車両からグリッドへ

車両対グリッド（V2G ）は、プラグイン電気自動車（PEV）がグリッドに需要応答サービスを販売するシステムを表します。需要サービスとは、グリッドに電気を供給するか、グリッドからの充電率を下げることです。需要サービスは、グリッド供給の需要のピークを削減し、したがって負荷変動による中断の可能性を減らします。^{[1] [2] [3]}車両対負荷（V2L）と車両対車両（V2V）は関連していますが、AC位相はグリッドと同期されていないため、電力は「オフグリッド」負荷にのみ利用できます。

プラグイン電気自動車には、バッテリー電気自動車（BEV）、プラグインハイブリッド（PHEV）、水素自動車が含まれます。これらは、通常、車両の動力源として使用される電気を生成する能力を共有しています。しかし、車はほとんどの時間を駐車して過ごすため、エネルギーは蓄えられたままです。V2Gを使用すると、この蓄えられた電力の一部をグリッドに送ることができ、グリッドから電力を取得する必要性が軽減されます。2015年のレポートによると、電気料金が安いオフピーク時にEVを充電し、それを車のバッテリーに蓄え、電気料金が上がるピーク時にグリッドに売り戻すことで、車両所有者は多額の支払いを受けることができることがわかりました。^[4]

バッテリーの充電サイクル数には限りがあり、保存期間も限られているため、V2G はバッテリーの寿命を縮める可能性があります。バッテリー容量は、バッテリーの化学組成、充電/放電率、温度、充電状態、経年変化によって複雑に変化しますが、技術の向上とともに向上しています。V2G がバッテリー寿命に与える影響に関するほとんどの研究では、V2G の放電率を遅くすると劣化が軽減されることが示されていますが、ある研究では、車両をグリッド ストレージに使用すると寿命が延びる可能性があることが示唆されています。^[5]

5.6kgの水素を含むタンクを搭載した水素燃料電池自動車（FCV）は、90kWh以上の電力を供給できます。 ^[6]車両のバッテリーは100kWh以上を蓄えることができます。

一方向V2G（UV2G）充電は、多くのPEVが装備していないEVバッテリーから電力を供給するよりも技術的に簡単です。^[7] 2024年現在^{[アップデート]}、ほとんどのEVは、バッテリーからAC電力を出力するために、推進モーターに電力を供給するために使用されるインバータとは別のインバータを必要とします。UV2Gは、空気の加熱や冷却などの他の活動を調整することで拡張できます。^{[8] [9]}

V2Gは、1990年代初頭にカリフォルニアのAC Propulsion社が導入した車両間（V2V）充電として始まりました。同社の2人乗りTzero車は双方向充電機能を搭載していました。^[10] V2Gは車両とグリッド間の充電と放電を可能にします。^[11]

V2G車両は、「谷埋め」（需要が低い夜間に充電する）^[12]と「ピークシェービング」（需要が高いときに電力をグリッドに送る、ダックカーブを参照）によって、グリッド負荷のバランスをとるのに役立つ電力を供給できます。^[13] ピーク負荷平準化は、調整サービス（電圧と周波数を安定させる）をサポートし、回転予備力（突然の電力需要を満たすため）を提供します。これらのサービスを「スマートメーター」と組み合わせることで、V2Gが可能になります。^{[14] V2Gは、余剰エネルギーを蓄え、高負荷期間中にグリッドに提供することで、変動}電源をバッファリングできます。

ピーク需要に対応したり停電に備えたりするために、公益事業会社はそれほど多くの石炭火力発電所やガス火力発電所を建設する必要がなくなると提案されている。^[15]地域的な需要は簡単に測定できるため、必要に応じて非常に地域的な範囲で動的な負荷平準化を提供することができる。^[16]

カービトラージは「車」と「裁定取引」を組み合わせた造語で、車両に蓄えられた電力を売買するプロセスを指すために使用されることがあります。^[17]

