όχημα-προς-οτιδήποτε (V2X); Η απάντηση είναι στα ενθαρρυντικά αποτελέσματα από την πρώτη και μεγαλύτερη ανάπτυξη της τεχνολογίας V2G στον κόσμο, με πρωτοπόρο την τεχνολογική εταιρεία Kaluza με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο, η οποία αναπτύσσει τεχνολογία πλατφόρμας για την επιτάχυνση μιας βιώσιμης, οικονομικά προσιτής και ανθεκτικής ενεργειακής μετάβασης.
Στα περισσότερα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να αλλάξει πολύ γρήγορα. Για να αντιμετωπίσει αυτές τις αλλαγές, το σύστημα πρέπει να ανταποκρίνεται γρήγορα και να διασφαλίζει ότι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται αντιστοιχεί στην ποσότητα που χρησιμοποιείται. Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς σε πραγματικό χρόνο για την τάση, τη συχνότητα και τη ροή ισχύος. Το σύστημα πρέπει επίσης να είναι σε θέση να προσαρμόζει πτυχές όπως η ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας και ο τρόπος διαμόρφωσης των μετασχηματιστών σε πραγματικό χρόνο για να διατηρείται η σταθερότητα. Καθώς χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια, υπάρχει ακόμη μεγαλύτερη ανάγκη τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας να είναι ευέλικτα και προσαρμόσιμα ώστε να εξισορροπούν την προσφορά με τη ζήτηση.
Η ανάγκη για ευελιξία στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας
Η μέτρηση της απαίτησης για ευελιξία και η παροχή βάσει αυτών των δεδομένων είναι ένα πολύπλοκο εγχείρημα και μπορεί να περιλαμβάνει ένα φάσμα υπηρεσιών από κλάσματα του δευτερολέπτου έως εποχιακές χρονικές κλίμακες. Παρ' όλα αυτά, οι προοπτικές μας για την ενεργειακή μετάβαση παρέχουν μια πειστική απόδειξη της αυξανόμενης ζήτησης για ευελιξία, καθώς έχουμε υπολογίσει την ωριαία διακύμανση της ζήτησης και της προσφοράς ηλεκτρικής ενέργειας από τον ετήσιο μέσο όρο για όλα τα περιφερειακά συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας που μοντελοποιούμε παγκοσμίως κατά τη διάρκεια της περιόδου πρόβλεψής μας.
Αυτό απεικονίζεται στο Σχήμα 1 για το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου (DNV, 2022a, 2022b).
Σχήμα1 Πηγές ετήσιας μεταβλητότητας και πάροχοι ευελιξίας στο βρετανικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας
Ιστορικά, η πηγή της μεταβλητότητας στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας ήταν οι μεταβολές στη ζήτηση, καθώς η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας μεταβάλλεται σε ημερήσια και μηνιαία βάση. Το 2010, για παράδειγμα, η μεταβλητότητα αυτή ανερχόταν κατά μέσο όρο σε 13% ή περίπου 5,5 GW με βάση τη μέση ετήσια ζήτηση των 42 GW. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας στηρίχθηκε στις τεχνολογίες παραγωγής με δυνατότητα κατανομής, όπως οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα και φυσικού αερίου, οι οποίοι μπορούσαν εύκολα να προσαρμοστούν στις μεταβολές της ζήτησης.
Το μέλλον της ενεργειακής ευελιξίας
Σύμφωνα με τις προβλέψεις, η ηλιακή ενέργεια θα αντιπροσωπεύει το 10% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο Ηνωμένο Βασίλειο έως το 2050, ενώ η χερσαία και η υπεράκτια αιολική ενέργεια θα παρέχουν μαζί τα δύο τρίτα της συνολικής παραγωγής. Ωστόσο, η διαλείπουσα φύση αυτών των ανανεώσιμων πηγών θα έχει ως αποτέλεσμα σχεδόν διπλάσια ετήσια μεταβλητότητα στην υπολειμματική ζήτηση (τη διαφορά μεταξύ της συνολικής ζήτησης και της ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται από αιολικές και ηλιακές πηγές) σε σύγκριση με σήμερα.
