2010/03/05
經濟部能源局
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■撰文：吳懷文
隨著全球暖化及能源安全供應與路面運輸相關議題逐漸受到關切前提下，電動車（EV）已是目前各界最關切的熱門話題，包括單獨只以電池或混合內燃引擎所驅使電動車，目前車種略分為5大類，分別是：油電混合車（HEVs）、純電池電動車（BEVs）、插電式油電混合車（PHEVs），太陽能光電車（PVEVs）及燃料電池車（FCVs）。本文茲簡析電動車對智慧型電網與核能關係及對電力負載之影響，供讀友參採。
對智慧型電網之影響
隸屬於歐洲委員會聯合研究中心總署之7大研究機構的前瞻性技術研究所，針對歐盟27國進行未來前述汽車技術市場滲透力，尤其是插電式油電混合車及純電池電動車對經濟及環保衝擊影響之相關研究。由該研究得知，隨著電動車市場普及率增加後，若大批電動車所使用電池無法於夜間進行充電，屆時將產生無效率邊際發電量，並對電力系統造成嚴重影響，包括：
一、將對輸配電系統造成衝擊，由於調度電動車所需電力而瞬間額外增加電力負載所造成增溫，將減短變壓器使用年限，間接造成輸電網成本。
二、若大批電池於尖峰時段充電，將造成潛在供電量不足，並調度最不具效率的發電機組。
三、電動車充電電池之主要電力是來自低碳排放之核電及再生能源。就再生能源而言，最大的挑戰是電力需求面及供給面的負載，此兩者往往會同時發生，也是環保對電動車最大的爭議。
電力輸送及裝置容量屆時勢必受到新增電動車隊之電力需求衝擊，包括來自需求端及供電端權衡的結果：第一，電池負載曲線，往往與充電時段及充電量有關；第二，電網營運者如何善用創新電力管理方式。如果缺乏有效管理方式及未增加因應裝置容量，依據2006年Hardley所提的研究數據，未來美國南卡、北卡及一部分的維吉尼亞州，將可能出現發電量不足的現象，隨著電動車普及率上揚，預估10年間將有7.9天電力不足（未引進電動車為6.9天）。
電網營運者必須研發尖端科技以監控及遠端遙控進行電力需求面管理，也就是非僅僅是電網端至電動車電池端的單向管理（mono-directional），而是雙向管理（bi-directional）的整合系統，就是所謂的「Vehicle to Grid」（V2G）車輛到電網，除包括電網端至電動車電池端，亦包括電動車電池端至電網端之雙向整合管理。V2G描述了電動汽車與電網的關係，當電動汽車不使用時，車載電池的電力銷售給電網的系統；如果車載電池需要充電，電流則由電網流向車輛。目前BEV和PHEV可以實現V2G，由於大部分車輛95％的時間是處於停駛狀態，車載電池可以做為一個分散式儲能單元。
研發各類創新方案必須考慮與智慧型電網相容，包括日益成長具間歇特性的再生能源等分散型能源。在對於V2G定價與成本分攤部分： 一、補貼機制：當用戶出售其多餘電池，該如何獲得合理報酬及補貼。
二、基礎建設投資及成本分攤機制：設置智慧型電表插座的地方，是否應擴及每家戶、每棟建物及各停車場。
此外，各電網負載、發電業者及定價策略之間相容性亦是考慮重點。最近密西根州公眾服務委員會認為，PHEV之高市場滲透力往往與智慧型電網基礎建設有極大關係，而美國能源部電力傳輸與能源可靠性辦公室表示，提高PHEV市場滲透力之關鍵因素為：
一、自我修復電網（Self Healing Grid）：該電網須具備能快速偵測、分析、反應及自擾動狀態恢復等功能。
二、基礎建設投資及成本分攤機制：該電網能整合用戶設備及行為。
三、能預防電腦系統免於受到攻擊：該電網能緩和及防止電腦避免安全性受到攻擊。
四、提供符合21世紀用戶需求之供電品質：可提供符合一般用戶及產業界需求的供電品質。
五、適應多元發電結構選項：能允許及接受區域型發電技術（例如綠色電力）。
六、充分發揮電力市場功效：該電網能促使電力市場更趨成熟。
