隨著電動(dòng)汽車的普及和電池技術(shù)不斷成熟，電動(dòng)汽車作為分布式儲(chǔ)能的應(yīng)用前景日益受到關(guān)注。通過對(duì)電動(dòng)汽車充放電功率的合理引導(dǎo)和調(diào)度，電動(dòng)汽車可向電力系統(tǒng)供應(yīng)調(diào)頻、調(diào)峰等功率及能量型調(diào)節(jié)服務(wù)，從而提高電力系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)性可再生能源的利用水平。

然而，各國對(duì)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力的定量評(píng)估研究較少，以往有限研究對(duì)不同車型種類、車主用車行為等因素的影響分析不足。因此，基于我國未來電動(dòng)汽車發(fā)展預(yù)測(cè)，結(jié)合各類車型出行及停車行為特點(diǎn)，預(yù)測(cè)了未來大規(guī)模電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力，并對(duì)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能與可再生能源協(xié)同的效果進(jìn)行了評(píng)估。此外，就電動(dòng)汽車儲(chǔ)能與固定式儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的功能定位問題進(jìn)行了比較分析，為后續(xù)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能發(fā)展戰(zhàn)略及相關(guān)政策制定供應(yīng)了決策參考。

0引言

電動(dòng)汽車與電網(wǎng)彼此天然連通，既是電能消費(fèi)終端，又是位于電網(wǎng)末梢的儲(chǔ)能單元。大量電動(dòng)汽車可作為分布式儲(chǔ)能為電力系統(tǒng)供應(yīng)規(guī)?？捎^的靈活性資源，進(jìn)而有效提升電力系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)性可再生能源的消納能力。

近年來全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)快速成長，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益擴(kuò)大。2018年全球電動(dòng)乘用車保有量超過500萬輛[1]。其中，我國電動(dòng)汽車市場(chǎng)增速尤為突出。2018年我國新能源汽車銷量達(dá)到125.6萬輛，相比2015年提高近3倍[2]。數(shù)量規(guī)模的上升為電動(dòng)汽車參與電力系統(tǒng)儲(chǔ)能供應(yīng)了條件。截至2018年底，全國電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池累計(jì)產(chǎn)量超過2億kWh，而同期全國電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量僅為100萬kW，按儲(chǔ)能平均放電4h計(jì)算，則動(dòng)力鋰電池存量規(guī)模高達(dá)電化學(xué)儲(chǔ)能的50倍。當(dāng)前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)步的趨勢(shì)，其成本仍有較大下降空間，特別是未來電動(dòng)汽車數(shù)量將保持上升，其參與電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的潛力有望持續(xù)擴(kuò)大。

隨著車輛數(shù)不斷上升，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能已被政府提上議事日程。國家發(fā)改委《有關(guān)創(chuàng)新和完善促進(jìn)綠色發(fā)展價(jià)格機(jī)制的意見》[3]已明確提出鼓勵(lì)電動(dòng)汽車供應(yīng)儲(chǔ)能服務(wù)并通過峰谷價(jià)差獲得收益，電動(dòng)汽車正越來越多地通過電力需求響應(yīng)等方式與電網(wǎng)形成互動(dòng)。