Η αυξανόμενη μεταβλητότητα της προσφοράς ηλεκτρικής ενέργειας είναι έτοιμη να προκαλέσει διακυμάνσεις στις τιμές χονδρικής, που κυμαίνονται από μηδενικές ή ακόμη και αρνητικές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια περιόδων που θα υπάρχει άφθονη ηλιακή και αιολική ενέργεια, έως ώρες έλλειψης προσφοράς όταν οι δαπανηρές γεννήτριες που θα λειτουργούν με φυσικό αέριο θα υπαγορεύουν τις τιμές. Αυτή η νέα πραγματικότητα, σε συνδυασμό με το μειούμενο κόστος της αποθήκευσης, δημιουργεί ένα άνοιγμα για την αποθήκευση ενέργειας ώστε να προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία μέσω επικουρικών υπηρεσιών ή τιμών. Ωστόσο, οι πάροχοι αποθήκευσης πρέπει να προετοιμαστούν για σκληρό ανταγωνισμό από εναλλακτικές λύσεις που διεκδικούν ένα κομμάτι της αγοράς ευελιξίας.
Η μάχη για την ευελιξία
Παρά το μειούμενο μερίδιό της στη συνολική ετήσια παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, η διανεμητέα παραγωγή θα παραμείνει βασικό στοιχείο για τη διασφάλιση της ευελιξίας. Επιπλέον, οι διασυνδέσεις με τα γειτονικά κράτη θα γίνονται όλο και πιο κρίσιμες. Στην περίπτωση του Ηνωμένου Βασιλείου αυτό περιλαμβάνει τη Γαλλία, τις Κάτω Χώρες, την Ιρλανδία, τη Νορβηγία και ενδεχομένως ακόμη και με το Μαρόκο. Η παραγωγή υδρογόνου με τη χρήση φθηνής ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα άλλο μέσο ενίσχυσης της ευελιξίας, με το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου να προορίζεται για τις δύσκολα ηλεκτροδοτούμενες πτυχές της μεταποίησης ή να χρησιμοποιείται ως ηλεκτρονικό καύσιμο στον αεροπορικό και ναυτιλιακό τομέα. Λόγω των ενεργειακών απωλειών που συνδέονται με την παραγωγή θερμικής ενέργειας, μόνο ένα μικρό ποσοστό αυτού του πολύτιμου πράσινου υδρογόνου θα μετατραπεί ξανά σε ηλεκτρική ενέργεια.
Είσοδος στο στόλο των EV
Μια ολοένα και πιο βιώσιμη επιλογή για την ενίσχυση της ευελιξίας στον τομέα της ενέργειας είναι η αξιοποίηση της χωρητικότητας των μπαταριών των ηλεκτρικών οχημάτων (EV) ως μέσο αποθήκευσης. Με τη μετάβαση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας από ένα συμβατικό, μονόδρομο μοντέλο παροχής ενέργειας σε ένα πιο αποκεντρωμένο, όπου οι καταναλωτές συμβάλλουν ενεργά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η σημασία των ευέλικτων λύσεων σε επίπεδο καταναλωτών, όπως οι μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων, είναι κρίσιμη. Παρέχουν συνδεδεμένη στο δίκτυο αποθήκευση για συνολική ευελιξία και, όπως αναλύουμε παρακάτω, δυνητικά πολύ περισσότερο...
