電気自動車と電力網：未来を変えるエネルギー協調
電気自動車（EV）の普及はすでに世界的な潮流となり、中国はその中心に立っている。2023年の新エネルギー車販売台数は950万台に達し、市場シェアは31.6%を占めるまでに成長した。2024年4月には、乗用車市場における電気自動車のシェアが初めて50%を突破し、急速な発展傾向を示している。だが、数百万台のバッテリーが道路を走る中で、一つの重要な問いが浮上する：これらの車両は単なる輸送手段にとどまるのか。先駆的な研究によると、それらはよりインテリジェントで持続可能なエネルギーシステムの中核をなす可能性がある。
清華大学の研究者たちによるこの研究は、「車両-エネルギー相互作用」（V2X）という現象に焦点を当てている。これはEVと電力網、建物、さらには他の車両との間の動的なエネルギー交換を指し、中国電機工程学報（Proceedings of the CSEE）に掲載された論文では、この相互作用を可能にするメカニズム、システム設計、および導入戦略が詳細に解説されている。電気自動車が単なる電気の消費者から、移動可能なエネルギー貯蔵ユニット、電力網安定化装置、気候変動対策の一翼を担う存在へと変化する過程が明らかにされている。
緊急性：十字路に立つ電力網
北京のような大都市は、現在の課題を象徴している。北京市の電力消費量の70%以上は内モンゴル、山西省、張北などの外部地域から供給されており、華北電網からの増容量には限界があるため、大規模な産業発展が制約を受けている。さらに、用電負荷のピークと谷間の格差が大きく、年内の最低負荷はピークの約30%に過ぎず、電力系統の変動が顕著だ。
カーボンニュートラルの長期目標を達成するためには、中心都市における電気自動車の比率を大幅に高める必要があり、充電負荷は都市の新たな負荷の主な要因となる。無秩序な充電の場合、電気自動車の充電負荷は住民の生活用電負荷のピーク時間帯との重複率が高く、都市電網の安全かつ安定的な運行に影響を及ぼす。現段階では、北京の50万台の電気自動車とその充電インフラストラクチャは、北京電網の約150万kWの電力負荷を占めている。電気自動車の充電行動の多くは住宅街で発生しており、地域配電網の安全運行に大きな影響を与えている。統計によると、北京市の各区の住宅小区の配電変圧器は過負荷のリスクに直面しており、配電網容量が不足して充電スタンドを設置できない団地の割合は50%を超えている。これにより、新エネルギー車のさらなる普及が制約を受けている。
電網の増容量投資コストが高く、外部電力の調達可能容量が不足している状況下で、電網のアップグレードと改造は、電気自動車の急増する需要を満たすと同時にコストを抑制する必要があり、解決が急務の難題だ。電気自動車の充電行動を誘導し、スマートで秩序立った充電によって充電負荷を電網の用電谷間時間帯に制御することは、新エネルギー車を普及させるための「必須条件」であり、電気自動車のエネルギー貯蔵潜在能力を発揮し、双方向充放電によって電網の電力不足を解決することは、中長期的な電網容量不足を克服する「出口」だ。
電気自動車の駐車期間中のエネルギー貯蔵潜在能力は、各中心都市の電網容量とほぼ同等だ。通常、個人用電気自動車の90%以上の時間は非走行状態にあり、その車載バッテリーは柔軟なエネルギー貯蔵資源として電網の運行を支えることができる。電気自動車の保有台数が100万台に達すると、駐車状態で15kWの双方向充電スタンドを使用する場合、電網に接続される電力は約1350万kWとなり、北京市電網の平均負荷に相当する。純電気自動車の保有台数が200万台に達すると、車載バッテリーのエネルギー貯蔵容量は1億kWhに達し、2025年の全国の電気化学エネルギー貯蔵総規模と同等となり、北京市の数時間の連続用電量を支えることができる。