電気自動車は、一般的に平均的な家庭の1日のエネルギー需要を上回る量を蓄えることができ、車両から家庭への（V2H）伝送を使用して、数日間にわたって家庭に緊急電力を供給することができます。

V2H充電の概念はシンプルですが、それを実行するには技術的に複雑なシステムが必要です。充電ステーションには、中央グリッドと通信してリアルタイムのシステム需要を監視するソフトウェアを統合する必要があります。^{[18] [19]}

カリフォルニア州の送電事業者CAISOは、車両・送電網インターフェース（VGI）の4つのレベルを定義している。^[20]

1. 一方向電力フロー（V1G）
2. 集約されたリソースを持つV1G
3. 分散したアクターの目的を持つV1G
4. 双方向電力フロー（V2G）

V1G では、電気自動車の充電時間と充電速度を変えます。これは、単方向管理充電サービス、単方向 V2G、または「スマート充電」とも呼ばれます。V1G のアプローチには、通常は廃棄される太陽光電力を吸収するために日中に充電すること (負荷制限) や、周波数応答または負荷分散サービスを提供するために充電速度を変えることが含まれます。^{[引用が必要]}

車両から家庭への（V2H）、車両から負荷への（V2L）、車両から車両への（V2V）^[21]、車両から建物への（V2B）は、車両からあらゆるものへの（V2X）と総称されることもあり、停電時に車両を使用して電力を供給したり、車両のバッテリーに蓄えられた他のエネルギー源からのエネルギーでグリッドエネルギーを置き換えたりします。^[22] エネルギー源は再生可能な場合があります。たとえば、日中に職場で太陽光発電を使用して充電された車両は、グリッドから電力を引き出すことなく、夜間に家庭に電力を供給できます。

2022年時点では、V2Xはまだ市場展開には至っていません。ただし、2012年から商用V2Hソリューションが利用可能となっている日本では例外です。^{[23] [24]} 2022年、ユトレヒトは双方向のエネルギーフローをサポートする車両の登場を見越して、数千台の双方向充電器を設置していました。^[25]

2023年までに、V2Xエネルギー転送をサポートするいくつかの車両が市場に登場しました。フォードF-150ライトニングは、 9.6kWのV2LまたはV2H電力をサポートします。^[26] テスラは、 11.5kWのV2HまたはV2L機能を提供する新しい小型トラックサイバートラックの出荷を開始しました。 ^[21]

V2Gは、車両が電力網に電力を供給することを可能にし、そのエネルギーは公益事業または送電システムの運営者が支払う。^[27]多くの管轄区域では、ピーク需要時に電力需要を満たすことは、他の時期よりもはるかに高価です。EVからの電力は潜在的に安価な代替手段です。さらに、EV電力は、負荷分散や周波数制御（一次周波数調整および二次予備力を含む）などの補助サービスを促進することができます^{[28] 。 [29]}

V2Gには特殊なハードウェア（双方向インバータなど）が必要で、エネルギー損失が大きく、往復効率が限られており、充電/放電サイクルによってバッテリー寿命が短くなる可能性があります。2016年にカリフォルニアで行われたV2Gプロジェクトは、南カリフォルニアエジソン社によるパイロットプロジェクトとして実施され、プロジェクトからの収益がプロジェクト管理コストを下回り、経済的メリットがなくなったことが判明しました。^[30]

EVは通常、充電ステーションの変圧器を車両のバッテリーに直接接続することで、急速DC充電が可能です。ステーションにDC-ACコンバーターを搭載することで、車内に追加のハードウェアを必要とせずに、ステーションとの間で双方向DC充電を行う技術が開発されています。原理的には、V2GのハードウェアサポートのないEVでも、ソフトウェアのアップグレードだけで双方向機能を獲得できます。^{[31] [32]}

現代のEVのほとんどは、往復効率が90%を超えるリチウムイオン電池を使用しています。^{[33]効率は、充電率、充電状態、バッテリー}の健康状態、温度などの要因によって異なります。 ^{[34] [35]}