然而，現(xiàn)有電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)的研究往往是針對(duì)特定案例的互動(dòng)方式優(yōu)化，對(duì)全國電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力的定量評(píng)估研究較少。Dallinger等考慮了用戶隨機(jī)性下的電動(dòng)汽車為電網(wǎng)運(yùn)行供應(yīng)備用的可行性，發(fā)現(xiàn)車網(wǎng)互動(dòng)可以在不影響電池壽命的前提下，為系統(tǒng)供應(yīng)可靠的備用容量[4]。Han等研究發(fā)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的充放電功率、時(shí)間進(jìn)行集中優(yōu)化控制，可平抑風(fēng)電、太陽能發(fā)電波動(dòng)，提高可再生能源利用率[5]。與此同時(shí)，部分研究聚焦電動(dòng)汽車儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性。Kempton等人分析了電動(dòng)汽車作為分布式儲(chǔ)能的可行性，發(fā)現(xiàn)通過協(xié)調(diào)控制充放電過程，電動(dòng)汽車可向電力系統(tǒng)供應(yīng)高價(jià)值調(diào)節(jié)服務(wù)[6]。隨著我國近年來電動(dòng)汽車快速普及，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能也成為研究焦點(diǎn)。自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)（NaturalResourceDefenseCouncil，NRDC）根據(jù)上海市電力系統(tǒng)調(diào)峰需求與電動(dòng)汽車用戶出行特點(diǎn)，分別從電動(dòng)汽車充電需求及負(fù)荷特性、電動(dòng)汽車充放電調(diào)節(jié)潛力及經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了分析[7]。此后，NRDC又針對(duì)電動(dòng)汽車有序充電、車網(wǎng)互動(dòng)、電池更換和退役電池儲(chǔ)能4種方式，分析了電動(dòng)汽車儲(chǔ)能應(yīng)用潛力和經(jīng)濟(jì)性[8]。文獻(xiàn)[9]也結(jié)合我國電動(dòng)汽車數(shù)量規(guī)模預(yù)測(cè)，對(duì)電動(dòng)汽車通過車網(wǎng)互動(dòng)所能供應(yīng)的儲(chǔ)能規(guī)模潛力進(jìn)行了評(píng)估。然而，以往研究一般集中在經(jīng)濟(jì)性調(diào)度模型的優(yōu)化，缺少電動(dòng)汽車儲(chǔ)能規(guī)模的整體評(píng)估。此外，有限的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能研究往往基于車輛技術(shù)參數(shù)展開，而較少考慮電動(dòng)汽車用車/停車行為的影響[10-12]。因此，本文將基于我國未來電動(dòng)汽車發(fā)展預(yù)測(cè)，結(jié)合各類車型出行及停車行為特點(diǎn)，評(píng)估電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的應(yīng)用潛力。研究將聚焦電動(dòng)汽車儲(chǔ)能與大規(guī)?？稍偕茉粗g的協(xié)同效果，并比較電動(dòng)汽車儲(chǔ)能與固定式儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的定位差異，為后續(xù)戰(zhàn)略規(guī)劃及政策制定供應(yīng)參考。

除電池容量、充電設(shè)備功率外，電動(dòng)汽車出行強(qiáng)度、停車時(shí)長、充電樁數(shù)量普及率等因素都直接對(duì)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能實(shí)際效果出現(xiàn)約束。因此，本文嘗試將上述因素納入研究過程，定量評(píng)估電動(dòng)汽車儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力與價(jià)值。

1電動(dòng)汽車儲(chǔ)能規(guī)模潛力

電動(dòng)汽車數(shù)量、動(dòng)力鋰電池特性、用戶用車行為等因素都將直接影響電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能潛力。本章將首先對(duì)電動(dòng)汽車數(shù)量規(guī)模和電池特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而結(jié)合用戶行為評(píng)估電動(dòng)汽車有序充電和車電互聯(lián)的實(shí)際儲(chǔ)能效果。

1.1電動(dòng)汽車數(shù)量規(guī)模

數(shù)量規(guī)模是電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的首要影響因素。各國對(duì)電動(dòng)汽車數(shù)量的預(yù)測(cè)研究也較多，其中我國汽車工程學(xué)會(huì)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的研究較具代表性，其預(yù)測(cè)到2030年全國新能源汽車銷量占比將達(dá)到40%~50%，保有量將達(dá)到8000萬輛[13]，但該研究并未公布具體車型分布。由于各類車型的儲(chǔ)能能力有較大差異，本文采用國家發(fā)改委能源研究所的保有量及分車型電池平均容量預(yù)測(cè)（表1），即到2030年全國電動(dòng)汽車保有量達(dá)到8640萬輛，其中電動(dòng)乘用車占比93%[14]。

表12030年電動(dòng)汽車數(shù)量規(guī)模預(yù)測(cè)

Table12030EVstockandbatterysizefore

1.2電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力評(píng)估

在不同車網(wǎng)互動(dòng)模式下，電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能潛力存在差異。本文聚焦有序充電和車電互聯(lián)（vehicletogrid，V2G）兩類車網(wǎng)互動(dòng)方式，評(píng)估電動(dòng)汽車儲(chǔ)能技術(shù)潛力及關(guān)鍵影響因素。