新しい型電力系統の主な特徴は高比率の再生可能エネルギーの導入であり、社会全体に巨大なエネルギー貯蔵需要をもたらす。2023年、全国の並網風力発電総設備容量は4.4億kWに達し、太陽光発電の並網総設備容量は6.1億kWに達し、両者の総設備容量比率は36%に達し、前年比6.4%向上した。2060年のカーボンニュートラル目標を見据えると、風力発電と太陽光発電の総設備容量比率は76%に達し、発電量比率は60%に達すると予測されている。国際エネルギー機関の分析によると、再生可能エネルギー発電の比率が15%を超えると、電網の柔軟性需要が大幅に増加し、周波数調整発電所の増強、デマンドサイド管理やエネルギー貯蔵技術の導入が必要になる。再生可能エネルギー発電の比率が25%を超えると、電網の安定性が課題に直面し、電源側と負荷側のランダムな変動に対応するため、発電所にエネルギー貯蔵を配置して柔軟性のある運行を実現する必要がある。研究によると、再生可能エネルギーの設備比率が60%に達すると、中国のエネルギー貯蔵規模需要は約16億kWhに達すると予測されており、再生可能エネルギーの設備比率が80%に達すると、エネルギー貯蔵規模需要は約44億kWhに達する見込みだ。
電気自動車の充電方式は、再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵の設備量に大きな影響を与える。文献[26]では、再生可能エネルギーの設備比率が80%のシナリオにおいて、3.8億台の電気自動車の充電が電網に及ぼす影響を分析している。その結果、電気自動車がすべて急速充電を採用すると、電網の需要ピーク電力が2倍に増加し、13億kWの電力貯蔵需要が増加することが明らかになった。一方、電気自動車が低速で昼間に充電を行う場合、電網の需要ピーク電力の上昇はわずか34%にとどまり、電力貯蔵需要は約3億kW減少する。2040年には、中国の新エネルギー車保有台数は3～4億台に達し、車載エネルギー貯蔵容量は200億kWhに達すると予測されており、これは全社会の1日の電力量に近い。電気自動車をエネルギー貯蔵資源として活用することで、電網の固定式エネルギー貯蔵建設規模を大幅に削減し、再生可能エネルギーの効率的な消費を促進することができる。
固定式電気化学エネルギー貯蔵と比較して、電気自動車のエネルギー貯蔵はコストと安全性の面で優位性を持っている。使用コストについては、固定式電気化学エネルギー貯蔵の平準化電力量貯蔵コストは依然として高いのに対し、電気自動車のエネルギー貯蔵は追加の土地や設備コストをもたらさない。車網相互作用の過程で動力電池の劣化がない場合、電気自動車のエネルギー貯蔵コストはほぼ無視できる。安全性については、固定式電気化学エネルギー貯蔵スタンドのバッテリー容量は大きく、数量も多いため、安全事故の確率と事故による損失が高い。一方、電気自動車のバッテリー数量は相対的に少ないため、安全事故の確率が低く、事故後の消防消火の難易度も低い。以上のことから、新エネルギー車は中国で規模が大きく、コストが低く、安全性の高い短期分散型エネルギー貯蔵システムとなる可能性を備えている。
電気自動車のエネルギー貯蔵の大規模な応用には、技術的および政策的な問題を解決する必要がある。利用可能な容量については、電網と相互作用する電気自動車の数量と利用可能なエネルギーには不確実性があるため、そのエネルギー貯蔵容量にはランダム性がある。サービスの時間と空間については、電気自動車はさまざまな地域を移動するため、車網相互作用能力は交通行動やインフラストラクチャの建設に影響を受ける。大規模な電気自動車がさまざまな地域で電網と相互作用することで、電網の潮流伝送が変化する。固定式電気化学エネルギー貯蔵と比較して、電気自動車のエネルギー貯蔵の技術的難易度は更高く、対応する政策と基準をさらに整備する必要がある。
電気自動車のニーズ
動力電池のカレンダー寿命とサイクル寿命は、自動車の使用基準と完全には一致していない。「自動車強制廃棄基準」によると、国は走行距離が60万kmに達した小型・微型非営業用乗用車の廃棄を誘導している。航続距離600kmの電気自動車の場合、この走行距離は充放電サイクル1000回に相当する。「省エネルギー・新エネルギー自動車技術路線図2.0」によると、2020年の純電気自動車用エネルギー型動力電池のサイクル寿命は1500回に達し、カレンダー寿命は8年に達した。動力電池のサイクル寿命はすでに自動車の使用需要を超えているが、カレンダー寿命は依然として不足している。十分なサイクル寿命は、車能相互作用の充放電過程に応用でき、電池資産の利用効率を向上させる。
