中國儲能網(wǎng)訊：當電動車處于停放狀態(tài)，其電池將成為待開發(fā)的配電網(wǎng)“充電寶”，把海量的“充電寶”通過物聯(lián)網(wǎng)技術連接到智能聚合平臺，形成一個虛擬大負荷，在用電低谷時給電動車充電，在用電高峰時電動車給電網(wǎng)放電
在中再大廈項目中，電動車在用電低谷時段充電，電價約為0.3元/千瓦時，在用電高峰時段放電，放電價格為0.7元/千瓦時。通過谷充峰放，車主每度電能賺近4毛錢
文 |《瞭望》新聞周刊記者 扈永順
我國力爭在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，加快發(fā)展新能源是各方共識。
新能源是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，比如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質(zhì)能等。新能源體系包括能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、輸送、終端全鏈條。
在中國科學院院士、清華大學車輛與運載學院教授歐陽明高看來，新能源革命有五大重點：從傳統(tǒng)化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)型，特別是光伏與風電的大規(guī)模應用；能源從集中式轉(zhuǎn)向分布式；利用氫氣和電池等技術存儲間歇式能源；發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)；電動車成為用能和儲能終端。
歐陽明高院士在接受《瞭望》新聞周刊記者專訪時表示，當前光伏、風電等新能源發(fā)電技術比較成熟，發(fā)電成本也明顯降低，已具備大規(guī)模推廣條件，但新能源發(fā)電具有波動性、間歇性、隨機性，必須與儲能結(jié)合才能擔當能源供應主力。
他認為，以純電動車為代表的新能源汽車可以成為我國規(guī)模大、成本低、安全性高的短周期分布式儲能系統(tǒng)，為破解新能源發(fā)展瓶頸提供契機。
電動車將改變能源利用方式
《瞭望》：為什么你認為電池和電動車等能在新能源電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用？
歐陽明高：首先要認識到，電動車的電池動力系統(tǒng)本質(zhì)上就是一套儲能系統(tǒng)。
從傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與新能源電力系統(tǒng)的比較來看，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過輸電、變電、配電到最終電力用戶，從而完成電能從生產(chǎn)到使用的全過程。在此過程中的能量傳輸是從集中式發(fā)電端到用電端的單向流動，具有“源隨荷動”的基本特點。而新能源電力系統(tǒng)中的光伏、風機發(fā)電是隨時間、季節(jié)變化的，同時用電負荷也是變化的，這就要求“源—網(wǎng)—荷—儲”之間可以進行靈活的互動調(diào)控。因此，為應對新能源發(fā)電的間歇性和波動性，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行，配置儲能系統(tǒng)必不可少。
從目前的儲能系統(tǒng)看，依據(jù)儲能功率和存儲時間特性，電池和氫能分別適合短周期小規(guī)模和長周期大規(guī)模儲能需求，具有較強的互補性，共同構(gòu)成了未來主流的儲能方式。目前我國電化學儲能約85%的裝機量為鋰離子電池，儲能成本為0.6～0.9元/千瓦時，其中約67%為電池成本，相比于0.2～0.25元/千瓦時的抽水蓄能，雖然在成本方面不具備優(yōu)勢，但抽水蓄能受地理位置的限制大，不易實施。而電解水制氫成本包括電費、固定成本、維護成本和水費等，成本偏高。因此，電動車及其電池動力系統(tǒng)，是目前比較理想的儲能方式。
近二十年來，我國科研人員已經(jīng)突破了新能源汽車動力系統(tǒng)技術平臺與電池、電機、電控三大核心技術。近十年來，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應用于電動車。
以鋰離子電池為代表的純電動車，將在新能源電力存儲中發(fā)揮重要作用。有數(shù)據(jù)預計，2040年中國電動車保有量將達到3億輛，如果以每輛車電池容量平均65千瓦時計算，全國車載儲能容量約為200億千瓦時，這與當前我國每天消費總電量基本相當?？梢哉f，電動車正在改變?nèi)祟惸茉蠢梅绞?，推動新能源革命的到來?
