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荷兰乌得勒支市正在拥抱车辆到电网技术，这里展示了一个例子——一辆电动汽车连接到双向充电器。的历史Rijn en Zon风车为这个场景提供了一个合适的背景。
我们驾驶太阳能
乌得勒支，阿姆斯特丹南部一个以自行车为主的35万人口的城市，已经成为双向充电技术的试验场，这种技术引起了全世界汽车制造商、工程师、城市管理者和电力公司的极大兴趣。在这样一个环境下，普通市民都希望在出行时不产生排放，并且越来越意识到可再生能源和能源安全的价值。
“我们想要改变，”乌得勒支副市长兼发展、教育和公共卫生议员埃尔科·埃伦伯格(Eelco Eerenberg)说。这一变化的一部分包括扩大该市的电动汽车充电网络。“我们希望预测我们需要在哪里建造下一个充电站。”
因此，现在是一个很好的时机来考虑车辆到电网的概念最初是在哪里出现的，并看看乌得勒支他们已经走了多远。
已经25年了年以来特拉华大学能源和环境专家威利特·肯普顿和绿山学院能源经济学家史蒂夫·莱滕德概述了他们所看到的“电动汽车和电力供应系统之间的相互作用”。这个二人组，还有蒂莫西·李普曼加州大学伯克利分校和亚历克布鲁克斯AC Propulsion，为车电并网奠定了基础。
逆变器在给汽车充电时将交流电转换成直流电，在向电网输送电力时将交流电转换成直流电。这对电网有好处。目前还没有清楚地表明为什么这对司机有好处。
他们最初的想法是，车库车辆将有一个双向计算机控制的电网连接，可以从车辆接收电力，也可以为其提供电力。肯普顿和莱滕德1997年的论文在杂志中交通研究描述了在公用事业紧急情况或停电期间，人们家中电动汽车的电池电力如何向电网供电。有了街头充电器，你甚至不需要房子。
双向充电使用的是一个面包篮大小的逆变器，它可以安装在专用的充电箱中，也可以安装在车上。逆变器在给汽车充电时将交流电转换成直流电，在向电网输送电力时将交流电转换成直流电。这对电网有好处。目前还没有清楚地表明为什么这对司机有好处。
这是一个令人烦恼的问题。车主可以通过在适当的时候向电网回馈一些能源来赚取一些钱，或者可以节省他们的电费，或者可以通过这种方式间接补贴他们的汽车运营。但从肯普顿和莱滕德提出这一概念开始，潜在用户就担心因为电池磨损而损失金钱。也就是说，过度循环电池是否会过早地降低汽车的核心功能?这些挥之不去的问题让人们不清楚“车转电网”技术是否会流行起来。
市场观察人士已经看到了一系列汽车上网技术的“即将到来”时刻。2011年，美国特拉华大学和新泽西州公用事业公司NRG能源签署了一项协议技术授权协议这是车联网技术的首次商业部署。他们的研究伙伴关系持续了四年。
近年来，这些试点项目在欧洲和美国，以及中国、日本和韩国都有所增加。在英国，实验是如此现在正在发生在郊区的家庭中，使用外部壁挂式充电器来计算电费，以换取车主在高峰时段上传电池电量。其他试验包括商业车队，一套哥本哈根的公用货车在伊利诺斯州有两辆电动校车纽约5个．
然而，这些试点项目仍然只是试点。没有一个演变成大规模的系统。这种情况可能很快就会改变。对电池磨损的担忧正在减弱。去年，Heta Gandhi和Andrew White罗彻斯特大学建模的车辆到电网经济并发现电池退化的成本是最小的。甘地和怀特还指出，随着时间的推移，电池的资本成本已经显著下降，从2010年的每千瓦时1000多美元下降到2020年的140美元左右。
随着车辆到电网技术变得可行，乌得勒支是第一批完全采用该技术的地方之一。
关键力量在这座风吹雨打的荷兰城市发生变化的背后，不是全球市场趋势，也不是工程解决方案的成熟。它激励了那些在正确的时间出现在正确的地点的人。
一个是罗宾·伯格，他开了一家叫我们驾驶太阳能2016年在乌得勒支的家中。它已经发展成为一家汽车共享车队运营商，拥有225辆不同品牌和型号的电动汽车——大多数都是这样雷诺佐伊，但也特斯拉Model 3，现代海岸线,现代Ioniq 5s．在此过程中，伯格吸引了合作伙伴，并制定了为We Drive Solar车队提供双向充电的方法。他的公司现在有27辆具有双向功能的汽车，预计未来几个月还会增加150辆。
2019年，荷兰国王威廉-亚历山大在乌得勒支主持了一个双向充电站的安装。图中，国王(中)与We Drive Solar的创始人Robin Berg(左)，以及Jerôme Pannaud(右)，雷诺比利时、荷兰和卢森堡的总经理。Patrick van Katwijk/Getty Images
组建这样一支舰队并非易事。We Drive Solar的两辆双向雷诺Zoes是伯格与法国汽车制造商合作获得的原型车。能够双向充电的生产区尚未问世。去年4月，现代汽车向We Drive Solar公司交付了25辆双向远程Ioniq 5s。这些是安装了改良软件的量产车，现代汽车正在少量生产。该公司计划将该技术作为标准引入即将推出的一款车型。
We Drive Solar的1500名用户不必担心电池的磨损——这是该公司的问题，如果这是一个问题的话，伯格不认为这是一个问题。他说:“我们从来没有走到电池的边缘，”这意味着电池永远不会处于足够高或低的充电状态，从而缩短其使用寿命。
We Drive Solar并不是一种自由流动的、随用随取的服务。汽车有专门的停车位。订户预定车辆，在同一地点取车，然后开车去任何想去的地方。我去拜访贝格的那天，他的两辆车开去了瑞士阿尔卑斯山，还有一辆要去挪威。伯格希望他的客户把特定的汽车(以及相关的停车位)视为自己的，并经常使用同一辆车，获得一种对自己根本不拥有的东西的所有权感。
伯格涉足电动汽车共享，特别是双向充电等电力网络技术，并不令人意外。21世纪初，他在当地创办了一家名为LomboXnet的服务提供商，在教堂的尖塔和城里最高的一家酒店的屋顶上安装视线范围内的Wi-Fi天线。当互联网流量开始挤占他的无线电网络时，他推出了光纤电缆。
2007年，伯格获得了一份合同，为当地一所学校安装屋顶太阳能，他的想法是建立一个微电网。他现在管理着全市1万块校舍屋顶板。一组电表排列在他走廊的壁橱里，它们监测太阳能的流动，部分流向他的公司的电动汽车电池——因此公司的名字叫We Drive solar。
伯格并不是通过肯普顿或任何其他早期的车联网技术冠军来了解双向充电的。他听说这件事是因为福岛核电站灾难十年前。他拥有一家日产叶当时，他读到这些汽车是如何为福岛地区提供应急电力的。
“好吧，这是一项有趣的技术，”伯格回忆自己当时的想法。“有没有办法在这里扩大规模?”尼桑公司同意给他运送一个双向充电器，伯格打电话给乌得勒支城市规划者，说他想为它安装电缆。这让我们有了更多的联系，包括在管理当地低压电网的公司，Stedin．在他安装好充电器后，斯泰丁的工程师们想知道为什么他的电表有时会跑倒。后来，乌得勒支地区发展机构的艾琳·滕·达姆听说了他的实验，并产生了兴趣，成为了双向收费的倡导者。
伯格和那些喜欢他的工作的人吸引了更多的合作伙伴，包括软件开发商Stedin和一家充电站制造商。到2019年,威廉·亚历山大，荷兰国王他正在乌得勒支主持一个双向充电站的安装工作。“对于城市和电网运营商来说，最重要的是，他们总是在寻找扩大规模的方法，”伯格说。他说，他们不只是想做一个项目，然后做一份报告。他们真的很想进入下一个阶段。
接下来的步骤正在以加速的速度发生。乌得勒支目前拥有800个由荷兰工程公司设计和制造的双向充电器NieuweWeme．这个城市很快就会需要更多。
过去十年，乌得勒支充电站的数量急剧增加。
“人们正在购买越来越多的电动汽车，”市议员Eerenberg说。乌得勒支市官员注意到，近年来此类购买激增，但他们却听到乌得勒支人抱怨说，他们当时必须经过漫长的申请程序，才能在可以使用的地方安装充电器。作为一名训练有素的计算机科学家，Eerenberg仍在努力解开这些难题。他意识到这个城市必须走得更快，如果它要满足荷兰政府的授权所有新车在八年内实现零排放。
近年来，乌得勒支电动汽车的充电电量急剧上升。
尽管在纽约和加州，类似的让更多零排放汽车上路的命令过去以失败告终，但现在汽车电动化的压力更大了。乌得勒支市官员希望赶在绿色交通解决方案的需求之前。这座城市刚刚建成了一个可停放1.25万辆自行车的中央地下停车场，并花了数年时间挖出了一条穿过市中心的高速公路，以清洁空气和健康城市生活的名义，用一条运河取而代之。
促成这些变化的推动力量是该市能源转型经理马泰基斯·科恩(Matthijs Kok)。他带我参观了乌得勒支新建的绿色基础设施(当然是骑自行车)，并指给我看了一些新建的设施，比如一种固定电池，用来储存当地公共住房开发项目中安装的许多太阳能电池板产生的太阳能。
这张乌得勒支的地图展示了该市的电动汽车充电基础设施。橙色圆点是现有充电站的位置;红点表示正在开发的充电站。绿点是未来充电站的可能选址。
“这就是我们都这么做的原因，”Kok说着，从他的自行车旁走了出来，指着一个装有400千瓦变压器的砖棚子。这些变压器是从发电厂到高压电线，再到中压变电站，再到低压变压器，再到人们的厨房的链条上的最后一环。
在一个典型的城市里有数千个这样的变压器。但如果一个地区有太多电动汽车需要充电，这样的变压器很容易过载。双向充电有望缓解这类问题。
郝琳与市政府的其他工作人员一起编纂数据并绘制地图，将城市划分为街区。每一个都标注了人口、家庭类型、车辆和其他数据。他们与一个签约的数据科学小组一起，根据普通市民的意见，开发了一种政策驱动的算法，以帮助选择新充电站的最佳位置。该市还在与汽车充电站运营商签订的10年合同中，纳入了部署双向充电器的激励措施。所以，在这些充电器。
专家预计，双向充电尤其适用于车队中运动可预测的车辆。在这种情况下，操作人员可以很容易地编程何时充电和放电汽车的电池。
We Drive Solar通过在需求高峰时将其车队的电池电力输送到当地电网，并在非高峰时段为汽车电池充电来获得信用。如果它做得很好，司机在取车时就不会失去任何可能需要的续航里程。这些日常能源交易有助于为用户压低价格。
鼓励像We Drive Solar这样的汽车共享计划对乌得勒支官员很有吸引力，因为停车问题是大多数发展中城市普遍存在的慢性病。乌得勒支市中心附近的一个大型建筑工地很快将增加1万套新公寓。增加住房是受欢迎的，但增加1万辆汽车就不受欢迎了。规划者希望这一比例更接近于每10个家庭拥有一辆汽车，而新社区专用公共停车场的数量将反映这一目标。
We Drive Solar提供的一些汽车，包括现代Ioniq 5s，都能够双向充电。我们驾驶太阳能
预测大规模的交通电气化在欧洲是令人生畏的。根据德勤Eurelectric /报告，可能有5000万到7000万到2030年，欧洲的电动汽车需要几百万个双向或其他的新充电站。电网将需要数千亿欧元的投资来支持这些新电站．
在埃伦伯格和我在市政厅坐下来解释乌得勒支充电站规划算法的前一天早上，乌克兰爆发了战争。目前，能源价格已使许多家庭不堪重负。在美国的一些地方，汽油已经达到了每加仑6美元(如果不是更高的话)。在6月中旬的德国，一辆普通的大众高尔夫(VW Golf)的司机需要支付大约100欧元(超过100美元)来加满油箱。在英国，4月1日水电费平均上涨了50%以上。
这场战争颠覆了整个欧洲大陆和世界各地的能源政策，使人们的注意力集中在能源独立和安全上，并加强了已经在实施中的政策，如在市中心建立零排放区，用电动汽车取代传统汽车。如何最好地实现所需的更改通常是不清楚的，但是建模可以提供帮助。
尼克·布林克尔正在攻读博士学位威尔弗里德·范·萨克在乌得勒支大学(Utrecht University)的光伏集成实验室，他的模型主要集中在地方层面。在他的计算他指出，在乌得勒支及其周边地区，低压电网加固的成本约为每个变压器1.7万欧元，更换电缆的成本约为每公里10万欧元。“如果我们正在转向一个完全的电力系统，如果我们增加了大量的风能，大量的太阳能，大量的热泵，大量的电动汽车……”他的声音渐渐消失了。“我们的电网不是为这个设计的。”
但电力基础设施必须跟上。布林克尔的研究之一这表明，如果大部分电动汽车充电器是双向的，这些成本可以以一种更易于管理的方式分摊。“理想情况下，我认为最好是所有新的充电器是双向的，”他说。“额外的成本并不高。”
伯格不需要说服。他一直在思考双向充电能为整个荷兰带来什么。他认为，在一个拥有800万辆汽车的国家，150万辆具有双向功能的电动汽车将平衡国家电网。“那时你可以用可再生能源做任何事情，”他说。
考虑到他的国家开始只有数百辆能够双向充电的汽车，150万是一个很大的数字。但总有一天，荷兰人可能真的会走到那一步。
本文发表在2022年8月的印刷版上，题为“车辆到电网技术的道路测试”。