1.2.1有序充電

電動(dòng)汽車有序充電是指根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)或?qū)﹄娋W(wǎng)影響最小等作為優(yōu)化目標(biāo)，綜合考慮電池性能約束與用戶充電需求，調(diào)整電動(dòng)汽車充電時(shí)間和充電功率。

電動(dòng)汽車可根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求調(diào)整車輛的充電行為。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷具有與其他用電負(fù)荷不同的特性，通過對(duì)充電行為加以引導(dǎo)，可以起到靈活負(fù)荷的用途。雖然在有序充電下電動(dòng)汽車無法向電網(wǎng)或負(fù)荷直接放電，但有序充電可促進(jìn)電網(wǎng)削峰填谷，實(shí)現(xiàn)“虛擬儲(chǔ)能”的用途。

電動(dòng)汽車有序充電的規(guī)模潛力可從可調(diào)節(jié)容量及可充電電量兩個(gè)維度衡量?？烧{(diào)節(jié)容量為接入電網(wǎng)電動(dòng)汽車的最大充電功率，可充電電量為電動(dòng)汽車道路出行所需的充電電量，而電動(dòng)汽車充電電量又取決于車輛行駛里程、能效及充電效率等因素。在有序充電下，車輛的充電電量可根據(jù)電網(wǎng)需求在停車時(shí)段內(nèi)分配，進(jìn)而幫助電網(wǎng)調(diào)峰、提升配網(wǎng)運(yùn)行可靠性和提升電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。各國對(duì)電動(dòng)汽車有序充電已有較多研究，現(xiàn)有研究表明：電動(dòng)汽車具有較強(qiáng)的需求響應(yīng)能力，若對(duì)充電行為進(jìn)行有序引導(dǎo)，大部分原本出現(xiàn)在午后至晚間的充電負(fù)荷可轉(zhuǎn)移至凌晨時(shí)段，削峰填谷效果明顯[15-17]。

有序充電是目前技術(shù)較為成熟的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能方式，適于在全電動(dòng)汽車型領(lǐng)域推廣。關(guān)于私家車、公務(wù)車隊(duì)等出行強(qiáng)度小、停車時(shí)間較長的用車部門，參與有序充電的優(yōu)勢(shì)在于充電調(diào)節(jié)靈活度高；關(guān)于公交、出租及物流車隊(duì)等運(yùn)營強(qiáng)度高、運(yùn)營時(shí)間規(guī)律的用車部門，參與有序充電的優(yōu)勢(shì)更多在于車輛充電量較大且集中管控難度相對(duì)較低。目前我國一些地區(qū)已經(jīng)開始針對(duì)住宅小區(qū)開展電動(dòng)汽車有序充電工程示范。

為量化估算電動(dòng)汽車儲(chǔ)能能力，本文基于各類車型可用停車時(shí)間來評(píng)估電動(dòng)汽車充電的靈活調(diào)節(jié)潛力。所謂可用停車時(shí)間即除去車輛行駛時(shí)間、剛性（車用電量）充電時(shí)間之外的時(shí)間長度，如圖1所示?？捎猛＼嚂r(shí)間比例越高，則意味著電動(dòng)汽車進(jìn)行有序充電的潛力越大。

圖1有序充電潛力評(píng)估示意圖

Fig.1Keyfactorsonsmartgingpotential

因此，某車型n單輛電動(dòng)汽車日均有序充電潛力可表示為：

式中：SCn為車型n日均有序充電潛力，kWh；En為車型n日均充電電量，kWh；T為計(jì)量周期，24h；dt,n為車型n日均行駛時(shí)長，h；ct,n為車型n日均充電時(shí)長，h。

1.2.2V2G

V2G是指將電動(dòng)汽車作為分布式儲(chǔ)能單元，通過與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的用途，即電動(dòng)汽車以充放電的形式參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)。國外在電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)方面研究起步較早，而目前有關(guān)V2G的研究重要集中在電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)方式、控制策略、成本效益分析及硬件研發(fā)等方面。

V2G車輛車載電池平均每天完成一次深度充放電，則其儲(chǔ)能潛力同時(shí)取決于車輛充放電靈活度和可用電池容量，其中車輛充放電靈活度即電動(dòng)汽車額定充放電功率與可用停車時(shí)間之積；可用電池容量即該車型車載電池額定容量與日均車用充電量之差。兩者較小值即為該類車型車網(wǎng)互動(dòng)潛力（圖2）。

