電動車營運與電能補充技術推動聯盟

Report
第24屆近代工程技術研討會
台灣電動車運行基礎設施現況與未來
江文書
工研院 機械所 智慧車輛技術組
101 年11 月12日
Copyright 2012 ITRI工業技術研究院
摘要
• 因應全球節能減碳之需求,推動電動車輛以提升車輛運輸能源使用效
率與降低CO2排放已成國際重要趨勢。台灣具有高度城市化與電力設
施完善的優勢,有潛力成為電動車普及的國家之一。近幾年,政府結
合業界共同推動各式電動車輛運行與產業,如電動機車、電動汽車、
蔬果運輸車輛與電動巴士等。然而,電動車運行使用者最關心的除了
購車與使用成本之外,就是電能補充是否方便,亦即電動車運行基礎
設施是否完善。
• 目前,電動車運行基礎設施的建構面臨許多層面的挑戰,如規範、營
運、以及電能補充方式等,均圍繞在成本與收益的問題,也因此影響
普及化速度。未來,隨著電動車的普及,電動車充電基礎設施將可能
成為電力與通訊的網絡,有機會成為各式創新商業模式運作的平台,
如電力調控服務等,以突破永續經營的困境。
• 本演講將以規範、營運、以及電能補充方式等面向來說明台灣推動電
動車運行基礎設施的現況與未來。
• 關鍵詞: 電動車(Electric Vehicle)、電動機車(Electric Scooter)、充電
基礎設施(Charging infrastructure)
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1
大綱

