中國儲能網訊：過去幾年，中國的電動汽車進入了高速發(fā)展期。不僅電動汽車新品牌相繼登臺，逐步打入主流市場，消費者對電動汽車的態(tài)度也經歷了顯著的變化，從最初的猶豫與觀望，逐漸轉變?yōu)槿缃竦姆e極購入[1]。2024年1-9月新能源汽車的銷量達到了832萬輛，同比增加了42%，占汽車總銷量的46%[2]。隨著電動汽車銷量再創(chuàng)新高以及充電基礎設施的快速增長，電力系統(tǒng)和電動汽車的統(tǒng)籌協(xié)調策略也成為了最近一段時間電力系統(tǒng)改革的焦點。而如何激活電動汽車充電的靈活性，以便更好地服務于電網需求，成為其中備受關注的一點。2023年年末，國家發(fā)展改革委等多部委共同發(fā)布的《關于加強新能源汽車與電網融合互動的實施意見》（發(fā)改能源〔2023〕1721號）就提綱掣領地指出新能源汽車可以作為可控負荷“為新型電力系統(tǒng)高效經濟運行提供重要支撐”[3]。
目前，激活電動汽車充電靈活性方面已經取得了不少進展，主要體現在公共充電樁的有序充電上。當前多數公共充電樁已被納入工商業(yè)分時電價的范圍，峰谷價差對充電靈活性起到了一定的正向作用。除此之外，全國范圍內也有一些充電自動控制的試點項目在開展中。然而，全面解鎖電動汽車充電靈活性這一愿景尚未實現。與公共充電樁上取得的進展相比，居民側遇到的挑戰(zhàn)可能更多。因此，本文將主要著眼于如何更好地解鎖居民側電動汽車充電的靈活性。目前的試點項目多從技術層面出發(fā)證實其可行性，若要全方位地提升充電靈活性的水平，根本在于從電力體制改革出發(fā)，為電動汽車充電靈活性創(chuàng)造更加有利的政策和制度環(huán)境，提供更加合理的激勵。
居民側充電靈活性潛力可期
為了進一步拓寬車網互動的應用場景、擴大規(guī)模，國家發(fā)展改革委等在2024年9月又推出了《關于推動車網互動規(guī)?；瘧迷圏c工作的通知》（發(fā)改辦能源〔2024〕718號），要求“全面推廣新能源汽車有序充電……完善規(guī)模化、可持續(xù)的車網互動政策機制”[4]。該政策還指明了電動汽車有序用電近期的工作重點：在延伸分時電價體系到居民側的同時，加強智能有序充電在居民側的應用推廣。居民用戶由于其停車時間長，可挖掘的靈活性潛力更大。然而，目前居民側用戶大多缺乏有效的價格信號以及靈活的充電控制策略，因而相比于工商業(yè)側，居民側充電的靈活性發(fā)掘仍有待加強。
在之前的文章中[5]，我們已經討論了電動汽車無序充電對電網的沖擊。大量居民電動汽車在晚高峰時充電會推高系統(tǒng)峰值負荷，對輸配電系統(tǒng)造成壓力，并有可能導致調度更高成本和排放的調峰資源。此外，我們的另一篇文章[6]也指出：設計良好的分時電價能夠促使居民用戶將充電時間轉移到低谷時段，從而一定程度減輕系統(tǒng)供電壓力，并更好地促進當地可再生能源消納。
然而，只執(zhí)行分時電價仍無法全面地挖掘居民側充電靈活性。首先，分時電價需要足夠的峰谷價差才能夠起到重塑負荷曲線的作用。但囿于民生保障的考慮，在居民側拉高電動汽車充電電價峰值阻力較大。在價差不高的情況下，分時電價能夠起到的作用有限[7]。其次，目前多數分時電價的設計尚未很好地平衡各級電網之間的需求，造成優(yōu)化大電網時忽視了配電網薄弱環(huán)節(jié)的限制（特別是居民用戶的支線或者變壓器），產生了新的峰值而造成局部電網過載。再次，電動汽車的快速響應能夠為電網提供包括調頻、備用和資源充足性等多重價值，而用戶響應分時電價只能夠激活電動汽車的一部分較粗放的靈活性來達成削峰填谷等負荷曲線重塑，仍有很大一部分較細致、精確的靈活性潛力尚未被發(fā)掘。
