V2G全球发展历程：技术演进与未来展望

清华大学互联网产业研究院

然而，V2G 技术的广泛应用仍面临一系列技术和政策挑战。首先，充电基础设施和电网的智能化建设需要进一步提升，以支持电动汽车与电网之间的双向互动。其次，车主对 V2G 技术的接受度、收益模式的透明度以及电池寿命的影响等问题，仍然是技术推广过程中需要解决的关键问题。最后，政策和法规的支持也至关重要，需要建立相应的激励机制和规范，以确保 V2G 技术的健康发展。

本文将回顾 V2G 技术的发展历程，探讨其在智能电网与可再生能源集成中的角色，分析技术演进的现状与挑战，并展望其在未来能源系统中的应用前景。

V2G 技术的起源可以追溯到 20 世纪 90 年代末，当时电动汽车（EV）的发展尚处于初期阶段，而智能电网和可再生能源的概念开始受到关注。V2G 技术的核心思想，利用电动汽车的电池作为移动储能单元，参与电网的负荷调节与电力平衡，最早是由美国的一些能源学者和工程师提出的。

1997 年，能源学者兼工程师威廉·凯勒（William G. Keller）在其研究中首次阐明了“车到电网”这一概念。他提出，随着电动汽车普及，车辆的电池可以作为一个分布式的储能系统，连接到电网中，不仅能够为车主提供充电功能，还能在需求高峰时将电池中的电力反馈到电网，参与负荷平衡。这一理念的提出，标志着 V2G 技术的诞生。

V2G 技术的演进历程可以细分为数个重要阶段，从早期的技术概念验证到如今实现商业化落地，每一阶段均代表了技术层面的显著飞跃、政策框架的适时调整以及市场需求的突破性增长。这一系列发展阶段不仅彰显了 V2G 技术自身的日益成熟，也深刻映射出电力系统、交通运输领域与政策制定三者间相互促进、共同演变的紧密关系。

△  V2G 技术的演进历程

在这一阶段，V2G 技术处于概念验证的初期，重点在于基础技术的研发和可行性验证。2007 年，特拉华大学团队通过改装电动汽车进行的实验，成功验证了 V2G 技术的可行性，证明了电动汽车能够双向交换电力，既能从电网获取能量，也能在需求高峰时回馈电网支持电网运行。

在日本和欧洲，一些科研机构和企业在实验室环境下模拟了 V2G 应用，尤其是将电动汽车与区域电网结合，尝试在小型能源管理系统中实现双向电力流动。这些小规模试验为控制算法、充电接口标准化和设备优化积累了宝贵经验，也让 V2G 的潜在应用场景逐渐清晰，诸如增强电网稳定性、优化能源结构和提高可再生能源利用率。

这一阶段为 V2G 技术奠定了理论和技术基础，验证了其可行性，并引发了学术界和工业界的广泛关注，吸引了更多资源投入。与此同时，试验也暴露了一些挑战，如电池寿命管理和设备成本问题，为后续技术改进提供了方向。

第二阶段：政策推动与试点项目阶段（2010年 — 2015年）

在 2010 年至 2015 年间，各国政府逐渐认识到 V2G 技术的潜力，并通过政策支持和试点项目加速其发展。V2G 被视为增强能源系统弹性和促进清洁能源普及的重要手段，各国的政策介入使技术发展更加系统化。

政府通过财政激励和政策支持推动 V2G 技术的应用。例如，美国通过《能源政策法案》和《清洁能源法案》提供税收减免，并资助了多个 V2G 相关研发项目；加州通过分时电价等政策推动电动车融入电网；欧洲国家如丹麦和荷兰也通过补贴促进 V2G 功能的研发。同时，国际标准化组织加速了电动汽车与电网互动的通信协议和技术标准的制定，日本的 CHAdeMO 标准成为全球参考框架。

