В 2001 году инженеры AC Propulsion поставили эксперимент: попробовали заставить электромобиль отдавать электроэнергию обратно в сеть. Технологию назвали V2G (Vehicle-to-Grid), и она обещала решить одну из ключевых проблем энергетики — покрытие пиковых нагрузок без строительства новых электростанций. Эксперимент удался. А технология не взлетела. Разбираемся, почему так произошло и что изменилось за 25 лет.
Концепция V2G появилась еще в начале XX века
Одними из самых массовых на заре автомобилестроения были именно электромобили. Первые модели начали появляться на дорогах Германии, Франции и США ещё в 1880-х годах. А в 1897 году компании Electric Carriage & Wagon Company и Electric Vehicle Company начали коммерческое производство электромобилей в США.
К 1900 году в США было более 33 000 электромобилей — почти 40% всего автопарка. В Нью-Йорке каждый второй автомобиль был электрическим.
Однако электростанции того времени сталкивались с типичной проблемой: в пиковые часы не хватало мощности, а ночью, наоборот, возникал избыток дешёвой электроэнергии.
Сначала распределительные сети начали использовать стационарные свинцово-кислотные батареи большой ёмкости, которые выступали своеобразным буфером и выравнивали нагрузку в течение суток. Однако их обслуживание обходилось дорого.
Тогда у энергетиков возникла идея. Электричество сложно хранить, но можно использовать уже существующий парк машин. Они не расходуют заряд полностью — излишек энергии можно возвращать в сеть и платить за это владельцам по тарифу.
Такие компании, как Boston Edison и New York Edison, начали формировать собственные автопарки. Предпочтение отдавали грузовым моделям — из-за большей ёмкости батарей.
Однако после Первой мировой рынок изменился. Спрос на электромобили резко упал, поскольку бензин стал доступнее, а ДВС — совершеннее. Долгая зарядка и скромный запас хода в несколько десятков километров больше не устраивали автомобилистов. С исчезновением электрокаров технология V2G утратила актуальность.
Как концепция «электростанции на колесах» получила вторую жизнь из-за кризиса
К 1990-м требованиям к выбросам CO₂ ужесточились, а аккумуляторные технологии заметно продвинулись. Это вернуло интерес автопроизводителей к электромобилям.
В 1990 году General Motors представила концепт-кар Impact. Он работал на 32 свинцово-кислотных батареях (которые по задумке GM нужно было менять примерно каждые 32 тыс. км за 1,5 тыс. долларов), разгонялся до 100 км/ч за 8 секунд и проходил на одной зарядке до 200 км — на тот момент это выглядело впечатляюще и вызывало большой интерес.
В ближайшие годы ведущие производители представили электрические модели: Chrysler TEVan, Ford Ranger EV, Toyota RAV4 EV и другие.
Одновременно с ростом количества электромобилей в Калифорнии приняли решение частично дерегулировать рынок электроэнергии. До 40% установленной мощности теперь вырабатывали частные организации, продавая электроэнергию по рыночной стоимости в часы пиковых нагрузок.
С одной стороны, это решало потенциальную проблему нехватки электроэнергии. Но с другой, это привело к серьезному энергетическому кризису.
В 2000 году на штат обрушилась сильная засуха. Миллионы людей включили кондиционеры, и нагрузка на электросети возросла. При этом выработка ГЭС упала на 4 ГВт из-за маловодья.
Частные генерирующие компании быстро поняли, что ситуацию можно обернуть в свою пользу. Например, дошло до того, что Enron специально остановила свою электростанцию якобы на техобслуживание, чтобы еще больше взвинтить цены. В результате за полгода они выросли на 800%.
Правительство ограничило рост тарифов для потребителей, переложив затраты на коммунальные предприятия. Разрыв между оптовыми и розничными ценами разорил Pacific Gas & Electric: в апреле 2001 года компания объявила о банкротстве с долгом около 9 млрд долларов.
Веерные отключения затронули до 1,5 млн человек.
Суть технологии V2G — решение для всех участников рынка
У силовой установки в электромобиле два контура. По одному контуру зарядное устройство преобразует переменный ток в постоянный и заряжает батарею. По второму — всё наоборот: постоянный ток из батареи преобразуется в переменный и уходит в сеть. Похоже на работу домашних солнечных электростанций с двунаправленным счётчиком.
Всеми процессами управляет интеллектуальный блок, работающий по стандарту ISO. Он оценивает множество параметров. Например:
Текущий и настраиваемый минимальный уровень заряда батареи, который позволяет водителю совершать поездки без риска встать посреди дороги.
Потребность сети в дополнительной энергии в зависимости от периодов высокой нагрузки.
Скорость заряда/разряда в зависимости от режима и характеристик батареи.
