电动汽车参与电力系统储能的模式与影响分析

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，国家发改委能源研究所研究员刘坚博士在会上分享了主题报告《电动汽车参与电力系统储能的模式与影响分析》，以下为演讲实录：

刘坚：各位来宾，下午好，非常感谢大家今天下午参加电动汽车与电网互联专场，我是来自国家发改委能源研究所的刘坚。我的这个介绍内容分为，以下几个内容包括电动汽车跟电网互动的主要几种模式，未来与电动汽车参与储能的这样技术潜力多大，具体在做电动汽车储能的具体的案例，做一些介绍。第三个问题也是介绍里面核心的问题就是目前电动汽车储能面临的一些具体的问题，详细来讲的话，分为三个角度来说包括目前这样的价格问题，还有市场问题，也会提一些建议。

这个图就是目前现在电动汽车的一个大的背景，因为数量仍然是议题最根本的背景，我们知道中国的这个电动汽车的产业，实际上是由大力驱动产生的，这样的一个示范项目，然后2013年开始全国性这种购置补贴的这样一个政策，然后像一些重点城市北上广这些城市，有对电动汽车特殊的扶持政策，也是推动了产业的快速发展。补贴大家也都知道正在逐步的推广，引入了新的市场化模式，促进电动汽车成本的补偿，除了车辆本身之外，涉及到的一些其他的政策，像充电服务费，希望能够给予这样的一个电动用户更加完善的这样综合服务的这样一个效果。

可以看到右边这个图就是数量的统计，2018年的话已经是年度销量超过125万辆，但是与国外的情况不太一样由于国内的政策更多的是比如说补贴的话，跟电动汽车续航有紧密的挂钩的，所以基本上来讲的话，就是中国的这个电动汽车总保有量里面，纯电动汽车占比比较高这样的一个结果。

再来看一下就是电池产量的结构，这个图其实想说明一个问题就是实际上目前这个电动化储能更大一部分来自电动汽车，总的累计的电池的产量的一个统计，到2018年，总的这个电动汽车的动力电池它的累计的产量已经大约达到2亿千瓦时这个规模，这个就是固定式储能的统计，除了锂离子电池之外也涵盖了一些其他的典型的电池，包括铅酸这些的，总的装机规模大约是1G瓦，也就是四百万千瓦时这样的规模。所以相比于这个动力电池的市场规模来讲的话是非常小的，大约也就是2%的这样的规模。总体来讲的话，电动汽车这样的数量规模推动了整体电池成本下降，如果电动汽车本身作为一个储能的单元，来参与到整体的这个电力系统储能来讲的话，它会产生非常重要的战略的价值，比如说我们这个图里面把这个电动汽车和可再生能源之间进行了一个联系，可以帮助我们上游吸纳更多的可再生能源，反过来新能源越来越多之后，里面有更多的新能源占比，可以解决目前电动汽车的争议，中国大量还是媒电，排放水平是逐步的降低。总体来讲他们之间的协作，通过储能这种方式产生这样的互动协作可以解决各自在发展过程当中面临的关键的问题。

电动汽车储能有一些技术的条件，比如说最关键的就是它的电池这样一个技术水平的提升，比如说这个图里面我们是对最近几年这个国内电动汽车的它的这个电池参数进行一个统计，包括像车辆的续航，平均的续航，这个成长的能效，单车的电池的容量，电池的容量密度等等，总得来讲可以看到进步的速度还是非常明显的，像电池容量都有翻倍的提升，能量密度也有50%这样的提升，百公里电耗有所下降，都是一个进步的趋势，这样背景下可以联系到电动车储能的，这是一个示意图，它的意思就是说如果这个动力电池扣除掉出行所需要的电量来讲，所剩余的充放电的能力会有什么变化，这两个技术参数就是电池的容量以及它的这个循环寿命，这两者不停进步使得我们新车新售出的电动汽车，就会大幅提升。根据我们测算来讲的话就是去年新售的电动汽车普遍开始具有这样的富有充放电能力的情况，这种电量会达到接近四百千瓦时这样的概念，利用每辆车这样的充放电能力的，去做价差的套利来讲的话它的收益还是非常明显的。

我们这里大致看一下就是电动汽车与电网互动的几种典型的模式，电池更换还有这个第一类稍微有点不同，是一个单向的通过调节充电时间，去实现虚拟储能的作用，后面几种是电动汽车跟电网双向驱动的模式，这个大家比较了解，不具体说了，这也是我们可能两年前做的一个研究的，就是假设2030年有一亿辆电动汽车的规模，来评估几种储能方式，总的储能的这样能力。通过V2G这样来讲的话，可以提供5T瓦时的储能能力这样的规模的话差不多就是4倍这样的规模，按照8小时的放电时间，1.5亿千瓦的这种资源去评估的。