動力電池のカレンダー寿命とサイクル寿命の相関関係を利用することで、車能相互作用は電池の総合寿命を延ばすことができる。一方、電池のカレンダー劣化は、電池の放置電圧の上昇に伴って増加し、時間とともに累積される。スマートな秩序だった充電は車両の充電時刻を遅らせ、低電圧状態での電池の時間を延長し、高電圧状態での劣化加速を回避することで、電池のカレンダー寿命を延ばすことができる。
車能相互作用により、電気自動車と充電スタンド間の電流制御性が向上し、充電後の動力電池の安全検査の精度を高めることができる。電気自動車の充電過程では、電池の活性物質が膨張し、リチウムイオンが電池の負極に堆積するため、安全上の問題が発生しやすい。2018年から2020年に発生した171件の電気自動車火災事故を統計すると、26%の車両自燃は車両の充電過程中または充電終了後に発生し、特に大功率の急速充電時に多い。充電過程には電池の安全性を低下させる副反応過程が存在するため、安全診断と予警が必要だ。充電スタンドの高精度データサンプリングは充電安全診断の有効な手段だが、電気自動車が充電後すぐに充電ガンを抜くため、診断時間が不足するという問題に直面している。車能相互作用は電気自動車に必要な電流励起を提供し、充電副反応の検出精度を向上させ、充電安全予警を実現することができる。
車能相互作用の双方向電流は電池内部に分極を生じさせ、それに伴う発熱現象によって電気自動車の低温などの過酷な環境への適応性を高めることができる。電気自動車は低温環境下では、電池の利用可能エネルギーと充電電流が低下し、冬季の適応性が不足する問題が生じる。中国汽車技術研究センター有限公司が発表した中国電気自動車評価結果によると、電気自動車の冬季（-7℃）の航続距離は30%減少し、極寒条件（-30℃）では充電ができない現象さえ発生する。充電スタンドを利用して電池システムの加熱膜に給電する（挿し込み保温）技術は、電気自動車の低温適応性を解決する選択肢の一つである。さらに、車能相互作用技術は充電スタンドの電流を電池内部に注入して分極熱を発生させ、電池を昇温させるもので、電池の均温性や加熱エネルギー消費の面で優位性を持つだけでなく、電網の負荷調整や周波数調整過程に参加することで収益を得ることもできる。したがって、車能相互作用は電気自動車の低温動力性能と航続距離を向上させる潜在能力を備えている。
電気自動車の補充ニーズと車能相互作用技術の特徴を総合的に考慮すると、電気自動車の充電は双方向充電と大功率急速充電の2つの技術方向に変革していく。住宅団地の無秩序な充電は双方向充電へ移行し、道路での走行中の直流充電は大功率急速充電へ移行する。双方向充電は日常の目的地での充電に使用され、動力電池の充電後の高電圧放置時間を短縮し、電池寿命を延ばし、電池のメンテナンスを実現する。また、車両と建物、コミュニティの充放電相互作用を通じて、団地の配電網容量不足の問題を解決する。大功率急速充電は車両の即充即走の緊急出行や長距離出行の状況に使用され、電池充電過程の安全診断と予警を実現し、車両の発火事故の確率を低下させる。さらに、エネルギー貯蔵システムとの調整を通じて、充電スタンドの再生可能エネルギーの消納能力を向上させ、電網の負荷調整や周波数調整指令に応答する。此外、電気自動車の双方向充電は電網の新たな負荷への接入能力を向上させ、大功率超急速充電に電力支持を提供することができる。電気自動車の大功率充電はユーザーの出行前の電量不安を回避し、ユーザーの双方向充電過程への参加意欲を高める。双方向充電と大功率充電は異なるシーンで相互に調整し、充電業界の変革の組み合わせ路線となる。
供給システムの電気構成
3.1 双方向電流を励起する車載動力システム
電気自動車が双方向電流を生成する技術は、電池システムの低温加熱分野で多くの応用が見られる。この技術は双方向電流の作用による電池内部の分極発熱を利用し、高効率で均一な電池昇温を実現し、電池の低温性能を向上させる。実際の応用では、双方向電流を生成できる装置には充電スタンド、車載DC/DCコンバータ、車載駆動モータなどがある。充電スタンドを使用して電池パックに交流電流を励起するには、双方向充放電能力が必要であり、一般的には電力変動を吸収するためのエネルギー貯蔵装置を備える必要があり、電網への影響を回避する。この方案の充電インフラストラクチャの建設コストは高く、電気自動車が充電スタンドに接続された後にのみ動作する。米国ペンシルベニア州立大学は、車載DC/DCを使用して交番加熱電流を生成する方案を提案し、電池単体レベルでの効果を検証した。