶頸。

基礎設施 須先普及
 首先,建設具智慧的充電基礎設施,需有足夠普及的電動車才有持續推動的動力。而電動車的普及,又需要充電基礎設施,這是個「雞生蛋,蛋生雞」的困境。另一個問題是,電動車蓄電池裡的電,對於駕駛而言是相當寶貴的資源,除非有足夠的誘因,否則有多少駕駛會願意將電動車裡相當珍貴的電,當作電力公司的備載?更不用說如此「充分」使用車子的蓄電池,將大幅縮短電池的壽命。我懷疑主事者是否已經考慮周全,才做出投資V2G電力基礎設施的決策。

 有些論者認為這是不可擋的趨勢,特別是在中國大陸,一個政策命令可以取代市場的力量。現在就開始進行大規模的基礎建設,更能加速電動車時代的來臨。我在四月底前往中國參觀北京車展,會場中幾乎每一家汽車公司,都在展示最新研發的燃料電池車、油電混合動力車、電動車或插電式油電混合車。中國在這方面的突飛猛進,橫衝直撞的發展,令人印象深刻。但是在前往車展展覽館的計程車上,計程車司機就明白告訴我,他不會購買電動車。如果規定汽油引擎車不能進城,那他就拒載要進城的顧客。

 我們常說,想知道該如何改善交通,去問計程車司機們。電動車需要具備哪些基本條件,或者其他延伸的問題,不也應該參考他們的經驗與智慧嗎?

關於鄭榮和

美國密西根大學博士,研究領域在有限元素法、金屬成型、超塑性成型、結構分析等,曾任職於美國奇異公司研發部門。回國後任教於台灣大學,並曾帶領台大太陽能車隊赴澳洲比賽,過程還拍成電影《夢想無限》。現任台灣大學機械工程學系固力組教授,兼任FORMOSUN 先進動力研究中心指導教授,持續研發綠色運具。

【參考資料】
(*1)《技術在線》是日經BP社開設的面向製造業、高技術產業技術人員與研究人員的中文綜合資訊網站,提供技術報導、評論以及專題等豐富多彩的專業內容。

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