关于规模化电动汽车与电网互动的思考

4月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日下午的“电动汽车与电网互联”专场，东南大学电气工程学院电力工程系副主任、教授陈中在会上分享了主题报告《规模化电动汽车与电网互动的思考》，以下为演讲实录：

陈中：由我跟大家分享关于规模化电动汽车与电网互动的思考，来探讨一下关于这个V2G的相关方，也就是我们对于刚刚讲那么多V2G，其实大家都已经心中有数的，真正的涉及到哪些呢？我觉得第一个关于用户，这是相关方，把这个相关方的积极性调动起来，还有运营商电网，第三个在车企行业制造商等等。我们做V2G或者说做互动并不是说只考虑电网，或者只考虑用户，这些都是有问题的。

对于具体的相关方，对于用户的发展很快，运营商前几年发展也是很快的，这几年的建设有点放缓，对于电网而言V2G有两点，第一个对于变压器因为提供这个容量的，如果电动汽车都在充电都讲了，使得电网承受更大的压力，这个我们都知道。另外一个变化就是关于新能源的接入，本身随机性比较强，接入以后对电网又提出了更高的要求，所以电动汽车和新能源这两者加入了电网以后，对这个电动汽车的电网互动提出了更高的要求。国网公司早就意识到这一点，今年关于智慧能源服务平台的应用，电动汽车有序充电，被列为国网2019年的重点任务。

下面探讨一下关于这个服务的构想，我们觉得一个完美或者完整的电动汽车的一个充电方案与电网互动的方案应该满足以下几个要求，第一个是基本要求，要满足规模化电动汽车的需求。第二点要克服充电不方便等待时间长，里程焦虑，安全隐患明显，用户体验差等问题，这里面我们没有提什么呢？没有提充电时间。大家看，就是我们这边提到的用户等待时间，其实用户的充电时间现在经常强调30分钟充满，我们觉得规模化发展以后，也许等待时间是可能更关键的，为什么呢？我们下面会来讲。

第三个就是实现智能化管理，用户做到无感充电，停车下来，一插你需要不需要充电，什么时候充电，怎么充电，要让用户感觉不到。第二个就是这个方案第三个要求，第四个要求尽可能用较低的社会成本来满足充电需求，各位专家为什么强调第四点，现在很多时候，不计成本。你十万块钱往那里一放买一辆车，可能车还不来，未来社会成本必须要考虑的，不可能无限制的去用这个社会资源，还有一个有利于发挥电动汽车作用，这边的作用就是包括V2G的变化，包括其他的作用。

所以提出了这个规模化电动汽车方案的思考，要满足这几大要求，对于私家车或者说我们认为对于乘用车的充电方案理想的充电方案应该什么样的，首先从小区里面开出来，一般认为应该用有线慢充或者无线慢充，今天晚上停过去，明天早上开的时候这段时间，从小区里面出来以后，中间有一个要么在市内开要么长途开，有线快充，无线快充都可以，最主要还是市内有一个等待的充电。比如说开车碰到一个红绿灯，一分钟，在那个时间可不可以用更高一级的充电方式，比如说无线充电，碰到一个红绿灯停下来充，也做的一个行径当中的无线充电，一边开一边充，当然这个属于未来性质的肯定还是以有线为主的。

这是我们结合现在对未来的展望，还有就是短暂停留时间充电，比如说去一下超市，停一下去一下超市，来回五分钟，这五分钟只要在车位上面是不是可以进行无线充电呢？最后到了单位以后，就停车位的充电，有线慢充，这里面可以发现什么呢？就是说电动汽车其实它的行驶时间大概只有10%，有90%的时间都是在车位上面，为什么我们不能把这90%的时间利用起来呢？要5分钟充满呢？这是我们提出来的自己的思考，当然换电模式，这些需要不需要？当然需要但是我们认为在紧急充电的情况下，总有特殊情况，特殊情况去充。