Объём переданной энергии — на его основе сеть рассчитывает вознаграждение владельцу.
V2G давала выгоду каждому участнику рынка:
для коммунальных предприятий — более стабильная энергосистема и меньшая зависимость от частных генераторов;
для производителей электромобилей — дополнительный аргумент для роста продаж благодаря новой функции;
для владельцев электромобилей — возможность компенсировать затраты на зарядку;
для экологических организаций — потенциальное снижение углеродного следа за счёт роста спроса на электротранспорт.
В условиях калифорнийского кризиса V2G выглядела как реальное решение.
Как AC Propulsion доказала, что V2G работает
В 1997 году профессор Университета Делавэра Уиллет Кемптон начал публиковать в научных журналах серию статей о двунаправленной передаче энергии от электромобилей.
По его расчётам, если заменить весь парк легковых автомобилей в США на электрические, они смогут отдавать в сеть в 16 раз больше энергии, чем стационарные электростанции. Средний автомобиль используется всего 4% времени, поэтому даже при небольшом числе таких машин в парке передача энергии в сеть почти не отразится на владельце.
Публикациями Кемптона заинтересовалась AC Propulsion — производитель силовых установок для электромобилей. Компания, в частности, участвовала в разработке Impact для General Motors.
Идея двунаправленной передачи энергии показалась интересной, и в 1997 году они презентовали tZero — собранный вручную спортивный электрокар на базе силовой электроустановки AC-150. В tZero впервые применили концепцию «автомобиль-автомобиль» (V2V), когда одно транспортное средство может подзарядить другое от своей батареи.
Когда в 2000-м году в Калифорнии разразился кризис, инженер AC Propulsion Алек Брукс связался с Кемптоном, чтобы обсудить реализацию его идей. Они собрали команду и задумали эксперимент, чтобы показать рынку, что V2G работает.
В 2001 году вторая версия силовой установки AC-150 с функцией V2G была установлена на автомобиль Volkswagen Beetle. Интеллектуальное зарядное устройство на 20 кВт работало в соответствии с ISO-стандартом и управляло переключением между контурами заряда и передачи в сеть.
Эксперимент показал: технология работает, и ее можно внедрять в любые модели электромобилей. Однако не все пошло так, как задумывали в AC Propulsion.
Почему технология V2G не взлетела в 2001 году и как обстоят дела сейчас
Успешный эксперимент компании прошел почти незамеченным. На то было три причины.
Причина 1: экономическая. К осени 2001 года кризис сошёл на нет, цены нормализовались. Власти занялись расследованием манипуляций на рынке, коммунальные компании — ликвидацией последствий. Срочная потребность в новой технологии отпала.
Причина 2: техническая. Использовать существующие системы распределения энергии было невозможно, поскольку они были рассчитаны на работу с источниками большой мощности. Как вспоминает Брукс:
В одном из экспериментов с литий-ионной батареей, управляющий компьютер полностью разрядил ее за считаные минуты. Говорить о запасе энергии для движения электромобиля в этом случае не приходилось. Не говоря о том, что это сильно снижает срок службы аккумуляторов.
Требовалась масштабная переработка ПО и синхронизация на всех уровнях — вкладываться в это никто не захотел.
Причина 3: инфраструктурная. Чтобы технология оказывала какое-то значимое влияние на энергосистемы, нужно одновременное подключение десятков тысяч автомобилей.
В 2001 году такой возможности не было ни с точки зрения количества транспортных средств, ни с точки зрения количества транспортных средств, ни с точки зрения зарядной инфраструктуры (эта же проблема ограничивает применение электромобилей и сейчас).
В итоге технологию V2G отложили в долгий ящик, а AC Propulsion продолжила разрабатывать силовые установки для других производителей.
В 2010 году в Японии и США презентовали Nissan Leaf — электрический семейный хэтчбек, ставший хитом.
После аварии на АЭС Фукусима в 2011 году, в модель добавили дополнительную функцию — систему зарядки «автомобиль-дом» (V2H). Испытания показали, что батарея на 40 кВт·ч способна питать одно домохозяйство в течение двух дней.
Сейчас концепцию V2G активно тестируют в Tesla, а Китай — ведущий производитель электромобилей — запустил 30 пилотных проектов. Подробнее о применении системы «автомобиль–сеть» можно прочитать в этом материале.
Эксперимент AC Propulsion 2001 года показал, что концепция V2G работоспособна. Однако несовершенство решений того времени и резкий разворот рынка после энергетического кризиса не позволили ей стать массовой.
Сейчас количество электромобилей в мире превышает 56 миллионов, а нагрузка на сеть, в том числе из-за ИИ, растёт в среднем на 3,6% в год. На этом фоне возврат энергии в сеть снова выглядит как рабочий сценарий.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS