Serie: V2X – applikationer, användarbeteenden och vanliga frågor

Innan elfordonens intåg har transportsystemet och elsystemet i stort sett utvecklats separat [1]. Dessa två system håller nu snabbt på att konvergera. I första läget genom att elsystemet måste leverera energi till laddning av elfordon. Det finns dock möjligheter att gå längre än så. Två viktiga drivkrafter är ökad andel intermittent (förnyelsebar) energiproduktion och teoretiskt tillgängliga energi och effekt från batterier i moderna laddbara fordon.

Vehicle-to-everything (V2X) är ett samlingsbegrepp över flera olika tekniker/applikationer som använder el från fordonsbatteriet till annat än mobilitet, genom att tillåta urladdning av batteriet. Vehicle-to-Grid (V2G) är kanske mest känt och har definierats som ett energisystem där laddbara bilar kan kommunicera med ett smart elnät och hjälpa till att balansera elnätets belastning [2]. Vehicle-to-Home (V2H) länkar ihop fordonsbatteriet med ägarens hem/fastighet med syfte att tillhandahålla energi när det efterfrågas av hemmet, t ex vid elavbrott [3] eller när möjlighet till prisarbitrage finns. Vehicle-to-Load (V2L) ger möjlighet att driva elektriska produkter direkt från fordonsbatteriet [4]. Att använda fordonsbatteriet när fordonet inte används för mobilitet är ett allt hetare område, flera fordonstillverkare som GM [5], Hyundai/Kia [6], Ford [6], Nissan [7] och VW [8] har redan släppt eller planerar att släppa fordon med stöd för V2X.

Potentialen för V2X bedyras av många inom branschen, men många frågor står ännu olösta.  I en serie om tre nyhetsbrev kommer omEV därför undersöka delar av V2X-området mer i detalj. Serien är på ingen sätt heltäckande, V2X spänner både elsystemet och transportsystemet. Nyhetsbreven är avgränsade till möjliga applikationer och användarfrågor för främst V2G, men vi hoppas även att kunna belysa några vanliga frågor rörande V2X och dess konsekvenser.

I dagens nyhetsbrev, som är det första i serien, gör vi en genomgång av möjliga applikationer för V2G.

Vilka stödtjänster kan V2G bidra med och vad är alternativa lösningar? (1/3)

Förenklat fungerar elnätet så att produktion och konsumtion av el måste vara i konstant jämvikt, vilket kräver koordinering, kontroll och monitorering från systemoperatören [1]. Historiskt har matchning möjliggjorts genom planerbara elproduktionssystem som t ex vattenkraft [1] [9]. Införandet av förnyelsebar elproduktion samt ökad efterfrågan från t ex laddning av fordon skapar dock nya förutsättningar. Energilager som t ex batterier i laddbara fordon har beskrivits som väl anpassat till att bistå systemoperatören i att matcha elproduktion och elkonsumtion [1].

V2G har hittills fokuserats till stödtjänster för TSO:er

När ett laddbart fordon är inkopplat till elnätet finns det flera olika stödtjänster ”ancillary services” som fordonsbatteriet kan bidra till [9]. De mest aktuella när det kommer till V2G är [9]:

• Dödnätsstart: Förmågan att återstarta elnätet vid elavbrott
• Frekvensreglering: Automatiskt stödtjänst som stabiliserar frekvensen i elnätet
• Snabb reservkraft: Som kan ge extra energi vid behov
• Tillhandahållande av reaktiv effekt

Ovan stödtjänster är främst riktade mot TSO:er (Transmission System Operators), vilket i Sverige är Svenska Kraftnät. Tjänster för DSO:er (Distribution System Operators), dvs lokala elnätsägare är i dagsläget inte lika utvecklat eller testat [10]. Exempel på tjänster för DSO:er inkluderar ”load shifting” vilket innebär en förskjutning av topplaster till tider med lägre belastning i elnätet [11]. Load shifting kräver inte V2G, utan kan även utföras av smart laddning (ofta benämnt som V1G) som automatiskt anpassar laddningseffekten utifrån förutbestämda parametrar. V2G ger dock möjligheter att skjuta till effekt från fordonsbatteriet under tider med hög belastning för att stötta elnätet [11].

Ökade andel förnyelsebar energi kan vara svåra att inkorporera i ett elnät där produktion och konsumtion ska matchas [12]. Detta är en potentiell applikation för V2G. Genom att ladda fordonet när det är överproduktion i elnätet (t ex solelproduktion på dagen) och sedan urladda när det är lägre produktion kan elnätet hållas i balans och begräsningar i förnyelsebar energiproduktion minska [12]. Potentialen är stor. Estimat från Tyskland visar att upp till 6500 GWh av förnyelsebar elproduktion förloras årligen på grund av bristande efterfrågan och överföringsbegränsningar [13]. En liknande applikation är också aktuell för V2H, där ett byggnad/hus med solceller kan lagra energi i ett fordonsbatteri under dagen för senare användning i huset vid tider med låg eller ingen egen elproduktion [14].

V2G kan styras centraliserat eller decentraliserat

V2G likt andra komponenter i elnätet behöver koordineras för bibehållen balans. Det finns två typer av systemarkitekturer för V2G: centraliserad och decentraliserad [11][12].

