在實現碳達峰、碳中和目標的背景下，2022年一季度，全國風電、光伏累計發電量2675億千瓦時，同比增長10.8%，我國光伏發電并網裝機容量已突破3億千瓦大關，連續7年穩居全球首位。預計到2040年，新能源汽車保有量將超3億輛，風力發電、太陽能發電占比超過55%。由于可再生能源發電具有間歇性、隨機性的特點，風電、光伏等新能源的消納卻并不“風光”。且電動汽車無序的快速充電對電網具有沖擊作用，電網系統的安全穩定運行將面臨巨大的挑戰，亟需從現在開始著力建設以新能源為主體的新型智慧電力系統。

 

由于風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，導致新能源的消納困難重重，為克服風光電在時空上與負荷需求的不匹配，必然會增加電網在穩定性等方面的設計成本。因此，可再生能源雖然發電成本低，但消納成本高。風電、光伏如何并入電網、順利消納，已經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，規模激增，電動汽車與電網的互動行為或許能成為改善此問題的關鍵！

 

V2G定義與技術介紹

 

電動汽車和電網互動（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中提取能量，也可以向電網輸送能量。V2G有狹義和廣義兩種理解，狹義 V2G 強調電動汽車通過充電樁向電網反向放電，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，車輛通過直流充電口對外進行放電。而廣義 V2G，主要指充電功率調節、電動汽車參與電網電能質量治理、調頻等功能。面對城市多元的應用場景，從提升車網互動應用價值的角度，推廣廣義 V2G 概念顯然具有更大的靈活性和發展前景。

 

車網互動潛力介紹

 

本文從目前乘用車的三個現象闡述車網互動的巨大潛力：

 

第一個現象是國內乘用車的使用率。據行業機構數據，國內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。

 

第二個現象是國內乘用車的循環壽命沒有被充分利用。家用電動汽車行駛15—20萬公里，動力電池循環約600次。而根據國內主流電動汽車主機廠、電池廠的調研數據，三元電池的電動汽車，循環壽命約1500次，鐵鋰電池可以達到3000次。一半以上的循環壽命被浪費，電池價值得不到充分利用。車輛擁有者為冗余的電池循環壽命多支付了150%至400%的費用，造成購車成本偏高。從循環壽命上看，超過50%的循環壽命被浪費！

 

第三個現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的載電量已經達到100kWh，未來汽車的載電量將會繼續增加。以現有水平計算，20輛90D的儲能潛力已經可以與一個中等規模的客戶側儲能電站相當。一輛車的力量雖小，所有車聚合起來就大了。

 

預計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，可以挖掘哪方面應用，創造更大的價值？

 

如果將電動汽車作為電網的移動儲能裝置，在用電低谷時，電網給電動汽車充電，降低用電成本；在用電高峰時，讓電動汽車給電網放電，減輕電網負擔。此時電動汽車將成為電網的一個個“充電寶”，這就是車網互動的概念。電動汽車具有容量、時間、空間靈活可變，額外設備及土地成本為零，安全風險較低等多重優勢，可以實現大規模、跨時空、低成本、高安全性的靈活儲能應用，并能在電力輔助服務、電力交易市場上帶來極大的價值。

 

車網互動關鍵技術支撐

 

要讓車網互動充分發揮資源潛力和創造價值，需要有以下多個方面的關鍵技術進行支撐。

 

1）支撐多場景的V2G設備要實現大規模電動汽車充電負荷接入并且可靈活調控的目標，需要開發支撐涵蓋城市現有多種應用場景的V2G終端、邊端設備。通過對城市典型場景特點的分析，結合車網互動商業模式的技術需求和系統方案，開展相應的V2G關鍵設備技術研究，以滿足快充站、目的地充電、換電站等多應用場景的設備要求。

 

2）考慮車網互動需求的充電引導技術在實際車網互動應用中，車、樁、網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、電網負荷等多維耦合系統下的車群引導技術，提高充電樁利用率和降低車輛充電等待時間，實現高效的車網互動。

 

3）指標計量與安全認證技術車網互動過程中，電網中會出現大量的諧波，造成電力系統諧波污染。充電樁與電動汽車運營管理平臺、充電卡等組成的互聯充電網絡存在數據泄露、指令篡改、身份偽造、非法訪問的風險，對電力系統和互聯充電網絡的安全、穩定、經濟運行構成潛在威脅。開展電動汽車車網互動服務計量研究，完善電動汽車車網互動信息安全防護體系至關重要。

 

4）靈活激勵機制與規劃調度技術對于電網企業與政府，建議根據電動汽車充電設施作為電網靈活性資源對配電網絡規劃和運行的影響和作用，設計激勵相關主體參與電網調控服務的市場激勵機制和規劃調度技術，鼓勵用戶主體參與新能源消納、調峰、應急管理、調頻、無功和電能質量調節等多種電網服務。

 

車網互動商業模式展望

 

技術層面是支撐車網互動發揮資源潛力的基礎，除了技術層面，影響V2G推廣更關鍵的是市場商業模式的問題，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或附近工商業區的充電站充電，白天峰電價在工商業區充電站向電網放電，充電運營商因此可節省用電成本，若設計合理商業模式，可對用戶和運營商雙方帶來收益。

 

其二就是電力輔助服務，電力市場輔助服務是指為維護電力系統的安全穩定運行，保證電能質量，除正常電能生產、輸送、使用外，由發電企業、電網經營企業和電力用戶提供的服務。對于城市充電網絡運營商，可提供電力市場輔助服務包括：調頻、調峰、無功調節、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，聚合電動汽車負荷資源，響應各類虛擬電廠平臺的調控需求，實現電動汽車參與各種電力輔助服務。目前管理體制下，針對充電設施參與電力市場輔助服務，還沒有可供參考的成熟商業模式，電網和運營商之間暫未形成明確的結算機制，但隨著相關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互動釋放出來。

 

隨著多層次統一電力市場體系的健全和車網互動V2X的基礎設施建設，車網互動將逐步發揮出其巨大的資源潛力，取得可觀的經濟效益，并讓每個電動汽車車主參與其中，成為能源生態圈中的消費者和生產者，共同促進我國新能源事業的發展。