エネルギー損失のほとんどは、バッテリー以外のシステムコンポーネント、特にインバータなどのパワーエレクトロニクスによるものです。^[36 ]ある研究では、V2Gシステムの往復効率は53％から62％の範囲であることがわかりました。^[37]別の研究では、効率は約70％であると報告されています。^[38]全体的な効率は多くの要因に依存し、大きく変化する可能性があります。^{[36] [39]}

米国エネルギー省（DOE）の調査によると、プラグイン電気自動車やその他の電力依存技術の使用増加により、2050年までに米国の電力網への負担が最大38％増加する可能性がある。この高まる需要への対応は、電力会社と政府機関の両方にとって大きな課題となっている。^{[40] [19]}

2022年7月、サンディエゴ・ガス＆エレクトリック（SDG＆E）のサービス地域にある8台の電動スクールバスが、停電時の信頼性を高めるための5年間のパイロットV2Gプロジェクトに参加しました。^{[41] [42]} NuvveのV2Gソフトウェアを使用して、^[43]バスのバッテリーは近くの学区の他のバッテリーと集約され、カリフォルニア州公益事業委員会によって2021年に開始された緊急負荷削減プログラム（ ELRP）^[44]の参加リソースを形成します。SDG＆E、パシフィック・ガス・アンド・エレクトリック、サザン・カリフォルニア・エジソンがパイロットを管理します。

2022年9月、米国上院でBIDIRECTIONAL法案が提出され、「双方向の車両からグリッドへの（V2G）フロー機能を備えた電動スクールバスの配備に特化したプログラムを作成する」ことを目指しました。^[45]この法案は委員会で廃案となりました。

北米では、少なくとも2つの大手スクールバスメーカー、ブルーバードとライオンが、電動化とV2G技術の利点を実証することに取り組んでいます。2020年現在、米国のスクールバスは年間32億ドルのディーゼル燃料を使用していました。スクールバスの電動化は、電力網の安定化、発電所の必要性の軽減、排気ガスによるガスや粒子状物質による汚染や二酸化炭素の削減に役立つ可能性があります。^{[46] [47] [48]}

2017年、カリフォルニア大学サンディエゴ校では、V2G技術プロバイダーのNuvveがカリフォルニア州エネルギー委員会の資金提供を受けてINVENTと呼ばれるパイロットプログラムを開始し、キャンパス内に50のV2G双方向充電ステーションを設置しました。^[49]このプログラムは2018年に拡大し、Triton Ridesシャトルサービス用のPEVの車両も含まれるようになりました。^[50]

2018年、日産はV2Gシステム会社フェルマータ・エナジーと提携し、日産エナジーシェアイニシアチブのパイロットプログラムを開始し、テネシー州フランクリンの日産北米本社にV2G技術を使用して部分的に電力を供給しました。^{[51] 2020年、フェルマータ・エナジーの双方向電気自動車充電システムは、北米の安全規格である}UL 9741（双方向電気自動車（EV）充電システム機器の規格）の認証を取得した最初のシステムとなりました。^[52]

日本は既存の送電網インフラのアップグレードに711億ドルを費やす予定だ。^[要出典]日本の平均的な家庭は1日あたり10～12kWhの電力を消費する。日産リーフの24kWhのバッテリー容量は、最大2日間の電力を供給できる。^[要出典]

2018年11月、愛知県豊田市で豊田通商株式会社と中部電力株式会社が電気自動車によるV2G実証実験を開始した。この実証実験では、V2Gシステムが需要と供給のバランスをとる仕組みや電力系統への影響などを検証した。愛知県内の駐車場に、ヌービー株式会社が管理するV2Gアグリゲーションサーバーに接続された双方向充電ステーション2台が設置された。^[53]

エジソン プロジェクトは、デンマークの総電力需要の 50% を賄うのに十分なタービンを設置し、V2G を使用して送電網を保護する予定です。エジソン プロジェクトは、送電網に接続している間、送電網が処理できない追加の風力エネルギーを蓄えるために PEV を使用する予定です。エネルギー使用量がピークになる時間帯、または風が穏やかな時間帯には、これらの PEV に蓄えられた電力が送電網に供給されます。PEV の受け入れを促進するために、ゼロ排出ガス車には政府の補助金が支給されました。^{[引用が必要]}