だが、この方法を車載電池パックに応用するには数百kWのDC/DCが必要で、过高なコストと体積を引き起こす。車載駆動モータシステムに基づいて双方向電流を励起するのは、追加コストが発生しない技術方案であり、その原理はモータのトルクを零に制御し、固定子巻線を利用して電池パックの電気エネルギーを貯蔵および放出し、交流電流を生成して電池の内部加熱を励起する。だが、従来の方案では比較的小さな交番電流振幅しか実現できず、約1C/分の低温加熱速度を生じ、かつモータの鳴きを引き起こし、ユーザーの快適性に影響を及ぼし、車載応用が困難である。
電池システムと駆動モータシステムの協調設計が不足していることが、双方向電流が車載需要を満たせない主な原因である。双方向励起電流の効果を向上させるには、電気駆動システムが加熱電流を励起する原理を解明し、トポロジ回路電流、電池の電気-熱規則、モータの電磁騒音間の結合関係をシステム的に分析し、リチウムイオン電池、電力電子デバイス、駆動モータの運行効果を総合的に調整する必要がある。清華大学の研究チームは、「磁気-電気-熱-化学」を結合した電気駆動システムの多学科学協調シミュレーションプラットフォームを構築した。このプラットフォームには、双方向電流励起下での動力電池の電圧、温度上昇の動的過程をリアルタイムで測定する電池実験プラットフォーム、モータの相電流入力下での電磁力応答を分析し、径方向電磁力で電磁騒音を表す電磁シミュレーションソフトウェア、モータ電流、回転子位置、電池の双方向電流、電圧の結合関係をシミュレートする電力電子とモータ駆動ソフトウェアが含まれる。上記のプラットフォームは協調して、既存の電池-モータトポロジが電池の双方向電流を励起する過程を解析し、異なる電流周波数での最適制御結果を分析し、既存の加熱電流励起方法の固有の欠陥を発見した。この欠陥は、インバータの零電圧ベクトル状態ではモータ電流を電池システム側に伝導できないため、電池の双方向電流振幅が低く、モータの運行騒音が大きいことである。具体的には、システムの双方向電流の周波数が高い場合、電池側に一定の双方向電流が存在し、零電圧ベクトルの割合が少なく、モータの相電流方向の変化周波数が高く、径方向電磁力が高周波のモータ騒音を発生させる。システムの双方向電流の周波数が低い場合、モータの相電流変化周波数が低く、高い割合の零電圧ベクトルが必要で、モータの相電流を電池側に伝導できず、電池側の双方向電流振幅が低下する原因となる。
電池双モジュールアーキテクチャ方案は、既存の電池-モータトポロジにおいてインバータの零電圧ベクトルが双方向電流を生成できない問題を解決する効果的な手段である。具体的には、電池システム内の電池を2グループに分け、各グループの電池をそれぞれインバータのブリッジアームに接続し、零電圧ベクトル下で電池の双方向電流を生成する。零電圧ベクトルの運行過程では、2グループの電池間でエネルギーが相互に移動し、双方向電流振幅の周波数への依存性を排除し、全周波数域で電池パックの等価加熱電流の向上を実現する。制御戦略において、零電圧ベクトルの使用を最適化することで、低周波運行下での電流振幅を大幅に向上させることができる。この技術により、交番電流の実効値は2～3倍に向上し、高振幅電流を得ることができる動作範囲が低周波域に拡張される。電流形態において、加熱電流の周期、波形とモータ電磁力の関係を解析することで、モータの低騒音運行を実現する低周波正弦波電流波形を提案し、モータの騒音を10dB以上低減することができる。この方案は実車動力システムで検証され、車載駆動モータによる双方向電流励起方法が電池電流振幅、モータ騒音などの指標において優位性を持つことが確認された。
双モジュールアーキテクチャ方案は電池システムを2グループに分ける必要があり、2グループの電池間はリレーを介して接続される。同時に、モータコントローラの三相ブリッジアームは2グループに分けられ、それぞれ電池に接続される。上記の技術方案の電池システムと駆動モータシステムは高度に結合されており、モジュール化設計とそのサプライチェーン体系と互換性がない問題が存在し、その普及応用に課題をもたらしている。双モジュールアーキテクチャ技術方案を電池の直並列切り替えに融合し、400V/800Vの双電圧プラットフォーム方案を実現することは、その普及応用の可能な路線の一つである。システム統合応用を通じて、この技術方案は電池寿命の維持、電池の低温加熱、多充電電圧プラットフォームなどの性能を両立させることが期待される。
