劉 堅
（國家發(fā)展改革委能源研究所）
01、車網(wǎng)互動趨勢
電動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)塾嬐茝V量超過450萬輛，按照每輛車動力電池容量50千瓦時估算，全國電動汽車車載儲電容量超過2億千瓦時，遠(yuǎn)超電化學(xué)儲能累計裝機(jī)規(guī)模。展望2030年，全國電動汽車保有量將接近1億輛，若能有效挖掘電動汽車靈活調(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)互動模式對比
電動汽車可通過有序充電、雙向互動（V2G）、換電等方式實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互動，而每種方式的互動潛力和經(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，若電動乘用車全生命周期充電量80%參與有序充電，則電動汽車通過有序充電每轉(zhuǎn)移1千瓦時電量的成本不到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。由于動力電池容量和循環(huán)壽命快速提升，新售電動汽車動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)電價峰谷差套利和參與輔助服務(wù)的能力受地方目錄電價、轉(zhuǎn)供電、計量計費(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，電動汽車并網(wǎng)時間勢必下降，影響車網(wǎng)互動應(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200萬公里的動力電池。對于一般乘用車而言，假設(shè)每天充電接口接入時間為10小時，其中2小時滿足車輛出行用電需求，剩余8小時用于與電網(wǎng)充放互動，充放電功率7千瓦，則每天電網(wǎng)交換電量約28千瓦時。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)時間及充放電功率問題，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的車網(wǎng)互動需要確保車輛有足夠的并網(wǎng)時間。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)連接的時間窗口將拓展車網(wǎng)互動的可能性。
03、問題與建議
盡管電動汽車儲電對于電力系統(tǒng)具有巨大應(yīng)用價值，車網(wǎng)互動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)互動還存在一系列技術(shù)、成本、行為方面的挑戰(zhàn)。
首先，電動汽車儲電有賴于充放電通訊及控制技術(shù)的升級。電動汽車與電網(wǎng)互動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)的缺失對推廣電動汽車儲電造成了現(xiàn)實(shí)障礙。此外，車網(wǎng)互動對低壓配電網(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汽車儲電潛力也至關(guān)重要。
其次，一般認(rèn)為電動汽車儲電將不可不免地加速動力電池容量衰減。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)互動帶來障礙。電動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。這與電動汽車購車決策類似，盡管電動汽車可通過油電差價彌補(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，電動汽車儲電存在用戶接受度的問題。車網(wǎng)互動將不可避免地影響電動車主的便利性，具體反映在日常出行/充電時間、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。可見當(dāng)車輛續(xù)航較短時，用戶對車網(wǎng)互動的接受度相當(dāng)有限；隨著續(xù)航能力提升，用戶接受度將明顯提升。
第五，電動汽車儲電存在電池質(zhì)保問題。目前電動汽車企業(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）。動力電池與儲電電池的充放電工況不盡相同，雖然動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，電動汽車儲能具有顯著的規(guī)模優(yōu)勢，基于動力電池剩余充放電能力的電動汽車儲能的經(jīng)濟(jì)性也高于固定儲能電站。但電動汽車儲能存在地理分布、車輛屬性等方面的局限性。電動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)等方面價值相對有限。因此電動汽車儲能更適應(yīng)用戶側(cè)分時電價管理、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、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，電動汽車儲能的局限性相對較大。相比V2G，電動汽車有序充電雖能通過改變充電時間實(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)明確電動汽車參與電力市場的身份與地位，加快電動汽車放電價格制定。第二，加快推進(jìn)車網(wǎng)互動能力建設(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、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，完善電動汽車充放電計量計費(fèi)工作，解決因轉(zhuǎn)供電導(dǎo)致的峰谷分時電價信號傳導(dǎo)不暢的問題。第四，適度降低電動汽車參與市場的功率及充放電時長門檻。第五，允許電動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，以累計放電量作為電池質(zhì)保參考標(biāo)準(zhǔn)。
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