20160609 電動汽車 能源網際網路 萬物一體的未來

2022-11-02 14:24:07 字數 3641 閱讀 2987

電動汽車與可再生能源

憑藉能源網際網路,電動汽車與可再生能源電力一起構建清潔高效的電力系統。當前全球能源體系正經歷著清潔低碳化變革。到2023年底,全球風電、光伏發電裝機已經分別達到3.

7億千瓦和1.77億千瓦。一些國家已有超過20%的電力需求來自風能和太陽能,區域性地區部分時段風電和太陽能發電出力甚至超過電力系統負荷的50%5。

到2023年底,我國風電、光伏發電裝機容量已位居全球第一,成為全球可再生能源發電規模最大的國家。隨著電力系統中可再生能源發電比重不斷增加,電力系統靈活性資源的應用價值快速提公升,大規模可再生能源發電與不確定的用電負荷一起,為電力系統靈活性資源的發展提供了巨大空間。

雖然化石能源發電具備一定的調節能力,但快速、頻繁地調整化石能源發電出力將顯著增加其執行能耗及成本。為滿足常規發電機組執行工況的需要,電網往往通過事先制定固定發用電計畫對排程執行和用電負荷進行管理。在發電側,隨著風電、光伏等波動性可再生能源發電規模不斷提高,排程機構越來越難以通過制定固定的發電計畫和排程指令對發電側進行管控。

在需求側,固定的用電計畫也限制了各類需求響應資源參與電力系統靈活性調節的空間。特別是隨著分布式電源、微電網、電動汽車等新型用電技術和用電模式的引入,需求側用電負荷的不確定性也在逐漸上公升。正是電力系統發電側和需求側越來越多的波動性和不確定性因素,為電動汽車融入能源網際網路提供了前所未有的機遇。

從電力系統靈活性的角度來看,一方面,電動汽車會作為電力系統的一種新型負荷品種,其充電行為在隨機性和間歇性中又帶有一定的規律性,特別是當大量電動汽車有序充電時,將改善電網負荷特性;另一方面,電動汽車被視為分布式儲能設施,可與分布式能源、可再生能源等結合形成微網系統,也可應用於需求響應,根據系統靈活性調節需求進行實時充放電變化。電動汽車普及後的調控規模非常可觀,結合先進電力電子通訊控制技術、合理的充放電設施布局及引導性的電價政策,電動汽車在提高電力系統執行的可靠性和靈活性方面具有巨大應用潛力。

雖然風電、光伏等可再生能源發電出力隨著四季變化呈現規律性波動,但系統調峰的需求基本處在電動汽車早高峰出行之前和晚高峰出行之後,即電動汽車並網與電力系統調峰在時間分布上存在天然互補性。電動汽車與可再生能源協同發展不僅可以幫助電動汽車實現全生命週期零排放,還可提公升可再生能源併網規模,從而形成兩者的良性互動。

然而,由於電動汽車具有資源分散和不規則的特點,且其不規則體現在電量和容量兩個維度,因而電動汽車分散無序地接入電網難以形成有效的靈活調節效果。對大量分散的需求側資源的整合將大幅提公升其可**性和可控性,從而提公升需求側調節資源在電力系統中的整體應用價值。因此,通過能源網際網路平台對分散的電動汽車和儲能設施進行系統化整合勢在必行。

能源網際網路切入點

隨著我國電力現貨市場的建立和售電市場的形成,分散電動汽車的充電服務日益呈現網際網路業態。作為分散的c端使用者,電動汽車可幫助車輛使用者實現使用者分時電價管理、容量電費管理、提公升供電可靠性和供電質量等電力終端服務價值;而憑藉車聯網等移動互聯技術,系統整合的電動汽車電力需求響應又參與上游現貨市場交易和調頻、備用等輔助服務現貨市場交易,並孕育新的能源網際網路商業模式。在電力系統發輸配用各環節中,在用電側網際網路技術滲透最為徹底,電動汽車負荷整合商可通過充電資訊大資料整合和電力需求響應機制,充分利用電動汽車的充放電資源,並根據其靈活調節資源特點和市場**變化,在上下游市場間進行自由選擇和切換,以實現使用者側靈活調節資源應用價值的最大化。

美國落基山研究所(rmi)就對儲能技術在系統側、配電側和使用者側並網的價值進行過對比。研究發現,儲能在使用者側並網除了能夠幫助使用者實現分時電價管理、降低容量電費、提高供電可靠性和供電質量外,還保留了其通過電力需求響應,參與上游批發電力市場交易(現貨市場電價套利、系統調頻、系統備用等)的可能性。反之,雖然在輸配電線路暢通的情況下,系統側和配電側儲能理論上對電力系統也可起到相似作用,但其產生的成本和收益卻難以在價值提供者和受益者之間進行合理分配,因此也難以形成清晰的商業模式。