Σχήμα2 Επίπεδα εφαρμογών οχήματος σε Χ (προσαρμοσμένο από Cox (2019))
Οφέλη
Ένα σημαντικό όφελος της τεχνολογίας V2X είναι η δυνατότητα σταθεροποίησης του δικτύου με την παροχή πρόσθετης ευελιξίας και υπηρεσιών εξισορρόπησης για την καλύτερη διαχείριση των περιόδων αιχμής της ζήτησης και τη μείωση της ανάγκης για δαπανηρές και ρυπογόνες μονάδες αιχμής και, συνεπώς, τη δυνατότητα ενσωμάτωσης περισσότερων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Ravi and Aziz, 2022). Για τους τελικούς χρήστες, η τεχνολογία V2G μπορεί να προσφέρει μια πρόσθετη ροή εσόδων. Οι ιδιοκτήτες EV μπορούν να πωλούν την αποθηκευμένη ενέργεια στην μπαταρία του οχήματός τους πίσω στο δίκτυο κατά τις περιόδους αιχμής της ζήτησης, κερδίζοντας πιστώσεις ή πληρωμές σε μετρητά. Αυτό μπορεί να συμβάλει στην αντιστάθμιση του κόστους κατοχής ενός EV και να καταστήσει πιο προσιτή την υιοθέτηση αυτής της τεχνολογίας καθαρής ενέργειας από περισσότερους ανθρώπους.
Εμπόδια
Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια για την ευρύτερη ενσωμάτωση του V2X είναι η έλλειψη διαλειτουργικότητας και τυποποίησης μεταξύ διαφορετικών συστημάτων και τεχνολογιών. Προς το παρόν δεν υπάρχουν καθολικά πρότυπα για τα πρωτόκολλα επικοινωνίας V2X, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επικοινωνία και την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ διαφορετικών συστημάτων. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα συμβατότητας και αυξημένο κόστος υλοποίησης, καθώς τα διάφορα συστήματα μπορεί να απαιτούν διαφορετικό υλικό και λογισμικό.
Ένα άλλο εμπόδιο για την υιοθέτηση του V2X είναι η περιορισμένη διαθεσιμότητα υποδομών φόρτισης και χωρητικότητας δικτύου. Οι τεχνολογίες V2X βασίζονται σε ένα αξιόπιστο και προσβάσιμο δίκτυο φόρτισης και σε επαρκή χωρητικότητα δικτύου για τη διαχείριση της αμφίδρομης ροής ηλεκτρικής ενέργειας.
Επιπλέον, το κόστος εφαρμογής των τεχνολογιών V2X μπορεί να αποτελέσει σημαντικό εμπόδιο. Ενώ το V2X έχει τη δυνατότητα να προσφέρει οφέλη τόσο στο δίκτυο όσο και στους τελικούς χρήστες, το αρχικό κόστος εγκατάστασης υλικού και λογισμικού, καθώς και η συνεχής συντήρηση και παρακολούθηση, μπορεί να είναι απαγορευτικά ακριβό για πολλούς.
Τέλος, η ψηφιακή καθοδήγηση της τεχνικής ολοκλήρωσης πρέπει να είναι διαισθητική και προσιτή, για παράδειγμα το UX για ηλικιωμένους ιδιοκτήτες σπιτιού ή εργαζόμενους αργά τη νύχτα που μπορεί να χρειάζονται μια φορτισμένη μπαταρία για να μετακινηθούν σε μια βάρδια.
Outlook
Η μελλοντική εφαρμογή του Vehicle-to-everything στην ενεργειακή μετάβαση είναι πολλά υποσχόμενη λόγω της δυνατότητάς του να παρέχει ευέλικτες και βιώσιμες ενεργειακές λύσεις. Ωστόσο, η ανάπτυξη και η εφαρμογή του V2X είναι επί του παρόντος περιφερειακή και εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα υποδομών φόρτισης, την ικανότητα του δικτύου και τις υποστηρικτικές πολιτικές.
Θα παράσχουμε πιο εμπεριστατωμένη ανάλυση και πληροφορίες σχετικά με το θέμα του V2G και την ανάπτυξη του τομέα των μεταφορών στην παγκόσμια ενεργειακή μετάβαση στην επερχόμενη έκθεσή μας Transport in Transition Report, η οποία θα κυκλοφορήσει στις 4 Μαΐου 2023.