对于公交车我们认为夜间有线快充充满电，公交车等待时候的充电也提到了一个就是无线的快充，还有就是停靠站时候的充电，一路过去大概25个站，每个站大概停一分钟，这25分钟可以给它一个无线的快充，给它补电。还有司机休息的时候，还有就是工作当中的停车补电，那个也是有线快充，大概在30千瓦到50千瓦，这是对于公交车。对于出租车滴滴等这些高频出行的车辆，我们觉得肯定还是它的换电模式，肯定就是起作用的，因为它是时间最宝贵的，开车也是的，就是让出租车过来让让它，它的工作时间，时间就是金钱，也一样的，我们认为换电模式，快充模式，慢充模式，不管怎么样都是要让出租车可以让它快速的补满电。

未来的电动汽车的充电方式可能包括有线快充、无线慢充、无线快充、有线慢充、快速换电等。现在就是无线的话，对于这个对点还有要求的，如果是无人驾驶的话那就更加智能化的，完全不用管了。下面看一下信息的互动的含义，汽车的保有量越来越大，停泊的时间越来越长，我们统计的就是说每天其实只有，如果平均下来只有4%的时间用于行驶，停靠时间用于96%。如果有10%的时间用于充电，就是24小时里面的10%，2.4个小时其实就可以满足行驶需求。

我们认为规模化的电动汽车加入以后可以穿越电网的调频，这里面就是到2030年，电动汽车充电需求是电网的7%，最大负荷可能到12%，这个负荷对电网的冲击还是比较大的，也给电网带来的机遇，有新的业务出现的。这是调频的能力，因为时间问题不细说了，就是告诉大家它的调频能力大概可以占到总装机容量的大概四分之一到五分之一，这个也是比较可观的。备用能量这个刚刚都讲过了。

对于电动汽车的储能做了一个对比，电网用户侧的海量的分布式的储能与其他的对比，它的功率比较大，能量也比较大，具有双向的调节能力，因此它的优点很明显的，就是说电动汽车的这个储能比较有优势，这里还有一点就是要强调就是说它的缺点也很明显，V2G它的缺点很明显，因为电动汽车的储能为分布式的储能，发挥聚合作用，需要更为复杂的系统性的解决方案。一个很大的容量放在那里，电动汽车千家万户都在使用，你怎么发挥它的储能作用，这也是很多人一直在想的，所以我们一直认为前面讲的解决方案，是一个系统性的解决方案，不可能说哪一家提出来怎么样，这是一个我们针对于这个电动汽车V2G的一个思考。

还有就是储能是电动汽车的一个自然属性，就是说你只要有车就有储能，它并非为储能而专门发展电动汽车，储能的特性是电动汽车规模化发展带来的必然结果。电动汽车不V2G也是要带电池的，是高级应用，就是说很多人以前经常讲的，电动汽车我买一个车，我干吗要有电网互动？是的，你可以不互动，但是有这个能力，为什么不用呢？这个是我们认为电动汽车储能和常规的电力储能它的一个很重要的区别。海量附加属性需要系统化的解决方案。

这个我就不多说了，下面来看一下V2G你要发挥它的效果，究竟怎么发挥？究竟有哪些因素跟它相关？我们这边整理了第一个就是用户响应度，这是第一个因素，第二个是电池的全生命周期，第三个车装的连接率，第四个充电装与运营平台，第五个智能发展水平，第一个都是响应你，怎么让用户响应，就是电量市场的这个互动的意愿就不明显，需要政府激励全生命周期提高，还有车装连机率，这个车明明可以与电网互动，但是这个接口没有跟装连，你怎么互动？如果无线充电不需要这个问题，下面有这个能量交换装置，如果无线充电的话，它的车装连机率比较高一点，需要用户做这个事情，还有要双向互动，充电可调，还有简单充电，发展的高一点就是装要可调，可调功率的装并不多，就是连续可调更少一点，再往上就是双向互动，可以充电还可以放电，装要支持。最后一个就是智能电网的发展水平，就是加传统的调度，未来要主动单向的协同，只充不放，还有主动配网加双向的一个协同互动。

也就是说这五大因素决定了V2G它的未来的这个发展的究竟可不可以给我们大家带来好处，这是我们设置的不同的因素下面它的这个调节能力，你这个因素越好，它的调节能力越强，这个不细说了。下面是我们针对不同阶段的思考，我们认为电动汽车与电网互动，应该分成四个阶段，第一个阶段就是无序充电，到了就充，第二阶段就是被动有序，第三个阶段是主动有序，第四个阶段就是智能双向。第一个阶段就是无序充电，它就是车的数量比较少，基本可以满足充电需求运营商充电这个服务体系大数据挖掘还不够，就是说即到即充，先到先充，就是这么简单。并且这个相关的政策还有标准比较缺乏的。