國內智慧電動車先導運行計畫與基礎
設施現況

電動車充電資通訊系統與服務模式

電力調控服務(V2G)模式

電動車營運與電能補充技術推動聯盟

結論
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2
台灣電動車推動現況掃描
E-Bus
大客車
2011台灣市場 約10輛示範
現況
運行中
推動方案
政策目標
電能補充設施
交通部
「公路公共
運輸補助電
動大客車作
業要點」
無
•場站充電
•電池交換
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E-Car
乘用車
LEV
輕型車
E-Scooter
機車
E-bike
自行車
•先導運行中
•尚未開放訂購
Off-road為主
7,579
33,261
行政院
「智慧電動車
發展策略與行
動方案」
EPA
•推動電動蔬
果運輸車,可
換電高爾夫
球車,電動垃
圾車
•電動機車電
池交換營運
系統補助計
畫
工業局
「發展電動機
車補助及獎勵
實施要點」
•輕型每輛補助
NT$11,000;
小型輕型每輛
補助NT$8,000
•地方政府另提
供不等補助
EPA
•「新購電動輔
助自行車補助
辦法」
•「新購電動自
行車補助辦法」
NT$3,000/台
10案3,000輛
3,000個充電座
無
約90座慢充
(Level 2)
傳統式家充
(Level 1)
3
5年累計16萬
輛(TES)
•慢充(Level 1)
•電池交換
無
傳統式家充
(Level 1)
國內智慧電動車示範計劃總覽
• 台灣智慧電動車示範運行計劃涵蓋電動巴士、電動汽車、電動機車、
智慧公車與智慧計程車。
• 用車模式包括大眾運輸、公務用車與旅遊租賃。
Taipei
EV,E-Bus, i-Bus, iTaxi
Ping-Lin
Hsinchu
EV
EV, E-Bus
Kinmen
e-scooters
Taichung
EV, i-Bus
Penghu
e-scooters, E-Bus
Ludao
e-scooters
Tainan
EV, i-Bus
Kaohsiung
E-Bus, i-Bus
Liouchiou
e-scooters
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4
交通部補助購置電動大客車之政策
• 2010年9月交通部公告「公路公共運輸
補助電動大客車作業要點」,針對地
方政府之公路公共運輸需求,購置符
合車輛型式安全審驗合格之全新電動
甲類或乙類大客車給予補助。
• 每輛最高補助不含電池之車體價格之
80%,但每輛最多以不超過新臺幣520
萬元為限。
• 目前獲得補助並投入營運之電動大客
車包括:
華得動能
(充電)
馨盛/小馬租車
(充電)
– 台北市:12輛* (馨盛/小馬)
– 新北市:2輛 (華德)
– 桃園縣: 2輛(立凱)
– 新竹市: 6輛(華德)
– 高雄市: 9輛(華德)
台灣立凱綠能移動
(電池交換)
註:* 規劃數量
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工業局智慧電動車先導運行計畫現況
提案單位
計劃名稱
營運模式
車型與車輛數
充電座規模
格上租車
電動車短租營運
模式- 台北都會
區低碳旅遊計劃
都會區租賃
旅遊
100輛
• 40輛納智捷
• 60輛酷比
100座
台中市政府
世界的大台中夢想生態城綠色
交通計劃
機關公務用
車(公務、警
務及稽查用
車)
100輛
• 51輛納智捷
• 49輛Nissan Leaf
161座
台南市政府
台南市智慧電動
車先導運行計劃
機關公務用
車(公務接駁
及水利巡察)
與園區、觀
光商務接駁
200輛納智捷
• 75輛公務用車
• 125輛企業用車
201座
•8月底前完成46座
•2012年底前完成110座
•2013年3月前完成201座
MPV-EV
CEO-EV
SUV-EV
Nissan Leaf
皆盈綠動能
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6
大台中先導運行計畫充電座建置現況
•規劃目標為161座
•迄今合計完成72座
資料來源:經濟部智慧電動車先導運行計劃資訊網
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環保署電動化車輛政策
• 目標車型包括:電動機車、電動垃圾車、電動蔬果運輸車、電動高爾夫
球車與電動小汽車。
• 針對不同車型,推動不同的能源補充型式包括傳導式充電與電池交換。
環保署
業者
•政策推動
•提供資源與獎勵補助
聯盟
示範運行
•大規模推動建議
•車輛工程規範
工研院
車種
電動垃圾車
示範運行場域
台北市
電動蔬果運輸車 西螺果菜市場
電能補充模式
充電
充電、電池交換
電動高爾夫球車 金門
電池交換
電動機車
電池交換
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新北市、高雄市
8
台灣電動機車市場現有車款(TES)
• 目前通過TES認證的電動機車形式:8家車廠、20款車。
• 電池型式:固定式8款,抽取式12款。
• 目前通過TES之車型都仍未應用標準電池之電池交換機
車廠
電池
型式
益通
中華
光陽
三陽
易維特
見發
台灣山葉
東庚
小輕(抽取式):
EV3A、EV3C、
輕型(固定式):
IBA3、IBA3(台
規版)
小輕(抽取式):
EEM198(勁裝
版)、M198、
EM1A6、
EM198(YA140)
輕型(抽取式):
EM1A6、
EM1A6(勁裝
版)、
輕型(固定式):
EM1A6(20Ah
YA11P)
小輕(抽取式):
EA10BB
輕型(固定式):
EA10FA
小輕(抽取式):
EA1LU
輕型(固定式):
ED1LU2
輕型(固定式):
EVT-4000EBLM1
EVT-168BLM1
小輕(抽取式):
CC-888
CC-888-6
小輕(固定式):
ED06
輕型(抽取式):
DBX、
資料來源:電動機車推動辦公室;工研院IEK整理(2012)
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電動機車推動方案與實施現況
• 經濟部補助每輛8,000~11,000元
• 各縣市地方政府加碼2,000~12,000元
• 行政院環保署二行程機車汰舊換新補助3,000元
• 為推動澎湖成為低碳島政府再加碼每輛17,000元
購車補助金額
(新台幣/輛)
推動目標
年度
輕型
小型輕型
數量(內銷;輛)
98
11,000
8,000
準備年
計畫執行現況
實際內銷數量
通過TES車型
37
1
99
2,500
3,051
5
100
19,000
7,579
12
101*
10,000
7,200
56,000
3,017
2
102
9,000
6,500
82,500
-
-
160,000
13,684
20
總計
註: *累計至2012年4月
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各縣市電動機車充電站設置數量
298
195
236
84
9
84
7
11
27
• 累計至2012年9月共有
1892充電站點
• 設置地點主要分類:
•機車行
•公務機關
•學校
•交通節點
•觀光名勝
•商店
225
71
10
86
11
49
84
19
238
7
101
40
資料來源:TES電動機車產業網
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環保署電動機車基礎設施政策
- 環保署已核定高雄市與新北市電動機車電池交換營運系統補助計畫
- 將於高雄市及新北市建置電動機車電池交換營運系統
- 初期規劃以設置30個電池交換站,並服務5,000輛電動機車為基礎。
新北市電池交換站
高雄市電池交換站
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v
電動車電能補充方式
•
Conductive Charging (interface & safety standard needed)
