中國儲能網(wǎng)訊：伴隨著電動汽車保有量的迅速增加，電動汽車充電正在成為電力需求的新增長點之一[1]。僅2024年上半年，全國電動汽車總充電量就已超243億千瓦時，同比增長54.6%，且這一指標已連續(xù)三年超過50%[2]。如果這些充電需求沒有依照電力系統(tǒng)的供需情況合理安排，輕則將給電網(wǎng)帶來巨大升級成本，重則影響電網(wǎng)安全。
在過去十余年中，國家積極出臺政策鼓勵建設配套充電基礎設施，并掃清了充電站接入電網(wǎng)的障礙[3]。然而，在加快推進交通電氣化的過程中，這種電網(wǎng)公司對充電基礎設施接網(wǎng)“有求必應”的策略，將變得愈發(fā)昂貴。為了滿足不斷增長的充電負荷需求，電力部門發(fā)電側和輸配電側在做相應調(diào)整。為了配合未來充電尖峰容量的增長，電力規(guī)劃還將考慮新建煤電、氣電；為了配合充電站順利接入電網(wǎng)，配電側也需要對變電站及配電設備進行擴容。如若不加以引導，滿足充電需求“野蠻生長”的成本將是巨大的。
鑒于我國電動汽車的增長率和保有量在世界上都處于領先地位，電動汽車接入電網(wǎng)的挑戰(zhàn)也更加顯著。近兩年來，為了應對快速增長的充電需求，我國提出了“車網(wǎng)融合”模式，并指出電網(wǎng)規(guī)劃是推動車網(wǎng)融合的關鍵步驟之一?！秶野l(fā)展改革委等部門關于加強新能源汽車與電網(wǎng)融合互動的實施意見》（發(fā)改能源〔2023〕1721號）明確提出要“加強車網(wǎng)互動頂層設計，堅持系統(tǒng)觀念，從社會整體效益的高度進行統(tǒng)籌謀劃”。《國家發(fā)展改革委 國家能源局關于新形勢下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源〔2024〕187號）進一步細化了相關措施，從支持配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的角度，強調(diào)要“統(tǒng)籌制訂電網(wǎng)規(guī)劃”，并“做好與新能源、電動汽車、儲能等產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的聯(lián)動”。
一旦車網(wǎng)融合的潛力被充分激活，電動汽車不僅能夠緩解充電需求增長對電網(wǎng)帶來的壓力，還能成為電力系統(tǒng)的重要靈活性響應資源。車網(wǎng)融合具體體現(xiàn)在電動汽車的智能有序充電和雙向充電兩方面。如果電動汽車的充電行為能夠配合電力的供需狀況并與輸配電網(wǎng)的存量及未來規(guī)劃相結合，就能釋放其潛在的靈活性，從而減少對新增資源的需求，配合新能源發(fā)電，減少配電網(wǎng)側的新投資，降低系統(tǒng)總成本。
基于上述政策文件，本文提出了“車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃”這一概念。通常交通和電力主管部門往往獨立規(guī)劃，若要為車網(wǎng)融合打下扎實基礎，兩部門需要從數(shù)據(jù)整合、方法商議、利益相關方參與等多個角度共同發(fā)力，實現(xiàn)真正的協(xié)同規(guī)劃。在技術變革加速演進的當下 ，車網(wǎng)融合作為能源和交通兩個領域的交匯點，任何一個部門單獨承擔此項工作都將面臨資源和能力的不足。因此，當務之急是通過政策文件來統(tǒng)合規(guī)劃框架，整合兩部門的行業(yè)經(jīng)驗、信息和規(guī)劃方法，并從細致、務實的車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃入手，為車網(wǎng)融合畫好藍圖。
車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的執(zhí)行目標可以細分為兩點。從近期規(guī)劃的角度來說，車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃可以理性處理新增的充電需求，也就是不將無序充電或優(yōu)化不當?shù)某潆娗€當作電力系統(tǒng)需要滿足的硬指標去進行發(fā)電及輸配電投資規(guī)劃。相反，在進行電力規(guī)劃時應首先考慮經(jīng)合理疏導后電動汽車充電行為的靈活性，并且根據(jù)電網(wǎng)需要，通過扎實、基于實證的分析來推算合理優(yōu)化后的有序充電行為，將優(yōu)化后的充電曲線疊加其他負荷來相應安排電力投資計劃。從中長期規(guī)劃的角度來考慮，鑒于中國各省的現(xiàn)貨市場及輔助服務市場逐漸成型，且需求響應及虛擬電廠的經(jīng)驗不斷積累，不妨抱持前瞻的視角，將有序充電及車網(wǎng)互動看作電力系統(tǒng)的重要資源，依此進行中長期電力規(guī)劃。