電動汽車自動充電控制作為一個較成熟的技術，可以在顧及民生保障的同時，更全面地挖掘居民側充電的靈活性。所謂的自動充電控制是指利用智能控制系統(tǒng)，在保障用戶出行需求的前提下，通過結合大電網和配電網的實時運行情況及分時、實時價格信號，來更好配合電網運行調度要求的充電方式。若要達成電動汽車自動充電控制的廣泛應用，技術本身并非最難的一關——許多試點都證明了這一技術的可行性。當前更需要解決的關鍵問題是推動制度化自動充電控制的廣泛應用，以充分發(fā)揮其帶來的優(yōu)勢，并通過完善政策和商業(yè)架構，進一步提升電動汽車及其他需求側分布式資源的系統(tǒng)價值。
下面我們將首先探討自動充電控制為解鎖居民側充電靈活性所提供的方案。隨后分享美國及歐洲的兩個項目案例，并在最后提出推廣電動汽車自動充電控制的下一步工作思路。
自動充電控制激活居民側充電靈活性
本節(jié)總結了解鎖居民側電動汽車充電靈活性遇到的幾個主要障礙，以及自動充電控制可提供的解決方案。
問題1：居民用戶感受到的價格信號仍未起到很好的指導作用。
首先，電動汽車分時電價尚未完全覆蓋居民側，即便出臺居民充電分時電價的省份，大多也需要用戶主動申請，導致采用率較低。其次，出于對成本控制的考慮，居民充電分時電價的價差較低。短時間內更不會采用動態(tài)電價直接將實時電價信號傳遞到居民側。
解決方案：自動充電控制一般能夠在分時電價的基礎上幫助用戶節(jié)省電價，同時還可以通過月度固定補償或者其他分享電力市場收益的方式來激勵用戶，不僅不會增加用戶現在的電費，還能夠將部分優(yōu)化系統(tǒng)運行所產生的收益分享給居民用戶，實現“雙贏”。
問題2：以分時電價為主要激勵手段的有序充電只能實現部分系統(tǒng)價值。
分時電價由于其易理解性和易執(zhí)行性，是目前主要的激勵手段。分時電價在較宏觀的層面可以通過削峰填谷來優(yōu)化充電時間，進行較粗放的優(yōu)化，但無法對充電時間和速率進行精準的控制，例如提供實時需求響應、調頻服務以及容量服務。
解決方案：自動充電控制可以通過精細化遠程控制更好地挖掘電動汽車有序充電的電網服務能力。通過遠程控制，電動汽車可以更好地反映電網的時間和空間維度，根據節(jié)點實時電價或者電網負載和阻塞情況以更細顆粒度的方式增加或減少功率，管理充電時間，擴大電動汽車可以給電網提供的價值范圍。
問題3：電動汽車的靈活性價值在許多場景下難以被準確測量以及賦值，也因此很難獲得相應的補償。
即使電動汽車的靈活性作為一個概念已經被廣泛討論，并且在諸多試點中被驗證，但電動汽車靈活性為電網帶來的收益主要體現在提升電網運行效率和降低運營成本上，這種內在屬性使得電動汽車靈活性的價值難以直接量化成收益并進行補償，從而限制了有序充電的規(guī)?；l(fā)展。
解決方案：自動充電控制+月度固定補償（或者收益分享）提供了一個便捷可行的商業(yè)模型。電網公司不需要借助繁雜的測算來量化并回饋每一次用戶調整充電時間所帶來的潛在價值，只要充電控制方提供足夠的固定補償，就能吸引一定規(guī)模的電動汽車用戶分享部分充電控制權，從而在電網調度中逐漸體現出優(yōu)化電網帶來的種種效益。這種固定補償或者收益分享機制可以在更細致的電動汽車電網價值、影響以及成本收益分析基礎上，進行不斷改進和完善。
問題4：電網公司對于居民側電動汽車有序充電所能達到效果的預期不穩(wěn)定，導致信心不足，無法將有序充電作為滿足電網需求的一項可靠的“硬性”資源。
與火力發(fā)電廠不同，有序充電在當前無法被直接調度，也因此電網公司在確保供電安全時無法將其作為常態(tài)化的負荷調整手段。
解決方案：推廣電動汽車自動充電控制可以擴展有序充電的維度，激活其作為主動、可調度資源的潛力，并進一步增加電網對于控制有序充電靈活度的信心。電網公司通過和電動汽車負荷聚合商合作，實現對實時數據的監(jiān)控以及對充電速率的控制，在能夠保證用戶出行需求的前提下，得以對充電過程有更直接的控制權，也因此可以將其作為更加可靠的資源進行常態(tài)化調度和操控。
國際案例
