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车网互动如何发挥资源潜力和创造价值

作者:何山 来源:北极星 发布时间:2022-07-28 浏览:

中国储能网讯:

车网互动新能源大背景

在实现碳达峰、碳中和目标的背景下,2022年一季度,全国风电、光伏累计发电量2675亿千瓦时,同比增长10.8%,我国光伏发电并网装机容量已突破3亿千瓦大关,连续7年稳居全球首位。预计到2040年,新能源汽车保有量将超3亿辆,风力发电、太阳能发电占比超过55%。由于可再生能源发电具有间歇性、随机性的特点,风电、光伏等新能源的消纳却并不“风光”。且电动汽车无序的快速充电对电网具有冲击作用,电网系统的安全稳定运行将面临巨大的挑战,亟需从现在开始着力建设以新能源为主体的新型智慧电力系统。

由于风电光伏等分布式新能源的出力特性和负荷特性在时间、空间上的差异,导致新能源的消纳困难重重,为克服风光电在时空上与负荷需求的不匹配,必然会增加电网在稳定性等方面的设计成本。因此,可再生能源虽然发电成本低,但消纳成本高。

风电、光伏如何并入电网、顺利消纳,已经成为一个世界性难题。而近年具有移动储能特性的电动汽车普及迅速,规模激增,电动汽车与电网的互动行为或许能成为改善此问题的关键!

V2G定义与技术介绍

电动汽车和电网互动(Vehicle-to-Grid,以下简称 V2G),原理简单来说是一种智能的充放电模式。它使电动汽车既可以从电网中提取能量,也可以向电网输送能量。V2G有狭义和广义两种理解,狭义 V2G 强调电动汽车通过充电桩向电网反向放电,目前V2G的主流方案采用的是直流桩方案,即功率变换的部分在充电桩上面来实现,车辆通过直流充电口对外进行放电。而广义 V2G,主要指充电功率调节、电动汽车参与电网电能质量治理、调频等功能。面对城市多元的应用场景,从提升车网互动应用价值的角度,推广广义 V2G 概念显然具有更大的灵活性和发展前景。

车网互动潜力介绍

本文从目前乘用车的三个现象阐述车网互动的巨大潜力:

第一个现象是国内乘用车的使用率。据行业机构数据,国内普通乘用车的使用率只有5%。如果按5%来算,一辆车每天的闲置时间有22小时48分钟;即使按10%测算,那么平均每辆车的闲置时间有21小时36分钟。如果这辆车是电动汽车,再与充电桩结合起来,这辆车每天既有大量富余的充电容量,又有大量富余的充电时间。

第二个现象是国内乘用车的循环寿命没有被充分利用。家用电动汽车行驶15—20万公里,动力电池循环约600次。而根据国内主流电动汽车主机厂、电池厂的调研数据,三元电池的电动汽车,循环寿命约1500次,铁锂电池可以达到3000次。一半以上的循环寿命被浪费,电池价值得不到充分利用。车辆拥有者为冗余的电池循环寿命多支付了150%至400%的费用,造成购车成本偏高。从循环寿命上看,超过50%的循环寿命被浪费!

第三个现象是电动汽车的电池容量在不断增加。目前市场在售车型电池容量多在50kWh至80kWh之间。目前特斯拉Model X 90D的载电量已经达到100kWh,未来汽车的载电量将会继续增加。以现有水平计算,20辆90D的储能潜力已经可以与一个中等规模的客户侧储能电站相当。一辆车的力量虽小,所有车聚合起来就大了。

预计2040年,中国大概会有三亿辆电动汽车,如果每辆车电池容量为65千瓦时,那3亿辆车大约为200亿千瓦时,相当于全国每天的用电量。如果按50%装机容量作为可利用容量,也就是100亿千瓦时。从功率角度看,车载电池的功率会达到30亿千瓦,相当于50个三峡水电站。

那么这么大量的电动汽车电池资源,可以挖掘哪方面应用,创造更大的价值?

