中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)電動(dòng)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(shù)連接到智能聚合平臺(tái)，形成一個(gè)虛擬大負(fù)荷，在用電低谷時(shí)給電動(dòng)車充電，在用電高峰時(shí)電動(dòng)車給電網(wǎng)放電
在中再大廈項(xiàng)目中，電動(dòng)車在用電低谷時(shí)段充電，電價(jià)約為0.3元/千瓦時(shí)，在用電高峰時(shí)段放電，放電價(jià)格為0.7元/千瓦時(shí)。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(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，加快發(fā)展新能源是各方共識(shí)。
新能源是指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的各種能源形式，比如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)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(xué)院院士、清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院教授歐陽明高看來，新能源革命有五大重點(diǎn)：從傳統(tǒng)化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)型，特別是光伏與風(fēng)電的大規(guī)模應(yīng)用；能源從集中式轉(zhuǎn)向分布式；利用氫氣和電池等技術(shù)存儲(chǔ)間歇式能源；發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)；電動(dòng)車成為用能和儲(chǔ)能終端。
歐陽明高院士在接受《瞭望》新聞周刊記者專訪時(shí)表示，當(dāng)前光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電技術(shù)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(dòng)性、間歇性、隨機(jī)性，必須與儲(chǔ)能結(jié)合才能擔(dān)當(dāng)能源供應(yīng)主力。
他認(rèn)為，以純電動(dòng)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(chǔ)能系統(tǒng)，為破解新能源發(fā)展瓶頸提供契機(jī)。
電動(dòng)車將改變能源利用方式
《瞭望》：為什么你認(rèn)為電池和電動(dòng)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(rèn)識(shí)到，電動(dòng)車的電池動(dòng)力系統(tǒng)本質(zhì)上就是一套儲(chǔ)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(dòng)，具有“源隨荷動(dòng)”的基本特點(diǎn)。而新能源電力系統(tǒng)中的光伏、風(fēng)機(jī)發(fā)電是隨時(shí)間、季節(jié)變化的，同時(shí)用電負(fù)荷也是變化的，這就要求“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”之間可以進(jìn)行靈活的互動(dòng)調(diào)控。因此，為應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，配置儲(chǔ)能系統(tǒng)必不可少。
從目前的儲(chǔ)能系統(tǒng)看，依據(jù)儲(chǔ)能功率和存儲(chǔ)時(shí)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(chǔ)能需求，具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，共同構(gòu)成了未來主流的儲(chǔ)能方式。目前我國電化學(xué)儲(chǔ)能約85%的裝機(jī)量為鋰離子電池，儲(chǔ)能成本為0.6～0.9元/千瓦時(shí)，其中約67%為電池成本，相比于0.2～0.25元/千瓦時(shí)的抽水蓄能，雖然在成本方面不具備優(yōu)勢(shì)，但抽水蓄能受地理位置的限制大，不易實(shí)施。而電解水制氫成本包括電費(fèi)、固定成本、維護(hù)成本和水費(fèi)等，成本偏高。因此，電動(dòng)車及其電池動(dòng)力系統(tǒng)，是目前比較理想的儲(chǔ)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(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)與電池、電機(jī)、電控三大核心技術(shù)。近十年來，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車。
以鋰離子電池為代表的純電動(dòng)車，將在新能源電力存儲(chǔ)中發(fā)揮重要作用。有數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)，2040年中國電動(dòng)車保有量將達(dá)到3億輛，如果以每輛車電池容量平均65千瓦時(shí)計(jì)算，全國車載儲(chǔ)能容量約為200億千瓦時(shí)，這與當(dāng)前我國每天消費(fèi)總電量基本相當(dāng)。可以說，電動(dòng)車正在改變?nèi)祟惸茉蠢梅绞?，推?dòng)新能源革命的到來。
電池技術(shù)日趨成熟
