在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的背景下，2022年一季度，全國(guó)風(fēng)電、光伏累計(jì)發(fā)電量2675億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)10.8%，我國(guó)光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量已突破3億千瓦大關(guān)，連續(xù)7年穩(wěn)居全球首位。預(yù)計(jì)到2040年，新能源汽車(chē)保有量將超3億輛，風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電占比超過(guò)55%。由于可再生能源發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，風(fēng)電、光伏等新能源的消納卻并不“風(fēng)光”。且電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序的快速充電對(duì)電網(wǎng)具有沖擊作用，電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行將面臨巨大的挑戰(zhàn)，亟需從現(xiàn)在開(kāi)始著力建設(shè)以新能源為主體的新型智慧電力系統(tǒng)。

 

由于風(fēng)電光伏等分布式新能源的出力特性和負(fù)荷特性在時(shí)間、空間上的差異，導(dǎo)致新能源的消納困難重重，為克服風(fēng)光電在時(shí)空上與負(fù)荷需求的不匹配，必然會(huì)增加電網(wǎng)在穩(wěn)定性等方面的設(shè)計(jì)成本。因此，可再生能源雖然發(fā)電成本低，但消納成本高。風(fēng)電、光伏如何并入電網(wǎng)、順利消納，已經(jīng)成為一個(gè)世界性難題。而近年具有移動(dòng)儲(chǔ)能特性的電動(dòng)汽車(chē)普及迅速，規(guī)模激增，電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的互動(dòng)行為或許能成為改善此問(wèn)題的關(guān)鍵！

 

V2G定義與技術(shù)介紹

 

電動(dòng)汽車(chē)和電網(wǎng)互動(dòng)（Vehicle-to-Grid，以下簡(jiǎn)稱 V2G），原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是一種智能的充放電模式。它使電動(dòng)汽車(chē)既可以從電網(wǎng)中提取能量，也可以向電網(wǎng)輸送能量。V2G有狹義和廣義兩種理解，狹義 V2G 強(qiáng)調(diào)電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)充電樁向電網(wǎng)反向放電，目前V2G的主流方案采用的是直流樁方案，即功率變換的部分在充電樁上面來(lái)實(shí)現(xiàn)，車(chē)輛通過(guò)直流充電口對(duì)外進(jìn)行放電。而廣義 V2G，主要指充電功率調(diào)節(jié)、電動(dòng)汽車(chē)參與電網(wǎng)電能質(zhì)量治理、調(diào)頻等功能。面對(duì)城市多元的應(yīng)用場(chǎng)景，從提升車(chē)網(wǎng)互動(dòng)應(yīng)用價(jià)值的角度，推廣廣義 V2G 概念顯然具有更大的靈活性和發(fā)展前景。

 

車(chē)網(wǎng)互動(dòng)潛力介紹

 

本文從目前乘用車(chē)的三個(gè)現(xiàn)象闡述車(chē)網(wǎng)互動(dòng)的巨大潛力：

 

第一個(gè)現(xiàn)象是國(guó)內(nèi)乘用車(chē)的使用率。據(jù)行業(yè)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)普通乘用車(chē)的使用率只有5%。如果按5%來(lái)算，一輛車(chē)每天的閑置時(shí)間有22小時(shí)48分鐘；即使按10%測(cè)算，那么平均每輛車(chē)的閑置時(shí)間有21小時(shí)36分鐘。如果這輛車(chē)是電動(dòng)汽車(chē)，再與充電樁結(jié)合起來(lái)，這輛車(chē)每天既有大量富余的充電容量，又有大量富余的充電時(shí)間。

 

第二個(gè)現(xiàn)象是國(guó)內(nèi)乘用車(chē)的循環(huán)壽命沒(méi)有被充分利用。家用電動(dòng)汽車(chē)行駛15—20萬(wàn)公里，動(dòng)力電池循環(huán)約600次。而根據(jù)國(guó)內(nèi)主流電動(dòng)汽車(chē)主機(jī)廠、電池廠的調(diào)研數(shù)據(jù)，三元電池的電動(dòng)汽車(chē)，循環(huán)壽命約1500次，鐵鋰電池可以達(dá)到3000次。一半以上的循環(huán)壽命被浪費(fèi)，電池價(jià)值得不到充分利用。車(chē)輛擁有者為冗余的電池循環(huán)壽命多支付了150%至400%的費(fèi)用，造成購(gòu)車(chē)成本偏高。從循環(huán)壽命上看，超過(guò)50%的循環(huán)壽命被浪費(fèi)！

