Только в 1990-х годах электромобиль вновь появился как возможное решение проблем с электричеством в сети. В 1997 году Уиллетт Кемптон , профессор Делавэрского университета, и Стив Летендре, профессор Колледжа Грин-Маунтин в Вермонте, начал публиковать серию журнальных статей, в которых двунаправленный электромобиль представлялся ресурсом для электроэнергетики. Исследователи подсчитали, что применительно к задаче выработки электроэнергии все двигатели в парке легковых автомобилей США будут производить примерно в 16 раз больше мощности, чем стационарные электростанции. Кемптон и Летендре также отметили, что средний легковой автомобиль использовался всего около 4% времени. Поэтому, рассуждали они, парк двунаправленных электромобилей может быть чрезвычайно полезен для коммунальных служб, даже если он будет лишь в несколько раз меньше, чем парк обычных автомобилей. Инженеры AC Propulsion (ACP) были знакомы с основными принципами двунаправленной мощности электромобиля. Компания была детищем Уолли Риппеля и Алана Коккони , выпускников Калифорнийского технологического института, которые работали в конце 1980-х и начале 1990-х годов консультантами в компании AeroVironment , которая в то время занималась разработкой легких экспериментальных самолетов. Пара внесла большой вклад в двигательную установку Impact., концептуальный автомобиль с батарейным питанием, который AeroVironment построила по контракту с General Motors. Предшественник знаменитого EV1, Impact считался самым передовым электромобилем своего времени благодаря полупроводниковым элементам управления мощностью, асинхронному двигателю и встроенному зарядному устройству. Автомобиль вдохновил Калифорнию на ZEV, установленный в 1990 году. Как сказал мне Коккони, Impact был способен двигаться в обоих направлениях, хотя эта функция не была полностью реализована.
AeroVironment поощряла своих инженеров проявлять творческую инициативу при разработке Impact, но GM жестко управляла усилиями по превращению своеобразного автомобиля в серийный прототип, что раздражало Коккони и Риппеля. Коккони также был встревожен решением автопроизводителя оснастить серийный автомобиль внешним, а не бортовым зарядным устройством, что, по его мнению, ограничит полезность автомобиля. В 1992 году он и Риппель покинули проект и вместе с инженером Hughes Aircraft Полом Карозой основали ACP для дальнейшей разработки аккумуляторных электрических двигателей. Команда применила свою технологию к двухместному спортивному автомобилю под названием tzero, дебют которого состоялся в январе 1997 года. В течение 1990-х и в начале 2000-х годов ACP продавала свои интегрированные силовые установки известным автопроизводителям, включая Honda, Volkswagen и Volvo, для использования в серийных моделях, переоборудованных в электромобили. Для автомобильных компаний это был быстрый и дешевый способ получить опыт работы с аккумуляторными электрическими двигателями, а также выполнить любую квоту, на которую они могли распространяться в соответствии с мандатом California ZEV.
Испытание технологии «автомобиль-сеть»
Однако на рубеже тысячелетий продажа силовых установок для электромобилей стала трудным способом зарабатывать на жизнь. В начале 2000 года, когда GM объявила о прекращении производства EV1, это сигнализировало о том, что автопроизводители отказываются от аккумуляторных электромобилей. ACP искала другие способы сбыта своей технологии и увидела возможность в разразившемся в то время кризисе с электроэнергией в Калифорнии.
Традиционно электроэнергетический бизнес сочетал в себе несколько отдельных услуг, некоторые из которых предназначались для удовлетворения спроса, а другие — для стабилизации сети. С 1930-х годов эти услуги предоставлялись регулируемыми вертикально интегрированными коммунальными предприятиями, которые действовали как квазимонополии. Наиболее прибыльной была пиковая мощность — электроэнергия поставлялась, когда спрос был самым высоким. Менее прибыльные услуги по стабилизации уравновешивали электрическую нагрузку и выработку, чтобы поддерживать системную частоту на уровне 60 герц, стандартном для Соединенных Штатов. В вертикально интегрированной коммунальной компании пиковые услуги по существу субсидируют услуги по стабилизации.