圖2V2G潛力評(píng)估示意圖

Fig.2Keyfactorsonvehicletogridpotential

因此，某車型n單輛電動(dòng)汽車日均車網(wǎng)互動(dòng)潛力可表示為：

式中：V2Gn為車型n日均車電互動(dòng)潛力，kWh；Pn為車型n日均額定充放電功率，kW；Cn為車型n車載電池容量，kWh。

計(jì)算過程所涉及的關(guān)鍵參數(shù)包括電池容量、車輛出行強(qiáng)度、充放電功率等關(guān)鍵參數(shù)，如表2所示。

表2各類車型關(guān)鍵參數(shù)假設(shè)

Table2Keyparametersbyvehicletypes

圖3為電動(dòng)汽車有序充電和V2G的日均調(diào)節(jié)能力估算結(jié)果。由于車載電池容量遠(yuǎn)高于車用日均充電量，則V2G日均調(diào)節(jié)能力也明顯更高。到2030年，V2G日均調(diào)節(jié)能力為2653GWh，是有序充電的5.9倍。分車型看，乘用車憑借93%的車輛數(shù)占比供應(yīng)了77%的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能規(guī)模。

要注意的是，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能存在時(shí)間周期限制，即一次長距離出行可打斷電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能周期。本文假設(shè)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的可調(diào)節(jié)周期為單次充電可滿足的車輛出行天數(shù)。有序充電儲(chǔ)能周期Tsc,n和V2G儲(chǔ)能周期TV2G,n的計(jì)算公式分別為：

圖3電動(dòng)汽車儲(chǔ)能日均調(diào)節(jié)能力

Fig.3AveragedailyregulationcapacitybyEVtypes

圖4列舉了有序充電和V2G下，各類車型的儲(chǔ)能可調(diào)節(jié)周期?？梢娪捎诔鲂袕?qiáng)度較低，電動(dòng)乘用車的儲(chǔ)能周期最長（接近2周）。其他車型的儲(chǔ)能周期一般在1周以內(nèi)。若采用V2G方式，由于充放電強(qiáng)度增大，儲(chǔ)能周期普遍在日內(nèi)?？傮w而言，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能可滿足日內(nèi)調(diào)節(jié)需求。雖然有序充電的調(diào)節(jié)周期相對(duì)更長，但要滿足周以上的調(diào)節(jié)，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能存在一定障礙。

圖4各類電動(dòng)汽車儲(chǔ)能可調(diào)節(jié)周期

Fig.4MaximumregulationdurationbyEVtypes

1.3電動(dòng)汽車儲(chǔ)能消納可再生能源用途

電動(dòng)汽車儲(chǔ)能可以供應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等服務(wù)，提升電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力，而是否能夠滿足未來高滲透率可再生能源電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)的要，是衡量電動(dòng)汽車儲(chǔ)能用途的直觀指標(biāo)。

近年來由于技術(shù)日趨成熟，可再生能源發(fā)電成本快速下降，裝機(jī)規(guī)模不斷上升。截至2018年底，全國風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電合計(jì)裝機(jī)達(dá)到3.6億kW，占全國發(fā)電總裝機(jī)容量接近20%。國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)也對(duì)未來我國可再生能源發(fā)展規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測(cè)。本文采用國家可再生能源中心“既定政策情景”的預(yù)測(cè)，即到2030年全國風(fēng)電和光伏發(fā)電的裝機(jī)將分別達(dá)到4.9億kW和10.4億kW[18]。

風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源的波動(dòng)性體現(xiàn)在不同時(shí)間尺度。例如風(fēng)電的波動(dòng)集中在季節(jié)性差異，而光伏發(fā)電的波動(dòng)集中在日內(nèi)變化。煤電、天然氣發(fā)電、需求響應(yīng)等調(diào)峰因素也將影響可再生能源消納效果，為聚焦電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)效果評(píng)估，本文僅考慮電動(dòng)汽車靈活性資源對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電波動(dòng)性的調(diào)平效果。由于電動(dòng)汽車儲(chǔ)能重要供應(yīng)日內(nèi)、周內(nèi)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)資源，首先從日內(nèi)、周內(nèi)兩個(gè)時(shí)間維度評(píng)估2030年可再生能源的波動(dòng)水平，其中日內(nèi)波動(dòng)量為每小時(shí)風(fēng)電、光伏發(fā)電合計(jì)出力與日平均值的差值求和，而周內(nèi)波動(dòng)為每日風(fēng)電、光伏發(fā)電合計(jì)出力與周平均值的差值求和，再基于冬季、夏季兩個(gè)典型周的計(jì)算結(jié)果推算全年波動(dòng)量，即