 

第三個(gè)現(xiàn)象是電動(dòng)汽車(chē)的電池容量在不斷增加。目前市場(chǎng)在售車(chē)型電池容量多在50kWh至80kWh之間。目前特斯拉Model X 90D的載電量已經(jīng)達(dá)到100kWh，未來(lái)汽車(chē)的載電量將會(huì)繼續(xù)增加。以現(xiàn)有水平計(jì)算，20輛90D的儲(chǔ)能潛力已經(jīng)可以與一個(gè)中等規(guī)模的客戶側(cè)儲(chǔ)能電站相當(dāng)。一輛車(chē)的力量雖小，所有車(chē)聚合起來(lái)就大了。

 

預(yù)計(jì)2040年，中國(guó)大概會(huì)有三億輛電動(dòng)汽車(chē)，如果每輛車(chē)電池容量為65千瓦時(shí)，那3億輛車(chē)大約為200億千瓦時(shí)，相當(dāng)于全國(guó)每天的用電量。如果按50%裝機(jī)容量作為可利用容量，也就是100億千瓦時(shí)。從功率角度看，車(chē)載電池的功率會(huì)達(dá)到30億千瓦，相當(dāng)于50個(gè)三峽水電站。

 

那么這么大量的電動(dòng)汽車(chē)電池資源，可以挖掘哪方面應(yīng)用，創(chuàng)造更大的價(jià)值？

 

如果將電動(dòng)汽車(chē)作為電網(wǎng)的移動(dòng)儲(chǔ)能裝置，在用電低谷時(shí)，電網(wǎng)給電動(dòng)汽車(chē)充電，降低用電成本；在用電高峰時(shí)，讓電動(dòng)汽車(chē)給電網(wǎng)放電，減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。此時(shí)電動(dòng)汽車(chē)將成為電網(wǎng)的一個(gè)個(gè)“充電寶”，這就是車(chē)網(wǎng)互動(dòng)的概念。電動(dòng)汽車(chē)具有容量、時(shí)間、空間靈活可變，額外設(shè)備及土地成本為零，安全風(fēng)險(xiǎn)較低等多重優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、跨時(shí)空、低成本、高安全性的靈活儲(chǔ)能應(yīng)用，并能在電力輔助服務(wù)、電力交易市場(chǎng)上帶來(lái)極大的價(jià)值。

 

車(chē)網(wǎng)互動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)支撐

 

要讓車(chē)網(wǎng)互動(dòng)充分發(fā)揮資源潛力和創(chuàng)造價(jià)值，需要有以下多個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行支撐。

 

1）支撐多場(chǎng)景的V2G設(shè)備要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷接入并且可靈活調(diào)控的目標(biāo)，需要開(kāi)發(fā)支撐涵蓋城市現(xiàn)有多種應(yīng)用場(chǎng)景的V2G終端、邊端設(shè)備。通過(guò)對(duì)城市典型場(chǎng)景特點(diǎn)的分析，結(jié)合車(chē)網(wǎng)互動(dòng)商業(yè)模式的技術(shù)需求和系統(tǒng)方案，開(kāi)展相應(yīng)的V2G關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)研究，以滿足快充站、目的地充電、換電站等多應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)備要求。

 

2）考慮車(chē)網(wǎng)互動(dòng)需求的充電引導(dǎo)技術(shù)在實(shí)際車(chē)網(wǎng)互動(dòng)應(yīng)用中，車(chē)、樁、網(wǎng)在時(shí)空上存在不匹配的問(wèn)題，需要考慮車(chē)輛、交通、充電樁使用率、電網(wǎng)負(fù)荷等多維耦合系統(tǒng)下的車(chē)群引導(dǎo)技術(shù)，提高充電樁利用率和降低車(chē)輛充電等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效的車(chē)網(wǎng)互動(dòng)。