3.2 大功率急速充電の光蓄充換システム
電網容量不足は大功率充電インフラストラクチャの普及の主なボトルネックである。大功率充電スタンドが公共充電スタンドの主流となるにつれて、新規直流充電スタンドの平均電力は120kWに達し、最高電力は350kW以上に達している。だが、電力増容量の制限を受けて、新規大功率急速充電スタンドの立地選定は困難である。大功率充電需要は主に都市間道路や高速道路などの長距離出行シーンに集中しており、供給不足の問題が存在し、ケーブルの架設と電網の増容量が必要となり、投資コストの上昇を引き起こす。さらに、大功率充電の負荷は不安定で、電網への衝撃を引き起こしやすい。電気自動車の到着時間には間欠性が存在し、到着後の挿し込みと支払い過程では電力が空載となり、充電電力は電池の充電状態に伴って変化するため、充電スタンドの電力変動が引き起こされる。したがって、新規の大功率充電スタンドにはエネルギー貯蔵電池システムと電力柔軟分配機能を備える必要がある。複数の充電スタンドの電力を叠加することでスタンド全体の変動性を低下させ、エネルギー貯蔵電池によって電力衝撃を吸収することで、充電スタンドは電網の増容量と電力モジュールの投資コストを低下させることができる。
急速充電スタンドにエネルギー貯蔵電池を備えることによるコスト上昇の問題を解決するために、多種類の電気自動車の充電-換電を結合したエネルギー補給スタンドを建設することが可行な解決方案である。換電スタンドはタクシー、バス、電動トラックなどの運行類車両の重要な補能方式であり、スタンド内に備蓄された換電電池はエネルギー貯蔵潜在能力を備えている。急速充電と急速換電を結合し、充換電一体化スタンドを形成することで、一方では多種類の電気自動車の補充ニーズを満たし、他方では換電電池を利用してスタンド内のエネルギー貯蔵を実現し、大功率急速充電による電網への衝撃を緩和する。電気自動車の急速充電スタンドと交換スタンドの配置ポイントは重複しており、配電ニーズが補完的であるため、分区サービスを提供する充電交換結合補給スタンドを建設することで、土地と配電網のコスト負担を効果的に軽減できる。補給スタンドの急速充電エリアでは、大功率急速充電スタンドによって乗用車に短時間の急速補充を提供し、急速交換エリアでは商用車や重型トラックなどの車両に交換サービスを提供する。充換電結合の効果は充電と交換のニーズの補完度に依存する。実際の乗用車急速充電スタンドとトラック急速充電スタンドの電力負荷に基づいて分析すると、トラック交換電池は2.5MWの急速充電スタンドの供給電力需要を0.7MW低下させた。車両の充換電ニーズを合理的に誘導し、急速充電と急速交換の負荷補完度を高めることで、充換電エネルギー補給システムの経済性を向上させることができ、これは今後の研究の方向性である。
充換電結合補給スタンドは分散型太陽光発電を電源として採用することができ、光蓄充換多エネルギー結合のマイクログリッドシステムを形成する。電気自動車の急速充電のエネルギー補給と電力バランスの問題を解決するために、マイクログリッドの運行制御研究を展開する必要があり、これにはコンバーターレベルの動的制御、複数コンバーター間の調整、システムレベルの制御などが含まれる。太陽光発電電池、エネルギー貯蔵電池、電気自動車はいずれも直流充放電機器であることを考慮すると、直流マイクログリッドは交流マイクログリッドに比べて光蓄充換結合補給スタンドの電気構成により適している。具体的には、1)直流マイクログリッドは電力電子機器の電力変換過程におけるエネルギー損失を減少させる；2)直流マイクログリッドは各電源間の周波数と位相同期の問題を考慮する必要がなく、電圧を制御するだけで分散型電源の調整運行を保証できる；3)直流マイクログリッドは新エネルギー発電または充電負荷により適合し、高調波などの問題が解決しやすく、電力供給がより安定する。直流マイクログリッドの運行過程では、直流電気故障などのアーク問題に特に注意を払う必要がある。母線電圧には零点が存在しないため、アークは自動的に消弧できず、二次的な電気災害を引き起こしやすい。既存の研究によると、電池バスバーで発生する直流アークは局部的なホットスポットを生成し、電池内部に伝導すると電池の内部短絡故障と熱暴走着火事故を引き起こす可能性がある。太陽光発電システムの運行も同様にアーク問題に直面しており、これは太陽光発電パネルの着火事故の重要な原因の一つである。したがって、直流マイクログリッドの運行には効果的なアーク検出と防護設計を行う必要がある。