En centraliserad systemarkitektur för V2G innebär att all styrning av laddning och urladdning görs via en centraliserad aggregator [11][12]. För att aggregatorn ska kunna optimera olika V2G applikation behövs tillgång till relevanta parametrar som användarens preferenser för State of Charge (SOC), batteristorlek och förväntad laddningstid [12]. Detta kan kontrasteras mot den decentraliserade arkitekturen som tillåter varje enskilt fordon eller kluster av fordon (kontor, kvarter osv) att autonomt optimera laddning och urladdning [11][12].

Det finns fördelar och nackdelar med respektive arkitektur. Ett centraliserat arkitektur ger bland annat möjligheter att erbjuda fler stödtjänster, högre möjliga intäkter och större skalbarhet [12]. Nackdelar inkluderar ökad komplexitet och databehov, samt mindre flexibilitet för den enskilda användaren [12]. Fördelarna med en decentraliserade arkitektur inkluderar ökad flexibilitet och kontroll för användaren och ökad datasäkerhet (mindre data behöver delas). Nackdelarna är exempelvis en begränsning i antal stödtjänster, oförutsägbarhet över användarbeteende och risker för lavineffekter (lokala optimeringar står i motstånd till varandra) [12].

Ett koncept som ofta nämns i samband med V2G är Virtual Power Plant (VPP), vilket i korthet innebär en aggregering av flera mindre produktionsenheter att fungera som en synkroniserad produktionsenhet. Vilket även inkluderar mätning av effekt och frekvens enligt tekniska krav från TSO:er. VPP öppnar upp för vissa stödtjänster som kräver större skala [12]. Jag har inte hittat källor som uttryckligen pekar på att VPP kräver en centraliserad arkitektur men implicit tolkar jag att så är fallet. Om någon läsare vet mer får ni gärna höra av er.

En stor fördel med V2G är låga investeringskostnader

V2G står inte utan konkurrens. Elproduktion som vattenkraft kan beroende på kontext genomföra samma resursbehov och stödtjänster som V2G. V2G och elnätets kapacitet har en teoretisk koppling. Kan V2G effektivt utgöra en resurs minskar investeringsbehovet i elnätet, ökad elnätskapacitet kan på motsvarande sätt försämra lönsamheten för V2G genom minskat behov för vissa typer av tjänster [10].

Huvudkonkurrenten till V2G idag är dock främst stationära batterilager [15] men det kan skilja åt på olika marknader, i Norden är t ex vattenkraften en viktig stödresurs för elnätet. V2G största konkurrensfördel jämfört med stationära batterilager är låga investeringskostnader. Eftersom ett fordonsbatteri köps med syfte att utföra mobilitet kommer de stationära applikationerna så att säga på köpet [15]. Detta kan jämföras med stationära batterilager som kostar som lägst 300 USD per kWh när det görs i stor skala på mogna marknader [16]. I modelleringar, t ex en gjord för Kalifornien kan detta faktum innebära stora teoretiska besparingar jämfört med stationära batterilager [15]. En annan fördel med decentraliserade batterier är möjligheten till lokal avlastning, vilket inte går med storskaliga batterilager [16].

Egen kommentar

Vi som jobbar med elektromobilitet är väl medvetna om hastigheten i omställningen inom transportsektorn. Det går snabbt inom teknikutveckling, regleringar och köppreferenser. Elnätet genomgår en likande transformation med ökad andel förnyelsebart, ökat elbehov och tillhörande utmaningar i att balansera elnätet. V2X och kanske främst V2G befinner sig mitt emellan dessa två snabbt föränderliga system. Det är inte konstigt att det verkar råda osäkerhet kring vilka applikationer där V2G kan göra störst nytta, även om tekniken har teoretisk potential. En förutsättning för framgång är dock hur väl tekniken tas emot och möjliggörs av användarna, vilket är ämnet i nästa nyhetsbrev i vår serie om V2X.

Referenser

[1] Rafter, Jackson C. ”Vehicle to grid: an economic and technological key to California’s renewable future.” (2016). länk

[2] Dictionary of energy. 2006. länk

[3] IoT Evolution World. 2016. länk

[4] Global SEI. 2014. länk

[5] Techcrunch. 2022. länk

[6] Green Car Reports. 2021. länk

[7] Automotive World. 2021. länk

[8] CleanTechnica. 2021. länk

[9] Switch EV. 2021. länk

[10] Gschwendtner, Christine, Simon R. Sinsel, and Annegret Stephan. ”Vehicle-to-X (V2X) implementation: An overview of predominate trial configurations and technical, social and regulatory challenges.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 145 (2021): 110977. länk

[11] Erdogan, Nuh, Fatih Erden, and Mithat Kisacikoglu. ”A fast and efficient coordinated vehicle-to-grid discharging control scheme for peak shaving in power distribution system.” Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 6.3 (2018): 555-566. länk

[12] Ravi, Sai Sudharshan, and Muhammad Aziz. ”Utilization of Electric Vehicles for Vehicle-to-Grid Services: Progress and Perspectives.” Energies 15.2 (2022): 589. länk

[13] Automotive World. 2021. länk

[14] Clean Energy Review. 2022. länk

[15] Coignard, Jonathan, et al. ”Clean vehicles as an enabler for a clean electricity grid.” Environmental Research Letters 13.5 (2018): 054031. länk

[16] Solcellskollen Podd. 2022. länk