我们也对比的新能源消纳这样的作用，如果风能和太阳能装机达到15亿千瓦的话，这样的规模可以实现就是3.3小时的新能源发电的连续的充电，如果平均分到每一天新能源的出力小时来讲的话可以保证两天的新能源消纳的这样的需求，也就是说未来如果我们可以充分利用电动汽车这样的储能资源的话，未来新能源可以通过电动汽车解决，这个图是一个大体上面电动汽车的储能的分布，跟电动车数量的分布非常接近的，像广东、上海、北京，这些电动汽车比较多的地区，比较集中的地区。从这张分布来讲的话，其实就会看出未来可以跟这种发电做一些结合，很大程度上面可以帮助我们实现这样的一个去中心化的能源供应体系的实现。这个图是我们做的一个案例研究，针对苏州的一个电动汽车参与电网运行的分析，我们预测同样也是2030年，预测到总的大概64万辆，参与V2G对电网运行产生的影响，左边这个图就是随机充电的结果可以看到红色的这个曲线基本上就是电动汽车它虽然在有一定的充电负荷但是更多的集中在傍晚，电动汽车随着充电之后，使得系统的这样的差进一步会被拉大。通过电动汽车储能这种方式实现一个调节的话，右边这个图的话可以看到还是可以起到比较明显的这样的作用的。特别是在凌晨和午间跟风电太阳能发电的这样的联系，或者就是互动，还是有一定的这样的技术潜力。

刚刚说的是一个技术潜力这个问题，再看一下电动汽车储能的经济的这个问题，这个国外研究比较多，收集了相关的一些研究成果，上面几类在德国美国欧洲的一些国家，他们所做的案例的研究，有部分试点项目，有一部分就是研究的一个结果，总的来讲的话，我们看到如果电动汽车可以去参与一些比如说像调频这种服务的话，它其实产生的这样的价值还是非常高的，差不多每年可以超过两千，就是比较高的情况下可以超过两千美元。国内也有一些案例研究，总的来讲的话就是如果我们最后的归类来讲的话，电动汽车可以实现跟电网更多的分离，比如说可以把电池跟车运行可以结合的话，它的价值会更高一些，如果使用车载电池的话，V2G相对来说更低一些，采用这种单向的调节的话，它的价值可能又会更低一些，总体来讲的话这样的规律，高中低这样的价值的排列，跟国外的情况也有比较相似的地方。

刚刚我们说到的这个就是电动汽车储能价值的问题，刚刚说一下成本的问题，核心的成本问题就是在于它的电池充放电导致，你服务电网肯定是有额外的充放电的这样的损失使得电池快速老化，可能会更快速的老化，会带来这部分的成本，除了这部分成本之外，还有一些其他的成本，这里面我大致梳理了三个环节，包括电网侧的成本，还有电网的成本，电网的成本来讲的话，主要就是由于这个配电网升级的成本，电动汽车对这种双向的充放电会导致我们这个负荷侧的变化，会产生这样的额外的检修的成本，中端来讲的话就是因为会有一部分成本提升，相比目前单向的话可能会有50%到100%额外的成本可以通过规模化生产可以实现成本的降低，特别是现在很多充电装具备了这样双向充电的能力，车端来讲的话分两种情况，一个就是交流车载充电机来讲的话，可能会增加一部分的少量的这样的逆变模块还有保护回路的成本，如果反向充电的话可以简单一些，利用现有的接口改变少量的这样的保护设置就可以的。

所以总得来讲，我们如果看成本这样的结构，实际上相对比较少，使得他们成本降低，但是我们认为实际上少量的这样的配电网升级，提高能力之后，这部分的成本虽然有一部分这样的升级的成本，但是它可以很大程度上释放我们电动汽车这样的一个灵活充放电的资源，还有包括像固定式的储能，以及分布式的光伏的资源都需要这样的过程，总的来讲这部分的升级会带来非常大的收益。其实随着分布式的能源越来越扩大，会有输电成本的需要，也会大幅度的降低，实际上这部分网端的成本，升级所带来的这样的成本实际上是相当高的。

刚刚说到了很多的理论问题，看一下实际的情况，国内目前其实已经有一系列的相当多的电动汽车参与电网运行做充电或者储能的这些相关的案例，我这个图里面是后面还有一些专家包括电网公司包括像科研院所所做的一些实验的项目，这个图里面列的是一个工信部还有全球环境基金还有联合文化组织在去年启动的电动汽车综合运用商业化推广项目，也是聚焦在智能汽车的充放电的运行。它的这种示范从两个角度展开了，当地政府比较支持这一块的技术，另一方面来讲的话，当地的电动汽车的产业也是有比较好的基础。

