車網(wǎng)互動新能源大背景
在實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)的背景下，2022年一季度，全國風(fēng)電、光伏累計發(fā)電量2675億千瓦時，同比增長10.8%，我國光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機容量已突破3億千瓦大關(guān)，連續(xù)7年穩(wěn)居全球首位。預(yù)計到2040年，新能源汽車保有量將超3億輛，風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電占比超過55%。由于可再生能源發(fā)電具有間歇性、隨機性的特點，風(fēng)電、光伏等新能源的消納卻并不“風(fēng)光”。且電動汽車無序的快速充電對電網(wǎng)具有沖擊作用，電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行將面臨巨大的挑戰(zhàn)，亟需從現(xiàn)在開始著力建設(shè)以新能源為主體的新型智慧電力系統(tǒng)。
由于風(fēng)電光伏等分布式新能源的出力特性和負荷特性在時間、空間上的差異，導(dǎo)致新能源的消納困難重重，為克服風(fēng)光電在時空上與負荷需求的不匹配，必然會增加電網(wǎng)在穩(wěn)定性等方面的設(shè)計成本。因此，可再生能源雖然發(fā)電成本低，但消納成本高。風(fēng)電、光伏如何并入電網(wǎng)、順利消納，已經(jīng)成為一個世界性難題。而近年具有移動儲能特性的電動汽車普及迅速，規(guī)模激增，電動汽車與電網(wǎng)的互動行為或許能成為改善此問題的關(guān)鍵！
V2G定義與技術(shù)介紹
電動汽車和電網(wǎng)互動（Vehicle-to-Grid，以下簡稱 V2G），原理簡單來說是一種智能的充放電模式。它使電動汽車既可以從電網(wǎng)中提取能量，也可以向電網(wǎng)輸送能量。V2G有狹義和廣義兩種理解，狹義 V2G 強調(diào)電動汽車通過充電樁向電網(wǎng)反向放電，目前V2G的主流方案采用的是直流樁方案，即功率變換的部分在充電樁上面來實現(xiàn)，車輛通過直流充電口對外進行放電。而廣義 V2G，主要指充電功率調(diào)節(jié)、電動汽車參與電網(wǎng)電能質(zhì)量治理、調(diào)頻等功能。面對城市多元的應(yīng)用場景，從提升車網(wǎng)互動應(yīng)用價值的角度，推廣廣義 V2G 概念顯然具有更大的靈活性和發(fā)展前景。
車網(wǎng)互動潛力介紹
本文從目前乘用車的三個現(xiàn)象闡述車網(wǎng)互動的巨大潛力：
第一個現(xiàn)象是國內(nèi)乘用車的使用率。據(jù)行業(yè)機構(gòu)數(shù)據(jù)，國內(nèi)普通乘用車的使用率只有5%。如果按5%來算，一輛車每天的閑置時間有22小時48分鐘；即使按10%測算，那么平均每輛車的閑置時間有21小時36分鐘。如果這輛車是電動汽車，再與充電樁結(jié)合起來，這輛車每天既有大量富余的充電容量，又有大量富余的充電時間。
第二個現(xiàn)象是國內(nèi)乘用車的循環(huán)壽命沒有被充分利用。家用電動汽車行駛15—20萬公里，動力電池循環(huán)約600次。而根據(jù)國內(nèi)主流電動汽車主機廠、電池廠的調(diào)研數(shù)據(jù)，三元電池的電動汽車，循環(huán)壽命約1500次，鐵鋰電池可以達到3000次。一半以上的循環(huán)壽命被浪費，電池價值得不到充分利用。車輛擁有者為冗余的電池循環(huán)壽命多支付了150%至400%的費用，造成購車成本偏高。從循環(huán)壽命上看，超過50%的循環(huán)壽命被浪費！
第三個現(xiàn)象是電動汽車的電池容量在不斷增加。目前市場在售車型電池容量多在50kWh至80kWh之間。目前特斯拉Model X 90D的載電量已經(jīng)達到100kWh，未來汽車的載電量將會繼續(xù)增加。以現(xiàn)有水平計算，20輛90D的儲能潛力已經(jīng)可以與一個中等規(guī)模的客戶側(cè)儲能電站相當(dāng)。一輛車的力量雖小，所有車聚合起來就大了。
預(yù)計2040年，中國大概會有三億輛電動汽車，如果每輛車電池容量為65千瓦時，那3億輛車大約為200億千瓦時，相當(dāng)于全國每天的用電量。如果按50%裝機容量作為可利用容量，也就是100億千瓦時。從功率角度看，車載電池的功率會達到30億千瓦，相當(dāng)于50個三峽水電站。
那么這么大量的電動汽車電池資源，可以挖掘哪方面應(yīng)用，創(chuàng)造更大的價值？
如果將電動汽車作為電網(wǎng)的移動儲能裝置，在用電低谷時，電網(wǎng)給電動汽車充電，降低用電成本；在用電高峰時，讓電動汽車給電網(wǎng)放電，減輕電網(wǎng)負擔(dān)。此時電動汽車將成為電網(wǎng)的一個個“充電寶”，這就是車網(wǎng)互動的概念。電動汽車具有容量、時間、空間靈活可變，額外設(shè)備及土地成本為零，安全風(fēng)險較低等多重優(yōu)勢，可以實現(xiàn)大規(guī)模、跨時空、低成本、高安全性的靈活儲能應(yīng)用，并能在電力輔助服務(wù)、電力交易市場上帶來極大的價值。
