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调峰填谷:V2G或将主导未来车网关系

日期:2020-08-31    来源:经济观察报  作者:尹海涛 瞿茜 殷俊舜

国际新能源网

2020
08/31
10:47
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关键词: 电动汽车 新能源汽车 储能容量

当路上行驶的电动汽车停下来时,这些连在电网上的电池,便化身一个个蓄水池,担负起电网调峰调频的功能,用以解决因光电和风电上网而带来的电力供应的间歇性和波动性。这不是科幻,而是迎面扑来的现实世界。

席卷欧美的实验

V2G是Vehicle-to-grid(车辆到电网)的缩写,V2G技术的核心在于电动汽车与电网的互动关系:当电网负荷过高时,由电动汽车用自身电池存储的能源向电网馈电;而当电网负荷过低时,电动汽车来存储电网过剩的发电量,避免造成浪费。

这样,电网将有机会决定电动汽车的充放电时间,同时应对用电高峰造成的冲击。中国工程院黄其励院士将其概括为“车网双向充电”,将主导未来的车网关系。

目前,美国和欧洲对V2G技术颇为重视,配套政策支持力度也很大。其中,美国有关政策启动时间最早。

2012年,美国特拉华大学就进行试点项目,评估在V2G技术条件下,电动汽车向PJM公司的电网提供调频服务,以减轻可再生电力固有间断性的潜力,提高其经济价值。2014年,美国洛杉矶空军基地V2G示范项目,有32辆电动和插混动力汽车参与,包括日产聆风、福特F系列皮卡、VIA Motors公司的VTRUX货车。

2016年11月,联邦能源管理委员会(FERC)提出修改法规,推动储能与分布式能源集成商(DER)进入电力市场。2020年,特斯拉公司已经在Model 3与Model Y车型上添加双向智能充电技术。

2016年,欧盟启动SEEV4-City长期试点计划,拨款500万欧元,支持5个国家6个项目(英国、荷兰、挪威、比利时等),探索通过V2G技术帮助电网容纳更多新能源与新能源汽车。2016年,丹麦“Parker”项目是世界上首个完全商业化运行的V2G项目,通过V2G技术为电网提供频率和电压控制等辅助服务。

2018年,英国政府宣布VIGIL计划,拨款约3000万英镑支持21个V2G项目,测试相关的技术研发成果,同时也为该类技术寻找市场。

2019年雷诺集团官方宣布在欧洲推出15辆ZOE组成的车队,展开V2G试点项目。2020年4月,德国尝试消纳风力发电的V2G试点项目正式完成。德国电网采用智能再分配措施,提升了北部风力资源的消纳,降低了南部常规能源的消耗。

2020年6月,菲亚特克莱斯勒(FCA)公司,在意大利米拉菲奥开展全球最大V2G试点项目,预计到2021年底能够建成容纳超过700辆电动汽车,监管容量达到25MW的V2G设施,旨在实现纯电动汽车与电网的双向交流,并为电网的稳定运行提供支持。从这些试点探索看来,车网双向充电在一些国家与地区商业化,正在路上。

利益相关方的考量

电网钟情V2G主要有两个原因。

首先,新能源电力的消纳压力,要求电网革命性地提升调峰调频的能力;其次,电化学储能,在调峰调频上有着无可比拟的优势。传统调峰方式的响应速度以秒为计量单位,而V2G调峰的响应速度能够达到毫秒级,能够针对用电需求更快地做出反应,从而更高效地进行调峰工作。

电动汽车的保有量在中国逐渐上升,根据《电动汽车与电网互动的商业前景—上海市需求响应试点案例》,截止至2019年年底,全中国新能源汽车保有量达到381万辆,其中纯电动车保有量达310万辆。

单个电动汽车相当于一种移动分布式、却未被高效利用的储能电池。电动汽车的电池能够提供相当可观的储能容量,市面上一般电动汽车的储能容量基本超过50千瓦时。

据测算,京津唐电网供区内约有40万辆电动汽车,若通过V2G方式实现有序车网互动,可提供180万千瓦时可移动的优质调节资源,超过2019年底电化学储能装机总量。另据国家信息中心预测,截止至2030年,中国新能源汽车保有量将突破一亿。届时,新能源汽车将拥有5000GWh的储能规模,相当于4倍的全国抽水蓄能资源潜力。

与传统储能项目相比,V2G具有成本相对较低、接入节点灵活的特点,且不受建设成本与场地的约束。在进行调峰方面,只需进行管理上的调控,无需增添大量的调峰储能设施。唯一需要用户,要保证在停放时间之中保持与电网的互联。

此外,V2G技术还可以起到应急备用与电压支持的辅助服务。在一年的时间长度内,电网需要“备用”服务的次数低于30次,每次低于15分钟。如果建立独立的储电电站为此服务,应用效率将会极低,V2G技术可以避免这一点。另外,飞快的响应速度也使得V2G能够参与调频服务。

新能源汽车参与调峰辅助服务,具有较大市场潜力。以2018年广州市展开的车网互动为例,如果开展有偿调峰,电网每年可以累计消减100万千瓦时供电量,电动汽车调峰收益预计可达300-500万元。

如果开展电网填谷替代部分发电侧的深度调峰,广州市21万辆电动汽车预计每年每月参与2-3次深度调峰,每次调峰功率5万千瓦,按照2018年的虚拟电厂给出的补偿价格结算,预计填谷年收益达150万元-240万元。