到第二阶段是被动有序，为什么是被动呢？因为车多了电网满足不了了，要么新建也要等的，被动有序，电动汽车数量迅速增加，这个电网的薄弱环节暴露了，运营商这个时候是在这个下面进行有序充电，所以我们把目前做的有序充电归到第二阶段，就是被动有序。第三阶段主动有序，就是电动汽车规模化发展总量可观，这是电网也在发展。通过扩容可以满足需求的，需要通过电网互动，它的调度系统可以双向，可以协同。还有运营商它的充电服务体系基本建立，可以响应上级电网的调度能力，通过聚合电动汽车资源，参与电力批发市场。这个时候不是被动的，主动参与调节，可以从电网那边拿到钱，就是运营商，通过参与互动可以从电网那边拿到钱，电网愿意给这部分钱，因为电量多了，电网的投资也减小了。

真正到了第四阶段是智能双向，就是刚刚讲的前面三个阶段都是单向，只充不放，现在先不要提放，第四阶段就是智能双向充放电的时候，规模极大，运营商很成熟，可观性强，可以参与调频，有双向的能力，这是智能双向的充放电的阶段。电动汽车充放电应该分成四个阶段，第一阶段向第二阶段的前进过程当中，第二阶段还没有做好。至于讲到的在放电我们觉得在第三阶段，第四阶段到后面再去考虑。

这个时候就来分析各个阶段可以拿到什么好处呢？第一阶段无需充电，一插就充，不能拿到其他的收益，运营商就卖电，卖个服务费，电网就卖电给你，车企车就这么多，第一阶段大家的好处都是有限的，V2G的推进工作不是那么顺利，因为大家觉得做了以后对我有什么好处呢？当然各位专家从学校的角度考虑的，有什么得罪的你们不要介意，好处有限为什么要做这个事情。第二阶段到被动有序阶段，用户有一定的想法要赶快充电，因为那个时候已经限电了，要充电，有一定的好处，运营商可以保证充电业务避免受到配网容量的限制，可以降低购电成本，有一定的积极性，对电网可以降低配网的局部风险，可以减少或者延缓投资，有利于分布式能源的消纳，有一定的积极性。车企有利于电动汽车充电，充电问题解决了，电动汽车的发展就可以更快的发展，所以在第二阶段被动有序可以发现其实运营商和电网的积极性比较高的。这也是为什么我们在第二阶段做的时候，经常电网推动的，你不推动这个充不了的。所以看第二阶段，第三阶段主动有序阶段，用户参与电网调节，它的费用可以降低，运营商也可以得到好处，不仅电网在第二阶段只是卖电，到了第三阶段就是增加了它的调频能力的就是更安全的我为什么不做呢？车企也更好的，在第三阶段大家的好处都增加了，如果到了第三阶段大家都有积极性，不再是电网主推的，当然这一切就是电动汽车规模化发展，只要你电动汽车数量不增加，一切都是空的。

到了第四阶段就是比较完美的阶段，用户完全无感，还可以增加收入，也许我今天充电不要钱，赚的两分钱，因为参与电网的调节的，整个运营成本降低了，可靠性安全性更高的，运营商也高兴，我也赚到钱的，车主愿意买车越高兴，这是第四阶段。所以这是我们的一个思考。最后因为时间问题简单介绍一下相关的技术，一个就是高兼容性的设计，适应不同发展阶段还有场景，与目前的电网的调度系统，充电站的系统可以无缝衔接，可以满足不同电力市场发展阶段的多样化需求，满足用户对充电服务的需求具备扩展性强等特点，这个架构必须满足这六个要求。你不满足未来就是很难的。

下面就是充电服务特性，潜力评估还有有序充电引导，还有车网互动，还有一个就是无线充放电技术，这个放在最后讲，因为目前无线充电技术已经大家都很重视的，技术方面有一定的不成熟度，目前来说处于实验室的这样一个阶段，时间有限就简单的汇报一下我们的思考，谢谢大家！