–
–
On-board slow charging (time consuming)
Off-board fast charging (high cost)
• Inductive Charging (high safety/phase-out)
• Battery swapping (common battery standard & business model needed)
Conductive Charging
Charging spot
Battery management
system
VCU
1~7kW
On-board charger
AC
DC
Battery
pack
Motor
Inverter
DC
AC
15~50kW
DC
AC-DC
DC
Inductive Charging
Battery swapping
Fast charging stand
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High Voltage
Low voltage
AC: 交流電
DC: 直流電
電動車充電基礎設施
• 適用電動機車、電動車與電動巴士
• 連結電網與營運管理系統
電網與營運
電力與通訊
充電機
接頭介面
12A
AC
智慧
電網
市電供應
電動機車
智慧電表
通訊
應用車輛
車內電力系統
電池系統
32A
DC(3.5kW)
通訊
16A
營運
管理
電能
DC(>15kW)
100A
通訊
電能+通訊
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電動車
電動巴士
電動動力系統
電動車運行基礎設施現況成果
• 100年3月1日:工業局公告先導運行電動車輛傳導式充電系
統實務規範
• 100年11月7日:標檢局公布電動車輛充電系統介面及安全
國家標準
• 台達電與裕隆電能建立電能營運系統
• 高鐵站、工研院與ARTC已建置符合國家標準的充電示範站
• 三家充電與兩家電動車業者產品通過規範檢測
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電動車充電資通訊系統-1
Vehicle
Owner/
User
Utility
EVSE
SAE J1772
Vehicle
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電動車充電資通訊系統-2
Consumer’s World
Utility World
SubMeter
HAN
devices
Wireless
and/or wired
Smart
Meter
(ESI)
Consumer
PC
Internet
Access
Web server
Whole Home
Energy
Manager
Energy
HAN
E.g. 02.15.4
HomePlug
Consumer
HAN
E.g. 802.11.X
HomePlug
Proxy Server
EMS
E-HAN
Comms 1
Energy
Management
Local GUI
Web
server
C-HAN
Comms 1
E-HAN
Comms 2
Smart Energy
Stack
Platform
OS
TCP-IP
Stack
C-HAN
Comms 1
EVSE
Billing and
Authorization
PEV Stack
Host
Controller
Display
keypad
Association
PEV
Comms
PWM
GEN
Payment
Protection
Consumer
Devices
User
Interface
HAN: Home Area Network
EMS: Energy Management System
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Electric Vehicle 17
國內可發展之電能補充營運模式與服務系統
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充電服務通訊機制基本構想
• 建構「台灣電動車充電服務資訊交換」通訊機制
– 跨營運業者系統間的通訊介面與訊息交換內容
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分散式通訊系統更新流程
充電營運平台
Web service回傳營運 Web service回傳營運
(B)
平台(C)之EVSE資訊 平台(B)之EVSE資訊
充電營運平台
(C)
Server
database
Server
充電營運平台
(A)
database
查詢EVSE資訊
(WSE加密傳輸)
查詢EVSE資訊
(WSE加密傳輸)
Server
回傳聯盟之
EVSE資訊
database
會員認證/
查詢EVSE資訊
EV/driver
智慧裝置
智慧裝置查詢「鄰近/特定營運
商」的EVSE列表、分布
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Four Markets relevant to V2G
•
Vehicle (low durability and high cost per kWh)  High value and short-duration
power markets
•
Utilities are looking for new ways to
–
–
provide regulation services (keeping voltage and frequency stable) and
provide spinning reserves (meet sudden demands for power)
Power (MW)
Daily load profile
Regulation Service
Spinning reserves
Peak power
Baseload power
V2G
1
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12
23
21
Time of Day
Electric utility generation compared with
the light vehicle fleet (for Taiwan)
V2G or charging power of 0.62 million EVs is almost equal to one of 大潭
Fossil-fuel power station
Metric
Electric
generation
system
Current light vehicle
fleet (Mechanical
power)
Number of units
25 (Taiwan Power) 6,840,000
0,624,000
Average unit power (kW)
N.A.
111
7
Total system power (GW)
40.81 (2010)
759.24
4.368(G2V/V2G)
In-use
~100%
4%
4%
Response time (off to full
power)
Minutes to hours
Seconds
Milliseconds to
seconds
Design life (h)
80,000-200,000
3000
>3000
Capital cost (per kW)
N.A.
US$ 60 (drive train
only)
US$ 10-200
Cost of electricity (US$/kWh)
.02-.09
average, .05-.08
peak
N.A.
.05-.50
Capacity power of 大潭 Fossil-fuel power station: 4,384MW
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Hypothetical fleet
with 9.1% EDVs