車網(wǎng)互動關(guān)鍵技術(shù)支撐
要讓車網(wǎng)互動充分發(fā)揮資源潛力和創(chuàng)造價值，需要有以下多個方面的關(guān)鍵技術(shù)進行支撐。
1）支撐多場景的V2G設(shè)備要實現(xiàn)大規(guī)模電動汽車充電負荷接入并且可靈活調(diào)控的目標(biāo)，需要開發(fā)支撐涵蓋城市現(xiàn)有多種應(yīng)用場景的V2G終端、邊端設(shè)備。通過對城市典型場景特點的分析，結(jié)合車網(wǎng)互動商業(yè)模式的技術(shù)需求和系統(tǒng)方案，開展相應(yīng)的V2G關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)研究，以滿足快充站、目的地充電、換電站等多應(yīng)用場景的設(shè)備要求。
2）考慮車網(wǎng)互動需求的充電引導(dǎo)技術(shù)在實際車網(wǎng)互動應(yīng)用中，車、樁、網(wǎng)在時空上存在不匹配的問題，需要考慮車輛、交通、充電樁使用率、電網(wǎng)負荷等多維耦合系統(tǒng)下的車群引導(dǎo)技術(shù)，提高充電樁利用率和降低車輛充電等待時間，實現(xiàn)高效的車網(wǎng)互動。
3）指標(biāo)計量與安全認證技術(shù)車網(wǎng)互動過程中，電網(wǎng)中會出現(xiàn)大量的諧波，造成電力系統(tǒng)諧波污染。充電樁與電動汽車運營管理平臺、充電卡等組成的互聯(lián)充電網(wǎng)絡(luò)存在數(shù)據(jù)泄露、指令篡改、身份偽造、非法訪問的風(fēng)險，對電力系統(tǒng)和互聯(lián)充電網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行構(gòu)成潛在威脅。開展電動汽車車網(wǎng)互動服務(wù)計量研究，完善電動汽車車網(wǎng)互動信息安全防護體系至關(guān)重要。
4）靈活激勵機制與規(guī)劃調(diào)度技術(shù)對于電網(wǎng)企業(yè)與政府，建議根據(jù)電動汽車充電設(shè)施作為電網(wǎng)靈活性資源對配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運行的影響和作用，設(shè)計激勵相關(guān)主體參與電網(wǎng)調(diào)控服務(wù)的市場激勵機制和規(guī)劃調(diào)度技術(shù)，鼓勵用戶主體參與新能源消納、調(diào)峰、應(yīng)急管理、調(diào)頻、無功和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)等多種電網(wǎng)服務(wù)。
車網(wǎng)互動商業(yè)模式展望
技術(shù)層面是支撐車網(wǎng)互動發(fā)揮資源潛力的基礎(chǔ)，除了技術(shù)層面，影響V2G推廣更關(guān)鍵的是市場商業(yè)模式的問題，目前來看，從充電運營商角度來看，未來V2G存在兩個典型市場應(yīng)用模式。
其一是電價差套利，利用V2G雙向能量流動的能力以及電網(wǎng)不同類型用戶、不同時段電價存在差異的特點，電動汽車用戶除了從最簡單的分時電價套利方式中降低充電費用，還可以夜間谷電價時在居民區(qū)或附近工商業(yè)區(qū)的充電站充電，白天峰電價在工商業(yè)區(qū)充電站向電網(wǎng)放電，充電運營商因此可節(jié)省用電成本，若設(shè)計合理商業(yè)模式，可對用戶和運營商雙方帶來收益。
其二就是電力輔助服務(wù)，電力市場輔助服務(wù)是指為維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，保證電能質(zhì)量，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和電力用戶提供的服務(wù)。對于城市充電網(wǎng)絡(luò)運營商，可提供電力市場輔助服務(wù)包括：調(diào)頻、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、諧波補償和備用電源等。此模式下，通過運營商平臺的充電引導(dǎo)，聚合電動汽車負荷資源，響應(yīng)各類虛擬電廠平臺的調(diào)控需求，實現(xiàn)電動汽車參與各種電力輔助服務(wù)。目前管理體制下，針對充電設(shè)施參與電力市場輔助服務(wù)，還沒有可供參考的成熟商業(yè)模式，電網(wǎng)和運營商之間暫未形成明確的結(jié)算機制，但隨著相關(guān)市場管理制度的完善，電動汽車所蘊含的巨大資源潛力必定將通過車網(wǎng)互動釋放出來。
隨著多層次統(tǒng)一電力市場體系的健全和車網(wǎng)互動V2X的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，車網(wǎng)互動將逐步發(fā)揮出其巨大的資源潛力，取得可觀的經(jīng)濟效益，并讓每個電動汽車車主參與其中，成為能源生態(tài)圈中的消費者和生產(chǎn)者，共同促進我國新能源事業(yè)的發(fā)展。
