劉 堅(jiān)
（國家發(fā)展改革委能源研究所）
01、車網(wǎng)互動(dòng)趨勢
電動(dòng)汽車已逐漸成為我國規(guī)模增速最快、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮碾娏ο到y(tǒng)負(fù)荷側(cè)靈活性資源。近年來鋰離子電池能量密度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵參數(shù)呈現(xiàn)快速進(jìn)步趨勢，成本仍有較大下降空間，大量電動(dòng)汽車作為分布式儲能為電力系統(tǒng)提供規(guī)?？捎^的靈活性資源，可大幅提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和對波動(dòng)性可再生能源的消納能力。到2020年6月，我國新能源汽車?yán)塾?jì)推廣量超過450萬輛，按照每輛車動(dòng)力電池容量50千瓦時(shí)估算，全國電動(dòng)汽車車載儲電容量超過2億千瓦時(shí)，遠(yuǎn)超電化學(xué)儲能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模。展望2030年，全國電動(dòng)汽車保有量將接近1億輛，若能有效挖掘電動(dòng)汽車靈活調(diào)節(jié)潛力，將對我國高比例可再生能源的發(fā)展提供關(guān)鍵支撐。
02、車網(wǎng)互動(dòng)模式對比
電動(dòng)汽車可通過有序充電、雙向互動(dòng)（V2G）、換電等方式實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互動(dòng)，而每種方式的互動(dòng)潛力和經(jīng)濟(jì)性也有較大差異。其中，有序充電投資成本最低，目前7千瓦智能充電樁相比同功率普通交流充電樁成本增加約1000元，若電動(dòng)乘用車全生命周期充電量80%參與有序充電，則電動(dòng)汽車通過有序充電每轉(zhuǎn)移1千瓦時(shí)電量的成本不到5分錢，遠(yuǎn)低于目前國內(nèi)電化學(xué)儲能調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償水平（0.5元/千瓦時(shí)以上）。
V2G成本主要取決于車載電池額外充放電導(dǎo)致的電池折舊成本。由于動(dòng)力電池容量和循環(huán)壽命快速提升，新售電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充放電能力已高于車輛實(shí)際出行用電需求，其提供V2G的邊際成本快速下降?？紤]到車輛通過V2G模式所實(shí)現(xiàn)的時(shí)移電量潛力遠(yuǎn)高于有序充電，長遠(yuǎn)來看其單位電量轉(zhuǎn)移成本甚至可低于有序充電模式。V2G也存在一定的充放電基礎(chǔ)設(shè)施投資成本，其參與電力市場的空間也受具體車輛充電地點(diǎn)的約束。例如乘用車更多選擇住宅小區(qū)或公共停車場充電，其實(shí)現(xiàn)電價(jià)峰谷差套利和參與輔助服務(wù)的能力受地方目錄電價(jià)、轉(zhuǎn)供電、計(jì)量計(jì)費(fèi)等因素影響。
與之相比，換電模式由于實(shí)現(xiàn)了車電分離，充電時(shí)間選擇的裕度更高（相比快充模式）。此外，換電站選址可根據(jù)電價(jià)水平、電網(wǎng)條件集中布置，有助于實(shí)現(xiàn)電池儲能的多重應(yīng)用價(jià)值。但也需看到，換電站成本高，土地、基建、設(shè)備、電池等投資大、資產(chǎn)重。此外，當(dāng)前換電站選址的首要因素仍是換電需求，用更短的時(shí)間和更少的投入滿足更多用戶的換電需求是目前換電站運(yùn)營的核心邏輯，因此實(shí)際提供儲能服務(wù)的靈活度有限。若未來換電模式成為一般乘用車用戶的主流選擇，電動(dòng)汽車并網(wǎng)時(shí)間勢必下降，影響車網(wǎng)互動(dòng)應(yīng)用空間。