Ref: Kempton et al, J. of Power Sources, 2005
EDVs: electric-drive vehicles
Potential Business Models of V2G
Independent Parties operate V2G management services for
Taiwan Power Company and vehicle owners
Individual
vehicle owners
Taiwan Power
Company
Independent
Parties
Possible independent parties:
Distributed generation manager
Automobile manufacturer
Automotive service organization
Battery manufacturer/distributor
Cell Phone network provider, etc.
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Fleet
Fleet operator
23
Potential Benefits of V2G to TPC
Off-Peak charging
• Assumptions
– year 2027
– 0.62 million EVs
– 100% V2G
– 100% off-peak charging
Load for charging EVs
(a 大潭 Fossil-fuel power station)
• Benefits to Taiwan power
company
– Power generation:
• No need to build 2 大潭
Fossil-fuel power
stations(556×2 billion)
V2G & off-peak charging
(大潭 Fossil-fuel power station)
– Power transmission:
• No need to build new
distribution
substations for
regional power
requirements
TPC: Taiwan Power Company
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24
Source: Taiwan Power Company
Revenue versus Cost of V2G
• Operating V2G service in Taiwan may be profitable as utilizing
available communication infrastructure (Internet/3G/Wifi, etc.)
• The net profit increases with increasing V2G power and battery
pack size
For ISO, net profit per year
•Assumed battery cost: 340USD/kWh
Nissan Leaf (24kWh)
V2G Power (kW) 7
Revenue (US$)
1905
10
2693
V2G Power of 7kW
Vehicle
Nissan
Leaf
RAV4
Luxgen
Battery size
(kWh)
24
27.4
37
Revenue (US$)
1905
1905
1905
Cost (US$)
1312
1165
896
739
1008
15
4007
Cost (US$)
1312
1871
2860
Net Profit (US$)
592
821
1146
Net Profit (US$) 591
•Net Profit = Revenue - Cost
•Revenue = capacity payment + Energy payment
•Cost = Purchased energy from vehicles + Annualized
capital cost
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25
•Calculated based on the model developed by
Kempton et al, J. of Power Sources, 2005
•EDVs: electric-drive vehicles
Predicted number of EVs in Taiwan
20 years for accumulation of 0.62 million EVs
Number of EVs
0.6
0.33 million/year new cars in Taiwan,
data released in 2011
30
25
0.5
0.4
Assumed penetration rate:
New EVs/New Cars
20
0.3
15
0.2
10
0.1
5
0
0
2012
2022
2017
Year
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26
2027
Penetration Rate of Evs
(%)
35
0.7
Key Successful Factors
•
•
•
•
•
Scale of EVs
Popular charging and AMI infrastructure
V2G Standards
Battery cost (500350USD/kWh)
Service operator utilizing available
communication network
• Benefits to EV owners
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電動車營運與電能補充技術推動聯盟
電動車營運與電能補充技術推動聯盟
行政院環保署
經濟部工業局
執行長
機械所 王漢英副所長
經濟部標準檢驗局
車輛研究測試中心
技術委員會
台灣大電力研究試驗中心
台灣電子檢驗中心
秘書長
產經中心 羅一中組長
交通運輸研究所
秘書處
工研院產經中心
中油/台電
營運與服務推動
利基型電動車工作
小組
e-team
共通規範
產業資訊服務
整車
電動高爾夫球
車工作小組
電動垃圾車/資源
回收車工作小組
關鍵零組件
電動蔬果運輸
車工作小組
電能補充
營運
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電動機車電池交換
系統共通規格推動
工作小組
充電共通規格推動
工作小組
(已公告)
以產業聯盟共同發展電能補充新興產業鏈
透過聯盟的運作,整合產業價值相關業者,涵蓋整車廠、零組件廠(含電池/連接
器等)、能源管理業(含電能補充系統等)、服務業等電動車相關產業鏈業者,
共同探討可行的營運與電能補充服務模式,並發揮聯盟的平台功能,促成業者聯
合參與示範運行,總計52家廠商
電
能
補
充
系
統
零
組
件
能
源
管
理
服
務
整
車
廠
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遠雄企業團
結論

我國電動化車輛益趨多元化,運用與示範場域也陸續擴大,
對於能源補充基礎設施需求壓力日漸增加。

因應不同車種與運輸特性,能源補充基礎設施的規格與模式
陸續多樣化(例如:Level 1/2/3 充電, 電池交換)。

充電與電池交換模式各有其應用上優缺點以及實施條件。

為能兼顧國內電動車輛產業發展與市場推廣,我國電能補充
規範必須與國際規範接軌調和。

電動車與電網併聯(V2G)雖然有其意義與優點,但在實務與
財務上仍然存在應用實施的障礙。

如何發揮基礎設施的電流、資訊流與金流的網絡價值,發展
可自主永續經營的服務模式,既是挑戰也是潛在的商機。
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