エジソンプロジェクトに続いて、ニコラプロジェクトが開始されました^{[54] 。これは、}デンマーク工科大学（DTU）のリスキャンパスの実験室環境でV2G技術を実証することに焦点を当てたものです。DTUは、Nuvveと日産と並んでパートナーです。ニコラプロジェクトは2016年に完了し、EVのフリートを使用して実際の環境で技術を実証するパーカープロジェクトの基礎を築きました。このプロジェクトは、DTU、^[55] Insero、Nuvve、日産、フレデリクスベア・フォルシニング（コペンハーゲンのデンマーク配電システムオペレーター）がパートナーでした。パートナーは、自動車ブランド間でV2Gサービスを体系的にテストおよび実証することで、商業機会を模索しました。経済的および規制上の障壁、およびアプリケーションの電力システムと市場への経済的および技術的影響が特定されました。^[56]プロジェクトは2016年8月に開始され、2018年9月に終了しました。

2011 年 1 月から、PEV の導入を支援するプログラムと戦略が実施されました。

2018年、EDF EnergyはNuvveとの提携を発表し、最大1,500台のV2G充電器を設置した。充電器はEDF Energyの企業顧客と自社施設に提供され、最大15MWのエネルギー貯蔵容量を提供する予定だった。^[57]

2019年10月、Vehicle to Grid Britain（V2GB）と呼ばれるコンソーシアムがV2G技術の可能性に関する調査レポートを発表しました。^{[58] [59]}

ソラリスは2022年9月29日、ポーランドのボレホボにEVの充電と放電をテストすることを目的とした充電パークをオープンした。 ^[60]

2020年以来、オーストラリア国立大学（ANU）の電気自動車からグリッドへのサービスの実現（REVS）チームは、大規模なV2Gの信頼性と実現可能性を研究しており、^{[61]バッテリーストレージとグリッド統合プロジェクト[62]}イニシアチブをスピンオフさせています。

2022年にオーストラリアで最初のV2G充電器が購入可能になりましたが、規制プロセスのために展開が遅れ、各州の電力当局がそれらを準拠として認定する必要がありました（オーストラリア政府の承認後）。また、価格が高いことと、V2Gの使用が承認されているEVが非常に少ないこと（2023年時点では日産リーフEVと一部の三菱ハイブリッドEVのみ）により、普及は限られています。この展開は、ANUの研究者が国際的なV2Gプロジェクトの包括的なレビューを作成したことに続くものです。^{[63] [ページが必要]}

ドイツでは、ザ・モビリティ・ハウスが日産自動車とテネットと共同で日産リーフを使ってエネルギーを貯蔵するプロジェクトが行われた。 ^[64]その主なアイデアは、ドイツのエネルギー市場に不可欠なソリューションを生み出すことだった。ドイツの北部からの風力エネルギーを使ってEVを充電し、EVが需要ピーク時にグリッドに供給することで、化石燃料の使用を減らすというものである。このプロジェクトでは10の車両充電ステーションが使用された。スマートなエネルギー再分配対策はソフトウェアによって制御された。その結果、電気自動車は気候によって変化する再生可能発電源を柔軟に制御できることが示された。

デンマークのエジソンプロジェクトは、「持続可能なエネルギーとオープンネットワークを使用した分散型統合市場における電気自動車」の略称で、デンマーク東部のボーンホルム島で部分的に国費で賄われた研究プロジェクトである。コンソーシアムには、IBM、シーメンス、ハードウェアおよびソフトウェア開発会社EURISCO、デンマーク最大のエネルギー会社Ørsted（旧DONG Energy）、地域エネルギー会社Østkraft、デンマーク工科大学、デンマークエネルギー協会が参加した。このプロジェクトでは、デンマークの風力発電所で生成される予測不可能な電力負荷をPEVとその蓄電池を使用してバランスさせる方法を検討し、当時国内の電力の約20%を発電していた。プロジェクトの目的は、必要なインフラを開発することだった。^[65]このプロジェクトでは、少なくとも1台の再生V2G対応トヨタ・サイオンが使用される予定である。^[66]このプロジェクトは、デンマークが2020年までに風力発電を50%に拡大するという取り組みにおいて重要なものでした。 ^{[67]英国の新聞}ガーディアンの情報筋によると、これまで「これほどの規模で試みられたことはなかった」とのことです。^[68]このプロジェクトは2013年に終了しました。^[69]