本文將簡要總結車網(wǎng)融合的四個益處，介紹車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃對于車網(wǎng)融合的重要指導作用，列舉車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的具體步驟，并將選取一些有關車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃正逐漸形成的共識，詳解如何進行協(xié)同規(guī)劃將最有利于實現(xiàn)車網(wǎng)融合。
Part.01
車網(wǎng)融合的益處
車網(wǎng)融合具體體現(xiàn)在智能有序充電和雙向充電兩個方面。智能有序充電是指通過智能技術和控制系統(tǒng)，根據(jù)電網(wǎng)的實時負荷、用戶需求和電價信號等因素，動態(tài)調(diào)整電動汽車的充電時間和充電速率，以優(yōu)化能源利用和提高電網(wǎng)運行效率的充電方式。而雙向充放電則在此基礎上更進一步，允許電動汽車不僅從電網(wǎng)獲取電能，還能將其電池中的電能反饋給電網(wǎng)。通過雙向充放電，電動汽車可以在電網(wǎng)需求高峰時段釋放電能，提供備用電源，增強電網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性，同時在電網(wǎng)負荷較低時段進行充電，提升整體能源利用效率。
車網(wǎng)融合可以給電力系統(tǒng)帶來多重助益，包括減少傳統(tǒng)調(diào)峰資源新增投資需要、配合可再生能源發(fā)電并促進清潔能源投資、減少配電側非必要投資，以及降低系統(tǒng)總成本。
1.減少傳統(tǒng)調(diào)峰資源新增投資需要
伴隨著電氣化和新能源轉型的繼續(xù)深化，凈負荷（總負荷減新能源發(fā)電量）曲線的峰谷差將繼續(xù)拉大，且高峰出現(xiàn)的時段相較傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而言也會更加分散[4]。也因此，對系統(tǒng)調(diào)峰及靈活資源的需求將不斷加大。中國當前使用最廣泛的調(diào)峰資源仍是火力發(fā)電廠，而火力發(fā)電中又以煤電為主[5]。由于煤電站的工程設計限制，其靈活性改造的固定投入仍然較高，約為600-700元/千瓦，且無法實現(xiàn)短時間內(nèi)的快速調(diào)節(jié)[6]。相比之下，盡管電動汽車和其他需求側資源可能無法完全滿足電網(wǎng)的所有調(diào)峰需求，但其固定成本投入（包括前期平臺建設及設備更換等）大概僅有200-400元/千瓦，且其靈活性更加精準、調(diào)節(jié)速度相較煤電更快，可以提供調(diào)頻和快速調(diào)峰的服務。此外，由于其建設成本主要集中在數(shù)字平臺、智能控制系統(tǒng)以及用戶激勵上，實際成本相對較低。一旦這些資源被充分利用，它們可以作為邊際資源，為電網(wǎng)注入顯著的靈活性和調(diào)峰能力。
2.配合可再生能源發(fā)電并促進清潔能源投資
通過車網(wǎng)融合，電動汽車可以在可再生能源發(fā)電高峰時段充電，更精準地重塑負荷曲線，最大化利用可再生能源電力，促進其消納[7]。此外，電動汽車作為需求側資源，與分布式光伏發(fā)電天然契合，用戶在利用光伏自發(fā)自用后，余電上網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊也會有所減少，增強電網(wǎng)的消納能力。長此以往，能夠減少對化石燃料的依賴，推動能源結構的綠色轉型。
3.減少配電側非必要投資