Μια λεπτομερής ματιά στο πρώτο και μεγαλύτερο εγχώριο πρόγραμμα V2G στον κόσμο
Για να συνδέσουμε τα ευρήματά μας που βασίζονται στο μοντέλο και τις γνώσεις μας με εφαρμογές του πραγματικού κόσμου, η εταιρεία λογισμικού Kaluza παρουσιάζει ευρήματα από το πρώτο και μεγαλύτερο εγχώριο πρόγραμμα V2G στον κόσμο που ξεκίνησε από την OVO, έναν από τους μεγαλύτερους παρόχους ενεργειακών υπηρεσιών (ESPs) του Ηνωμένου Βασιλείου, μαζί με τον μεγάλο ΚΑΕ αυτοκινήτων Nissan και την Kaluza, τον πάροχο λογισμικού.
Κατά τη διάρκεια αυτού του έργου διάρκειας 36 μηνών, η Kaluza διαχειρίστηκε έξυπνα τη φόρτιση των EVs αναλύοντας σε πραγματικό χρόνο τα σήματα της αγοράς (όπως η παροχή του δικτύου, ο καιρός και τα δεδομένα τιμολόγησης) και φορτίζοντας τα αυτοκίνητα όταν οι τιμές και τα επίπεδα άνθρακα είναι χαμηλά. Με την ενσωμάτωση με τα σημεία φόρτισης V2G, το Kaluza έλεγχε πότε τα αυτοκίνητα αποθήκευαν ενέργεια και την εξήγαγαν πίσω στο δίκτυο σε απάντηση σε αιχμές της ζήτησης. Οι πελάτες μπορούσαν να χρησιμοποιούν τη διαισθητική εφαρμογή της Kaluza για να λένε στην πλατφόρμα πότε θα ήθελαν τα αυτοκίνητά τους να είναι έτοιμα να περάσουν και στη συνέχεια η Kaluza βελτιστοποιούσε τη φόρτιση για να διασφαλίσει ότι χρησιμοποιούσαν τη φθηνότερη και πιο πράσινη ενέργεια.
Η συνεργασία V2G της Kaluza με την OVO Energy και τη Nissan είχε ως αποτέλεσμα να εγκατασταθούν 330 συσκευές V2G σε όλη τη χώρα και να διατεθούν πάνω από 3 εκατομμύρια δωρεάν χιλιόμετρα σε πελάτες που εξήγαγαν ενέργεια πίσω στο δίκτυο κατά τη διάρκεια των περιόδων αιχμής. Έδειξε ότι το V2G έχει τη δυνατότητα να εξοικονομήσει 3,5 δισ. λίρες ετησίως για την ενίσχυση της υποδομής του δικτύου και ότι οι πελάτες μπορούν να κερδίσουν κατά μέσο όρο 420 έως και 800 λίρες ετησίως χωρίς να χρειάζεται να κάνουν τίποτα άλλο εκτός από το να κρατούν τα αυτοκίνητά τους συνδεδεμένα στην πρίζα όταν δεν χρησιμοποιούνται.
Τα ευρήματα της δοκιμής έδειξαν επίσης εξαιρετικά υψηλό επίπεδο ικανοποίησης και μείωση των ανησυχιών σχετικά με το V2G μεταξύ των πελατών. Συνολικά το 93% των πελατών ανέφεραν ικανοποίηση από το υλικό V2G καθ' όλη τη διάρκεια της δοκιμής. Το επίπεδο ανησυχίας σχετικά με την υγεία της μπαταρίας μειώθηκε από 61% στην αρχή της δοκιμής σε 24% στο τέλος, και οι ανησυχίες σχετικά με την εξοικονόμηση κόστους κατά τη χρήση V2G μειώθηκαν από 43% σε 28%.
Σχήμα 3 Πιθανή εξοικονόμηση από τη δοκιμή V2G
Μέσω της εφαρμογής αμφίδρομης φόρτισης EV που επιτρέπει στους ιδιοκτήτες αυτοκινήτων να κερδίζουν χρήματα πουλώντας την πλεονάζουσα ενέργεια πίσω στο δίκτυο, η Kaluza παρουσιάζει πώς το V2G μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βασικό συστατικό του ισχυρού, μηδενικού ενεργειακού συστήματος άνθρακα του μέλλοντος.