在設計得當的情況下，自動充電控制可以在大電網側及配電網側提供多重價值。除了較廣為人知的削峰填谷以配合可再生能源發(fā)電以外，電動汽車自動充電控制還可以提供容量，并且通過協(xié)調充電時間、功率，減少配電側阻塞、延緩配電側升級，減少系統(tǒng)運行成本。
為了闡釋上述部分價值的具體實現過程，本節(jié)通過分析國際案例，展示利用自動充電控制解鎖居民側充電靈活性的可行性及相關實施細節(jié)，同時總結出可供借鑒的經驗。盡管國內已經開展了規(guī)模相當甚至更大的試點項目，我們仍希望這些案例能夠為相關的項目推進、市場機制設計，以及補償模式的制定提供啟發(fā)。
1. Exelon智能管理充電項目
2020年，在美國能源部支持下，馬里蘭州公共服務委員會批準了在Exelon 旗下的三家電力公司開展智能管理充電示范項目。此項目的主要目的是研究探索智能充電系統(tǒng)，并根據大電網配電網的情況優(yōu)化充電，減少電動汽車對電網的沖擊。對于擁有電動汽車的居民用戶而言，他們可以通過第三方平臺Weave Grid參與項目，授予其通過電動汽車充電裝置和車載信息遠程收集數據和控制充電的權利，并獲得一定的回報[8]。智能充電項目涉及了多個相關方，除了主要的參與方以外（見下圖），還囊括了非政府組織和聯邦研究機構的協(xié)助，以確保軟硬件系統(tǒng)的安全可靠，并對項目進行分析評估和市場推廣。
Exelon智能充電項目可大致分為三個主要階段：
第一階段：開展對軟硬件的測試，利用平臺收集車載數據，評估用戶在不同的激勵條件下的行為改變，并模擬電動汽車對電網的影響。在此階段，Weave Grid主要根據終端電價信息（居民分時電價、固定電價）和用戶的喜好，來優(yōu)化充電策略。
第二階段：更細致地分析電動汽車對大電網和配電網的影響，在此基礎上，擴大自動充電項目的參與程度，提升用戶體驗，為多個相關方（電力公司、大電網、電動汽車用戶、硬件提供商）提供價值。從2023年6月，Weave Grid平臺也整合了PJM[9]的動態(tài)日前每小時節(jié)點電價信號，從而在滿足出行和降低充電費用的基礎上，更好地安排充電以減少電網運行成本，更多地利用清潔資源。
第三階段：2023年10月以后，項目的重點轉移到保護配電設施，延緩擴容需求。結合配電網的實時運行信息和居民出行信息，在配電網支線和環(huán)線對居民用戶聚合，減少電動汽車充電對于配電網的沖擊。這樣做的目的是對分時電價導致的同時充電進行控制，避免在晚上9點低電價開始前后形成充電高峰，將充電時間轉移到凌晨12點到6點，并保持充電負荷在配電系統(tǒng)可接受的范圍之內。此時的調度決定并非根據電力市場信號下達，而是供電公司根據配電側的實時信息進行判斷。
根據巴爾的摩燃氣電力公司（BGE）的半年度報告[10]，截至2024年6月，共有3300多個用戶參與了智能充電項目。2024年1-6月，97%的充電發(fā)生在凌晨12點到4點的非峰值時段。馬里蘭州公共服務委員會認為智能充電是提高電動汽車靈活性，應對未來電動汽車大規(guī)模并網的一個有力措施。因此，它鼓勵各個電力公司在現有智能充電項目的基礎上擴大規(guī)?；蛱岢鲂碌捻椖糠桨福㈦妱悠嚪謺r電價作為參與智能充電項目的必選項。未來可能結合進一步的成本效益分析和電網影響研究來改善激勵政策和項目設計，從而更好地促進交通電氣化以及清潔電力目標的實現。
經驗借鑒：
· 項目的第一和第三階段證明了自動充電控制項目并非一定要建立在電力市場的基礎之上。除了電力市場的價格信號之外，分時電價、配電網的實時運行等信號都可以成為自動充電控制的調度依據。
· 分時電價和自動充電控制并非取代的關系，而是輔助互補、相輔相成的關系。自動充電控制可以緩解分時電價所造成的“填谷造峰”[11]的現象，而分時電價的價差也可以為自動充電控制提供穩(wěn)定的收益來源。
· 自動充電控制+月度固定補償這一商業(yè)模式，一方面給予了用戶足夠的收入預期，另一方面給予了供電公司/第三方運營商足夠的自由度，可以激發(fā)電動汽車靈活性的多面價值。
