能源安全視角下新能源汽車雙向峰谷充放電技術與應用研究

劉承杰

摘要：本文從能源安全的視角出發，探討了新能源汽車雙向峰谷充放電技術的研究與應用。首先分析了新能源汽車的發展現狀和能源安全問題。接著，詳細描述了雙向峰谷充放電技術的概念和特點、原理及模式，以及各自的優缺點。同時，本文還闡述了政策環境和市場需求、充放電策略設計與實現、各種新能源汽車的雙向峰谷充放電技術應用研究，以及雙向峰谷充放電技術應用案例分析，探討了其對新能源汽車充電設施和電網的影響。最后，展望了技術挑戰和難點、雙向峰谷充放電技術的未來發展方向以及未來發展趨勢。

關鍵詞：能源安全；雙向峰谷；新能源汽車；放電技術

中圖分類號：U473 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.01.001

0 引言

隨著全球經濟的快速發展和人民生活水平的提高，對能源的需求量越來越大。然而，傳統化石能源的供給受到了各種因素的制約，如資源枯竭、環境污染等問題。根據《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》和國家發展改革委和國家能源局的《關于促進新時代新能源高質量發展的實施方案》，新能源技術的發展成為當前全球關注的焦點。

新能源汽車作為新能源技術領域中的一個重要分支，在減少傳統汽車尾氣排放、改善空氣質量、緩解能源壓力等方面具有不可替代的作用。在新能源汽車中，電動汽車因為具有零排放、低噪聲、高效節能等特點，逐漸成為市場主流。其推廣和發展對于能源的可持續利用和環境的保護具有重要意義。然而，新能源汽車的發展也遇到了許多難題，其中之一就是儲能和充電問題。新能源汽車的電池壽命和續航里程直接影響著用戶的使用效果和體驗，這也成為制約電動汽車進一步普及的主要瓶頸之一。

針對電動汽車的充電問題，目前已經出現了很多解決方案，其中雙向峰谷充放電技術被認為是一種可行且有效的解決方案。這項技術是利用電網峰谷價差，將電動汽車電池作為儲能裝置，在低谷時段進行充電，在高峰時段進行放電，以此達到平衡電網供需的目的。實現這項技術對于提高電力系統運行效率、緩解電網負荷壓力、穩定能源系統和促進新能源汽車的普及等方面都具有重要意義[1]。本文將從能源安全的視角出發，研究新能源汽車中雙向峰谷充放電技術的實現與應用。

1 能源安全視角下的新能源汽車

1.1 新能源汽車發展現狀

隨著環保意識的不斷提高和政策的支持，新能源汽車已經成為中國汽車行業乃至全球的重要發展方向。根據國家統計局發布的數據顯示，2022 年我國新能源汽車銷量688.7 萬輛，同比增長93.4%，銷量占全年汽車總銷量的25.6%，占到全球銷量的61.2%。同時，據中國汽車工業協會預測，到2035 年我國新能源汽車保有量將超過5 000 萬輛[2]。

在全球范圍內，電動汽車制造商也在不斷涌現。特斯拉、比亞迪、日產、寶馬等知名汽車品牌都紛紛推出了各自的電動汽車產品線，并不斷創新技術，以提高電池續航能力和充電速度。

1.2 能源安全問題分析

盡管新能源汽車市場正在蓬勃發展，但能源安全問題仍然是一個需要重視的問題。

首先，新能源汽車的普及程度還不夠，依賴于傳統化石燃料的汽車仍然占據主導地位。這就意味著，如果新能源汽車的供應受到某些因素的限制，如政策、技術等方面，將會給能源供應帶來巨大的壓力[3]。

其次，新能源汽車需要耗費大量電力進行充電。電力系統自身就存在著負荷不平衡的問題，如果在高峰期間大量充電，將會對電網造成很大的沖擊，從而導致電力系統的不穩定和安全隱患增加[7]。

最后，新能源汽車所配備的電池儲能裝置是一項關鍵技術。目前，電池儲能裝置的生產還存在成本高、資源缺乏、回收利用等問題，這些問題同樣會制約新能源汽車的發展和普及。

2 能源安全視角下新能源汽車的雙向峰谷充放電技術研究

在能源越來越緊張的現實情況下，尋求新能源的替代成為緩解能源短缺問題的有效途徑，而提高能源利用效率也成為當今能源領域的熱點。作為新能源領域的重要一環，新能源汽車已經引起廣泛關注，并成為各國政策的主導方向之一。與傳統汽車相比，新能源汽車更加依賴于穩定、可靠的電力源供應和可靠的充電基礎設施[8]。如何提高新能源汽車在發電、儲能和充電等方面的效率，已經成為當前能源領域研究的核心問題之一。