鑒于大部分電動汽車充電站都會接入配電網(wǎng)，無序充電對配電側的沖擊最為顯著。如配電變壓器和配電線路在無序充電的情況下可能會面臨過載風險，從而影響電力供應的安全性。如果電網(wǎng)規(guī)劃按照無序充電對配電網(wǎng)產(chǎn)生的負荷壓力進行擴容，設備使用率將顯著下降，導致大量不必要的投資。一項研究表明，如果未來美國加利福尼亞州不采用智能有序充電技術，為滿足交通和供熱的電氣化需求，到2035年前需要新增500億美元用于配電網(wǎng)設備的升級和擴容[8]。這項研究指出，通過采用智能有序充電技術，可以有效減輕配電網(wǎng)壓力，優(yōu)化設備使用效率，從而節(jié)約大量基礎設施投資成本。
4.降低系統(tǒng)總成本
綜上所述，電動汽車充電負荷的增加本身并不是負擔，但無序充電會對電網(wǎng)構成壓力。通過車網(wǎng)融合，電動汽車可以作為電力系統(tǒng)的需求側靈活性資源，成為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，不僅能在發(fā)電成本更低的時段（例如可再生能源高發(fā)時段）充電，還能夠優(yōu)化存量配電容量的使用，在維持系統(tǒng)可靠性的同時降低系統(tǒng)總成本[9]。車網(wǎng)融合不僅能優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度，還可廣泛惠及電動汽車用戶。用戶可以享受更低的電價和更高效的充電服務，顯著提升整體用戶體驗[10]。車網(wǎng)融合帶來的成本效益被用戶廣泛分享，將促使更多用戶參與其中，形成正反饋，進一步加快車網(wǎng)融合的推廣和應用。
Part.02
車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的重要性
車網(wǎng)融合的益處雖然顯著，但各國距離大規(guī)模推行車網(wǎng)融合并實現(xiàn)上述益處尚有一定距離。要推動車網(wǎng)融合，在實施層面需要從激勵機制、設備更新、電價設計等多方面入手。在此之前，一個至關重要的基石是通過車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃，量化交通電氣化可以給電網(wǎng)帶來的靈活性價值，并將其作為靈活性資源納入電力系統(tǒng)規(guī)劃中。唯有如此，才能正視電動汽車帶來的靈活性，真正將其作為電力系統(tǒng)中不可或缺的資源。
車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃不是指各部門獨立工作然后簡單地互相傳遞預測結果，而是將交通部門和電力部門的數(shù)據(jù)采集、規(guī)劃方法以及雙方的需求緊密結合，在國家、省、市各個層級進行統(tǒng)籌規(guī)劃。協(xié)同規(guī)劃的方法、數(shù)據(jù)以及假設都需要經(jīng)過兩個部門的共同協(xié)商和審批——唯有這種程度的協(xié)同合作，才能夠對車網(wǎng)融合起到促進意義。
若要將電動汽車作為靈活性資源納入電力系統(tǒng)規(guī)劃，首先需要對電動汽車能夠提供的靈活性能力及其邊界有細致的把控。而這種靈活性能力的量化，唯有通過電力和交通部門雙方的緊密合作才能實現(xiàn)。要大規(guī)模推廣車網(wǎng)融合，首先需要根據(jù)交通部門提供的電動汽車充電模式、發(fā)展前景以及用戶出行模式等信息，來估測電動汽車在全年各個時段所能夠提供的靈活性。同時，還需結合電力部門對配電網(wǎng)和發(fā)電容量限制的了解。兩者相輔相成，才能真正激發(fā)車網(wǎng)融合的活力。
Part.03
車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的具體步驟
許多研究機構、學術機構、電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電企業(yè)對本節(jié)中所描述的某個方面或許已有深入的獨立研究。本節(jié)的主要目的并不是就某一環(huán)進行深入探討，而是將這些獨立、分散的點串聯(lián)起來，提供一個較為完整的框架以供參考。
1.利益相關方參與和協(xié)調(diào)