光蓄充換結合補給スタンドは電網との相互作用に参加することで、再生可能エネルギーの消納、ピークシェービングとバレーフィリング、周波数調整などの電力補助サービスを提供することができる。再生可能エネルギーの消納とピークシェービングとバレーフィリングは一般的に時間帯別電価に反映され、補給スタンドの運行コストを低下させる。周波数調整サービスには、スタンド内の予備電池が自身の出力電力、利用可能エネルギーなどの特性に基づいて、電網の周波数調整の容量不足を考慮し、電網の周波数調整指令に応答する必要がある。予備電池のエネルギーが不足する場合、充電スタンド内の充電中の車両の電池エネルギーを調度することも考慮できる。其中、一次周波数調整はマイクログリッドの垂下制御によって実現でき、二次周波数調整には自動調度コントローラを設置して電網周波数を無差調整する必要がある。電網の周波数調整ニーズを満たすために、補給スタンドは0.1～2秒の時間範囲内で電網の周波数変化に応答する必要がある。電網との相互作用に参加する光蓄充換結合スタンドは一般的に予備電池の数量を増やす必要があり、充放電エネルギースループットが増加し、初期投資コストの上昇をもたらす。電池劣化を考慮した上で、諸斐琴らはスタンド内の予備電池が放電調度に参加する全生命周期コストを比較し、充換電結合投資の予備電池が2～3年でコスト回収できることを発見し、経済的優位性を持っている。今後のシナリオでは、電池劣化メカニズムを考慮してマイクログリッドのエネルギー調度最適化を展開することで、より良い経済効果を得ることが期待される。
3.3 住宅-車両双方向補給の光蓄直柔システム
電気自動車と建物の相互作用は乗用車のコミュニティ充電を解決する重要なルートである。2023年4月、住宅・都市農村建設部の倪虹部長は中国電気自動車百人会年会上で「どのように自動車産業の経験を学び、人民のために良い家を建てるか」という講演を行い、自動車業界の経験を参考に、良い家の設計、建設、使用、サービスを展開することを強調した。コミュニティにおける電気自動車の充電難の主な原因は配電網容量不足である。だが、配電網に接入する建物内の各種負荷の同時使用率は低く、比較的充足した電力容量を持っている。したがって、住宅建物の余剰電力容量を利用することで、大規模な充電スタンド設置を支える潜在能力を備えている。建物屋根の分散型太陽光発電と組み合わせ、エネルギーの自己消費を行うことで、配電網の増容量圧力をさらに低下させる。さらに、建物内の柔軟性負荷と広義のエネルギー貯蔵資源と組み合わせ、住宅-車両相互作用を結び付けとする光蓄直柔システムを形成する。
分散型太陽光発電の大規模普及は住宅-車両相互作用の重要な機会である。2023年、中国の工商业と戸用分散型太陽光発電の新規設備容量は100GW近くに達した。太陽光発電モジュールの効率向上と太陽光発電屋根一体化（BIPV）技術の発展に伴い、分散型太陽光発電の設備規模は引き続き急速に成長し、太陽光発電の消納難問題をもたらす。大量の太陽光発電が電力系統に接入する影響を受け、山東などの省の電力スポット市場では負の電価が出現した。国家発展改革委員会は「再生可能エネルギー電力量全額保障性購入監督方法」を発表し、再生可能エネルギー全額購入の要求を取り消した。統計によると、80%以上の電気自動車は90%の時間を建物周辺に駐車している。電気自動車は太陽光発電期間中に充電を行い、夜間の用電ピーク時に放電を行うことで、太陽光発電の消納を実現することができる。さらに、電気自動車は太陽光発電の空間的不整合問題を解決することもできる。中心市街地の建物の用電負荷は高く、太陽光発電の設置可能容量は低いのに対し、郊外農村の建物用地の負荷は低く、太陽光発電の設置可能容量は高い。電気自動車は郊外で充電を行い、中心市街地まで走行した後に放電を行うことで、太陽光発電のエネルギー空間移動を実現することができる。此外、郊外の工業団地の太陽光発電設備容量も比較的高く、同様に昼間に工業団地で充電を行い、夜間に住民団地に放電を行うことで、遠郊の分散型太陽光発電を消納することができる。