《瞭望》：如此看，純電動(dòng)車要成為未來分布式儲(chǔ)能的重要工具，關(guān)鍵在于電池。當(dāng)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(shù)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(guān)數(shù)據(jù)顯示，電動(dòng)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(dòng)車正在向1000公里續(xù)航邁進(jìn)。從衡量電池單位重量或單位體積能夠提供能量的指標(biāo)——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(jí)快充等方面技術(shù)已經(jīng)取得突破，正在制定標(biāo)準(zhǔn)、逐步推廣應(yīng)用的過程中。
產(chǎn)業(yè)方面，我國生產(chǎn)的電池供應(yīng)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(shí)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(shì)。我國目前電池產(chǎn)能只有1億千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)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(shí)。同時(shí)，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(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，預(yù)計(jì)到2025年，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)成本將降至0.5元/瓦時(shí)，循環(huán)壽命將達(dá)到5000～10000次。
《瞭望》：未來電池技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展方向有哪些？
歐陽明高：下一步，電池技術(shù)攻關(guān)主要在安全、便利、智能三方面下功夫。
第一，從電池設(shè)計(jì)制造的本征安全、電池使用過程中的主動(dòng)安全、電池發(fā)生事故時(shí)的被動(dòng)安全三個(gè)方面保障電池系統(tǒng)安全。例如，清華大學(xué)研發(fā)了高比能量電池?zé)崾Э叵到y(tǒng)性抑制方法，能夠解決單體電池設(shè)計(jì)層面的不安全因素。針對(duì)整車開發(fā)了電池云控預(yù)警平臺(tái)，在使用過程中進(jìn)行安全監(jiān)控，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警。
第二，加強(qiáng)快充技術(shù)攻關(guān)。電動(dòng)車充電模式可以分為慢充和快充，對(duì)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(bǔ)電。中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)于2020年公布了大功率快充新標(biāo)準(zhǔn)——超級(jí)充電標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)2025年可全面提供超快充服務(wù)。清華大學(xué)已經(jīng)開發(fā)出無析鋰安全快充技術(shù)，當(dāng)電量下降到50%時(shí)進(jìn)行補(bǔ)電，充電5分鐘能跑200公里。
第三，適應(yīng)車網(wǎng)互動(dòng)的智能化要求。電動(dòng)車普及初始階段是無序充電，隨著電動(dòng)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(tái)調(diào)度系統(tǒng)達(dá)成協(xié)議，將電池充電有序移動(dòng)到電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)進(jìn)行。將來還要攻關(guān)車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)（V2G），當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)為電動(dòng)車充電，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷高時(shí)由電動(dòng)車向電網(wǎng)放電，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷。
浙江省長興縣“家之窗電動(dòng)汽車充電站”，工作人員指導(dǎo)車主進(jìn)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(dòng)新型智慧電力系統(tǒng)
《瞭望》：車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)有什么特點(diǎn)？其對(duì)電網(wǎng)進(jìn)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(jī)性等特點(diǎn)，而電動(dòng)車快速充電容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。因此，隨著新能源發(fā)電的增加以及電動(dòng)車的普及，電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行將面臨巨大挑戰(zhàn)，亟需建設(shè)以新能源為主體的新型智慧電力系統(tǒng)。