電池技術日趨成熟
《瞭望》：如此看，純電動車要成為未來分布式儲能的重要工具，關鍵在于電池。當前我國車載電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平如何？
歐陽明高：目前我國車載電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模和水平已經(jīng)躍居世界前列，電池性能大幅提高。
技術方面，目前電池續(xù)航里程和電池壽命問題已顯著改觀，有關數(shù)據(jù)顯示，電動車的續(xù)航里程已從推廣初期的150公里左右，普遍提高到500～600公里，豪華電動車正在向1000公里續(xù)航邁進。從衡量電池單位重量或單位體積能夠提供能量的指標——比能量來看，過去十年提升了3倍，成本下降了85%。高比能量電池安全性、冬季續(xù)航能力、高速公路超級快充等方面技術已經(jīng)取得突破，正在制定標準、逐步推廣應用的過程中。
產(chǎn)業(yè)方面，我國生產(chǎn)的電池供應約占全球產(chǎn)能的60%～70%。全球十大電池廠商中，我國企業(yè)占七席，包括第一名的寧德時代和第三名的比亞迪。
未來，電池還將呈現(xiàn)需求大幅上升與成本顯著下降趨勢。我國目前電池產(chǎn)能只有1億千瓦時，預計到2025年，中國前五家鋰離子電池企業(yè)總產(chǎn)能將超過10億千瓦時。同時，鋰離子電池系統(tǒng)成本將快速下降。根據(jù)中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》，預計到2025年，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)成本將降至0.5元/瓦時，循環(huán)壽命將達到5000～10000次。
《瞭望》：未來電池技術的創(chuàng)新發(fā)展方向有哪些？
歐陽明高：下一步，電池技術攻關主要在安全、便利、智能三方面下功夫。
第一，從電池設計制造的本征安全、電池使用過程中的主動安全、電池發(fā)生事故時的被動安全三個方面保障電池系統(tǒng)安全。例如，清華大學研發(fā)了高比能量電池熱失控系統(tǒng)性抑制方法，能夠解決單體電池設計層面的不安全因素。針對整車開發(fā)了電池云控預警平臺，在使用過程中進行安全監(jiān)控，對故障進行預警。
第二，加強快充技術攻關。電動車充電模式可以分為慢充和快充，對于私家車，最佳充電方式是慢充，但是高速公路或長途出行需要采用120～350千瓦超快充補電。中國電力企業(yè)聯(lián)合會于2020年公布了大功率快充新標準——超級充電標準，預計2025年可全面提供超快充服務。清華大學已經(jīng)開發(fā)出無析鋰安全快充技術，當電量下降到50%時進行補電，充電5分鐘能跑200公里。
第三，適應車網(wǎng)互動的智能化要求。電動車普及初始階段是無序充電，隨著電動車保有量增加，一些大城市電網(wǎng)壓力增大。目前深圳、上海等地正在規(guī)劃開展有序充電，即通過APP跟后臺調(diào)度系統(tǒng)達成協(xié)議，將電池充電有序移動到電網(wǎng)負荷低時進行。將來還要攻關車網(wǎng)互動技術（V2G），當電網(wǎng)負荷低時為電動車充電，當電網(wǎng)負荷高時由電動車向電網(wǎng)放電，對電網(wǎng)進行削峰填谷。
浙江省長興縣“家之窗電動汽車充電站”，工作人員指導車主進行掃碼充電（2022年6月7日攝） 徐昱攝/本刊
構(gòu)建車網(wǎng)互動新型智慧電力系統(tǒng)
《瞭望》：車網(wǎng)互動技術有什么特點？其對電網(wǎng)進行削峰填谷的可行性有多大？
歐陽明高：可再生能源發(fā)電具有間歇性、隨機性等特點，而電動車快速充電容易對電網(wǎng)造成沖擊。因此，隨著新能源發(fā)電的增加以及電動車的普及，電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行將面臨巨大挑戰(zhàn)，亟需建設以新能源為主體的新型智慧電力系統(tǒng)。