试点项目进一步验证了 V2G 技术的实际价值。例如，日本在福岛核事故后将 V2G 纳入应急电力供应，提升了公众对技术的接受度；美国国防部通过洛杉矶空军基地的试点项目验证了 V2G 在军事基地能源自主性中的作用。这些试点改进了控制系统和通信协议，并为商业化应用积累了经验。

政策支持和试点项目推动了 V2G 技术的发展，同时也暴露出一些挑战，如电网基础设施的优化、电池寿命和消费者参与意愿等问题。

第三阶段：市场机制探索与商业模式发展阶段（2016年 — 2020年）

2016 年至 2020 年是 V2G 技术从试验阶段向商业化发展的关键时期。全球电动汽车销量显著增长，根据国际能源署（IEA）数据显示，电动汽车年销售量从2010 年的 1.7 万辆增至 2020 年的约 300 万辆，全球保有量突破 1000 万辆。同时，可再生能源的增长为电力系统带来了负荷波动和频率稳定问题， V2G 技术被视为一个重要的解决方案，其商业化潜力逐渐显现。

在市场机制方面，"峰谷套利"成为 V2G 的核心商业模式，用户在电价低时充电、高时反馈电网，不仅节省成本，还为电网提供储能。丹麦的试点项目 Parker Project 证明，用户通过该模式获利，部分收益能抵消充电费用；荷兰等国通过政策激励，推动了 V2G 技术与电力市场的融合，多个城市建立了 V2G 充电站网络试点。此外，"车到家"（V2H）模式也开始兴起，日产推出的"日产电网"项目让车主通过家用充电桩为家庭供电，提升能源独立性，且为电网提供备用电力。

尽管 V2G 技术展现了一定的商业潜力，但仍面临电池寿命和市场激励机制的挑战。企业在研发高效耐用电池技术的同时，也在探索智能算法优化充放电过程。此外，统一的技术标准也是推动 V2G 大规模应用的关键因素。

第四阶段：商业化应用于规模化部署阶段（2021年至今）

进入 2020 年代，V2G 技术迎来了商业化和规模化部署的关键时期。全球电动汽车制造商、电力公司和充电基础设施供应商的合作大幅增加，V2G 技术从试点项目逐步扩展到实际商业场景，特别是在可再生能源占比高的地区，成为未来能源系统的重要组成部分。

2020 年起，英国国家电网与日产公司合作推出了“Powerloop”项目，利用日产 Leaf 电动车的双向充电功能将可再生能源储存于车辆中，并在电网高峰时段释放电力，提升了电网稳定性，并通过分时电价为用户带来收益。欧盟“Fit for 55”计划将智能充电和双向充电技术作为减排关键技术。加利福尼亚州多个项目结合太阳能与 V2G 技术，例如 PG&E 与电动校车公司合作，校车在非运营时段通过 V2G 技术反馈电力至电网，增强了可再生能源的利用率。

在此期间，V2G 技术标准化取得突破，ISO 和 IEC 推出了包括 ISO 15118 在内的技术标准，提高了 V2G 系统的兼容性和互操作性，降低了技术成本，吸引了更多企业加入。

V2G 技术的商业化和规模化部署将持续加速，在全球能源转型和碳中和目标推动下，电动汽车数量的快速增长为 V2G 提供了广阔发展空间，未来将成为智能电网的重要组成部分。

尽管 V2G 技术在实验和小规模应用中取得了显著进展，其大规模推广仍面临诸多挑战。在 V2G 技术的研究中，学者们普遍聚焦于三个关键挑战：标准化问题、电池寿命与效率问题以及政策与市场机制问题。

国内的电动汽车（EV）与电网双向互动（V2G）技术标准的制定由中国国家标准化管理委员会（SAC）和中国电力企业联合会（CEC）牵头，目前已制定了一系列涉及 V2G 技术的国家标准和行业标准，涵盖了物理接口、通信协议、电网互联、安全要求等方面。然而，这些标准仍未能完全支撑 V2G 产业的所有环节，尤其是在双向通信、互操作性测试和电网适应性等关键领域存在显著不足。