眾所周知，新能源汽車所使用的電池一般都是鋰離子電池，其性能在不同溫度和電荷水平下有所變化。傳統的充電模式只關注在一個固定的時間內為電動汽車充電，并不考慮最佳的充電溫度和時間，因此在充電效率和電池壽命等方面存在很大局限。而雙向峰谷充放電技術則能夠解決這一問題，提高新能源汽車的充電效率和減少能源浪費。在新能源汽車不使用的時候，把車上的動力電池當成一個小型儲能系統接入電網，為局部電力穩定做貢獻[3]。

2.1 雙向峰谷充放電技術的概念和特點

雙向峰谷充放電技術是在雙向直流快速充放電技術的基礎上發展而來的。它利用電網電價波峰波谷變化進行新能源汽車的充放電控制。通過預測未來的電能價格波峰和波谷，該技術利用電動汽車電池的儲能功能，在波谷期間充電，在波峰期間放電，從而實現對電池的高效管理。由于該技術能夠充分利用電池資源，保障用電安全，因此受到了廣泛關注，并在多個地區得到了廣泛應用。

雙向峰谷充放電技術的特點包括3 點：首先，該技術能夠減少電池的虧電狀態次數，提高電池壽命；其次，該技術使充電的溫度和時間得到合理控制，從而提高充電效率；第三，該技術應用非常廣泛，涵蓋家庭儲能、公用儲能、新能源汽車充電等多個領域。

2.2 雙向峰谷充放電技術的原理及模式

雙向峰谷充放電技術是指利用新能源汽車的底盤電池作為能量儲備，在電量高峰期將儲存的能量回饋給電網的技術。簡而言之，雙向峰谷充放電技術實現了汽車蓄電池的雙向供電功能，既可進行充電也可進行放電。典型的應用場景是，當新能源汽車的車主停車后，將車載電池作為儲能裝置，在用電低谷時儲存電網中多余的電能，并在用電量高峰期將這些電能釋放回電網進行供電。此外，這種技術也可以應用于居民小區的微電網系統中，實現太陽能、風能等新能源的充電儲能和用電峰谷互補，同時增強電網的調峰能力。

2.3 雙向峰谷充放電技術的優缺點

雙向峰谷充放電技術在提高新能源汽車效率和電能利用效率方面優點明顯，其具體優缺點如下：

優點：

（1） 合理控制電池的溫度和充電時間，從而提高充電效率和延長電池壽命；

（2） 有效利用電池容量，實現較好的儲能管理；

（3） 可通過遠程控制對新能源汽車的充放電進行管理和優化；

（4） 可以緩解電網峰谷負荷不平衡的問題；

（5） 降低充電成本，同時提高充電效率。

缺點：

（1） 雙向峰谷充放電技術需要高精度的充放電控制，并對電池狀態進行較為細致的監測，因此需要投入較多的人力、物力和財力；

（2） 電池的充放電特性意味著會有一定的損耗，因此需要研究如何降低這種損耗；

（3） 充電設施的建設需考慮電池的可充放性，并解決充放峰谷值等問題。

綜上所述，雙向峰谷充放電技術是一種基于電網電價波峰波谷特點的充放技術。它通過控制新能源汽車電池的充放電，使得充電時長和充電溫度得到合理控制，進而提高了電池壽命和充電效率，并降低了充電成本。隨著新能源汽車產業的不斷發展，雙向峰谷充放電技術將展現出廣闊的應用前景。

3 新能源汽車雙向峰谷充放電技術應用探討

3.1 政策環境和市場需求

隨著全球對于環保和可持續發展的日益重視，新能源汽車逐漸成為汽車產業的發展趨勢。然而，新能源汽車的廣泛應用也給能源系統帶來了巨大的挑戰。在傳統燃油車時代，能源的生產和消費相對穩定，而新能源汽車的興起導致能源消費的不確定性增加，同時也給電力系統帶來了負荷平衡問題。因此，為了實現新能源汽車的可持續發展，需要開發具備雙向峰谷充放電功能的現代化充電技術。

