Analysis of the vehicle-to-grid technology : European case study review

Due to distributed generation, the role of EVs as energy storage facilities is becoming increasingly important giving rise to new mobility concepts and attracting attention worldwide. Technological progress and pilot projects are moving forward showing positive results on the usage of bidirectional flow of electricity between EVs and the power grid. Players involved in the processes of generation, transmission, distribution and consumption of energy can take advantage of this new functionality, especially DSOs & TSOs given that V2G may prove to be effective in balancing the grid while bringing economic benefits. In these sense, V2G technology offers technical possibilities for a deep convergence of the transport and energy sector. The aim of this tesina is to define the characteristics of this emerging V2G ecosystem and, based on data collection, analyze the actual scenario focusing on a European level. The existing V2G projects and results obtained up to now make it possible to understand the technology’s current state of development and have a general idea of its possible future scenario, understanding if and how the adoption of this technology is economically convenient for the players involved. First, a general overview on the e-mobility concept is given together with a broad description of the different types of propulsion systems. The focus nonetheless, is on EVs (PHEV, BEV) given that these are the ones that can be used for applying the V2G technology. This initial part also provides information about charging infrastructure such as the charging modes and connector types. Issues on the related standardizations, such as compatibility are explained together with a deeper analysis on the charging stations diffusion at a global and European level. After the introduction of these basic concept, a deep description of the V2G technology and its requirements is given, including the aggregator concept, enabling technologies based on a smart approach and related critical issues. There have been identified the existing EVs V2G enabled as well as the type of connectors they use making an emphasis on CHAdeMO connectors given that these are the only ones V2G enabled commercially available until now. From a strategic point of view, the role of the players involved and the emerging business models have been identified as well as the possible opportunities that this technology brings and the existing barriers that must be overcome. In order to understand better the evolution of this technology, a global overview of the existing V2G projects with physical deployment is proposed making a general analysis of the main EV manufacturers involved in the technology development worldwide. Moreover, the development stages since the first appearance of the V2G technology are identified and described in detail making an emphasis on the relevance of project’s scale. A deeper analysis is developed on European pilot projects identifying the main players and leading countries. Finally, some of the European projects are further analyzed in order to evaluate V2G applications focusing on the ones that include an interaction with the TSO. Results show that through V2G, EVs can successfully provide services to the grid, especially frequency regulation services, which are the most lucrative. However, more large scale projects are needed in order to select an adequate BM. It is important to mention that the idea behind the V2G solution is to optimize the use of renewable energy, which is aligned with the energy and climate policy of the European Union.

A causa della generazione distribuita, il ruolo dei veicoli elettrici come strutture di accumulo di energia sta diventando sempre più importante dando vita a nuovi concetti di mobilità e attirando l'attenzione in tutto il mondo. Progressi tecnologici e progetti pilota stanno andando avanti mostrando risultati positivi sull'uso del flusso bidirezionale di elettricità tra veicoli elettrici e rete elettrica. Gli attori coinvolti nei processi di generazione, trasmissione, distribuzione e consumo di energia possono trarre vantaggio da questa nuova funzionalità, in particolare DSO e TSO, dato che la tecnologia V2G può rivelarsi efficace nel bilanciare la rete e apportare vantaggi economici. In questo senso, questa tecnologia offre possibilità tecniche che costituiscono un forte punto di incontro fra il settore dei trasporti e quello dell'energia creando nuovi sbocchi economici. Lo scopo di questa tesina è definire le caratteristiche di questo emergente sistema V2G e, sulla base della raccolta dei dati, analizzare lo scenario reale concentrandosi a livello europeo. I progetti e i risultati V2G esistenti finora ottenuti consentono di comprendere l'attuale stato di sviluppo della tecnologia e di avere un'idea generale del suo possibile scenario futuro, comprendendo se e come l'adozione di questa tecnologia sia economicamente conveniente per gli attori coinvolti. In primis, viene definito il conceto di e-mobility descrivendo i diversi tipi di propulsione. L'attenzione, tuttavia, è sui veicoli elettrici (PHEV, BEV) dato che questi sono quelli che possono essere utilizzati per applicare la tecnologia V2G. Questo capitolo fornisce anche informazioni sull'infrastruttura di ricarica come le modalità di ricarica e i tipi di connettore. I problemi relativi alle standardizzazioni correlate, come la compatibilità, sono spiegati insieme a un'analisi più approfondita della diffusione delle stazioni di ricarica a livello globale ed europeo. Dopo l’introduzione di questi concetti base, verrà descritto in modo approfondito la tecnologia V2G e i suoi requisiti, incluso il concetto di aggregatore, abilitando tecnologie basate su un approccio intelligente e relative criticità. Sono stati identificati gli EVs esistenti V2G abilitati e il tipo di connettori che usano enfatizzando i connettori CHAdeMO dato che questi ultimi sono gli unici abilitati alla tecnologia V2G disponibili in commercio fino ad ora. Da un punto di vista strategico, sono stati identificati il ruolo degli attori coinvolti e i modelli di business emergenti, nonché le possibili opportunità offerte da questa tecnologia e le barriere esistenti che devono essere superate. Per capire meglio la evoluzione di questa tecnologia viene proposta una panoramica globale dei progetti V2G esistenti con dispiegamento fisico facendo un'analisi generale dei principali produttori di veicoli elettrici coinvolti nello sviluppo tecnologico in tutto il mondo. Inoltre, le fasi di sviluppo dalla prima apparizione della tecnologia V2G sono identificate e descritte in dettaglio ponendo l'accento sulla pertinenza della scala del progetto. Un'analisi più approfondita è sviluppata su progetti pilota europei che identificano i principali attori e paesi leader. Infine, alcuni dei progetti europei sono ulteriormente analizzati al fine di valutare le applicazioni V2G concentrandosi su quelle che includono un'interazione con il TSO. I risultati mostrano che attraverso V2G, i veicoli elettrici possono fornire con successo servizi alla rete elettrica, in particolare i servizi di regolazione della frequenza, che sono i più redditizi. Tuttavia, sono necessari più progetti su larga scala per selezionare un BM adeguato. È importante ricordare che l'idea alla base della soluzione V2G è quella di ottimizzare l'uso di energia rinnovabile, in linea con la politica energetica e climatica dell'Unione europea.