· 自動充電控制項目不必一蹴而就，可以從發(fā)掘一種靈活性價值或者解決主要矛盾出發(fā)，確保相關設備升級且運行順利后再逐步囊括其它靈活性價值。
· 政策上的支持和鼓勵，尤其是省/市級的較具體的政策落實有助于快速推廣自動充電控制。
· 積極探索更簡單便捷的方式來擴大用戶的參與程度，在保護用戶的信息安全和隱私的前提下，采用車載數據等渠道進行信息分享，并建立包括輸電、配電、硬件、軟件等多個參與方的協(xié)作關系。
2.Jedlix直控電動汽車參與法國容量市場
法國和其他很多國家一樣，光伏風電等可再生能源發(fā)展迅速，同時，電動汽車也出現了快速增長的趨勢。電動汽車智能控制被認為是幫助實現2035年電力系統(tǒng)低碳目標的重要措施，它能夠很好地降低凈負荷的波動，幫助消納中午的光伏發(fā)電，以及減少其他調峰和輸配電資源的投入[12]。法國由輸電系統(tǒng)運行商RTE組織開展容量市場，自2014年開始納入需求響應資源，允許有滿足需求義務的供應商作為買方，獨立聚合商、發(fā)電側和需求側資源等作為賣方參與容量市場，以保證一年中峰值時段的供需平衡[13]。
在法國，Jedlix作為電動汽車直控運行商，有機會使電動汽車靈活性資源加入容量市場，從而為電動汽車提供更優(yōu)化的解決方案[14]。它可以通過與第三方需求響應聚合商合作以達到容量市場對需求響應要求的100千瓦最小容量標準。在參與容量市場之前，Jedlix還必須滿足作為容量資源的所有條件，包括容量可靠性核驗以及歐盟電力法律中關于容量機制碳排放標準等的相關規(guī)定。
需求響應聚合商需要和輸電系統(tǒng)運行商RTE簽署合同，承諾在一年中的峰值負荷時段（一般是冬季中的25天）確保需求響應容量在電力系統(tǒng)供應緊張期間的可用性。RTE會頒布需求響應容量許可，這些許可和發(fā)電側的容量許可一起，可以通過容量市場賣給具有滿足電力需求義務的供應商，從而獲得容量收益。在系統(tǒng)峰值負荷日，RTE會在日前市場通知需求響應聚合商，通過在日前、日內現貨市場或者平衡市場申報需求響應量，完成需求響應的實際交付，并從電能量市場中獲得相應回報[15]。
Jedlix和車企合作，通過對汽車的遠程控制來實現需求響應，Jedlix會為RTE提供參與需求響應用戶的智能電表名單，用于計量需求響應前后的負荷變化，RTE在考慮用戶行為的預測基線的基礎上評估需求響應的效果。Jedlix同時需要保證電動汽車用戶的出行需要，如果電動汽車用戶家里配備了光伏發(fā)電設備，還可以根據用戶的需求來更多使用本地的清潔發(fā)電來給電動汽車充電，例如，將用戶的充電時間轉移到午間光伏多發(fā)的時段[16]。由于Jedlix聚合了大量的電動汽車，并對每個用戶的充電行為按照其設置和實際充電的監(jiān)測數據匯總形成了預測，單個用戶無法響應并不會造成電動汽車總體容量的大幅改變，并且電動汽車可以作為第三方需求響應聚合商所管理的虛擬電廠的一部分參與容量市場，更加降低了不能履約的風險。
這種商業(yè)模式允許電動汽車用戶在方便出行的前提下，結合用戶分時電價和光伏發(fā)電節(jié)省充電費用，并可以分享參與批發(fā)市場（容量、電能量、平衡市場）帶來的利益，同時進一步解鎖電動汽車為輸電系統(tǒng)運行商帶來的靈活性價值。有研究顯示，RTE預計到2035年，法國的電動汽車保有量從2023年的2%增加到42%，如果其中80%可以響應動態(tài)電價信號，則能夠提供8GW的靈活容量[17]。
經驗借鑒：
· 直控充電的電動汽車有足夠的可靠性、可調度性作為容量資源，并且是低成本和低排放的資源，應得到相應的容量補償。
· 可以通過模擬和預測來應對個別用戶的無法響應，在集合大批電動汽車以及與其它需求側資源打捆共同響應時，個別用戶的行為對總容量造成的影響也將大大降低。