七、設備利用最佳化：在降低營運及維修成本前提下，該電網可藉由IT及監測科技促使設備利用達到最佳化。
與核能關係及對電力負載影響
2009年11月，世界核能協會之電力與汽車的報導，揭露電動車與核能關係及對電力負載影響，明確指出3大趨勢：
一、各國研究數據顯示，電動車及油電混合車將自電網增加基載電力需求。
二、未來電動車能否穩定成長，將取決於電池科技的發展。
三、由於插電式電動車自電網充電相當簡便，將有助於提高Full Electric Vehicles普及率。
就如同交通運輸及氫經濟的報導所言，核能對路面交通運輸及汽車有3項重大影響：
一、油電混合車及Full Electric Vehicles將傾向自離峰時段充電，此符合所謂的「electromobility」行動電力。
二、利用Nuclear heat可自煤礦提煉出液態碳化氫。
三、氫可被電解出來，未來亦可使用高溫反應爐在熱化學作用下產生氫。
有關電動車對電力負載影響，英國運輸部預估假使英國汽車全面汰換為純電動車，屆時電力需求將成長16％；美國電力研究院之研究模型推估全美60％車款替換為電動車，屆時電力需求將成長9％。美國能源部西北太平洋國家實驗室於2006年發現，如果美國全面汰換汽車為電動車後，屆時閒置離峰電力將足以支應84％電動車所需電力；Areva表示如果在法國10％車輛汰換為電動車，屆時所須增加基載電力將超過6,000MW（相當於10％核能裝置容量）。
插電式電動車PHEV及電動車EV充其量將使用離峰時段的電力，因此將增加基載電力，此意謂著基載電力將成為主要電力結構時，勢必調度來自電網低成本電力。如果尖載期間提供車載電池的電力至電網，將有助於抑低供電成本，但更多複雜性問題有待解決。而部分電池科技允許短時間高電流充電，意謂著將增加發電及配電需求量，所增加負載部分須以例行電力計畫下之其他額外調度電力或基礎建設的費率來計算電力成本及電價。
另根據美國能源部2008年電動車對美國區域發電影響研究，以7項情境預測PHEV市場滲透力在2020年及2030年對全美及13個別區域電力負載、電價及溫室氣體排放的潛在影響所得結論為：
一、特色
插電式油電混合車有別於油電混合車，在於可隨時利用辦公室或家中牆壁插座進行充電，並兼具純電動車短程行駛及超低耗油特性。
二、市占率
電池技術及生產成本是PHEV擴張市占率的主要障礙。電池的使用成效、重量及體積大小亦是考慮重點。預估PHEV在美國市占率將由2010年的0％增至2020年的25％，依據EPRI推估2030年市場將出現1億輛PHEV，且屆時非路面使用電動車比例將是目前的3倍。
三、充電時間
對供電者而言，於夜間用戶電力需求較低，將比較能夠提供廉價電廠的廉價電力給插電車使用者利用，因為自低成本電廠調度額外所需電力較不會造成影響既存輸、配電系統的運轉；對用戶而言，則隨時隨地只要有使用插電車需求，就會立即找插座充電以使電池處於完全充飽狀態以備不時之需。因此，公用事業必須想出方法以促使用戶利用夜間及離峰時段充電。惟該案EPRI模型之充電時間情境假設，晚上時間係指5點至10點，夜間為10點以後。
四、充電方式
用戶考慮遠近問題，通常最可能是在辦公地點充電，雇主或地方政府最好在白天提供民眾充電機會，以減少下午5點後員工因插電車充電而延誤下班時間造成交通壅塞。公用事業及企業應廣設充電基礎建設及相關設備，以利於一般民眾在任何地點充電，並將充電費用直接由民眾電費帳單中扣除。
五、對電力負載、電價及溫室氣體排放的潛在影響
若因應電力尖載，而允許電網調度來自PHEV之電池或引擎所使用電力，將需要更多對用戶、供電業者及環境的策略成本及利益分析。尤其電動車普及化後，將需要更多電路，調度PHEV之電力加入電網互聯系統將更趨複雜，對電池使用壽命勢必受到影響，屆時電動車對空氣品質影響的報告將被揭露。若自電網調度PHEV電力或另蓋一新電廠以因應尖載所需電力，兩者相較，前者勢必提高電力成本及對環境造成更多污染。（作者任職於台電公司企劃處）