《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Assessing vehicle-to-grid integration for carsharing fleets using empirical data and simulation
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电动汽车共享与V2G技术对曼谷电网及减排的影响分析。通过蒙特卡洛模拟研究135辆EV的V2G参与对电价策略和充电效率的需求，发现适当放电电价（27-30 THB/kWh）和共享充电（17-23辆/充电桩）可提升企业盈利，同时减少239-678 kg/辆/年的碳排放
作者：Halle Evans、Yossapong Laoonual、Piyapath Siratarnsophon、Noah Kittner
美国北卡罗来纳大学教堂山分校Gillings全球公共卫生学院环境科学与工程系
摘要
电动汽车（EVs）被越来越多地采用，以减少交通运输的碳排放并支持可再生能源的整合。车对网（V2G）技术实现了能量的双向流动，通过需求响应提高了电网的灵活性。汽车共享车队具有共享基础设施和较长空闲时间的特点，为V2G提供了独特的机会，但这些机会尚未得到充分探索。本文利用来自泰国一家汽车共享车队的135辆电动汽车的实证数据，通过蒙特卡洛模拟分析了在不同充电计划和收费设计下的V2G影响。结果表明，平均而言，需要27-30泰铢/千瓦时的放电费率（0.81-0.90美元/千瓦时），公司才能实现盈利（假设每个充电站有3辆车）。然而，如果使用共享充电设施，每个充电站有17-23辆车，则该费率可降至3.5-5.0泰铢/千瓦时（0.10-0.15美元/千瓦时）。此外，当充电基础设施成本减半时，还可以实现更具竞争力的费率。此外，V2G参与每年每辆车可避免239-678公斤二氧化碳当量的排放，显著降低其生命周期内的二氧化碳排放。这些发现表明，有针对性的收费政策和降低基础设施成本对于释放汽车共享系统的V2G效益以及推进可持续城市交通至关重要。
引言
世界各国正在将其能源系统从化石燃料转向清洁、可再生的能源。在客运领域，传统的内燃机正逐渐被电动汽车（EVs）所取代，因为电动汽车在减少空气污染物排放和温室气体排放（如二氧化碳、氮氧化物和一氧化碳）、推动能源效率提升以及降低运营和燃料成本方面具有显著优势（Sundararjun和Amnat Wongbandit，2021年；Shaheen等人，2024年）。2024年，电动汽车在全球市场份额中占比超过20%，全球售出了超过1700万辆电动汽车。预计这一数字还将继续增长（国际能源署（IEA），2025年）。在泰国，交通运输行业目前是碳排放的主要来源，2022年占该国二氧化碳总排放量的31%，每年排放约7900万吨二氧化碳（Outlook，2024年）。与全球趋势类似，近年来私人乘用车的电气化程度也在增加，2023年新购买的车辆中有11%是电动汽车（Laoonual，2024年；交通部陆路运输司，2024年）。除了运营和环境效益外，电动汽车还有潜力通过参与需求响应（DR）计划、调整负荷以及更多用户选择日常需求调节，在未来的电网整合中发挥更大作用。电动汽车不仅为更可持续的交通部门提供了路径，也可能成为更加多样化、安全的能源系统的基础。对于雅加达、内罗毕、曼谷和北京等城市大都市而言，城市汽车共享通过电气化提供了新的出行方式，而不会导致私人车辆拥有量增加到引发严重交通管理问题的程度。汽车共享通常不被视为能源部门或电网管理的一部分，但由于车辆停放时存在较长的空闲期，这一平台带来了创新机会。通过一种称为车对网（V2G）的新兴技术，电动汽车共享车队可以在未被客户直接使用时最优地参与电网。这种增强的能力使电网能够储存更多能量，并为公司提供额外的收入来源，同时不会给车辆所有者带来不便。V2G技术允许电动汽车将能量回馈电网，为提高电网稳定性和灵活性提供了有前景的解决方案。自1997年以来，美国就一直在探索开发V2G技术并将电动汽车用作电池储能的方法（Kempton和Letendre，1997年）。虽然V2G使电动汽车能够放电，但它也引入了双向充电，促进了电网标准化和电池老化问题，同时增加了成本和费用，并需要更高效和优化的充电调度（Shaheen等人，2024年；Guo等人，2019年）。V2G参与分为两种潜在的协调充电方式：集中式和分散式。在集中式系统中，电网运营商确定电动汽车的充电要求和调度；而在分散式系统中，各个运营商按照自己的充电计划进行充电，除非受到需求响应计划的影响（Shang等人，2020年；Jian等人，2013年）。基于负荷要求和现有政策，汽车共享在两种协调充电系统中都有潜力对当地运营产生重大影响。
了解这些服务的全部潜力及其影响对于未来的电网管理至关重要，特别是在城市大都市中，以实现集成和协调充电的全面容量。曼谷大都会区（BMA）拥有超过850万人口，是一个密集的城市区域，可以作为研究东南亚乃至全球电网整合中需求响应技术未来的可扩展测试案例（泰国国家统计局统计预测部门，“泰国统计年鉴”，曼谷，2023年）。由于泰国已经通过能源监管委员会（ERC）的第二阶段沙箱计划投资于V2G，并推进了最终可大规模应用的创新试点项目，BMA是一个关键的案例研究对象（泰国电力管理局（EGAT），2025年）。