車網(wǎng)互動(dòng)是指車輛既能從電網(wǎng)充電，又能給電網(wǎng)放電，實(shí)現(xiàn)雙向互聯(lián)。開展車網(wǎng)互動(dòng)的重要原因是其可以對(duì)電網(wǎng)需求曲線進(jìn)行削峰填谷，減小負(fù)荷需求功率。當(dāng)電動(dòng)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(shù)連接到智能聚合平臺(tái)，形成一個(gè)虛擬大負(fù)荷。這個(gè)虛擬大負(fù)荷又可以通過能源互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，在用電低谷時(shí)給電動(dòng)車充電，在用電高峰時(shí)電動(dòng)車給電網(wǎng)放電，并且進(jìn)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(chǔ)能技術(shù)，被認(rèn)為是新型智慧電力系統(tǒng)的重要組成部分。隨著電動(dòng)車數(shù)量增加和市場(chǎng)機(jī)制的完善，其商業(yè)化可實(shí)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(gè)車網(wǎng)互動(dòng)項(xiàng)目。在我國，車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展還處于起步階段。
《瞭望》：國內(nèi)車網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)的落地前景如何？
歐陽明高：在車網(wǎng)互動(dòng)新型智慧電力系統(tǒng)中，充電基礎(chǔ)設(shè)施是關(guān)鍵的車網(wǎng)能量互動(dòng)端口。
充電基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)充電速度、停放屬性進(jìn)行劃分，可分為慢充—停充復(fù)合型和快充—即充即走型。其中慢充—停充復(fù)合型兼?zhèn)涑潆姾屯＼嚬δ?，主要?yīng)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(shè)施。在這一方式下，車輛停放時(shí)間長、入網(wǎng)數(shù)量大，電動(dòng)車具有參與大電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的巨大潛力。
電網(wǎng)現(xiàn)有規(guī)范與基礎(chǔ)設(shè)施可以支撐車網(wǎng)互動(dòng)服務(wù)，車網(wǎng)互動(dòng)服務(wù)也符合電網(wǎng)運(yùn)行的基本技術(shù)體系和運(yùn)營策略。例如，國家電網(wǎng)公司在北京中再大廈和人濟(jì)大廈開展了電動(dòng)車與商業(yè)建筑互動(dòng)以及電動(dòng)車與電網(wǎng)互動(dòng)服務(wù)的示范運(yùn)行。在中再大廈項(xiàng)目中，電動(dòng)車在用電低谷時(shí)段充電，電價(jià)約為0.3元/千瓦時(shí)，在用電高峰時(shí)段放電，放電價(jià)格為0.7元/千瓦時(shí)。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(jì)大廈設(shè)置的雙向充放電互動(dòng)樁，通過智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源聚合模式，納入華北電力市場(chǎng)的調(diào)峰輔助服務(wù)，這是國內(nèi)首個(gè)納入調(diào)峰輔助服務(wù)結(jié)算的項(xiàng)目。目前，全國已有15個(gè)省市建設(shè)了42個(gè)車網(wǎng)互動(dòng)項(xiàng)目、609個(gè)車網(wǎng)互動(dòng)終端，共有近4000臺(tái)電動(dòng)車參與過車網(wǎng)互動(dòng)。
雖然國內(nèi)車網(wǎng)互動(dòng)項(xiàng)目尚處于示范階段，但隨著電動(dòng)車數(shù)量的增加和車網(wǎng)互動(dòng)成本的下降，車網(wǎng)互動(dòng)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(shù)路線圖2.0》，未來充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將得到快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2030年和2035年慢充樁數(shù)量將分別達(dá)到7000萬臺(tái)和1.5億臺(tái)。在這一基礎(chǔ)上，建設(shè)能與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的雙向互動(dòng)充電樁能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)車網(wǎng)互動(dòng)打下基礎(chǔ)。
《瞭望》：對(duì)希望進(jìn)行車網(wǎng)互動(dòng)布局的城市來說，下一步工作重點(diǎn)是什么？
歐陽明高：第一，目前全球新能源汽車市場(chǎng)開始進(jìn)入快速發(fā)展期，我國新能源汽車率先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模進(jìn)入家庭。建議進(jìn)行車網(wǎng)互動(dòng)試點(diǎn)的城市增加新能源汽車指標(biāo)，引導(dǎo)電動(dòng)車購買預(yù)期。
第二，加快建設(shè)新能源基礎(chǔ)設(shè)施，尤其要挖掘公共建筑的巨大潛力，加快工作單位停車場(chǎng)具有車網(wǎng)互動(dòng)功能的慢充直流雙向樁建設(shè)。光伏與車用電池是一對(duì)最佳電源組合，建議加快屋頂光伏建設(shè)，并推動(dòng)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(diǎn)，加快城市內(nèi)配電網(wǎng)和用戶側(cè)微網(wǎng)的市場(chǎng)化改革。學(xué)習(xí)上海和深圳經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)市級(jí)能源互聯(lián)網(wǎng)和基于家用電動(dòng)車分布式能源系統(tǒng)的虛擬電廠資源整合平臺(tái)，在用電高峰時(shí)段削平電網(wǎng)負(fù)荷、用電低谷時(shí)段幫助電網(wǎng)提升負(fù)荷?！?