在車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃中，利益相關方的參與與協(xié)調(diào)至關重要。建立一個由多方代表組成的利益相關方工作小組，全流程參與車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃，從決策、建議和數(shù)據(jù)分享等方面共同出力，是確保規(guī)劃成功的關鍵[11]。這個工作小組應包括電網(wǎng)公司、政策制定者、汽車制造商、充電站運營商、第三方聚合商、商用車隊運營商和電動汽車用戶代表等。
車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的一個重要目標是聚合各機構的數(shù)據(jù)和專業(yè)能力，調(diào)動各方的積極性，確保規(guī)劃的科學性和前瞻性。在多利益相關方的共同努力下，通過及時更新最前沿的預測方法和數(shù)據(jù)，可以更準確地掌握電動汽車對電網(wǎng)的需求和潛在的靈活性。這種信息和專業(yè)能力的整合尤為重要，因為它們來源于非傳統(tǒng)的利益相關方，如電動汽車制造商、充電樁運營商和第三方聚合商等。這些外部信息和專業(yè)能力的引入，能夠彌補監(jiān)管部門自身在數(shù)據(jù)和技術上的不足，推動車網(wǎng)融合的全面發(fā)展。
2.電動汽車靈活充電能力測算
電動汽車靈活充電能力測算是指結合上述利益相關方所提供的信息以及電力系統(tǒng)的需求，對未來電動汽車的增長趨勢、車輛參數(shù)以及充電行為可塑性進行合理推測，并在此基礎之上測算電動汽車充電負荷的靈活性及其邊界。這一規(guī)劃的難點在于面對未來不確定的電動汽車增長趨勢和技術革新，如何盡可能精確地從時間和空間兩個維度預測未來的靈活充電負荷。
為了做到最準確的預測，以下三點經(jīng)驗可供借鑒：
靈活充電負荷預測需要按照電動汽車的不同終端用途進行分類討論和匯總。不同用途的電動汽車，其使用模式、充電特征甚至車輛設備參數(shù)，都有很大差別。例如，物流車和商務車跨城市充電的占比高達52%，而私家車占27%，出租車僅為17%[12]。這種分類討論有助于細化預測，確保各類電動汽車的充電需求和靈活性都被充分考慮到。
在電動汽車靈活充電負荷預測中，采用高精度的地理和時間數(shù)據(jù)分析至關重要。通過細致的地理和時間數(shù)據(jù)分析，能夠更準確地識別各地充電負荷的高峰時段和高峰區(qū)域，確保電動汽車充電需求與配電網(wǎng)承載能力的有效匹配。此外，電動汽車的充電習慣會隨著季節(jié)變化而改變，工作日和節(jié)假日的差異也很大，這也需要在預測中予以考慮[13]。目前電動汽車數(shù)據(jù)的收集流程早已標準化[14]，且數(shù)據(jù)的時間、空間精度也足夠支持此類分析。然而，目前的大部分規(guī)劃都尚未有效利用這些數(shù)據(jù)[15]。
評估不同價格激勵機制對電動汽車充電彈性的影響。在當前政策環(huán)境下，塑造用戶充電行為的主要工具仍是分時電價。不同價差對充電行為的塑造能力將直接決定有序充電的效果。例如，對美國圣地亞哥電力與天然氣公司分時電價的研究表明，當峰谷電價比為2：1時，近70%的電動汽車用戶會選擇在夜間低谷時段充電，而電價比為6：1時，則有90%的用戶會選擇在低谷時段充電[16]。雖然這一結果無法照搬，不過類似的充電靈活性彈性分析十分重要。等其他激勵手段（例如直控充電，時變尖峰電價等）的試點實行后，也可以依此類推，實證分析不同激勵手段對充電行為的塑造能力。我們未來的文章會就這一點進行進一步的討論。
3.電網(wǎng)規(guī)劃
在電網(wǎng)規(guī)劃這一步中，電力部門可以在充分考慮上述電動汽車靈活充電能力的測算結果后,進一步對電力系統(tǒng)投資進行規(guī)劃。
美國加州公共事業(yè)委員會提出的“資源采購順序（Loading Order）”規(guī)定了在加州的綜合資源規(guī)劃（Integrated Resource Planning）中，為補足資源缺口所進行的資源采購需要首先采購能效、需求側資源，其次可再生能源，而最后才能夠采購傳統(tǒng)化石能源[17]。依照這一思路，在開展電力規(guī)劃，決定未來電力資源投資時，應首先考慮如何實現(xiàn)電動汽車靈活充電的可塑性，并在此之上再規(guī)劃新增電網(wǎng)和發(fā)電側投資。目前的一些電力投資決策僅將一年中的尖峰負荷和已建容量進行比較，并由此判斷是否應該新建發(fā)電設施。這一規(guī)劃思路將負荷視為毫無彈性，必須要盡數(shù)滿足的“硬需求”；然而，根據(jù)中國有序用電、需求側管理以及分時電價的經(jīng)驗，我們從實踐中了解到，電力需求的很大一部分是可以靈活調(diào)控的。
