中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：羅曼
（中能傳媒能源安全新戰(zhàn)略研究院）
國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》提出，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)新型儲(chǔ)能靈活多樣發(fā)展，探索儲(chǔ)能融合發(fā)展新場(chǎng)景，拓展新型儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。電動(dòng)汽車(chē)作為用戶側(cè)分散式新型儲(chǔ)能設(shè)施，以充換電基礎(chǔ)設(shè)施為“橋梁”，參與需求側(cè)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)實(shí)時(shí)互動(dòng)，能發(fā)揮負(fù)荷削峰填谷作用，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。
一、我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用于儲(chǔ)能的研究背景
（一）新能源汽車(chē)行業(yè)蓬勃發(fā)展
發(fā)展新能源汽車(chē)，是我國(guó)從汽車(chē)大國(guó)邁向汽車(chē)強(qiáng)國(guó)的必由之路，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。近年來(lái)，國(guó)家從稅收優(yōu)惠、購(gòu)車(chē)補(bǔ)貼、汽車(chē)行業(yè)“雙積分”1等方面給予新能源汽車(chē)行業(yè)政策扶持，隨著電池成本下降推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品性價(jià)比提高、配套基礎(chǔ)設(shè)施的推廣普及及消費(fèi)者用車(chē)習(xí)慣的改變，我國(guó)新能源汽車(chē)行業(yè)飛速發(fā)展。
根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷分別完成354.5萬(wàn)輛和352.1萬(wàn)輛，同比均增長(zhǎng)1.6倍，市場(chǎng)占有率達(dá)到13.4%。其中，純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力合計(jì)產(chǎn)銷分別達(dá)354.3萬(wàn)輛和351.9萬(wàn)輛。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，到2030年，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的保有量將會(huì)超過(guò)1億輛，功率總計(jì)超10億千瓦，相當(dāng)于中國(guó)目前所有燃煤電站的功率，相當(dāng)于50個(gè)三峽電站。
（數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)）
圖1 2017~2022年2月中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷情況（單位：萬(wàn)輛）
（二）動(dòng)力電池性價(jià)比提升
電池容量是決定電動(dòng)汽車(chē)存儲(chǔ)電能的最關(guān)鍵因素，而電池容量取決于電池的體積與能量密度，或比能量2。近年來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化量產(chǎn)，我國(guó)動(dòng)力電池能量密度不斷提高，成本逐年下降。截至2021年12月，我國(guó)純電動(dòng)乘用車(chē)系統(tǒng)比能量在140～160瓦時(shí)/公斤和160瓦時(shí)/公斤及以上車(chē)型產(chǎn)量占比相當(dāng)，分別為29.6%和30.2%。就技術(shù)而言，目前我國(guó)三元鋰電池產(chǎn)品單體比能量達(dá)到300瓦時(shí)/公斤，磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品單體比能量達(dá)到200瓦時(shí)/公斤。三元鋰電池成本降至0.23～0.29元/瓦時(shí)，磷酸鐵鋰電池成本降至0.08元/瓦時(shí)。
（三）動(dòng)力電池迎來(lái)退役潮
從2009年“十城千輛”示范工程至今，新能源汽車(chē)在我國(guó)已經(jīng)發(fā)展十余年，最早一批車(chē)載動(dòng)力電池也迎來(lái)退役潮。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)退役量約20萬(wàn)噸，容量約25吉瓦時(shí)，預(yù)計(jì)2025年累計(jì)退役量78萬(wàn)噸，容量將達(dá)116吉瓦時(shí)。退役動(dòng)力電池中約70%可進(jìn)入梯次利用，2025年市場(chǎng)規(guī)模將超200億元。
二、電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景
（一）有序充電策略
電動(dòng)汽車(chē)有序充電策略，是指在滿足電動(dòng)汽車(chē)充電需求的前提下，運(yùn)用實(shí)際有效的經(jīng)濟(jì)或技術(shù)措施引導(dǎo)、控制電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷，減少發(fā)電裝機(jī)容量建設(shè)，保證電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)“虛擬儲(chǔ)能”功能。有序充電樁是一種可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛有秩序充電的充電樁，樁內(nèi)含有序充電模組，可視電網(wǎng)負(fù)荷情況安排電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)序和充電功率，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰充電、低谷充電，降低充電成本。