電池技術(shù)的進(jìn)步也將不斷擴(kuò)大車網(wǎng)互動(dòng)的應(yīng)用潛力。2020年以來主流電池企業(yè)紛紛發(fā)布百萬公里續(xù)航長壽命電池技術(shù)，部分企業(yè)甚至表示即將生產(chǎn)全生命周期續(xù)航里程超過200萬公里的動(dòng)力電池。對于一般乘用車而言，假設(shè)每天充電接口接入時(shí)間為10小時(shí)，其中2小時(shí)滿足車輛出行用電需求，剩余8小時(shí)用于與電網(wǎng)充放互動(dòng)，充放電功率7千瓦，則每天電網(wǎng)交換電量約28千瓦時(shí)。即使不考慮電網(wǎng)是否存在調(diào)度需求等實(shí)際因素，車輛也需連續(xù)充放電8000天（超過20年）才能充分發(fā)揮電池儲能能力。因此，制約電動(dòng)汽車儲能的因素將由原先電池壽命問題轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕v并網(wǎng)時(shí)間及充放電功率問題，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的車網(wǎng)互動(dòng)需要確保車輛有足夠的并網(wǎng)時(shí)間。在一定的車用充電電量需求和充放電功率下，盡可能延長電池與電網(wǎng)連接的時(shí)間窗口將拓展車網(wǎng)互動(dòng)的可能性。
03、問題與建議
盡管電動(dòng)汽車儲電對于電力系統(tǒng)具有巨大應(yīng)用價(jià)值，車網(wǎng)互動(dòng)成本也隨著電池技術(shù)快速進(jìn)步而直線下降，但當(dāng)前車網(wǎng)互動(dòng)還存在一系列技術(shù)、成本、行為方面的挑戰(zhàn)。
首先，電動(dòng)汽車儲電有賴于充放電通訊及控制技術(shù)的升級。電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)需要額外通訊及控制技術(shù)支持。雖然許多研究顯示上述問題在技術(shù)上并非不可克服，但技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的缺失對推廣電動(dòng)汽車儲電造成了現(xiàn)實(shí)障礙。此外，車網(wǎng)互動(dòng)對低壓配電網(wǎng)（變電箱容量、線路容量）的影響仍具不確定性，配電網(wǎng)技術(shù)升級對有效釋放電動(dòng)汽車儲電潛力也至關(guān)重要。
其次，一般認(rèn)為電動(dòng)汽車儲電將不可不免地加速動(dòng)力電池容量衰減。理論上，特定電池技術(shù)路線、充放電工況、工作溫度/濕度都會影響參與電網(wǎng)儲電的能力1，也導(dǎo)致相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性研究結(jié)論呈現(xiàn)較大差異2,3。根據(jù)本田公司的測試結(jié)果，電動(dòng)車輛質(zhì)保期內(nèi)持續(xù)參與電網(wǎng)服務(wù)所導(dǎo)致的電池老化大約是車輛行駛的四分之一。盡管絕大多數(shù)研究顯示電網(wǎng)儲電會加速電池老化，但考慮到電池老化的復(fù)雜成因（日歷壽命、容量、溫度、荷電狀態(tài)、放電深度等），對于部分電動(dòng)汽車（長期閑置）實(shí)施V2G或?qū)?yōu)化電池健康度，從而實(shí)現(xiàn)延長電池使用壽命的目的。華威大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，若引導(dǎo)閑置電動(dòng)汽車參與V2G，則V2G非但不會加速電池老化，反而有助于延長電池使用壽命。由此可見合理的車網(wǎng)互動(dòng)策略將有助于電池健康度的保持。
第三，額外的初始投資可能對推廣車網(wǎng)互動(dòng)帶來障礙。電動(dòng)汽車儲電收益在于運(yùn)營收益，但消費(fèi)者往往更著眼于充放電設(shè)備升級等導(dǎo)致的額外投資成本。這與電動(dòng)汽車購車決策類似，盡管電動(dòng)汽車可通過油電差價(jià)彌補(bǔ)額外購置成本，但大多數(shù)消費(fèi)者在購車決策中往往忽略該因素。根據(jù)國際能源署的估算，一般乘用車車主對燃油效率投資回收期的期望一般是3年或更短，也有調(diào)研顯示美國消費(fèi)者對V2G收益率的期望高達(dá)53%。
第四，電動(dòng)汽車儲電存在用戶接受度的問題。車網(wǎng)互動(dòng)將不可避免地影響電動(dòng)車主的便利性，具體反映在日常出行/充電時(shí)間、續(xù)航里程等指標(biāo)方面。以續(xù)航里程為例，研究顯示若電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航從125英里提升至175英里，消費(fèi)者的支付意愿約500美元；而從75英里提升至175英里，消費(fèi)者的支付意愿高達(dá)4000美元?？梢姰?dāng)車輛續(xù)航較短時(shí)，用戶對車網(wǎng)互動(dòng)的接受度相當(dāng)有限；隨著續(xù)航能力提升，用戶接受度將明顯提升。