如果将电动汽车作为电网的移动储能装置,在用电低谷时,电网给电动汽车充电,降低用电成本;在用电高峰时,让电动汽车给电网放电,减轻电网负担。此时电动汽车将成为电网的一个个“充电宝”,这就是车网互动的概念。电动汽车具有容量、时间、空间灵活可变,额外设备及土地成本为零,安全风险较低等多重优势,可以实现大规模、跨时空、低成本、高安全性的灵活储能应用,并能在电力辅助服务、电力交易市场上带来极大的价值。

车网互动关键技术支撑

要让车网互动充分发挥资源潜力和创造价值,需要有以下多个方面的关键技术进行支撑。

1)支撑多场景的V2G设备

要实现大规模电动汽车充电负荷接入并且可灵活调控的目标,需要开发支撑涵盖城市现有多种应用场景的V2G终端、边端设备。通过对城市典型场景特点的分析,结合车网互动商业模式的技术需求和系统方案,开展相应的V2G关键设备技术研究,以满足快充站、目的地充电、换电站等多应用场景的设备要求。

2)考虑车网互动需求的充电引导技术

在实际车网互动应用中,车、桩、网在时空上存在不匹配的问题,需要考虑车辆、交通、充电桩使用率、电网负荷等多维耦合系统下的车群引导技术,提高充电桩利用率和降低车辆充电等待时间,实现高效的车网互动。

3)指标计量与安全认证技术

车网互动过程中,电网中会出现大量的谐波,造成电力系统谐波污染。充电桩与电动汽车运营管理平台、充电卡等组成的互联充电网络存在数据泄露、指令篡改、身份伪造、非法访问的风险,对电力系统和互联充电网络的安全、稳定、经济运行构成潜在威胁。开展电动汽车车网互动服务计量研究,完善电动汽车车网互动信息安全防护体系至关重要。

4)灵活激励机制与规划调度技术

对于电网企业与政府,建议根据电动汽车充电设施作为电网灵活性资源对配电网络规划和运行的影响和作用,设计激励相关主体参与电网调控服务的市场激励机制和规划调度技术,鼓励用户主体参与新能源消纳、调峰、应急管理、调频、无功和电能质量调节等多种电网服务。

车网互动商业模式展望

技术层面是支撑车网互动发挥资源潜力的基础,除了技术层面,影响V2G推广更关键的是市场商业模式的问题,目前来看,从充电运营商角度来看,未来V2G存在两个典型市场应用模式。

其一是电价差套利,利用V2G双向能量流动的能力以及电网不同类型用户、不同时段电价存在差异的特点,电动汽车用户除了从最简单的分时电价套利方式中降低充电费用,还可以夜间谷电价时在居民区或附近工商业区的充电站充电,白天峰电价在工商业区充电站向电网放电,充电运营商因此可节省用电成本,若设计合理商业模式,可对用户和运营商双方带来收益。

其二就是电力辅助服务,电力市场辅助服务是指为维护电力系统的安全稳定运行,保证电能质量,除正常电能生产、输送、使用外,由发电企业、电网经营企业和电力用户提供的服务。对于城市充电网络运营商,可提供电力市场辅助服务包括:调频、调峰、无功调节、谐波补偿和备用电源等。此模式下,通过运营商平台的充电引导,聚合电动汽车负荷资源,响应各类虚拟电厂平台的调控需求,实现电动汽车参与各种电力辅助服务。目前管理体制下,针对充电设施参与电力市场辅助服务,还没有可供参考的成熟商业模式,电网和运营商之间暂未形成明确的结算机制,但随着相关市场管理制度的完善,电动汽车所蕴含的巨大资源潜力必定将通过车网互动释放出来。

随着多层次统一电力市场体系的健全和车网互动V2X的基础设施建设,车网互动将逐步发挥出其巨大的资源潜力,取得可观的经济效益,并让每个电动汽车车主参与其中,成为能源生态圈中的消费者和生产者,共同促进我国新能源事业的发展。

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