2020年、電力会社E.ONはgridXと共同でV2Hソリューションを開発した。^{[70]両社は、}太陽光発電（PV）システム、バッテリーストレージ、双方向充電の相互作用をテストするために、そのソリューションを民間の住宅に実装した。住宅には、合計容量27kWhのバッテリー3つ、DC充電器、5.6kWp（キロワットピーク）のPVシステムが搭載されている。40kWhの日産リーフが使用された。

2014年、サウスウェスト研究所（SwRI）は、テキサス電力信頼性評議会（ERCOT）の認定を受けた初のV2Gアグリゲーションシステムを開発しました。このシステムでは、電気配送トラックの所有者が参加できます。グリッド周波数が60ヘルツを下回ると、システムは車両の充電を一時停止し、グリッドの負荷を取り除き、周波数を通常まで上昇させます。システムは自律的に動作します。^[71]

このシステムはもともと、バーンズ・アンド・マクドネル・エンジニアリング社が主導するエネルギー信頼性とセキュリティのためのスマート電力インフラ実証（SPIDERS）フェーズIIプログラムの一環として開発されました。^{[72] 2012年11月、SwRIは}米国陸軍工兵隊からV2Gの実証のために700万ドルの契約を獲得しました。 ^[73] 2013年、SwRIの研究者は5つのDC急速充電ステーションをテストしました。システムは2013年8月に統合および受け入れテストに合格しました。^[74]

デルフト工科大学の研究者であるアド・ファン・ウェイク教授、ヴィンセント・オルデンブローク、カーラ・ロブレド博士は、2016年に水素燃料電池自動車を用いたV2G技術の研究を行った。水素と電気をエネルギーキャリアとして用いたV2G燃料電池自動車の実験作業と、100％再生可能な統合エネルギー・輸送システムの技術経済シナリオ研究の両方が行われた。^[75]ヒュンダイix35燃料電池自動車は、道路走行能力を維持しながら最大10kWの直流電力^[3]を供給できるように改造された。彼らはAccendaと共同で、車両の直流電力を3相交流電力に変換して送電網に注入するV2Gユニットを開発した。^[3]フューチャー・エネルギー・システム・グループは、燃料電池自動車が周波数予備力を提供できるかどうかをテストした。^[76]

ケンプトン、アドヴァニ、プラサドはV2Gの研究を行った。ケンプトンは技術と概念に関する論文を発表した。^{[19] [77]}

ヨーロッパでの運用実装は、ドイツ政府が資金を提供するMeRegioMobilプロジェクトを通じて実施され、オペルが車両パートナー、EnBWがグリッドの専門知識を提供しました。^[78]他の研究者には、パシフィックガスアンドエレクトリックカンパニー、エクセルエナジー、国立再生可能エネルギー研究所、そしてイギリスのウォーリック大学があります。^[79]

2010年、ケンプトンとポイラスネはV2Gソリューション企業であるNuvveを共同設立した。同社は業界パートナーシップを形成し、5大陸でV2Gパイロットプロジェクトを実施した。^{[49] [80]}

ローレンス・バークレー国立研究所は、グリッド上の個々のPEVの空間的および時間的な運転および充電行動をモデル化するシミュレーションプラットフォームであるV2G-Simを開発した。そのモデルは、ピーク需要応答や電力会社の周波数調整のための充電時間や充電率の調整など、V2Gサービスの課題と機会を調査している。予備調査の結果、制御されたV2Gサービスは、毎日の電気負荷のバランスを取り、ダックカーブを緩和するためのピークシェービングとバレーフィリングサービスを提供できることが示された。制御されていない車両充電は、ダックカーブを悪化させることが示された。^[81]