國(guó)際上，為將有序充電規(guī)?；瘧?yīng)用推廣，主要采取了峰谷電價(jià)、政府補(bǔ)貼、政府采購(gòu)要求與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制等措施。比如，美國(guó)加利福尼亞州能源局研究在電動(dòng)汽車(chē)峰谷電價(jià)基礎(chǔ)上，對(duì)公共事業(yè)局和配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商建設(shè)的公共充電樁給予建設(shè)資金支持，或直接以政府采購(gòu)方式支持有序充電；英國(guó)計(jì)劃制定標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制所有新建充電樁安裝智能控制設(shè)備，并通過(guò)智能電表控制充電樁的充電負(fù)荷。
我國(guó)已由國(guó)家電網(wǎng)牽頭，在北京、上海、鄭州、南京等地開(kāi)展有序充電延緩配網(wǎng)擴(kuò)容的試點(diǎn)。目前，尚有商業(yè)模式缺失、車(chē)-樁間充電標(biāo)準(zhǔn)不支持交流有序充電等問(wèn)題待解。
（二）V2G模式
V2G（Vehicle to grid）描述了電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的互動(dòng)關(guān)系。在該模式下，電動(dòng)汽車(chē)被視作分布式儲(chǔ)能單元，提供電網(wǎng)輔助服務(wù)。當(dāng)車(chē)載電池需要充電時(shí)，電網(wǎng)向車(chē)輛補(bǔ)給電能；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過(guò)高時(shí)，車(chē)載電池的電能可以銷售給電網(wǎng)。
據(jù)V2G Hub網(wǎng)站不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球有98個(gè)V2G試點(diǎn)示范項(xiàng)目，分布在24個(gè)國(guó)家和地區(qū)，主要集中在歐洲和北美。全球試點(diǎn)示范項(xiàng)目主要分為技術(shù)方案探索、商業(yè)模式探索和社會(huì)效益驗(yàn)證三類，近兩年商業(yè)模式探索項(xiàng)目占比逐漸提升，反映了V2G模式產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快。從車(chē)企參與情況來(lái)看，日產(chǎn)參與了36個(gè)項(xiàng)目的試點(diǎn)示范工作，位列第一，三菱、雷諾、本田分別位列二、三、四位。從具體應(yīng)用情況看，V2G模式多通過(guò)參與電力市場(chǎng)服務(wù)獲取收益，其中，能量時(shí)移、頻率響應(yīng)、地區(qū)服務(wù)、緊急供電、電價(jià)套利依次位列前五位，其中一半以上項(xiàng)目探索了電動(dòng)汽車(chē)在電力市場(chǎng)的時(shí)移服務(wù)，三分之一以上項(xiàng)目探索了電動(dòng)汽車(chē)參與電力市場(chǎng)頻率響應(yīng)服務(wù)。
（數(shù)據(jù)來(lái)源：V2G Hub網(wǎng)站）
圖2 全球V2G試點(diǎn)示范項(xiàng)目應(yīng)用情況
在我國(guó)，V2G探索早已開(kāi)始。2020年4月，國(guó)家電網(wǎng)公司華北分部在國(guó)內(nèi)首次將V2G充電樁資源正式納入華北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)并正式結(jié)算。據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的資料顯示，到2020年11月，國(guó)網(wǎng)已經(jīng)在全國(guó)14個(gè)省市開(kāi)展了近40個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，布局V2G充放電終端近400個(gè)。用戶通過(guò)“e充電”APP參與V2G，根據(jù)電網(wǎng)需求進(jìn)行智能充放電調(diào)控，能夠獲得實(shí)時(shí)收益。但從整體來(lái)看，目前，受限于電力市場(chǎng)制度、電池循環(huán)壽命等因素，國(guó)內(nèi)V2G發(fā)展相對(duì)緩慢，汽車(chē)主機(jī)廠商推出的配備V2G技術(shù)的車(chē)型較少。
（三）退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能
電動(dòng)汽車(chē)對(duì)其裝配的動(dòng)力電池的性能要求比較特殊，當(dāng)車(chē)身裝配電池總?cè)萘克p至出廠容量80%以下時(shí)，將很難滿足車(chē)輛的動(dòng)力需求，但剩余的動(dòng)力仍能滿足其他低性能要求的應(yīng)用領(lǐng)域。以磷酸鐵鋰電池為例，當(dāng)電池容量降至80%以下但仍高于60%時(shí)，仍可以在檢測(cè)、再加工后，應(yīng)用于電力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置、通信基站備用電源、小型分布式家庭儲(chǔ)能、低速電動(dòng)車(chē)等場(chǎng)景。在儲(chǔ)能領(lǐng)域開(kāi)展退役動(dòng)力電池梯次利用，不僅可以降低鋰、鈷、鎳等戰(zhàn)略性金屬資源浪費(fèi)，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池全生命周期的高效利用，還可以優(yōu)化資源配置，降低電力系統(tǒng)儲(chǔ)能成本。
歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家退役動(dòng)力電池回收業(yè)務(wù)發(fā)展較早，當(dāng)前基本上形成了以電池制造商為主要責(zé)任方的回收利用體系。美國(guó)通過(guò)立法強(qiáng)制要求電池零售商回收退役電池，同時(shí)以押金方式使消費(fèi)者主動(dòng)回收退役電池。日本通過(guò)政府發(fā)放補(bǔ)貼的方式，鼓勵(lì)電池生產(chǎn)廠商回收退役電池。實(shí)際應(yīng)用中，退役動(dòng)力電池在家庭儲(chǔ)能和電網(wǎng)儲(chǔ)能方面已有成功案例。