插电式电动汽车（PEV）有多种类型，例如同时配备内燃机的插电式混合动力汽车，以及纯电动汽车。在电力生产结构适当的情况下，与传统内燃机汽车相比，PEV可大幅减少二氧化碳排放，但目前其在乘用车总保有量中的占比仍非常低，不到0.1%。不过，过去几年PEV的占比一直在上升[1]。在鼓励消费者购买PEV的政策推动下，挪威2014年新注册车辆总数中，纯电动汽车占12.5%[2]。
从电网角度看，PEV数量不断增加可能带来挑战：人们的习惯和日常作息可能导致一天中的某些时段出现用电需求峰值，进而造成电力网络拥塞或电压低于正常水平。
但PEV并非只是增加负荷，也可以为系统增添灵活性。车辆通常大部分时间都处于停放状态（平均超过90%的时间），而电池充电所需时间一般远短于车辆停放的时间。因此，可以轻松调整充电时间，而不会对用户造成负面影响。此外，车辆电池中储存的电能还可以回馈电网（称为车网互动，或V2G），例如用于满足峰值需求。V2G的缺点是会增加电池充放电循环次数，也意味着电池退化更快，因此用户需要因电池磨损而获得某种补偿。不过，电池技术的进一步进步，例如新材料（参见ETH新闻：《电池电极用玻璃》），将使V2G更具吸引力。要利用PEV的充电灵活性，必须采用适当的软件和硬件解决方案，确保尊重驾驶者的舒适度和隐私。
电网发展趋势
随着能源系统日益依赖可再生能源，电网的相关要求也在发生变化。太阳能和风能通常不可调控、分布式且具有波动性。在瑞士，除水电外的可再生能源发电量从2011年到2013年增加了40%[3, 4]。由于电力需求和供应必须始终保持平衡，可再生电力的增加也相应带来对更多灵活资源的需求，以维持电网中的电力平衡。PEV可提供短期储能，以弥补每日波动；而对于更长时间跨度，例如平衡季节性变化，则需要其他类型的储能。
另一趋势是通信技术在配电网中的应用日益增加，而过去这些技术主要用于高压输电网。这类通信和控制能力增强的电网称为“智能电网”。智能电网利用通信技术，更好地整合太阳能板、风力涡轮机和电池等分布式资源，从而打造更可持续、更可靠的电网。
因此，PEV与智能电网的相互作用使通信、电力和交通网络彼此依存。这要求在该领域开展研究时采取整体性、跨学科的方法。
充电（及放电）灵活性的可能用途
PEV的灵活性有助于随着时间推移降低网络投资成本，进而降低电费，因为电网运营商可以推迟网络投资。例如，运营商可以暂缓更换负载很重的变压器。网络规模必须足以应对最坏情况下的负荷。PEV可用于降低负荷峰值，或吸收过剩的太阳能发电，从而缓解极端负荷情况和/或电压问题。我们的研究团队目前正在欧盟资助的项目 PlanGrid EV中研究这一问题。
电网频率调节也可以利用PEV提供的灵活性。这项服务通过维持供需平衡，使系统频率足够接近标称值，例如欧洲的50 Hz。根据我们在 THELMA项目中的研究结果，该项目探讨电动出行对瑞士的影响，到2035年，PEV可提供所需调节备用容量的35%至73%。
尽管PEV普及率不断提高可能给电网带来挑战，但PEV也可以成为电网的宝贵资源，例如提供频率调节或推迟网络投资。不过，我们设计的用于利用PEV充电（及放电）灵活性的系统，应当能够为PEV用户所接受。此外，我们需要制定适当的政策和法规，推动PEV等灵活负荷参与智能电网。
更多信息
[1] 电动汽车倡议组织， 《全球电动汽车展望，2013》。
[2] 挪威道路联合会（OFV）（2015年1月）。《Bilsalget i 2014》[2014年汽车销量]（挪威语）。（检索日期：14.01.2015）
[3] 瑞士联邦能源局，《瑞士可再生能源统计》——2011年，2012年版。（PDF，德语）
[4] 瑞士联邦能源局，《瑞士可再生能源统计》——2013年，2014年版。（PDF，德语）
本文由 苏黎世联邦理工学院合作发布。本文的发表并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：Marina Gonzalez是苏黎世联邦理工学院电力系统实验室的博士生。
图片：爱沙尼亚塔林，日产Leaf电动汽车在从塔林到蒙特卡洛的电动汽车拉力赛开始前正在充电。路透社/Ints Kalnins