 

3）指標(biāo)計(jì)量與安全認(rèn)證技術(shù)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)過(guò)程中，電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)大量的諧波，造成電力系統(tǒng)諧波污染。充電樁與電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)、充電卡等組成的互聯(lián)充電網(wǎng)絡(luò)存在數(shù)據(jù)泄露、指令篡改、身份偽造、非法訪問(wèn)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)和互聯(lián)充電網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅。開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)服務(wù)計(jì)量研究，完善電動(dòng)汽車(chē)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)信息安全防護(hù)體系至關(guān)重要。

 

4）靈活激勵(lì)機(jī)制與規(guī)劃調(diào)度技術(shù)對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)與政府，建議根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施作為電網(wǎng)靈活性資源對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)行的影響和作用，設(shè)計(jì)激勵(lì)相關(guān)主體參與電網(wǎng)調(diào)控服務(wù)的市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制和規(guī)劃調(diào)度技術(shù)，鼓勵(lì)用戶主體參與新能源消納、調(diào)峰、應(yīng)急管理、調(diào)頻、無(wú)功和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)等多種電網(wǎng)服務(wù)。

 

車(chē)網(wǎng)互動(dòng)商業(yè)模式展望

 

技術(shù)層面是支撐車(chē)網(wǎng)互動(dòng)發(fā)揮資源潛力的基礎(chǔ)，除了技術(shù)層面，影響V2G推廣更關(guān)鍵的是市場(chǎng)商業(yè)模式的問(wèn)題，目前來(lái)看，從充電運(yùn)營(yíng)商角度來(lái)看，未來(lái)V2G存在兩個(gè)典型市場(chǎng)應(yīng)用模式。

 

其一是電價(jià)差套利，利用V2G雙向能量流動(dòng)的能力以及電網(wǎng)不同類型用戶、不同時(shí)段電價(jià)存在差異的特點(diǎn)，電動(dòng)汽車(chē)用戶除了從最簡(jiǎn)單的分時(shí)電價(jià)套利方式中降低充電費(fèi)用，還可以夜間谷電價(jià)時(shí)在居民區(qū)或附近工商業(yè)區(qū)的充電站充電，白天峰電價(jià)在工商業(yè)區(qū)充電站向電網(wǎng)放電，充電運(yùn)營(yíng)商因此可節(jié)省用電成本，若設(shè)計(jì)合理商業(yè)模式，可對(duì)用戶和運(yùn)營(yíng)商雙方帶來(lái)收益。

 

其二就是電力輔助服務(wù)，電力市場(chǎng)輔助服務(wù)是指為維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電能質(zhì)量，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)和電力用戶提供的服務(wù)。對(duì)于城市充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，可提供電力市場(chǎng)輔助服務(wù)包括：調(diào)頻、調(diào)峰、無(wú)功調(diào)節(jié)、諧波補(bǔ)償和備用電源等。此模式下，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商平臺(tái)的充電引導(dǎo)，聚合電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷資源，響應(yīng)各類虛擬電廠平臺(tái)的調(diào)控需求，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)參與各種電力輔助服務(wù)。目前管理體制下，針對(duì)充電設(shè)施參與電力市場(chǎng)輔助服務(wù)，還沒(méi)有可供參考的成熟商業(yè)模式，電網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商之間暫未形成明確的結(jié)算機(jī)制，但隨著相關(guān)市場(chǎng)管理制度的完善，電動(dòng)汽車(chē)所蘊(yùn)含的巨大資源潛力必定將通過(guò)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)釋放出來(lái)。

 

隨著多層次統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的健全和車(chē)網(wǎng)互動(dòng)V2X的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，車(chē)網(wǎng)互動(dòng)將逐步發(fā)揮出其巨大的資源潛力，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并讓每個(gè)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主參與其中，成為能源生態(tài)圈中的消費(fèi)者和生產(chǎn)者，共同促進(jìn)我國(guó)新能源事業(yè)的發(fā)展。