再看一下刚刚说到很多成本还有效益的问题，现在一个关键的问题就是实际要推广电动汽车储能，还是面临一些具体的障碍，障碍来讲的话，其实我们首先还要看一下国外已经有的一些研究，因为可能在IEA他们较早之前就成立了一个电动汽车V2G的工作组来分析这相关的一些包括技术包括市场包括政策方面的一些问题，它就将这个问题方面，就是将这个电动汽车储能的问题分为两类，一个就是V2X，V1G就是通过调节充电时间来实现的问题，V2X就是V2G就是一类的，车辆与建筑互联，车辆与本地的负荷的这样一个协同，也是可以作为这样的V2X的这种应用方式。总的来讲其实跟V2G也是比较相似的，也有一系列的问题，从三个角度梳理的，包括实际的软硬件的缺失还有商业模式利益相关方如何达成相关的协作的问题，还有政策方面的问题，总的来讲的话，他们的这个研究的结论来讲的话，就是实际上如果电动汽车就是具备的解决当地本地的这样一个负荷的调节来讲的话，它的障碍其实比较少的，直接可以通过现有的信号，如果这个价格机制可以传递到用户侧的话，它这样的一个商业模式实际上是比较成熟的但是问题比较大的就是如果电动汽车想去参与一些上游的这种应用，比如说像调峰之类的可能就会存在两大方面的问题，第一方面就是政策会存在一些门槛，作为电动汽车这样的单元，直接参与市场会存在很多的这样一个具体技术的量的这样的限制。

另一方面来讲的话，还是商业模式不太成熟因为就是分散的用户来讲的话，它参与这些就是比较成熟的电力市场交易来讲的话，可能还是会有一些障碍。回到国内来讲的话，我们这边其实也是可以大致梳理一下电动汽车它去做储能可能实现的几种商业模式，首先还是电价，就是说简单来说就是峰谷电价，最开始2014年的时候，发改委出台了这个政策，就已经明确鼓励电动汽车在低谷用电实现这样峰谷充电，来调节峰谷，去年这个又出台了一个创新和完善促进绿色发展价格机制的意见，鼓励电动汽车提供储能服务，来通过这个峰谷价差获得收益，有这样的顶层的政策设计，实际上最后政策的落地还是存在一些问题，其实现在很多地方很多领域并不是能够很好的执行这样的峰谷电价，很多情况下用户其实体会不到峰谷差，没有太多的积极性做储能的这种服务。

第二类，就是所谓的批发市场里面的应用，包括像现货市场这些，可能就是辅助服务来讲的话，其实每个地区不太一样的，都有一些门槛，比如说对于资源它的调峰率，持续的时间都有要求的，放电时间4小时以上，调频来讲的话，可能要求更高一些，充放电时间会略低一些，总的来讲的话，同时也可以看见其实类似的相关市场也一样的，它的要求更多的在你对电动汽车来讲的话，充电量的要求上面，对于这种门槛来讲的话就是比较难的，无论是车辆也好还是充电场所也好，很难实现一个稳定功率还有稳定的持续放电时间的，就是与具体的地理点做接入的话，就是对标现在政策要求来讲的话，还是有很大的差距的。

最后一类就是需求响应，国内五个地方在做试点江苏那边的补偿力度还是很高的，它的门槛相对来说也会低一些，但是问题就是说虽然它单位千瓦这样的补偿的量很高，就电动汽车来讲的话，单纯依靠这个响应来讲的话，很难弥补它的这个成本的。针对很多的这方面的问题，就是我们同样可以看一下REA它的一些具体的建议，提出了三方面的解决方式，包括技术，接受度方面的一些建议，技术方面来讲的话，就是核心来讲要将现在的电力行业还有交通车辆行业很多标准可以协同起来，电池老化一个核心的问题，就是电池的衰减要各个的利益相关方电网企业还有车企达成一个共识，除此之外就是刚刚说的比较多的市场机制还有监管的问题，市场机制的问题不再多说了。社会接受度的问题，很大程度上面需要去依赖商业模式的创新，让用户可以真正体会到这样的价值，提供这个储能服务所能得到的这样的收益问题。

最后来做一个总结，首先我们认为电动汽车还是有非常大的这样的推广前景的，无论在市场经济性还是市场前景来说的话，还是认为这个目前现有的充电价格需要进一步的完善，特别要落实这个电价，确保价格可以充分的让消费者可以认识到，第二个环节就是电力市场本身它的辅助服务这些环节要不断的完善，这是它一个大体的环境的问题，对于电动汽车来讲的话，核心的首先还是要有一个负荷集中商，还是目前可见的比较合理的商业模式，通过这样的第三方包括它可以更好的让电动汽车这种用户跟上游的电网可以实现一个衔接，里面可能有一些包括现在的充电运营商都可以作为一个比较好的负荷集成商这样的主体。我们知道电动汽车刚刚知道一个非常分散，如果单点的话它的可靠性比较低，规律也比较差的，如果可以通过平台化的管理，将分散电动汽车作为一个整体来接入的话，它的可靠性还有它的这种可预测性就会明显的提升，类似于目前这种虚拟电场的管理方式，我认为这种管理方式需要进一步完善的问题，第三点就是整体的计量问题，很难直接观测到这个电动汽车本身的充放电的行为，所以我们认为就是中间公司也可以做一些具体的工作，让电动汽车的充放电的负荷跟这个电秒的数据进行一个核减，可以很好的有技术储能方式。

这个就是涉及到一些车端网端还有充电设施以及电池老化这方面的一些问题，这些问题可能都是要去解决实现电动汽车都要解决的一些问题，这是我今天给大家分享的内容，谢谢大家！