С дерегулированием в 1990-х годах эти агрегированные услуги были разделены и превращены в товар. В Калифорнии регулирующие органы отделили генерацию от распределения и продали 40 процентов установленной мощности недавно созданным независимым производителям электроэнергии, специализирующимся на пиковой мощности. Функции стабилизации сети были перерождены как «вспомогательные услуги». Крупные коммунальные предприятия были вынуждены покупать пиковую электроэнергию по высокой цене, а поскольку розничные цены были ограничены, они не могли переложить свои расходы на потребителей. Кроме того, дерегулирование сдерживало строительство новых электростанций. На рубеже тысячелетий почти 20 процентов генерирующих мощностей штата простаивали на техническое обслуживание . Новая рыночная электросеть была крайне нестабильной, и в 2000 и 2001 годах ситуация достигла апогея. Жаркая погода вызвала всплеск спроса, а сопутствующая засуха (начало многолетней юго-западной мегазасухи ) сократила гидроэнергетические мощности. Поскольку калифорнийцы включали свои кондиционеры, пиковую мощность приходилось поддерживать в рабочем состоянии дольше. Затем в дело вступили рыночные спекулянты, поднявшие оптовые цены на 800 процентов и разорившие Pacific Gas & Electric. Под этим комбинированным давлением надежность сети снизилась, что привело к веерным отключениям электроэнергии.
Поскольку сеть была повреждена, Гейдж из ACP связался с Кемптоном, чтобы обсудить, может ли двунаправленная мощность электромобиля помочь. Кемптон назвал регулирование частоты оптимальным рынком V2G, потому что это была самая прибыльная из вспомогательных услуг, составляющая около 80 процентов средств, которые Калифорнийский независимый системный оператор , некоммерческая организация, созданная для управления дерегулируемой сетью, затем тратил на такие услуги.
Результатом стал демонстрационный проект, организованный Алеком Бруксом , менеджером производства tzero компании ACP. Как и Риппель и Коккони, Брукс был выпускником Калифорнийского технологического института и членом сплоченного сообщества энтузиастов электромобилей, которое возникло вокруг престижного университета. После получения докторской степени. в гражданском строительстве в 1981 году Брукс присоединился к AeroVironment, где он руководил разработкой Sunraycer , усовершенствованного демонстрационного электромобиля на солнечной энергии, построенного для GM, и Impact. Он нанял Риппеля и Коккони на обе работы. В 1990-х Брукс сформировал команду в AeroVironment, которая оказывала поддержку программам GM по выпуску электромобилей, пока он не слишком устал от корпоративной рутины и не присоединился к ACP в 1999 году. Работая с Гейджем и Кемптоном и консультируясь с ISO, Брукс намеревался понять, как электромобиль может функционировать как вспомогательный ресурс.
ACP адаптировала для этого применения свою трансмиссию AC-150 второго поколения с возможностью двунаправленного движения. Как вспоминал Коккони, двунаправленная функция изначально предназначалась для другой цели. В 1990-х годах аккумуляторы имели гораздо меньшую емкость, чем сегодня, и для небольшого сообщества пользователей электромобилей перспектива разрядиться и оказаться в затруднительном положении была вполне реальной. В такой чрезвычайной ситуации на помощь может прийти двунаправленный электромобиль с запасом заряда.
При финансовой поддержке Калифорнийского совета по воздушным ресурсам команда установила привод AC-150 в Volkswagen Beetle. Система преобразовывала мощность сети переменного тока в мощность постоянного тока для зарядки батареи, а также могла преобразовывать мощность постоянного тока от батареи в мощность переменного тока, которая могла питать как внешние автономные нагрузки, так и сеть. В ходе проекта группа успешно продемонстрировала двунаправленную мощность электромобиля, используя смоделированные диспетчерские команды из компьютеризированной системы управления энергопотреблением ISO.