政策方面，我國已經提出了“十四五”規劃，明確表示要推動新能源汽車行業的高質量發展，并進一步加強新能源汽車充電基礎設施建設。此外，在一些國家和地區，政府還提供了相應的補貼和財政激勵政策，以鼓勵新能源汽車的市場推廣。

市場需求方面，隨著新能源汽車的普及，人們對充電體驗和充電效率的需求日益增加。新能源汽車的雙向峰谷充放電技術可以根據用戶的用電情況智能地調整充電策略，最大限度地提高充電效率，滿足用戶對于便捷、快速、安全的充電需求[4]。

3.2 充放電策略設計與實現

新能源汽車的雙向峰谷充放電技術具有顯著的智能化特點。首先，該技術需要采集并分析用戶的用電數據，以明確用戶的用電模式和電量需求。接著，根據用戶的用電實際情況，設計合適的充放電策略。在實際操作中，可以通過以下幾種方式實現：

（1） 峰谷平電價差異化充電策略。

一些地區已經開始實施峰谷平電價差異化計費政策，這種政策旨在鼓勵用戶在低峰期使用電力設備，從而避免電網負荷過大。新能源汽車的雙向峰谷充放電技術可以利用這種政策，通過預測未來的電價走勢，實現在低峰期進行充電，并在高峰期將多余電量回饋給電網，從而提高充電效率和利用率。

（2） 能量管理系統。

能量管理系統是一種智能化的管理系統，它可以通過對用戶用電數據進行分析和處理，實現精準的充放電策略。該系統可以根據用戶需求、電價、天氣等因素，靈活調整峰谷充放電策略，以最大程度地利用電力設備。

（3） 雙向充電樁技術。

雙向充電樁技術可以實現車輛與電網之間的雙向能量交換，將多余的電能回饋到電網，實現電力資源的共享。同時，在車輛未使用時，還可以將電池儲存的能量輸送到家庭或企業的用電設備中，滿足用戶的用電需求。這種技術不僅提高了充放電的效率和靈活性，還有助于增強電力系統的負荷平衡能力。

3.3 各種新能源汽車的雙向峰谷充放電技術應用研究

雙向峰谷充放電技術指的是利用新能源汽車電池組的儲能能力，在電網的峰谷時段進行充電以儲存電能，而在電網峰值期間進行放電，為電網提供能量。這種技術不僅可以提高新能源汽車的利用效率，減少對電網的負擔，還能為用戶提供更加靈活、經濟的充電選擇。各種新能源汽車的雙向峰谷充放電技術應用研究如下：

（1） 純電動汽車。

純電動汽車作為擁有最大電池電量的新能源汽車之一，其雙向峰谷充放電技術的應用已經相對成熟。利用這項技術，純電動汽車可以在峰谷時段進行充電，為未來的行程提供電力保障；而在電網峰值期間，則可以通過放電為電網提供儲能支持。此外，雙向峰谷充放電技術還能夠有效增加純電動汽車的續航里程，降低使用成本，進而提升其市場競爭力。

（2） 插電式混合動力汽車。

雙向峰谷充放電技術在插電式混合動力汽車中的應用，對于降低氧化物、氮氧化物以及顆粒物等污染物的排放效果具有顯著的促進作用。此外，通過在電網的峰谷時段進行電力存儲，插電式混合動力汽車能夠在行駛過程中自動利用電能，并在需要時向電網輸出電能，為用戶和電網提供更好的選擇和服務。

（3） 燃料電池汽車。

燃料電池汽車利用化學能將氫氣等成分生成電能，這種電能可以用于支持新能源汽車鋰離子電池的二次充電，以滿足電動汽車在行駛過程中的能量需求。在利用氫氣將氧化物還原為水的過程中，燃料電池汽車將產生大量的電能。這些電能不僅可以用于電網的穩定化服務，實現對電能儲存和調度的支持，還有助于推動燃料電池汽車本身的大規模開發和推廣。

3.4 雙向峰谷充放電技術應用案例分析

雙向峰谷充放電技術作為新能源汽車領域應用最為廣泛的技術之一，其重要性不言而喻。本章將通過對廣東省能源局、上海某智能停車場以及重慶新能源汽車充電站等具體案例的深入分析，探討雙向峰谷充放電技術在實際應用中的表現。