式中：VH、VD分別為可再生能源全年日內(nèi)、周內(nèi)波動(dòng)量；VH,winter、VD,winter分別為冬季可再生能源日內(nèi)、周內(nèi)波動(dòng)量；VH,summer、VD,summer分別為夏季可再生能源日內(nèi)、周內(nèi)波動(dòng)量；Pw,i、Pw,j分別為小時(shí)i、日j風(fēng)電發(fā)電電量；Ps,i、Ps,j分別為小時(shí)i、日j光伏發(fā)電電量；分別為平均每小時(shí)、每日可再生能源平均發(fā)電電量。

計(jì)算得到冬季、夏季可再生能源日內(nèi)波動(dòng)電量分別為1403GWh/d和1744GWh/d，全年日內(nèi)波動(dòng)電量為574TWh；冬季、夏季可再生能源周內(nèi)波動(dòng)量分別為202GWh/d和480GWh/d，全年周內(nèi)波動(dòng)量為124TWh；全年日內(nèi)、周內(nèi)波動(dòng)量合計(jì)為698TWh。比較1.2節(jié)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力分析結(jié)果，則2030年8640萬輛電動(dòng)汽車若通過有序充電方式參與電網(wǎng)儲(chǔ)能，可滿足15億kW風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)33.8%日內(nèi)、周內(nèi)波動(dòng)性發(fā)電調(diào)節(jié)需求；若采用車網(wǎng)互動(dòng)的方式，該比例將達(dá)到179.2%?？梢?，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力完全滿足甚至超過因大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)出現(xiàn)的新增短周期電力平衡需求。

2電動(dòng)汽車儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性

電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的市場(chǎng)應(yīng)用前景同時(shí)受到電動(dòng)汽車儲(chǔ)能成本與政策環(huán)境兩方面因素影響。不同的應(yīng)用場(chǎng)景將決定電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的收益，而電動(dòng)汽車儲(chǔ)能成本相對(duì)固定。比如有序充電的成本取決于用戶對(duì)改變充電行為的接受度和智能充電設(shè)施投資成本，而V2G儲(chǔ)能方式的成本重要由電池成本決定，其在各類應(yīng)用場(chǎng)景中的經(jīng)濟(jì)性水平也取決于電池成本下降速度。

2.1電動(dòng)汽車儲(chǔ)能成本

電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)系統(tǒng)的硬件成本重要來自于車端或充電樁和電網(wǎng)端新增的控制和功率互動(dòng)裝置成本，從各國有關(guān)研究來看，有序充電互動(dòng)對(duì)每個(gè)終端的合理成本增幅可控制在1000元以內(nèi)。國際清潔交通組織（InternationalCouncilonCleanTransportation，ICCT）匯總了近期國外機(jī)構(gòu)鋰離子電池包成本下降預(yù)測(cè)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為到2020年單位kWh鋰離子電池包成本將降低至150~200美元/kWh（1050~1400元/kWh），到2030年進(jìn)一步降低至70~100美元/kWh（500~700元/kWh），相比2017年提出100美元/kWh的成本下限預(yù)測(cè)又有下降[19]。

電動(dòng)汽車通過V2G也可實(shí)現(xiàn)與有序充電類似的峰谷價(jià)差套利效果，但相比有序充電，V2G在充電樁端和車載電池端的成本都將明顯提升?？紤]到當(dāng)前動(dòng)力鋰電池的續(xù)航及循環(huán)壽命，目前電動(dòng)汽車V2G的經(jīng)濟(jì)性仍然偏低。

2.2電動(dòng)汽車儲(chǔ)能效益

2.2.1有序充電

低谷充電是電動(dòng)汽車儲(chǔ)能最為直接的商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的收益重要體現(xiàn)為與電網(wǎng)互動(dòng)帶來的系統(tǒng)成本降低或者用戶充電費(fèi)用的節(jié)省，但要實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互動(dòng)也會(huì)在用戶側(cè)帶來一定投資成本。以居民小區(qū)有序用電的互動(dòng)平臺(tái)以及專業(yè)運(yùn)營商來看，有序充電的重要收益近中期來自于以下3個(gè)方面。