如，美國(guó)TeslaEnergy開(kāi)發(fā)了Powerwall和Powellpack，將退役電池梯次應(yīng)用于家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)和商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)；美國(guó)通用集團(tuán)聯(lián)合瑞典ABB集團(tuán)開(kāi)展了面向智能電網(wǎng)的動(dòng)力電池梯次利用研究，主要用于儲(chǔ)存太陽(yáng)能、風(fēng)能等分布式電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電能；日本4REnergy公司銷售或租賃聆風(fēng)汽車(chē)的退役動(dòng)力電池，用于家庭或者商業(yè)儲(chǔ)能中的應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)近年來(lái)也逐漸開(kāi)展退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能研究及應(yīng)用，如，南網(wǎng)綜合能源服務(wù)公司和深圳比克動(dòng)力電池公司合建的7.27兆瓦時(shí)梯次電池儲(chǔ)能項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)，中國(guó)鐵塔在甘肅河西建設(shè)15兆瓦時(shí)光伏發(fā)電梯次利用項(xiàng)目、10兆瓦時(shí)風(fēng)力發(fā)電梯次利用等試驗(yàn)項(xiàng)目，國(guó)家電網(wǎng)在北京大興建設(shè)100千瓦時(shí)梯次利用錳酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范等。
2021年8月，工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部等五部門(mén)共同印發(fā)《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法》，對(duì)廢舊動(dòng)力電池梯次利用企業(yè)、產(chǎn)品、回收利用等提出了要求。但在現(xiàn)實(shí)中，因早期未建立國(guó)家溯源管理系統(tǒng)，大量退役動(dòng)力電池流入非正規(guī)渠道，對(duì)正規(guī)電池回收企業(yè)業(yè)務(wù)造成沖擊，一方面造成了目前正規(guī)企業(yè)盈利困難，另一方面影響了退役動(dòng)力電池梯次利用的安全性。
三、建議
短期來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池受循環(huán)壽命、功率等級(jí)等技術(shù)情況限制，其表現(xiàn)與電力系統(tǒng)儲(chǔ)能元件長(zhǎng)壽命、大容量的要求存在差異，尚不適合大規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)景，電動(dòng)汽車(chē)可作為用戶側(cè)靈活性儲(chǔ)能資源，在V2H/B（Vehicle to Home/Buildings）、V2L(Vehicle to Load)、 V2V（Vehicle to Vehicle）等應(yīng)急性、小規(guī)模場(chǎng)景中推廣應(yīng)用。長(zhǎng)期，可從以下幾方面著手，助力拓展電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能應(yīng)用范圍。
（一）加大關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)力度
一是加大電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池研發(fā)，統(tǒng)籌考慮電池能量密度及安全性能，延長(zhǎng)循環(huán)壽命。二是提升車(chē)載逆變器性能，使其適應(yīng)雙向充放電。三是提升車(chē)網(wǎng)協(xié)同控制及管理技術(shù)水平，保持車(chē)輛接入后電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四是提高退役動(dòng)力電池檢驗(yàn)檢測(cè)和分級(jí)分類技術(shù)，使退役電池能順利進(jìn)入梯次利用環(huán)節(jié)。
（二）建立健全儲(chǔ)能電價(jià)機(jī)制和管理制度
針對(duì)有序充電、V2G等場(chǎng)景，一方面要完善用戶側(cè)靈活性儲(chǔ)能參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)的電價(jià)制度；另一方面，要將充電基礎(chǔ)設(shè)施納入配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，加強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展。
針對(duì)退役動(dòng)力電池梯次利用場(chǎng)景，完善退役動(dòng)力電池回收利用體系，強(qiáng)化電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池全生命周期溯源管理，對(duì)不按規(guī)定向溯源管理平臺(tái)上傳信息的梯次利用企業(yè)明確處罰措施；建立退役動(dòng)力電池殘值定期檢測(cè)和安全性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，完善相關(guān)監(jiān)管制度，提升產(chǎn)品使用性能的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
（三）加強(qiáng)行業(yè)上下游企業(yè)協(xié)同
推動(dòng)電池原材料供應(yīng)商、動(dòng)力電池生產(chǎn)商、汽車(chē)整車(chē)廠商、廢舊動(dòng)力電池回收企業(yè)等合作共建退役動(dòng)力電池回收渠道，構(gòu)建跨區(qū)域回收利用體系，在梯次利用、拆解報(bào)廢等各環(huán)節(jié)加強(qiáng)信息共享、數(shù)據(jù)共用，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵元件、材料循環(huán)利用的同時(shí)，最大限度降低環(huán)境污染。
1.汽車(chē)行業(yè)“雙積分”政策，即工業(yè)和信息化部等五部門(mén)出臺(tái)的《乘用車(chē)企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車(chē)積分并行管理辦法》，規(guī)定了我國(guó)乘用車(chē)新車(chē)平均燃料消耗量和每個(gè)汽車(chē)廠商生產(chǎn)新能源汽車(chē)的比例。
2.比能量是參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料釋放出的電能大小。