國外已在電動汽車需求響應方面做出嘗試。例如,美國加州聖地牙哥煤氣和電力公司(sdg&e)。根據日前各時段的負荷**,提前一天為各個時間段設定電力可變費率,參與計畫的電動汽車駕駛者可以通過手機應用程式獲知第二天電費情況,並允許sdg&e通過軟體遠端調整電動汽車充電負荷與時間,從而實現需求響應下的錯峰充電。

而pjm電網更是通過降低調頻、旋轉備用、日前備用等輔助服務品種的最小容量准入門檻,將電動汽車充電負荷納入居民需求響應資源,進而幫助電動汽車使用者通過聚合整合參與現貨電力市場交易。通過示範運營pjm發現,分散的電動汽車可以提供與大型電站相同甚至質量更高的電力系統調節服務。隨著電動汽車市場的快速普及,電動汽車將成為電力系統最重要的負荷側調節資源。

作為分散的負荷側儲能設施,電動汽車完全可作為實現能源網際網路的切入點。

第一,電動汽車是電力市場的新生消費,電動汽車的大規模接入為電網企業帶來了大量新增電力需求,提公升了電網對需求響應的接受度。

第二,除了電量消費外,電動汽車充放電過程包括了快速充電、電池更換、基礎設施建設及維護等額外價值,充放電服務因此有望成為引入售電側**競爭的契機。

第三,充電資料監控及計量裝置已整合在電動汽車車體內部,使用者可通過車載電腦安排充放電計畫,車載通訊系統也完全滿足充放電資訊的監控、計量和交易,降低了需求響應通訊、計量等基礎設施投入成本。

第四,隨著低碳交通等概念的興起,車輛租賃、車輛共享等新生商業模式不斷湧現,電動汽車整合運營商可成為售電市場中的競爭實體。

第五,電動汽車整合運營商的引入,將整合終端使用者、電力零售商、配電網等不同市場參與者的角色,規避了各利益相關方之間複雜的利益分配機制設計問題。

最後,電動汽車執行成本遠低於燃油成本,電動汽車充放電服務**仍有較大上公升區間(直至燃油**),為需求側市場提供了廣闊的競價空間。

而在車輛方面,技術的不斷進步也為車-網之間互聯互動提供了保障。例如比亞迪等電動汽車製造商已經推出了具備放電功能的電動車型,憑藉新型功率控制單元(pcu)及電機控制器整合化技術,車輛動力電池具備了交流電輸出的能力,大幅提公升了電動汽車進行需求響應的應用潛力。

除需求響應服務外,整合運營商還能夠更有效地**退役的電動汽車動力電池和使用者側儲能電池,以實現電池的梯次利用和電池原材料資源的再生迴圈。例如德國寶馬公司就與博世集團合作,將從mini-e電動汽車退役的電池拆解重組後服務於vattenfall電網儲能;戴姆勒公司也專門成立電池生產企業accumotive,並與儲能運營商、資源再生企業合作形成完整的動力電池生產-使用-儲能-**-生產閉合產業鏈,其規劃的13兆瓦時退役電池儲能電站也是目前全球最大的退役電池儲能專案。

政策建議

按照現行我國電力市場機制,分散的電動汽車無法直接參與電力現貨市場交易,而現有的使用者側分時電價管理和容量電費管理等應用無法充分反映電動汽車及儲能的靈活性價值。因此,建議在推進電力體制改革的過程中,充分考慮負荷側電動汽車的充放電調節潛力,適當降低分散的靈活性調節資源參與電量及輔助服務現貨市場的准入標準(如最小裝機規模)。在電力輔助服務方面,建議進一步細化輔助服務市場設計,其定價機制應充分反映靈活性資源的服務質量及調節效果(如響應速度、調節精度等),從而建立公平競爭的市場交易規則,提公升電動汽車的市場競爭力,引導售電商和需求響應提供商採納新技術,建立電動汽車融入能源網際網路的市場機制。

由於我國正處在電力市場化過渡階段,建議可先將電動汽車充電服務商購電**納入分時電價管理,並把諸如充電時間管理、充電導航、充電狀態查詢及充電預約等服務納入充電服務費定價機制,從而鼓勵電動汽車充電服務商加強充電資訊資料整合及充電負荷管控的能力。電動汽車退役的動力電池在未來能源網際網路及儲能中將起到日益重要的作用。若實現退役電池在電力系統儲能領域的梯次利用,則其未來儲能容量將高於屆時在運電動汽車自身的充放電調節能力。

因此,建議在動力電池梯次利用領域盡早布局,盡快建立動力電池**、拆解、重組等相關標準體系,並在動力電池**及梯次利用技術研發及企業運營方面給予政策扶持。

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