（1） 廣東國家電網雙向充放電技術（V2G） 應用案例分析。

廣東國家電網針對新能源汽車充電負荷高峰期和低谷期的不同需求，采用了雙向峰谷充放電技術。具體來說，公司推出了一種基于新能源汽車充電樁的雙向充放電系統。在用戶需要時，該系統能將電池中的電量充回電網，從而平衡電力負荷和供應體系。同時，該系統還能將電網剩余的電能充回給新能源汽車，以滿足后續的行駛需求。

通過應用雙向峰谷充放電技術，廣東國家電網有效地緩解了新能源汽車充電負荷高峰期和低谷期所帶來的壓力，實現了零排放、更節能和更低碳排放的電力供應，為新能源汽車的廣泛應用提供了有力支持。

（2） 上海某智能停車場雙向充放電技術應用案例分析。

上海某智能停車場作為上海市政府的重要交通項目，已成為城市管理不可或缺的一部分。為滿足用戶對新能源汽車充電需求的不斷增長，該停車場引入了雙向峰谷充放電技術，并成功將其應用于充電系統中。具體來說，該停車場通過安裝雙向峰谷充放電系統，實現了對停車場內新能源汽車電池組的充放電管理。用戶使用該系統時，不僅可以在停車的同時進行充電，還可以在離開時將多余的電能回饋給停車場的電網。此外，該系統還能在電網的低谷期對電池進行充電，從而減輕對整個停車場電力供應的負擔。

通過應用雙向峰谷充放電技術，智能停車場實現了電力資源的合理分配和高效利用，顯著提升了新能源汽車的充電服務質量，為城市交通的綠色發展提供了堅實的保障。

（3） 重慶新能源汽車充電站雙向充放電技術應用案例分析。

重慶某新能源汽車充電站是一家專注于為重慶地區新能源汽車提供充電服務的公司。為了滿足用戶不斷增長的電力需求并改善傳統充電服務的不足，該公司引入了雙向峰谷充放電技術，致力于為用戶提供更加優質的充電服務。具體來說，該公司通過安裝雙向峰谷充放電系統，實現了對用戶新能源汽車電池組的充放電管理。用戶通過使用該系統，可以將電池中多余的電量返回到電網中，避免資源浪費。同時，該系統還能在電網低谷期為電池充電，確保在用戶高峰期需要充電時有足夠的電力供應。

通過使用雙向峰谷充放電技術，新能源汽車充電站不僅提升了用戶的充電體驗，還有效改善了傳統充電服務的不足，為新能源汽車的廣泛應用提供了堅實的保障。

綜上所述，雙向峰谷充放電技術作為新能源汽車領域廣泛應用的技術之一，其應用案例不斷涌現。通過對廣東國家電網、上海某智能停車場和重慶新能源汽車充電站等案例的分析，我們可以看到，在實際應用中，雙向峰谷充放電技術能夠有效應對新能源汽車充電負荷的高峰期和低谷期，實現電力資源的合理分配和利用，從而推動新能源汽車的廣泛應用。

3.5 雙向峰谷充放電技術對新能源汽車充電設施和電網的影響

在新能源汽車領域，雙向峰谷充放電技術不僅可以為新能源汽車提供更優質的能量服務，同時對充電設施和電網也產生積極的影響[5]。其具體表現如下：

（1） 促進了充電設施的建設。

隨著新能源汽車的普及，充電設施建設已成為制約其發展的瓶頸。與傳統的單向充電技術相比，雙向峰谷充放電技術使充電設施具備了雙重功用，有效解決了其建設難題。這不僅可以降低充電設施的建設和運營成本，減輕政府和用戶的財政壓力，還能提升充電設施的使用效能，增加用戶的選擇和滿意度。

（2） 減輕了電網負擔。

新能源汽車在運行過程中需要大量的電能支持，這增加了電網的負擔。通過應用雙向峰谷充放電技術，可以在峰谷期間儲存電能，從而優化供求關系，降低電網負荷峰值，進一步減輕電力系統的負擔。因此，雙向峰谷充放電技術可以實現新能源汽車和電網之間的共贏。

4 挑戰和未來展望

4.1 技術挑戰和難點

雖然新能源汽車雙向峰谷充放電技術在實際應用中已經取得了一定的成果，但該技術仍然面臨著一些技術挑戰和難點，主要體現在以下幾點：

（1） 充放電效率提升。

目前，新能源汽車雙向峰谷充放電技術的充放電效率仍有待提高。如何通過更加精準的充放電策略和更加智能化的管理系統，進一步提高充放電效率，是一個關鍵問題。

（2） 能量儲存和管理。

新能源汽車雙向峰谷充放電技術需要進行大量的能量儲存和管理工作。如何實現高效、穩定的能量儲存和管理，是一個重要的技術難題。目前，新型能量儲存技術如固態電池正在不斷發展，未來有望為解決這一難題提供新的方向和思路。

