Lưu trữ năng lượng trên bốn bánh xe
Nhiếp ảnh gia: Phillip Bittner
Minh họa từ: Yannic Hefermann
September 2019
Năng lượng tái tạo được coi là giải pháp bền vững nhất cho tương lai năng lượng. Đôi khi, năng lượng mặt trời và gió thậm chí tạo ra rất nhiều năng lượng đến mức sản xuất quá mức xảy ra. Năng lượng dư thừa này có thể được lưu trữ ở đâu? Một phần của giải pháp là hệ thống quản lý năng lượng thông minh tích hợp xe điện. Volkswagen đang nghiên cứu công nghệ cần thiết để biến những hệ thống này thành hiện thực.
Quá trình chuyển đổi năng lượng đang diễn ra hoàn toàn, với ngày càng nhiều điện đến từ các nguồn tái tạo. Năm nay, nước, mặt trời và gió vượt qua than là nguồn năng lượng quan trọng nhất. Và mặc dù thực tế là thách thức lớn nhất vẫn chưa được giải quyết: cụ thể là bản chất không liên tục của việc cung cấp năng lượng từ các nguồn này. Trên hết, có những sự kiện cực đoan như những cơn bão mùa thu lớn, nơi rất khó dự đoán chúng sẽ phát triển như thế nào và chúng sẽ dữ dội như thế nào. Sẽ thật lý tưởng nếu năng lượng dư thừa có thể được lưu trữ và sử dụng sau đó khi cần thiết.
Một giải pháp khả thi cho thách thức lưu trữ năng lượng đã có thể được tìm thấy trên các con đường của chúng ta với số lượng ngày càng tăng: xe điện tử và pin của chúng. Ý tưởng cơ bản được biết đến với tên gọi là Xe cỗ máy của Google, hay còn gọi là V2G. Khi xe điện được cắm tại các trạm sạc, chúng được liên kết thông minh vào lưới điện; hệ thống quản lý năng lượng (EMS) tự động điều phối đầu vào và đầu ra của năng lượng.
EMS là bộ não của lưới điện bên trong nhà. Nó phối hợp thông minh xe điện, sạc tường, hệ thống sưởi, vv theo yêu cầu.
Tất cả những gì chủ sở hữu xe điện sẽ phải làm chỉ đơn giản là cắm cáp sạc.
Đối với các nhà khai thác lưới, điều quan trọng là có thể kiểm soát cách các điểm kết nối lưới, đằng sau đó các đồng hồ điện được kết nối, ứng xử," tiến sĩ Gunnar Bärwaldt giải thích, chuyên gia về tích hợp lưới xe. Nó đặc biệt quan trọng trong trường hợp tiêu thụ năng lượng hoặc sản xuất khác với mức dự đoán: ví dụ: nếu mặt trời không tỏa sáng như dự báo hoặc gió mạnh hơn dự kiến. Để giữ cho lưới ổn định, các nhà khai thác cần có khả năng đáp ứng với những biến động này. Và trong tương lai, nơi mà EMS sẽ phát huy tác dụng.
Một kịch bản điển hình trong một gia đình có thể như sau: một tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái nhà, một máy bơm nhiệt giữ cho ngôi nhà ấm áp và ấm cúng và trong nhà để xe, chiếc xe điện được cắm vào bộ sạc tường. EMS, một hệ thống hỗ trợ máy tính thông minh, điều phối tất cả các thiết bị được liên kết với lưới điện cục bộ. Ví dụ, nếu có ít năng lượng hơn dự đoán, xe điện sẽ sạc với tốc độ thấp hơn hoặc bơm nhiệt sẽ tắt tạm thời, theo giải thích của Gunnar. Mặt khác, nếu có năng lượng dư thừa, xe điện có thể được sạc ở mức năng lượng cao hơn. Volkswagen cũng đang nghiên cứu công nghệ cho phép ô tô điện của mình không chỉ sạc mà còn xả năng lượng, để năng lượng dự phòng của xe hơi có thể chảy ngược vào nhà để tạm thời đáp ứng nhu cầu năng lượng. Công ty đã thực hiện một dự án thí điểm thành công với Viện Fraunhofer. Các mô hình đầu tiên có khả năng cung cấp năng lượng trở lại có thể được đưa ra khỏi dây chuyền sản xuất vào đầu thập kỷ tới. "Khả năng phóng điện sẽ cho phép tích hợp năng lượng tái tạo tốt hơn nữa," theo Gunnar.