電気自動車と建物コミュニティのエネルギー貯蔵資源の相互作用はシステムの柔軟性を向上させ、配電網が電網調度を受け入れる能力を強化することができる。建物コミュニティのエネルギー貯蔵資源は主に電気化学エネルギー貯蔵システムと仮想熱エネルギー貯蔵システムなどを含む。近年、建物の工商业エネルギー貯蔵と配電変圧器の台区エネルギー貯蔵システムが大量に建設され、配電システムの安定性を保証し、ユーザーの用電経済性を向上させている。だが、設置スペース、安全法規、投資コストの制約を受けて、固定式電気化学エネルギー貯蔵システムのエネルギー貯蔵時間は不足している。建物または配電変圧器周辺に双方向充放電機能を持つ充電スタンドを建設し、電気自動車と固定式電気化学エネルギー貯蔵システムの運行電力を調整し、電気自動車の電池パックの「空き」容量を利用して固定式エネルギー貯蔵システムの容量を拡張することで、その電網調度への参加のエネルギー境界を大幅に向上させることができる。さらに、ヒートポンプエアコンは建物内部の主要なエネルギー消費機器であり、用电量は建物総エネルギー消費の30%～80%を占める。建物の断熱性能と熱慣性を考慮すると、ヒートポンプエアコンの運行電力曲線は柔軟に調整することができる。柔軟なヒートポンプエアコンと電気自動車の出行特性を組み合わせることで、建物のデマンドレスポンスとエネルギー貯蔵能力が強化され、建物コミュニティの電網調度への参加機能が支援される。北方冬季の農村の電気採暖シナリオに対して最適化を行った研究によると、ヒートポンプの柔軟性調整によって実現される仮想熱エネルギー貯蔵容量は電気自動車の電池容量の30%以上に達した。
住宅-車両相互作用に基づく光蓄柔システムは直流マイクログリッドとより良くマッチングすることができる。太陽光発電、電気自動車、電気化学エネルギー貯蔵は直流機器であり、ヒートポンプエアコンは直流給電下でより良い運行効率を持っているため、システム統合では直流母線方案を採用することを考慮する。研究によると、同じ電圧等級では人体が直流電圧と交流電圧に接触した場合の被害に明らかな差はない。住民建物では、業界標準のT/CABBEは高電力シーンで380V電圧を採用することを推奨し、低電力シーンで48V電圧を採用することを推奨し、同時に電圧が一定範囲内で変動することを許可している。工程応用では、北京市の某オフィスビルは375V/48V直流マイクログリッドを採用し、20kWの太陽光発電、3つの6.6kW双方向直流充電スタンド、直流照明とエアコンシステムを統合し、電気自動車と用電負荷を柔軟性資源として太陽光発電と相互作用させることを実現した。珠海の某住宅は400V/48V直流マイクログリッドを採用し、5kWの太陽光発電、6.6kWhの固定式電気不匹配問題を解決する重要なルートとなっている。電気自動車側では、双方向充電、大功率充電、充電状態感知技術の発展に伴い、車能相互作用は車両のエネルギー需要を満たし、動力電池の運行効益を向上させる役割をますます強め、車主と車両メーカーの車能相互作用への参加意欲を喚起する。供給システム側では、車載電気構成、光蓄充換などのマイクログリッド技術の発展に伴い、再生可能エネルギー発電と電気自動車の充放電需要のマッチング問題は次第に解決され、車能相互作用インフラストラクチャの普及プロセスを支える。最終的に、園区エネルギーシステム、物流補給システム、スマートシティシステムなどの多様なシーンでそれぞれ特色のある車能相互作用マイクログリッドユニットを形成し、自下而上に車能相互作用の普及応用を推進し、新型電力系統の大規模再生可能エネルギー接入のエネルギー貯蔵需要を満たす。市場化された車能相互作用はスマート建物、物流輸送などの業界と融合発展し、交通、建築、エネルギー分野の低炭素転換を促進する。
李亜倫、欧陽明高、趙争鳴（清華大学）、中国電機工程学報（Proceedings of the CSEE）に掲載、DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.241338