目前，中国的 V2G 标准在双向通信、互操作性测试和电网适应性方面仍存在不足。现行通信协议（如 GB/T 27930）主要支持单向充电，缺乏对双向能量交换的全面支持，且更新滞后于技术需求。尽管 GB/T 34657 系列标准为设备兼容性提供保障，但 V2G 特性的测试规范尚不完善，设备间协同应用仍存障碍。电网管理和调度能力也需加强，相关标准待完善。此外，中国的 V2G 标准与国际主流标准（如 ISO/IEC 15118、CHAdeMO）存在差距，影响设备的国际市场竞争力及国际合作。标准的不兼容限制了国内设备的出口，影响技术的全球推广。现有标准的局限性也使产业界对技术研发和商业模式的投入谨慎，从而影响产业发展速度。

目前我国正在推进标准修订工作，新版 GB/T 27930 将增强对双向通信的支持，加快标准更新步伐、强化国际间协调合作、促进试点项目示范与产业间的协同创新等举措预计将逐步化解现存问题。在政策的有力支撑下，中国的 V2G 标准体系未来将在推动产业繁荣发展方面发挥更加显著的作用。

电动汽车的电池是驱动电动汽车的动力来源，也是 V2G 系统中至关重要的能源存储和调节组件。在 V2G 系统中，电动汽车电池通过双向充放电技术，不仅从电网获取能量，还可以将存储的电能反馈给电网，从而平衡电力供需、调节负荷、支持电网的频率调节等。在这种过程中，电池需要在多种运行模式下高效工作，包括充电、放电、待机等状态。尤其是当电网负荷较大时，电池需要进行深度放电以满足电力需求；当电网负荷较小且电动汽车电池电量充足时，又需要将电池充满以便于为未来提供服务。频繁的充放电过程使得电池的管理和维护成为 V2G 系统中不可忽视的重要问题。

电池寿命的长短直接影响 V2G 系统的经济性和可持续性。电池寿命通常由多个因素共同决定，主要包括充放电周期（Cycle Life）、充电深度（Depth of Discharge, DoD）、充电速率（Charge Rate）、工作温度等。充放电周期是影响电池寿命的一个重要因素。电池在充放电的过程中，电池内部的化学反应会逐渐消耗电池材料，导致电池的容量逐渐下降。尤其是在 V2G 应用中，电池可能会经历比传统电动汽车更多的充放电循环，特别是在需求响应期间，电池可能需要频繁地进行深度放电，这会加速电池的老化。过度的深度放电会导致电池的电化学稳定性降低，从而使电池的整体性能下降。充电深度也对电池寿命有重要影响。研究表明，电池深度放电过多（即放电超过电池的推荐容量）将对电池造成不可逆的损伤，降低电池的使用寿命。在 V2G 系统中，由于电池需要提供电力支持电网负荷调节，深度放电的频率较高，这会加剧电池衰退。充电速率和温度管理也会影响电池的寿命。过快的充电速率会导致电池温度升高，从而加速电池内部反应，降低电池的循环寿命。电池的工作温度过高或过低都会导致电池性能下降，特别是在低温环境下，电池的充放电效率会显著降低。V2G 系统中的电池在面临频繁的充放电时，温度管理显得尤为重要。温度过高会导致电池热失控，而温度过低则会影响电池的电化学反应，导致电池效率下降。因此，在 V2G 系统中，温控和充电策略需要精细化管理，以确保电池的寿命和效率。

目前，针对电池寿命与效率问题，业界提出了多种解决策略。智能充电管理被首当其冲广泛认为是有效延长电池寿命的重要手段。通过实时监测电池的状态，结合电网负荷情况，智能充电管理系统能够动态调整充电和放电策略，避免电池在极端负载下工作。例如，在电网负荷较低时，电池可以通过适度的充电来避免过度放电，而在负荷较高时，充电速率可以被调控至一个合理的范围，以减少电池的温度升高，降低损耗。这种精细化的管理方法不仅能延长电池寿命，还能提高整个电力系统的效率。