Το έργο αυτό ανέδειξε επίσης βασικούς τομείς ανάπτυξης που απαιτούνται για την υποστήριξη της επιτυχίας της τεχνολογίας V2G σε κλίμακα στο Ηνωμένο Βασίλειο. Ενώ απαιτείται ακόμη περαιτέρω ανάπτυξη σε ό,τι αφορά το κόστος υλικού και εγκατάστασης, τη συμβατότητα των οχημάτων και τη μεταρρύθμιση της αγοράς ενέργειας, είναι σαφές ότι οι οδηγοί του Ηνωμένου Βασιλείου είναι όλο και περισσότερο ενθουσιασμένοι και προετοιμασμένοι για την ενεργειακή μετάβαση και οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας πρέπει να είναι προετοιμασμένες να τους βοηθήσουν να συμμετάσχουν στην απαλλαγή από τον άνθρακα.
Οι απεριόριστα κλιμακούμενες δυνατότητες, όπως το V2G, θα γίνονται όλο και πιο απαραίτητες και πολύτιμες, καθώς εκατομμύρια περισσότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και συστήματα θέρμανσης θα συνδέονται στο ενεργειακό σύστημα. Μέχρι το 2030, όταν το Ηνωμένο Βασίλειο θα μπορούσε να έχει σχεδόν 11 εκατομμύρια ηλεκτρικά αυτοκίνητα στους δρόμους, η έξυπνη φόρτιση αυτού του είδους έχει τη δυνατότητα να σταματήσει την παραγωγή 146.239 τόνων διοξειδίου του άνθρακα κάθε χρόνο.
Φέτος, η Kaluza συνεργάζεται με την Volkswagen Group UK, την OVO Energy και την Indra στο INFLEXION, την πρώτη στον κόσμο δοκιμή Vehicle-to-everything (V2X). Η κοινοπραξία INFLEXION θα βασιστεί στην ανάπτυξη V2G της Kaluza και θα δώσει τη δυνατότητα στους μελλοντικούς οδηγούς EV να ξεκλειδώσουν περαιτέρω δυνατότητες από τα οχήματά τους, μεταξύ άλλων για να τροφοδοτήσουν τα σπίτια τους (V2H), και χρησιμοποιώντας την τεχνολογία συνδυασμένου συστήματος φόρτισης (CCS) για να μπορέσουν εκατομμύρια περισσότεροι οδηγοί να επωφεληθούν από τα οφέλη αυτά, ανεξάρτητα από το ποιο EV έχουν στην κατοχή τους.
Αναφορές
Cox, C. (2019) Vehicle-to-Grid: Learnings from 5 years of Development. Διαθέσιμο στη διεύθυνση: http://www.regen.co.uk/wp-content/uploads/Regen-V2G-Learnings-Sept-2019-v2.pdf. Τελευταία πρόσβαση 22 Μαρτίου 2023
DNV (2022a) Energy Transition Outlook - A Global and Regional Forecast to 2050. Διαθέσιμο στη διεύθυνση: https://www.dnv.com/energy-transition-outlook
DNV (2022b) Energy Transition Outlook UK 2022 - A national forecast to 2050. Διαθέσιμο στη διεύθυνση: https://www.dnv.com/energy-transition-outlook/download-uk.html
Ravi and Aziz (2022) Αξιοποίηση των ηλεκτρικών οχημάτων για υπηρεσίες από το όχημα στο δίκτυο: Προόδους και προοπτικές. Energies 2022, 15, 589. https://doi.org/10.3390/en15020589
Tan et al. (2019) Ένας φορτιστής οχήματος προς δίκτυο πολλαπλού ελέγχου με δυνατότητες αμφίδρομης ενεργού και άεργου ισχύος για την υποστήριξη του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Energies, τόμος 171.
Ν. Παλ.