電網(wǎng)規(guī)劃可以同時完善發(fā)電側及輸配電側的規(guī)劃方式。在發(fā)電側，將電動汽車靈活充電納入電網(wǎng)規(guī)劃中可以有效減少新增迎峰資源的建設；在輸配電側，可以減少變電站以及其他輸配電相關設施的擴容。例如，在紐約市的一個項目中，當?shù)氐墓╇姽? Consolidated Edison Company，利用能效、需求響應等手段成功延后了12億美元的變電站擴容，為社會帶來了近1億美元的總福利[18]。當然，發(fā)電和輸配電側擴容在能源轉型和電氣化逐漸深化的過程中也是有一定必要的，但這些新的升級和建設不應將新增需求當作“硬指標”來完成，而是應當首先發(fā)掘需求側的靈活性，再有針對性地進行必要的升級。
4.常態(tài)化更新相關數(shù)據(jù)和規(guī)劃方法
電動汽車技術日新月異，與之相關的數(shù)據(jù)在不斷變化，同時預測和分析的研究方法也在持續(xù)精進。因此，有必要定期檢查這些假設、方法和關鍵數(shù)據(jù)，并將其面向社會公開。這種常規(guī)化的檢查和公開透明對于車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃尤為重要，因為形成準確、前沿的預測分析需要與多個非傳統(tǒng)利益相關方合作。這些利益相關方，包括汽車制造商、充電樁運營商、第三方數(shù)據(jù)聚合商等，他們的數(shù)據(jù)和專業(yè)知識對于確保預測方法的精確性至關重要。只有通過他們的積極參與和共同努力，才能不斷優(yōu)化和完善預測分析，確保車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的科學性和準確性。
Part.04
政策建議
由于車網(wǎng)融合目前處于新興階段，在協(xié)同規(guī)劃的過程中整合各部門及利益相關方的前沿信息和方法也就變得格外重要。以下有幾點關于實施車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的建議供參考：
1.加強多方統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。如前文所述，僅僅靠單一政府部門很難推動該工作，因此可以考慮設置一個橫跨交通、能源等多部門的聯(lián)合辦公室。
2.進一步研究、細化、出臺測算電動汽車靈活能力的相關規(guī)定或標準。電動汽車靈活性測算在車網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃中是難度最大，技術性最強的一部分工作。為了在尊重各地差異的同時簡化、標準化這一部分的工作，可以通過頒布測算電動汽車靈活能力的標準來建立統(tǒng)一的框架。該標準需要同時考慮車輛終端用途，高精度的時間及地理信息，以及不同價值激勵的效果等多種因素,最大程度地確保靈活能力測算的精確度。
3.將電動汽車靈活充電等需求側資源納入電力規(guī)劃內(nèi)。在靈活能力得到精確的測算后，各地進行電力投資規(guī)劃時，就應率先考慮電動汽車及其他靈活需求的可塑性及其削減負荷高峰的能力，并在此之上再進行傳統(tǒng)資源的容量擴建。在《配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展行動實施方案（2024—2027年）》相關要求的基礎上進一步引導電網(wǎng)公司在進行配電網(wǎng)擴容前應先考慮電動汽車負荷的可塑性，提出基于激發(fā)電動汽車充電靈活性的替代方案。
近日頒布的《加快構建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》中提出了要“實現(xiàn)典型地區(qū)需求側響應能力達到最大用電負荷的5%或以上，著力推動具備條件的典型地區(qū)需求側響應能力達到最大用電負荷的10%左右。”伴隨著電動汽車保有量的不斷增長，電動汽車靈活充電在需求側資源中占的比重也將越來越大。有關部門可以積極將電動汽車有序充電項目納入“需求側靈活調(diào)節(jié)資源庫”，并歸入“需求側響應能力”中。隨著電動汽車保有量的增長，5-10%的目標也可以適度進一步提高。