另外一个研究力量比较集中的方向是温度控制系统的优化。在 V2G 系统中，电池的温度控制可以通过液冷或气冷系统来实现，这有助于在充放电过程中保持电池在最佳工作温度范围内。尤其是在高温或低温环境下，热管理系统可以有效避免电池过热或过冷带来的损害，提升电池的使用效率和安全性。

随着研究的深入，新的电池技术也为解决电池寿命和效率问题提供了新的思路。固态电池是一种前景广阔的新技术，相比传统的锂离子电池，固态电池具有更高的能量密度和更强的热稳定性。在 V2G 系统中，固态电池有望提供更长的使用寿命和更高的效率。此外，钠离子电池作为锂离子电池的潜在替代品，其成本更低，且在频繁充放电的环境中表现更为耐用，这使其成为未来 V2G 应用中的一个有力竞争者。

随着虚拟电厂（VPP）的兴起，V2G 技术与大规模储能系统的结合为解决电池寿命和效率问题也提供了新的思路。虚拟电厂通过将分布式储能资源（如电动汽车、电池储能装置等）进行集成和优化调度，不仅提升了电力系统的稳定性，还有效减轻了单个电池频繁充放电的压力，进而延长了电池的使用寿命。这种协同优化的策略对于提高 V2G 系统的整体性能具有重要意义。

综上，V2G 系统中的电池寿命与效率问题仍然是当前技术发展的关键挑战之一。通过智能充电管理、温度控制、BMS 系统优化、新型电池技术的应用以及虚拟电厂的协同作用，V2G 系统可以有效减轻电池的工作负担，提高电池的使用寿命和充放电效率。随着技术的不断进步和研究的深入，电池寿命和效率问题有望得到更有效的解决，从而推动 V2G 技术的广泛应用，实现更加可持续和经济的电力系统。

尽管 V2G 技术在实验和小规模应用中取得了显著进展，但其大规模推广仍面临诸多挑战。其中，政策支持和市场机制的缺乏是一个关键问题。V2G 技术不仅涉及电动汽车、电网、能源供应商等多方利益相关者，而且对现有的电力市场和监管体系提出了新的要求。在这样的背景下，如何建立合理的政策和市场机制，以推动 V2G 技术的普及和应用，成为一个亟待解决的问题。

首先，尽管全球多个国家在推动电动汽车和清洁能源方面取得了一些政策进展，但针对 V2G 的专门政策仍显不足。许多国家和地区的政策重点仍集中在电动汽车的购置补贴和充电基础设施的建设上，而对 V2G 技术的支持则较为薄弱。而且 V2G 技术需要多方协调和跨领域支持，电动汽车的车主、充电桩运营商、电网公司等利益方都需要有明确的政策激励和保障，才能真正促使 V2G 系统的协同运作。

此外，现有的监管体系也未能有效适应 V2G 技术的需求。V2G 技术的独特之处在于它支持双向电力流动，而传统的电力市场监管大多是基于单向电力流动的设定。因此，现有的监管框架无法充分支持 V2G 的运行，特别是在电力交易、计费标准、市场准入等方面亟需更新。电网公司和充电基础设施运营商的职责划分不清、数据共享机制不完善等问题，严重影响了 V2G 技术的有效运作。

在市场机制方面，当前，大部分电动汽车车主参与 V2G 服务的动力不足，主要因为缺乏足够的经济激励。车主通常会担心，参与 V2G 服务可能会缩短电池的使用寿命，带来额外的成本负担，而这些成本并未能通过市场回报得到有效弥补。虽然 V2G 系统在优化电力系统、平衡电网负荷方面具有潜力，但如果车主和企业无法从中获得合理的经济利益，技术的普及将受到极大限制。因此，合理的经济激励机制显得尤为重要。

V2G 服务的经济回报不仅涉及车主，还包括电网公司和能源服务公司等其他利益相关方。如何合理分配这些经济利益，是一个复杂的问题。现有的市场机制尚未形成一个清晰、公平的收益分配方案，这导致了 V2G 服务的市场吸引力不足。车主、电网公司和充电基础设施运营商之间的利益如何平衡，是 V2G 技术能否长期持续发展的关键。