（3） 安全性和穩定性。

新能源汽車雙向峰谷充放電技術涉及大量的電力傳輸和交換工作，因此安全性和穩定性至關重要。如何確保技術在高壓、高溫等惡劣環境下仍能保持穩定和安全，是一個需要解決的關鍵問題。

4.2 雙向峰谷充放電技術的未來發展方向

雙向峰谷充放電技術作為新能源汽車發展的熱點技術之一，其未來發展方向主要表現在以下幾個方面：

（1） 提高技術成熟度。

盡管雙向峰谷充放電技術在各類新能源汽車中得到了廣泛應用，但其技術成熟度和實際運行效果仍有待提升。目前，技術研究主要集中在控制系統、電池壽命、充放電功率等關鍵問題上。未來，需要進一步加強研究，推動智能化、自適應等關鍵技術的開發，以提升系統的穩定性、可靠性和安全性。

（2） 推廣應用到更多領域。

目前，雙向峰谷充放電技術主要應用于新能源汽車和智能家居等領域。未來，該技術還可以進一步推廣到電網分布式儲能、電力市場等領域，拓展其應用場景和規模，并實現新能源汽車、智能家居和電力系統之間的深度融合。

（3） 促進電力體制改革和技術升級。

雙向峰谷充放電技術的推廣需要政府部門、電力市場和企業緊密合作，共同推動電力體制改革和技術升級。這包括完善政策法規和標準規范體系，提升峰谷電價差價，發展智能電網，以及推動電源側改革等。通過這些措施，實現電量有效平衡和科學調度，提高能源利用效率。

雙向峰谷充放電技術在新能源汽車領域的應用研究已取得一定成果，但仍需不斷深化和推廣。未來，該技術需要繼續提高技術成熟度，擴展應用領域，并推動電力體制改革。相信在能源清潔低碳轉型、電力安全穩定供應、促進技術和模式創新，以及推動電力工業高質量發展方面，雙向峰谷充放電技術將做出重要貢獻。

4.3 未來發展方向和趨勢

新能源汽車雙向峰谷充放電技術具有廣闊的發展前景，以下是筆者對于未來發展方向和趨勢的幾點思考：

（1） 智能化管理系統的進一步完善。

隨著人工智能和物聯網等技術的不斷發展，智能化管理系統將能夠更加精準地分析用戶用電需求和電力市場變化，從而提升充放電效率和利用率。未來，智能化管理系統將成為新能源汽車雙向峰谷充放電技術發展的重要方向。

（2） 多種能量儲存技術的應用。

目前，鋰離子電池是新能源汽車雙向峰谷充放電技術最常用的能量儲存設備，但其體積、重量較大，儲能密度也有限。未來，固態電池、超級電容器和氫燃料電池等新型能量儲存技術將得到進一步推廣和應用。

（3） 共享經濟的發展。

共享經濟的發展為新能源汽車雙向峰谷充放電技術提供了廣闊的應用場景。通過將多余的電量回饋給電網或者輸送到家庭、企業用電設備中，可以實現電力資源的共享和優化利用。

（4） 國際合作的加強。

新能源汽車雙向峰谷充放電技術是一項全球性的技術挑戰，需要各國在技術研發、政策制定、標準規范等方面進行緊密合作與交流。未來，國際合作將成為新能源汽車雙向峰谷充放電技術發展的重要趨勢之一。

總而言之，雙向峰谷充放電技術尚處于起步階段，但其潛力巨大，未來發展前景十分廣闊。在未來的發展中，需要持續加強技術創新，提高技術成熟度，并不斷擴大應用范圍。同時，制定相關的政策和法規也至關重要，以推動雙向充電樁的普及。作為起點，可以先在小范圍內推廣不接入國家電網的雙向充電樁，例如企事業單位內部，從而加快雙向峰谷充放電技術的推廣步伐。在政府的大力推動下，預計在未來的數年內，雙向峰谷充放電技術將廣泛應用于多個領域，并與光伏和風能等可再生能源相結合，為我國能源清潔低碳轉型、電力安全穩定供應、促進技術和模式創新，以及推動電力工業高質量發展方面做出重要貢獻。

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