本研究利用了来自泰国汽车共享公司Haupcar的135辆汽车的实证数据集，为未来的V2G整合和汽车共享公司的商业模式部署提供见解。由于针对汽车共享公司的优化建模框架尚未得到广泛研究，本研究展示了创新的V2G项目部署方式，可能为未来的研究和政策提供参考。
Haupcar是一家专注于短期车辆租赁的汽车共享公司，在泰国拥有超过1000个站点和2000多辆汽车（Haupcar，“Haupcar：泰国最大的汽车共享社区”。访问日期：2025年4月25日）。目前，Haupcar的电动汽车车队规模相对较小（n = 135辆），在曼谷大都会区使用51个充电站（Haupcar，“直流电动汽车充电”。个人沟通，2025年）。由于Haupcar是一家知名的汽车共享公司，并且之前曾与日产泰国合作开展V2G整合项目，因此这是一个适合进一步研究的理想案例（日产，2025年）。尽管ERC第二阶段沙箱计划的技术成果很有前景，但这些项目的规模和持续时间仍然有限。由于这些技术尚未准备商业化部署，因此需要通过模拟来评估V2G的潜在影响，以更好地了解其财务、电网和环境影响。
对于像Haupcar这样的汽车共享公司来说，当引入某些放电电价和动态电价政策时，V2G参与可以带来额外收入。由于非预订车辆在白天经常处于闲置状态，汽车共享的商业模式可以从V2G实施中受益。当这些车辆不用于预订时，V2G服务可以在高峰时段促进额外收入，同时帮助整个电网减少高峰需求。
文献综述
车对网研究主要集中在充电调度行为上，许多研究观察了分时电价、动态定价和其他创新购买机制。由于大多数V2G研究关注电池电动汽车（BEB）商业模式或出租车车队（因为它们的充电计划可预测，尤其是BEB具有更大的电池容量），因此汽车共享的潜力常常被忽视（Bauer等人，2018年；Liu等人，2024年；Elliott和Kittner，2022年）。
数据集
本研究使用了来自汽车共享公司Haupcar的两个数据集，这些数据集详细记录了2022年至2024年的使用和充电情况。使用文件包含了2022年2月10日至2024年10月22日的354,282次出行记录，充电文件包含了354,492次充电记录。这些数据涵盖了Haupcar车队的135辆独特车辆。每个数据集包含18个独特列，包括预订信息、地理坐标、行驶距离和电池使用情况。
案例研究模拟结果
根据不同的放电策略和充电资格，负荷的正面和负面影响差异很大。对于以下每种调度方案，135辆车被模拟了500次，并在24小时内进行了平均处理。结果展示了V2G能力场景和放电策略下负荷变化的对比情况（图7）。
盈亏平衡成本分析
模拟数据是在一年中的12个月内按30天为间隔进行平均处理的。与每月总V2G放电量、充电电量和非V2G充电电量相关的数值相加后，再乘以12个月得到年用电量。在夜间调度的情况下，每月V2G参与量计算范围为3.29-3.96兆瓦时（MWh）。高峰和非高峰时段的定价取决于当前情况
避免的温室气体排放分析
在温室气体排放分析中，避免的二氧化碳排放量是使用燃煤发电作为边际发电机进行计算的。实际电网排放因子与燃煤发电进行了比较，因为假设未来的电动汽车将由更清洁的电力驱动。为了估算年排放量，将每月的V2G参与量（以兆瓦时计）乘以一年中的总月份数（n = 12）。然后对这个估算值进行了转换讨论、意义和潜力
本分析表明，在高利用率和基础设施补贴的支持下，V2G可以带来盈利。当前的政策和基础设施可能会限制汽车共享公司的采用；然而，V2G可能是未来大都市区清洁能源基础设施的重要补充，增加了分布式能源的来源。为了解决V2G参与面临的挑战，需要对电力市场进行改革并制定优惠的放电费率
结论
本研究通过蒙特卡洛模拟评估了曼谷代表性汽车共享车队的平均预期基础负荷，在三种不同的基于时间的放电场景下进行了评估，考虑了两种不同的充电能力情况。
基线负荷是使用随机变量（如观察到的充电状态数据、电池容量和插入时间）进行模拟的。在大多数模拟中，基线负荷在上午10点左右达到峰值。
作者贡献
所有作者都参与了本研究的设计和概念构思。模型开发、数据分析和撰写工作主要由H.E. N.K.完成。Y.L.和P.S.提供了技术支持、对泰国情况的见解、对分析和解释的反馈。所有作者都解释了结果，审阅了论文，并批准了最终版本的手稿。
CRediT作者贡献声明
Halle Evans：撰写——原始草稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据整理、概念构思。Yossapong Laoonual：撰写——审阅与编辑、验证、监督、项目管理、方法论。Piyapath Siratarnsophon：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、方法论。Noah Kittner：撰写——审阅与编辑、验证、监督、方法论、调查、正式分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了2024年Dwight David Eisenhower交通奖学金计划[授权号693JJ32545011]和Henry Luce基金会关于东南亚倡议的支持，该倡议支持H.E.和N.K.开展“将东南亚带回家”项目。资助方未参与研究设计、数据收集、数据分析、数据解释或本手稿的撰写。作者感谢Marc Serre的评论。