V2G 技术的高成本也是市场机制面临的另一大挑战。电动汽车的购置成本、双向充电设施的建设、智能电网系统的升级等都需要相当高的初期投资。虽然这些投入在长远来看能够带来经济效益，但其高昂的前期成本对于许多消费者和企业来说依然是一道难以逾越的障碍。在这种情况下，政府需要通过补贴、税收优惠等政策手段，降低 V2G 技术的实施成本，并激励企业和消费者参与。

随着全球气候变化问题的日益严峻，可再生能源的整合和电力系统的智能化已经成为能源发展的重要方向。V2G 作为智能电网的重要组成部分，具有巨大的发展潜力。未来，V2G 技术有望成为全球能源系统中的重要调节手段，推动绿色能源的发展，并为电动汽车车主带来更多经济收益。

随着风能、太阳能等可再生能源在全球能源结构中的比例逐步提高，可再生能源的间歇性和波动性使得电网的稳定性成为一大挑战。V2G 技术通过将电动汽车电池作为分布式储能装置，能够有效地储存多余的可再生能源，并在需求高峰期释放储存的电能，平衡电力供需，提升电网的整体稳定性。V2G 技术的广泛应用还可以促进电动汽车与可再生能源的协同发展。随着电动汽车数量的增加，V2G 系统将为电动汽车提供更广泛的应用场景，使其不仅仅是交通工具，更成为能源系统中的重要一环。这种双向互动不仅优化了能源管理，还为电动汽车车主提供了新的经济收益途径，增强了电动汽车的市场吸引力和普及率。

未来，区块链技术和智能合约有望在 V2G 系统中得到广泛应用，进一步提升系统的效率和安全性。智能合约为 V2G 系统提供了自动化和智能化的交易机制。智能合约可以根据预设的条件自动执行能源交易，无需人工干预，确保交易的高效和准确。例如，当电动汽车电池中的电能达到设定水平且电网需求增加时，智能合约可以自动触发电能反馈至电网，并根据市场价格进行结算。这种自动化的交易方式不仅提高了交易效率，还减少了人为操作带来的错误和延误，提升了 V2G 系统的整体运行效率。

此外，区块链与智能合约的结合还能促进去中心化的能源交易平台的建立。这种平台允许多个能源供应商和消费者在无需中介机构的情况下进行直接交易，提升了能源市场的灵活性和竞争力。车主可以通过区块链平台自主参与 V2G 服务，根据自身的能源需求和市场价格灵活调整充放电策略，实现能源资源的高效配置和优化利用。

随着智能家居和物联网技术的快速发展，V2G 系统的应用场景也在不断拓展。未来，V2G 技术不仅仅是电动汽车与电网之间的互动，还将与家庭能源管理系统（HEMS）紧密结合，形成更加智能和个性化的能源服务体系。电动汽车、电网和智能家居之间的深度融合，将实现能源的智能调度和高效利用，推动家庭能源系统向更加绿色和可持续的方向发展。

电动汽车与智能家居的融合还能促进家庭能源管理的智能化和个性化。通过大数据分析和人工智能技术，智能家居系统可以根据家庭成员的生活习惯和能源使用模式，智能调整电动汽车的充放电策略，实现能源的精细化管理。例如，系统可以根据家庭成员的日常作息时间安排充电计划，避免在电力价格高峰期充电，降低能源成本，同时确保电动汽车在需要时能够提供充足的电能支持。

V2G 技术正处于飞速发展的阶段，从最初的理论到如今的商业化应用，它展示了电动汽车在未来能源系统中的巨大潜力。随着技术的进步、标准化的推进以及政策的支持，V2G 有望在全球范围内实现大规模应用，成为推动智能电网、可再生能源和绿色经济发展的重要力量。未来，V2G 不仅是电动汽车技术的延伸，更是实现可持续能源转型的关键之一。

编辑｜裴雅璐（实习生）

责编｜杨帆