Trong tương lai, quản lý năng lượng thông minh sẽ cho phép người dùng cung cấp năng lượng mặt trời từ các tấm pin mặt trời trực tiếp vào xe điện của họ.
Bộ sạc tường, trong tương lai sẽ có thể vừa sạc vừa xả năng lượng, biến một chiếc xe điện thành một kho năng lượng tạm thời.
Để EMS hoạt động đáng tin cậy, trong tương lai, những người tham gia lưới khác nhau sẽ cần có khả năng giao tiếp với nhau. Tập đoàn Volkswagen đã áp dụng tiêu chuẩn truyền thông thống nhất EEBUS, cho phép kết nối thông minh giữa các thiết bị gia dụng và các ứng dụng tiết kiệm năng lượng bằng hệ thống quản lý năng lượng. Ý tưởng là làm cho công nghệ sạc và công nghệ gia dụng tương thích nhất có thể, theo giải thích của Gunnar. Sáng kiến EEBUS nhằm tạo ra một ngôn ngữ được tiêu chuẩn hóa cho tất cả các thiết bị vượt ra khỏi biên giới quốc gia và các ngành công nghiệp riêng lẻ. Một ngôn ngữ có thể được sử dụng tự do bởi mọi thiết bị và nền tảng bất kể nhà sản xuất hay công nghệ.
Để cho phép giao tiếp tự động giữa ô tô điện và các điểm sạc, Volkswagen đang triển khai tiêu chuẩn ISO 15118 trên các phương tiện thế hệ tiếp theo. Tiêu chuẩn này xác định các thông số kỹ thuật cho giao tiếp lưới xe cộ đến mạng để sạc xe điện; trong tương lai, nó cũng sẽ cho phép năng lượng được nạp trở lại vào lưới điện.
Quản lý năng lượng thông minh mang lại cho người lái xe điện sự yên tâm rằng họ sẽ đến đích - bất kể mặt trời đang chiếu sáng hay cơn bão mùa thu đang hoành hành.
Năng lượng tái tạo tạo ra nhu cầu về lưới điện thông minh điều chỉnh công suất riêng theo nhu cầu, cho phép tất cả những người tham gia lưới điện làm việc cùng nhau một cách thông minh, phối hợp.
Tất cả những gì chủ xe điện sẽ phải làm chỉ đơn giản là cắm cáp sạc; EMS, làm việc song song với chiếc xe, sẽ lo phần còn lại. Điều tương tự cũng áp dụng cho quy trình thanh toán với các nhà cung cấp năng lượng, những người sẽ trả tiền cho dịch vụ được cung cấp bởi ô tô điện. Gunnar so sánh EMS với các nhà cung cấp có nhiều người cung cấp kèm theo, để cung cấp một thứ tốt nhất.
Ô tô điện có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng - nhưng liệu các nhà khai thác lưới điện có được ưu tiên? Gunnar xoa dịu mọi mối lo ngại: Tất nhiên, có một thách thức trong việc giảm bớt các nút thắt ngắn hạn. Trong những trường hợp như vậy, ví dụ, EMS sẽ nói, 'Trong mười phút tiếp theo, bạn không thể sạc ở mức năng lượng theo kế hoạch, nhưng sau đó bạn sẽ có lại công suất tối đa.' Vì vậy, các tài xế có thể yên tâm rằng họ sẽ có thể đạt được phạm vi tối thiểu được đặt trước. Quá trình tính phí, phần lớn sẽ vô hình đối với khách hàng, sẽ tối đa hóa cho người dùng mà không cần thêm các bước rắc rối nào.
Công nghệ tương lai bởi Volkswagen
Trong xe đua điện ID R Pikes Peak, pin cần phải nhỏ và nhẹ nhất có thể để tối đa hóa hiệu suất. Các kỹ sư của Volkswagen Motorsport đã kết hợp một thiết kế ion tiên tiến, giảm trọng lượng với công nghệ tái sinh được sử dụng trong các mô hình sản xuất điện. Chiếc xe đua điện đáp ứng khoảng 20 phần trăm nhu cầu năng lượng của nó bằng cách phục hồi năng lượng được tạo ra trong quá trình phanh.