以此类推,全国当前接近400万辆电动汽车全部参与调峰服务,调峰年收益达1.6亿元。随着新能源车保有量进一步上升,该方面对于车企的市场也将进一步增长。汽车企业可为新能源汽车搭载V2G技术,与电网公司分割辅助服务的收成。

在用电低谷低价买电、在用电高峰期间高价卖电,车主还可以获取较为客观的收益。2019年,中国经营性充电站峰谷价差一般为0.6元/度。党政机关、企事业单位等自行建设的充电桩收费,则按照“一般工商业及其他”类用电价格。各省“一般工商业”峰谷价差自平均价差约为0.6729元/度,如果每辆车大约40度电量参与调峰,平均一天赚取27元,年收益增加近万元。

事实上,在电动车保有量较高的北上广城市群中,峰谷价差普遍达到或高于平均价格,一年将产生9855至13700元不等的收益,超过当年新能源汽车保养费用。同时由于使用低谷电力,充电价格也会比无序充电节省很多。

此外,V2G技术也被称为“双向智能充电技术”,这意味着它还能在电网断电情况下直接为用电器提供电力。像在区域性断电以及处于电网难以覆盖的荒郊野外,电动汽车能够成为紧急备用电源,提供最多70到80度电。

落地中国的挑战与机遇

从政策上看,国内部分地区对参与电力辅助服务市场中设立了一些准入门槛,比如需要保证4小时及以上的接入时长或10MW以上的充放电功率。这对私人电动汽车以及充电站而言都是极难实现的长时间、高功率的充放电形式。

我国现阶段的电力辅助市场,缺乏对分散性用户侧资源准入的相关政策。国内对此也积极探索,在2018年广州案例中,南方电网采取下放准入门槛的措施;在2019年上海案例中,未设置任何准入门槛,也未设立任何响应量门槛,对所有被认为是有效的响应量提供补偿。但V2G参与电力市场的准入条件仍需被进一步明确以保证企业以及个人的进一步参与。

当前,V2G盈利方式在中国局限于峰谷价差套利,而峰谷价差在我国始终保持较低水准,极不稳定,需要等待政府明确。在部分西方发达国家,电动汽车能够参与绿电交易、需求响应、电网辅助服务,并成功确立分布式交易、需求响应、虚拟电厂机制等,所获利润将大大超过峰谷价差,对企业与用户将有更大激励。

此外,电动汽车接入电网的时间与地点还存在不可控性的问题。其中,时间直接影响参与效果与响应量;地点的过于集中将导致对电网造成冲击与损耗。针对前者,在当前中国主要依靠峰谷电价的变化,引导电动车主在最佳时刻进行充放电。

此外,2020年4月,华北电网首次将电动汽车纳入电力市场结算,给予车主在手机智能APP上选择充放电量与时间,鼓励用户参与。针对后者,则取决于充电桩建设规划,比较可行的方式是建立于医院、大型商场、工作园区等,避免对车主出行造成影响。今年提出的新基建中也明确提出了V2G充电桩的建设规划问题。

与此同时,车主们也倾向于将较长时间的接入电网,视作一种代价与限制,而非闲置资源用的利用。事实上,2019年英国平均一辆汽车每天行驶20公里,一般不超过50公里。数小时接入时间对于车主出行几乎没有影响。当充电桩或充电站的建设更为普及,如家用充电桩、大型工业园区、商场、医院、学校、停车场等地的充电站建立后,车主也不必为寻找充电位而影响出行。

值得注意的是,每日进行充放电,电池的损耗也无法避免,这也是许多车主接受有序充电而不接受双向充电的原因。

2020年,中国政府规定市场上动力电池需要达到1000次以上循环,在每日参与调峰、每次涉及50%储电量的情况下,目前市场上主流动力电池三元锂电池拥有略微超过1000次循环,以1200次记,大约6-7年即需更换电池。此外,频繁的充放电以及高能量密度的电池,将会为安全问题增加难度。

许多车企将目光放在延长电池寿命和安装长里程电池上。在2020年推出的车型中,以450公里单次续航里程、1200次循环为例,生命周期总里程达54万公里,部分车辆可达到70万公里以上。目前,特斯拉公司已成功研制“百万公里电池”,宁德时代也研制出200万公里电池。但这也意味着购车成本的上升。电网是V2G技术的最大受益者,怎样分割收益是很重要的问题。

总体看,目前中国在V2G方面的试点落后于欧美,仍有很大潜力。

2019年6月,上海展开车网互动商业模式的探索,首次将电动汽车纳入需求响应体系。2019年12月,工信部《2021-2035年新能源汽车发展规划》(征求意见稿)中提出,我国将加强新能源汽车与电网(V2G)能量互动,鼓励地方开展V2G示范应用。

2020年4月,华北电力市场首次正式将V2G充电桩资源纳入电力调峰辅助服务市场结算,充电桩正式从单一充电转化为双向充电模式,参与电网实时调控与调峰辅助服务。

目前,中国新能源装机容量世界第一,新能源汽车保有量世界第一,具有V2G车网互动的市场潜力。相信随着政策的明朗和商业模式的确立,V2G必成为中国未来能源生产和消费革命的重要一环。


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