1）降低配電網(wǎng)改造和報(bào)裝成本。目前這部分成本雖然很多時(shí)候由電網(wǎng)公司承擔(dān)，但隨著責(zé)權(quán)利對(duì)等的價(jià)格機(jī)制逐步理順，這部分成本將逐步由專業(yè)化運(yùn)營商或者用戶承擔(dān)，通過有序充電帶來的配電成本下降比例有望超過30%。

2）低谷電價(jià)充電套利。電動(dòng)汽車可通過在電價(jià)低谷階段充電降低充電成本。比如浙江省不滿1kV“一戶一表”居民峰谷差價(jià)約為0.28元/kWh，上海市“一戶一表”居民峰谷差價(jià)達(dá)到0.31~0.49元/kWh。隨著居民負(fù)荷新增以及電價(jià)機(jī)制逐步理順，居民峰谷差價(jià)將逐步和工商業(yè)電價(jià)峰谷差靠近。

3）電力市場(chǎng)交易。通過互動(dòng)平臺(tái)作為集聚商，小區(qū)有序用電還可以參與系統(tǒng)調(diào)峰以及分布式發(fā)電交易獲取其他收益。

關(guān)于日均行駛里程40km的電動(dòng)私家車用戶，車輛百km電耗15kWh，年均充電量約2738kWh。目前國內(nèi)多地居民用戶可自愿選擇峰谷電價(jià)，峰谷電價(jià)差集中在0.2~0.3元/kWh之間，當(dāng)居民用電峰谷差價(jià)為0.3元/kWh，若有序用電可將用戶高峰/低谷充電電量比從80%:20%轉(zhuǎn)變?yōu)?0%:60%，則有序充電年度峰谷差收益為263元，折現(xiàn)率8%下動(dòng)態(tài)回收期5.2年，內(nèi)部收益率達(dá)到22%，經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)顯著。從目前各地居民用戶峰谷電價(jià)看，上海、安徽、浙江等省市電動(dòng)乘用車有序充電經(jīng)濟(jì)性相對(duì)更高。

2.2.2V2G

電動(dòng)汽車通過V2G也可實(shí)現(xiàn)與有序充電類似的峰谷價(jià)差套利效果，但相比有序充電，V2G在充電樁端和車載電池端的成本都將明顯提升?？紤]到當(dāng)前動(dòng)力鋰電池的續(xù)航及循環(huán)壽命，電動(dòng)汽車V2G的經(jīng)濟(jì)性仍然偏低。但隨著動(dòng)力鋰電池性能提升和成本下降，V2G的經(jīng)濟(jì)性也將相應(yīng)提高。如圖5所示，虛線部分是基于2015—2018年免購置稅車型車載電池容量數(shù)據(jù)、循環(huán)壽命假設(shè)及出行強(qiáng)度假設(shè)得到的動(dòng)力鋰電池滿足道路交通出行后的剩余充放電能力（kWh/輛）。其中，橫軸代表車輛全生命周期30萬km出行里程所對(duì)應(yīng)的電池剩余充放電能力為0。可見2018年后新售電動(dòng)汽車將開始具有交通出行外剩余的充放電能力。到2025年新車的剩余充放電能力將有望超過3萬kWh/輛。若按0.3元峰谷價(jià)差計(jì)算，則屆時(shí)V2G車輛全生命周期峰谷調(diào)節(jié)收益將接近1萬元。

圖5電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池剩余充放電能力預(yù)測(cè)

Fig.5EVresidualdisgingcapacityfore

3電動(dòng)汽車儲(chǔ)能前景探討

3.1戰(zhàn)略定位

隨著電動(dòng)汽車普及和其車網(wǎng)互動(dòng)能力的不斷加強(qiáng)，應(yīng)首先明確電動(dòng)汽車儲(chǔ)能在未來能源系統(tǒng)中的功能定位。相比固定式儲(chǔ)能電站，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能具有顯著的規(guī)模優(yōu)勢(shì)。理論上，基于動(dòng)力鋰電池剩余充放電能力的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性也高于固定儲(chǔ)能電站。但電動(dòng)汽車儲(chǔ)能同時(shí)存在地理分布、車輛屬性等方面的局限性。