第五，電動(dòng)汽車儲電存在電池質(zhì)保問題。目前電動(dòng)汽車企業(yè)往往提供基于年限或里程的電池/芯質(zhì)保（如80%以上容量保持率）。動(dòng)力電池與儲電電池的充放電工況不盡相同，雖然動(dòng)力電池理論上能夠向電網(wǎng)提供充放電服務(wù)，但頻繁的儲電應(yīng)用勢必影響動(dòng)力電池的健康狀態(tài)，原先的電池質(zhì)保方式勢必難以適應(yīng)車輛、電網(wǎng)雙重應(yīng)用的需求。
此外，我們也應(yīng)充分認(rèn)識到電動(dòng)汽車儲能在未來能源系統(tǒng)中與固定式儲能有著截然不同的功能定位。相比固定式儲能電站，電動(dòng)汽車儲能具有顯著的規(guī)模優(yōu)勢，基于動(dòng)力電池剩余充放電能力的電動(dòng)汽車儲能的經(jīng)濟(jì)性也高于固定儲能電站。但電動(dòng)汽車儲能存在地理分布、車輛屬性等方面的局限性。電動(dòng)汽車一般位于低壓用戶側(cè)，在緩解電網(wǎng)輸配電阻塞、提升可再生能源并網(wǎng)等方面價(jià)值相對有限。因此電動(dòng)汽車儲能更適應(yīng)用戶側(cè)分時(shí)電價(jià)管理、降低容量/需量電費(fèi)、以及參與電能量現(xiàn)貨市場和調(diào)頻市場等提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低系統(tǒng)供電成本的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用場景。在一定條件下，電動(dòng)汽車也可起到一定的日間調(diào)峰和緩解部分輸配電線路阻塞的作用。但在黑啟動(dòng)、備用電源、無功支撐等保障電力系統(tǒng)安全以及季節(jié)性調(diào)峰方面，電動(dòng)汽車儲能的局限性相對較大。相比V2G，電動(dòng)汽車有序充電雖能通過改變充電時(shí)間實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移的“虛擬儲能”效果，但認(rèn)定有序充電原始負(fù)荷基線具有一定難度，其對聚合服務(wù)商的組織能力有更高要求。
因此，我們建議首先應(yīng)明確電動(dòng)汽車參與電力市場的身份與地位，加快電動(dòng)汽車放電價(jià)格制定。第二，加快推進(jìn)車網(wǎng)互動(dòng)能力建設(shè)，加大配電網(wǎng)端雙向電表和雙向潮流控制等智能化改造投入，在配電網(wǎng)升級資金中給予車網(wǎng)互動(dòng)、用戶側(cè)儲能、分布式光伏等技術(shù)、新業(yè)態(tài)專門保障性支持。第三，完善電動(dòng)汽車充放電計(jì)量計(jì)費(fèi)工作，解決因轉(zhuǎn)供電導(dǎo)致的峰谷分時(shí)電價(jià)信號傳導(dǎo)不暢的問題。第四，適度降低電動(dòng)汽車參與市場的功率及充放電時(shí)長門檻。第五，允許電動(dòng)汽車通過平臺聚合集成等方式參與電力市場交易，制定電動(dòng)汽車聚合商作為電力零售商參與電力市場交易的規(guī)則，明確電動(dòng)汽車聚合商參與市場交易的責(zé)任和義務(wù)，為大規(guī)模電動(dòng)汽車平臺化接入營造政策環(huán)境。第六，改變基于出行里程或使用年限的電池質(zhì)保方式，以累計(jì)放電量作為電池質(zhì)保參考標(biāo)準(zhǔn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]Marongiu A, RoscherM, Sauer DU. 2015. Influence of the vehicle-to-grid strategy on the aging behaviorof lithium battery electric vehicles. Appl. Energy 137:899–912
[2]Peterson SB, Apt J, Whitacre JF. 2010. Lithium-ion battery cell degradation resulting from realisticvehicle and vehicle-to-grid utilization. J. Power Sources 195:2385–92
[3]Bishop JDK, Axon CJ, Bonilla D, Tran M, Banister D, et al. 2013. Evaluating the impact of V2G serviceson the degradation of batteries in PHEV and EV. Appl. Energy 111:206–18