車網(wǎng)互動是指車輛既能從電網(wǎng)充電，又能給電網(wǎng)放電，實現(xiàn)雙向互聯(lián)。開展車網(wǎng)互動的重要原因是其可以對電網(wǎng)需求曲線進行削峰填谷，減小負荷需求功率。當電動車處于停放狀態(tài)，其電池將成為待開發(fā)的配電網(wǎng)“充電寶”，把海量的“充電寶”通過物聯(lián)網(wǎng)技術連接到智能聚合平臺，形成一個虛擬大負荷。這個虛擬大負荷又可以通過能源互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術進行優(yōu)化調(diào)控，在用電低谷時給電動車充電，在用電高峰時電動車給電網(wǎng)放電，并且進一步與未來新能源發(fā)電特性匹配，減小電網(wǎng)增容壓力。
這是一種規(guī)模大、成本低、安全性高的分布式儲能技術，被認為是新型智慧電力系統(tǒng)的重要組成部分。隨著電動車數(shù)量增加和市場機制的完善，其商業(yè)化可實施性正在不斷優(yōu)化。截至2018年，歐盟、美國、日本等國家和地區(qū)已開展了70多個車網(wǎng)互動項目。在我國，車網(wǎng)互動技術和市場發(fā)展還處于起步階段。
《瞭望》：國內(nèi)車網(wǎng)互動技術的落地前景如何？
歐陽明高：在車網(wǎng)互動新型智慧電力系統(tǒng)中，充電基礎設施是關鍵的車網(wǎng)能量互動端口。
充電基礎設施根據(jù)充電速度、停放屬性進行劃分，可分為慢充—停充復合型和快充—即充即走型。其中慢充—停充復合型兼?zhèn)涑潆姾屯＼嚬δ?，主要應用于居民區(qū)、公司單位和公交物流車等停車充電一體化設施。在這一方式下，車輛停放時間長、入網(wǎng)數(shù)量大，電動車具有參與大電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)的巨大潛力。
電網(wǎng)現(xiàn)有規(guī)范與基礎設施可以支撐車網(wǎng)互動服務，車網(wǎng)互動服務也符合電網(wǎng)運行的基本技術體系和運營策略。例如，國家電網(wǎng)公司在北京中再大廈和人濟大廈開展了電動車與商業(yè)建筑互動以及電動車與電網(wǎng)互動服務的示范運行。在中再大廈項目中，電動車在用電低谷時段充電，電價約為0.3元/千瓦時，在用電高峰時段放電，放電價格為0.7元/千瓦時。通過谷充峰放，車主每度電能賺近4毛錢。國家電網(wǎng)公司在北京人濟大廈設置的雙向充放電互動樁，通過智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺，以可調(diào)節(jié)負荷資源聚合模式，納入華北電力市場的調(diào)峰輔助服務，這是國內(nèi)首個納入調(diào)峰輔助服務結(jié)算的項目。目前，全國已有15個省市建設了42個車網(wǎng)互動項目、609個車網(wǎng)互動終端，共有近4000臺電動車參與過車網(wǎng)互動。
雖然國內(nèi)車網(wǎng)互動項目尚處于示范階段，但隨著電動車數(shù)量的增加和車網(wǎng)互動成本的下降，車網(wǎng)互動有望在未來的新型智慧電力系統(tǒng)中發(fā)揮更大作用。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》，未來充電基礎設施建設將得到快速發(fā)展，預計2030年和2035年慢充樁數(shù)量將分別達到7000萬臺和1.5億臺。在這一基礎上，建設能與電網(wǎng)實現(xiàn)能量雙向流動的雙向互動充電樁能夠為實現(xiàn)車網(wǎng)互動打下基礎。
《瞭望》：對希望進行車網(wǎng)互動布局的城市來說，下一步工作重點是什么？
歐陽明高：第一，目前全球新能源汽車市場開始進入快速發(fā)展期，我國新能源汽車率先實現(xiàn)大規(guī)模進入家庭。建議進行車網(wǎng)互動試點的城市增加新能源汽車指標，引導電動車購買預期。
第二，加快建設新能源基礎設施，尤其要挖掘公共建筑的巨大潛力，加快工作單位停車場具有車網(wǎng)互動功能的慢充直流雙向樁建設。光伏與車用電池是一對最佳電源組合，建議加快屋頂光伏建設，并推動建筑直流電氣化改造，加快分布式微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展。
第三，建議有條件的城市開展電力體制改革試點，加快城市內(nèi)配電網(wǎng)和用戶側(cè)微網(wǎng)的市場化改革。學習上海和深圳經(jīng)驗，建設市級能源互聯(lián)網(wǎng)和基于家用電動車分布式能源系統(tǒng)的虛擬電廠資源整合平臺，在用電高峰時段削平電網(wǎng)負荷、用電低谷時段幫助電網(wǎng)提升負荷?！?