首先，電動(dòng)汽車一般位于低壓用戶側(cè)，在緩解電網(wǎng)輸配電阻塞、降低發(fā)電側(cè)新能源棄電等方面的價(jià)值相對(duì)有限。相比之下，固定儲(chǔ)能可根據(jù)要分布于發(fā)電側(cè)和系統(tǒng)側(cè)，地理布置的靈活度更高。第二，電動(dòng)汽車供應(yīng)的儲(chǔ)能服務(wù)基于電動(dòng)汽車車主行為，個(gè)體用車行為的變化將直接影響車輛儲(chǔ)能效果，單輛電動(dòng)汽車儲(chǔ)能服務(wù)的規(guī)律性、可靠性、可控性偏低。相反，固定儲(chǔ)能往往針對(duì)電力系統(tǒng)具體場(chǎng)景定制設(shè)計(jì)，其運(yùn)行也較少受到人為因素干擾。第三，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能本質(zhì)采用鋰離子電池技術(shù)，且車輛屬性明顯，意味著其更適合供應(yīng)小時(shí)級(jí)或日內(nèi)短周期的充放電服務(wù)。而抽水蓄能、壓縮空氣、氫能等固定儲(chǔ)能方式單位能量存儲(chǔ)成本更低，更能夠適應(yīng)高滲透率可再生能源電力系統(tǒng)下季節(jié)性調(diào)峰需求。

基于以上考慮，電動(dòng)汽車儲(chǔ)能更適應(yīng)用戶側(cè)分時(shí)電價(jià)管理、降低容量/需量電費(fèi)、以及參與電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)和調(diào)頻市場(chǎng)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(chǎng)景。在一定條件下，電動(dòng)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用途。但在黑啟動(dòng)、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(dòng)汽車儲(chǔ)能的局限性相對(duì)較大。圖6對(duì)電動(dòng)汽車V2G對(duì)各類電力系統(tǒng)應(yīng)用的適應(yīng)性進(jìn)行了定性歸納，其中淺藍(lán)色部分代表電動(dòng)汽車儲(chǔ)能適應(yīng)性較高的應(yīng)用場(chǎng)景。相比V2G，電動(dòng)汽車有序充電雖能通過改變充電時(shí)間實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移的“虛擬儲(chǔ)能”效果，從而達(dá)到與V2G類似的電力系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值，但認(rèn)定有序充電原始負(fù)荷基線具有一定難度，其對(duì)聚合服務(wù)商的組織能力有更高要求。

圖6電動(dòng)汽車儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景示意圖

Fig.6EVenergystorageapplicationsinthepowersystem

3.2政策建議

隨著我國電動(dòng)汽車數(shù)量規(guī)模的不斷擴(kuò)大，挖掘電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力對(duì)我國電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型具有重要戰(zhàn)略意義。但目前電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能應(yīng)用還存在技術(shù)和政策障礙。技術(shù)層面，電池技術(shù)的不斷進(jìn)步正使電動(dòng)汽車儲(chǔ)能具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，未來的難點(diǎn)更多集中在如何加快配電網(wǎng)升級(jí)，使其能夠適應(yīng)電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)充放電轉(zhuǎn)換和功率波動(dòng)。政策層面，首先應(yīng)落實(shí)峰谷分時(shí)充電電價(jià)，同步探索實(shí)時(shí)充放電價(jià)格機(jī)制，并保證價(jià)格信號(hào)能夠充分傳導(dǎo)至樁端；其次應(yīng)明確電動(dòng)汽車等負(fù)荷側(cè)靈活性資源在電力市場(chǎng)中的地位，完善輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則，合理降低其在功率、放電時(shí)長等方面的技術(shù)門檻；第三，應(yīng)加快儲(chǔ)能市場(chǎng)交易機(jī)制研究，通過機(jī)制創(chuàng)新優(yōu)化電動(dòng)汽車儲(chǔ)能調(diào)度策略；最后，作為分散于用戶側(cè)的靈活性資源，基于先進(jìn)信息和通信技術(shù)的聚合模式創(chuàng)新也是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的必要條件。

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（劉堅(jiān)國家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所）