V2G-Simは、10年間にわたって毎日午後7時から午後9時まで1.440kWの充電率でV2Gサービスを実施すると仮定すると、サイクリング損失や暦の老化と比較して、V2GはPEVのバッテリー劣化にわずかな影響しか与えず、増分容量損失はそれぞれ2.68%、2.66%、2.62%になると報告しました。^[82]

2016年5月、日産とエネル電力会社は英国で共同V2G試験を実施すると発表しました。^[83]この試験では、日産リーフやe-NV200電気バンを含む100台のV2G充電ユニットが使用されました。

WMG、ウォーリック大学、ジャガー・ランドローバーは、同大学のエネルギー・電気システムグループと協力し、2年間にわたり市販のPEVを分析した。バッテリー劣化モデルを使用して、典型的な運転パターンでは、V2Gストレージのいくつかのパターンが従来の充電戦略と比較してバッテリー寿命を大幅に延ばすことができることを発見した。^[84]

バッテリーは使用頻度が高いほど、交換が必要になる時期が早くなります。2016年の時点で、交換コストは自動車の価格の約3分の1でした。^[85] バッテリーは使用すると劣化します。^[86]当時 テスラ社の最高技術責任者であったJBストラウベルは、バッテリーの消耗が経済的利益を上回ると主張し、V2Gを軽視しました。^[87] 2017年の研究では容量の低下が見られ、^{[88] [89]} 2012年のハイブリッドEV研究ではわずかな利点しか見られませんでした。^[90]

2015年の研究^[91]では、V2Gに有利な経済分析には、その導入に伴う目に見えないコストの多くが考慮されていないことが判明しました。これらの目に見えないコストを考慮すると、V2Gは経済的に非効率的なソリューションであると報告されています。

効率性に関するもう一つのよくある批判は、バッテリーへの電力の出し入れ（直流電力を交流電力に「反転」することを含む）によって必然的にエネルギー損失が発生するというものである。このエネルギー効率のサイクルは、大規模揚水式水力発電の70～80%の効率と比較することができる。^[92]

車両が電力網に電力を供給できるようにするには、電力会社がこの技術を採用する意欲を持たなければなりません。^[13]車両がコスト効率よく電力網に電力を供給するためには、「スマートメーター」が不可欠です。^[14]

• Markel, T.; Meintz, A.; Hardy, K.; Chen, B.; Bohn, T.; Smart, J.; Scoffield, D.; Hovsapian, R.; Saxena, S.; MacDonald, J.; Kiliccote, S.; Kahl, K.; Pratt, R. (2015) 「マルチラボ EV スマートグリッド統合要件調査: 技術開発およびデモンストレーションに関するガイダンスの提供」(PDF)。国立再生可能エネルギー研究所。2016年 3 月 8 日閲覧。
• ディール、スティーブン。「研究は電気自動車が所有者に利益をもたらす可能性があることを示唆」グリーンマウンテンカレッジ。2008年2月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• Kempton, Willett (2005-06-06). 自動車: 21 世紀の車両群の設計(PDF)。シアトル V2G 技術シンポジウム、デラウェア大学。2006-04-28 にオリジナル(PDF)からアーカイブ。
• 20kW DC/AC パワーインバーターの予備仕様、分散電源アプリケーション用。UQM Technologies, Inc. 2003 年 3 月。2008 年 3 月 3 日にオリジナルからアーカイブされました。
• Heather Silyn-Roberts (2000)。レポート、論文、プレゼンテーション。オックスフォード: Butterworth- Heinemann。ISBN 978-0-7506-4636-92008年10月26日時点のオリジナルよりアーカイブ – AC Propulsion Inc. 経由

• 「電気自動車のグリッド統合」国立再生可能エネルギー研究所。 2016年3月8日閲覧。