· 監(jiān)管者和市場交易機構應該保障需求側資源和傳統(tǒng)發(fā)電側資源在各個細分市場的公平競爭，減少市場交易壁壘，推動電動汽車在提供靈活性和資源充足性方面的作用。
· 市場機制在容量充足性規(guī)劃、容量許可、容量交易、調度、驗證和結算等環(huán)節(jié)應遵循公開透明的原則，以可持續(xù)和低成本的方式保證系統(tǒng)可靠性。
建議
通過自動充電控制解鎖居民側電動汽車充電靈活性的關鍵在于：
（1）從調度機制上承認并標準化自動充電控制項目流程；
（2）提供足夠多激勵，鼓勵聚合商或電網公司在控制自動充電時可以在不同層級電網（大電網和配電網）盡可能涵蓋所有靈活性所能夠提供的價值。
此外，在關于進一步擴展有序用電項目的過程中，通常將市場機制當作必要的前提。誠然，市場機制可以具象化靈活性帶來的價值，開拓新的收益來源。然而，第一個案例分析指出，市場機制并非是解鎖居民側電動汽車充電靈活性的必要條件，而只是一個重要的輔助工具。因此可以考慮先通過本地電網公司設計項目，將自動充電在滿足用戶各項需求的前提下作為本地電網資源常態(tài)化調度，等現貨市場建立相對完善時再進一步囊括現貨市場的價格信號，統(tǒng)籌優(yōu)化不同信號進行調度[18]。具體而言，我們從發(fā)掘各項價值的角度總結了以下一些相關建議以供考慮：
將自動控制充電作為電力資源納入電網投資和規(guī)劃中，反映其系統(tǒng)價值。基于自動控制充電的可預測性，可以將其作為可靠的電力資源納入本地電網的投資和規(guī)劃中。在做出新的電網資源投資決定前，應本著成本效益的思路，優(yōu)先挖掘需求側資源，包括自動控制充電的靈活性潛力，如《配電網高質量發(fā)展行動實施方案》[19]通知中的要求，“建立健全配電網與電動汽車充電設施等協(xié)調發(fā)展機制，鼓勵適應虛擬電廠、智能微電網發(fā)展需要。”
發(fā)掘居民側電動汽車充電的靈活性容量價值，為自動控制充電提供容量補償。經自動控制升級后的電動汽車有序充電，具備足夠可靠的可觀測性和可調度性，可以作為實時需求響應得到補償。國際經驗證明，和發(fā)電側資源一樣，電動汽車自動控制能夠在系統(tǒng)緊張時提供容量服務，而且是成本更低和零排放的最優(yōu)選擇，應該更加收到重視。例如江蘇省的《電力需求響應實施細則》就規(guī)定了實時需求響應可以獲得10元/千瓦的容量補貼[20]。這是一個很好的實踐，未來可以向更市場化的容量競價機制發(fā)展。
進一步發(fā)掘居民側電動汽車充電的配電容量價值
在各省的需求響應實施細則中，完善關于“響應啟動條件“的相關條例，放寬需求響應的啟動條件。允許本地電網公司根據配電網運行情況對充電速率和時間進行調控。
出臺或進一步細化市級有關居民小區(qū)充電設施建設的管理辦法，對于配電容量不足的高壓自管小區(qū)，優(yōu)先通過有序用電解決充電樁“進小區(qū)難”的問題。新增充電樁時可以在不增容的情況下通過自動控制確保負荷低于變電箱負荷上限。上海市的《居民小區(qū)電動汽車充電設施建設管理辦法》就做出了類似表述：“充電運營商應當以智能有序的充電方式開展公建樁建設，充分利用小區(qū)剩余電力變配電容量。在智能有序的充電方式下，小區(qū)電力變配電容量依然無法滿足建設的，充電運營商可以向電力部門申請小區(qū)變壓器增容[21]?！?/span>
最后，可以通過“績效+政令”結合的手段為電網企業(yè)提供更多激勵，進一步推廣居民側的電動汽車自動充電控制。鑒于通過自動控制充電滿足用戶用電需求并非是傳統(tǒng)電網投資的一部分，且電網企業(yè)若可以回收一切投資成本，便缺乏足夠的動力去開發(fā)居民側自動控制項目。為調整激勵，監(jiān)管部門可以將居民側自動充電控制的完成度與電網企業(yè)的績效掛鉤[22]。電網公司更傾向于采用傳統(tǒng)的電網投資思維，因此需要采取措施，激勵它們利用電動汽車等需求側靈活資源，以減少電網投資和運行成本，并增加電網利用率和可靠性。
