電動車普及化：電網面臨的挑戰與機遇

去年全球銷售的汽車中，約有五分之一是電動車（EV）。電動車雖然帶來許多好處，例如零排放、降低噪音汙染以及減少對進口化石燃料的依賴，但也可能對電網造成壓力。在德州農工大學電機與電腦工程系，教授兼德州農工工程實驗站智慧電網中心主任託馬斯·奧弗比博士，以及資深研究工程師喬納森·斯諾德格拉斯博士，正致力於研究電動車數量增加對電網的影響，並探索如何將電動車轉化為電網的優勢。

斯諾德格拉斯指出：「如果每個人都擁有一輛電動車，電網的使用量將幾乎翻倍，這是一個巨大的挑戰。因此，關鍵在於如何利用家庭充電的靈活性。如果電動車的充電時間具有彈性，它們實際上可以成為電網的資產，而不僅僅是負擔。」

靈活充電的目的是維持電網的平衡。目前，當使用者在晚上將車輛插上充電時，車輛會立即開始充電，這會增加電網的壓力，因為電網通常在下午4點至7點之間負荷最高。然而，如果我們能利用電動車充電器的「智慧」功能，讓電力公司調整充電時間，電動車就能真正成為一個靈活的負載。

這種被稱為「價格響應負載」的方式，可以讓電動車在前三個小時充電，然後根據電網的負荷情況暫停並重新開始充電。這一切都會考慮到使用者的駕駛需求，並確保車輛在第二天早上出發前充滿電。斯諾德格拉斯舉例說：「假設你晚上八、九點回到家，剛完成日常事務並接孩子回家。當你插上充電時，你並不一定在意何時充電，你只關心車輛是否能在早上帶你去上班和送孩子上學。」

電動車的充電時間從幾小時到幾天不等，取決於充電速度。Level 1充電使用標準的120伏特家用插座，可能需要幾天才能充滿一輛車或卡車。Level 2充電使用240伏特電源，類似於熱水器所需的電壓，可以在夜間為大多數電動車充電。如果使用者希望快速充電，則可以使用Level 3快速充電站，這些充電站功率高達50至350千瓦，相當於25至50戶家庭的用電需求，並能在30至60分鐘內為車輛充電。由於這些充電站配備了專用的轉換器，車輛無需依賴其內部較慢的轉換器，但這對電網來說是一個巨大的負擔。

想像一下，如果多輛車同時到達充電站並使用直流快速充電器，電網將立即增加兆瓦級的負載，導致電網頻率波動，因為電力供需之間的平衡被打破。電網更喜歡負載變化可預測且平穩的情況。斯諾德格拉斯比喻道：「電網可以處理多個兆瓦級的負載切換，但這會對電網造成壓力。電網並不是為此設計的。就像你可以把玻璃杯摔在地上而不碎嗎？當然可以。但玻璃杯並不是設計來被摔在地上的，它是被設計來小心放置和拿起的。」

研究團隊正與德州農工交通研究所（TTI）以及領先的軟體公司ElectroTempo合作。斯諾德格拉斯補充道：「TTI是全球頂尖的交通研究中心之一，而我們擁有全國最好的電網建模團隊，由電機與電腦工程系的能源與電力組長奧弗比教授領導。作為一所大學，我們擁有全球頂尖的電網建模與模擬能力。」

ElectroTempo利用實際交通資料（例如實際行駛里程）將其轉換為電動車里程，以預測未來的負載。他們將資料傳遞給奧弗比團隊，團隊則進行電網模擬，預測如果有「X」百分比的人轉向電動車，這將對電網產生什麼影響。根據這些資訊，他們可以告知電力公司是否需要升級配電、輸電線路或變壓器，或者是否在某些區域會出現過載問題。這些問題可以透過調整電動車負載或提前更換電力線路和變壓器來解決。

斯諾德格拉斯總結道：「在某些情況下，可能不值得在某些區域推廣電動車。例如，電力公司應該告訴某些社羣的居民，如果你們真的想要電動車，前10%的使用者可以毫無問題地使用電動車。但在此之後，使用者可能需要支付額外費用，因為電力公司需要升級線路。這取決於電力公司如何處理這一問題。」