不同于傳統(tǒng)燃油內(nèi)燃機(jī)汽車，電動(dòng)汽車可通過車載電腦控制電壓，直接微調(diào)每個(gè)車輪角度及轉(zhuǎn)速，此時(shí)決定車輛操控性能的不再是傳動(dòng)系統(tǒng)、變速器和差速器，而是處理器速度和內(nèi)存容量。電子設(shè)備比單純機(jī)械設(shè)備有更快速的反應(yīng)和更佳的穩(wěn)定性，電動(dòng)汽車對(duì)電子設(shè)備也更具親和力。雖然近年來諸如電子控制單元(ECU)、電子循跡穩(wěn)定(ESP)等技術(shù)正在成為傳統(tǒng)燃油汽車的標(biāo)配技術(shù)，但基于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)終究是汽車進(jìn)一步智能化的根本制約。在車輛與電網(wǎng)銜接方面，智能充電設(shè)施的普及將幫助實(shí)現(xiàn)交通用能信息的數(shù)字化和充電負(fù)荷的可觀可控。目前基于CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線的電動(dòng)汽車充電接口通信協(xié)議已開放電池充放電相關(guān)的信息，充電服務(wù)商、售電企業(yè)和集成服務(wù)商等運(yùn)營(yíng)主體可作為大電網(wǎng)與個(gè)體車輛之間的媒介，輕松實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與車輛充/放電信息互聯(lián)，并衍生出電池監(jiān)測(cè)、有序充電、需求響應(yīng)和雙向互動(dòng)等附加服務(wù)，從而真正釋放電動(dòng)汽車在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用潛力，而該潛力又取決于電動(dòng)汽車規(guī)模、應(yīng)用價(jià)值及商業(yè)模式等因素。
我國(guó)電動(dòng)汽車規(guī)模
受激勵(lì)政策驅(qū)動(dòng)，近年來我國(guó)電動(dòng)汽車增速迅猛，電動(dòng)汽車數(shù)量的快速提升奠定了其在能源物聯(lián)網(wǎng)的體量規(guī)模。2014年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別為7.85萬輛和7.48萬輛，是僅次于美國(guó)的全球第二大新能源汽車消費(fèi)市場(chǎng)。2015年新能源汽車產(chǎn)銷量保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，1~11月新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到27.9萬輛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過美國(guó)增速，成為全球最大新能源汽車市場(chǎng)。
大規(guī)模電動(dòng)汽車將成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)重要的需求響應(yīng)及分布式儲(chǔ)能資源。電動(dòng)汽車與燃油汽車類似，平均每輛車每天運(yùn)行時(shí)間2～4小時(shí)，其余20～22小時(shí)可接入電網(wǎng)進(jìn)行充放電。按全國(guó)人口13.5億為計(jì)，假設(shè)千人汽車保有量為30%，按電動(dòng)汽車滲透率75%計(jì)算，全國(guó)電動(dòng)汽車數(shù)量規(guī)?？蛇_(dá)到3億輛，若單車平均充放電功率為7千瓦，動(dòng)力電池容量為84千瓦時(shí)，則車網(wǎng)互動(dòng)(V2G)所能提供的理論充放電調(diào)節(jié)容量為21億千瓦和252億千瓦時(shí)，分別為目前全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的1.5倍和抽水蓄能儲(chǔ)能容量的96倍。特別是在集成運(yùn)營(yíng)模式下，運(yùn)營(yíng)商可充分優(yōu)化車輛的接入電網(wǎng)和充放電時(shí)序，最大限度發(fā)揮電動(dòng)汽車儲(chǔ)能潛力。相比傳統(tǒng)靈活發(fā)電技術(shù)(如單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電啟動(dòng)到滿負(fù)荷需10分鐘以上)，動(dòng)力電池調(diào)節(jié)速度快，響應(yīng)時(shí)間毫秒級(jí)，遠(yuǎn)高于其他靈活電源。同時(shí)，動(dòng)力電池調(diào)節(jié)精度高，充放電幾乎完全貼合調(diào)度指令，可高質(zhì)量地完成電網(wǎng)調(diào)度指令。
電動(dòng)汽車與可再生能源
憑借能源互聯(lián)網(wǎng)，電動(dòng)汽車與可再生能源電力一起構(gòu)建清潔高效的電力系統(tǒng)。當(dāng)前全球能源體系正經(jīng)歷著清潔低碳化變革。到2014年底，全球風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)已經(jīng)分別達(dá)到3.7億千瓦和1.77億千瓦。一些國(guó)家已有超過20%的電力需求來自風(fēng)能和太陽能，局部地區(qū)部分時(shí)段風(fēng)電和太陽能發(fā)電出力甚至超過電力系統(tǒng)負(fù)荷的50%5。到2015年底，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量已位居全球第一，成為全球可再生能源發(fā)電規(guī)模最大的國(guó)家。隨著電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電比重不斷增加，電力系統(tǒng)靈活性資源的應(yīng)用價(jià)值快速提升，大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電與不確定的用電負(fù)荷一起，為電力系統(tǒng)靈活性資源的發(fā)展提供了巨大空間。
雖然化石能源發(fā)電具備一定的調(diào)節(jié)能力，但快速、頻繁地調(diào)整化石能源發(fā)電出力將顯著增加其運(yùn)行能耗及成本。為滿足常規(guī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況的需要，電網(wǎng)往往通過事先制定固定發(fā)用電計(jì)劃對(duì)調(diào)度運(yùn)行和用電負(fù)荷進(jìn)行管理。在發(fā)電側(cè)，隨著風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性可再生能源發(fā)電規(guī)模不斷提高，調(diào)度機(jī)構(gòu)越來越難以通過制定固定的發(fā)電計(jì)劃和調(diào)度指令對(duì)發(fā)電側(cè)進(jìn)行管控。在需求側(cè)，固定的用電計(jì)劃也限制了各類需求響應(yīng)資源參與電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)的空間。特別是隨著分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等新型用電技術(shù)和用電模式的引入，需求側(cè)用電負(fù)荷的不確定性也在逐漸上升。正是電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)和需求側(cè)越來越多的波動(dòng)性和不確定性因素，為電動(dòng)汽車融入能源互聯(lián)網(wǎng)提供了前所未有的機(jī)遇。從電力系統(tǒng)靈活性的角度來看，一方面，電動(dòng)汽車會(huì)作為電力系統(tǒng)的一種新型負(fù)荷品種，其充電行為在隨機(jī)性和間歇性中又帶有一定的規(guī)律性，特別是當(dāng)大量電動(dòng)汽車有序充電時(shí)，將改善電網(wǎng)負(fù)荷特性;另一方面，電動(dòng)汽車被視為分布式儲(chǔ)能設(shè)施，可與分布式能源、可再生能源等結(jié)合形成微網(wǎng)系統(tǒng)，也可應(yīng)用于需求響應(yīng)，根據(jù)系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)需求進(jìn)行實(shí)時(shí)充放電變化。電動(dòng)汽車普及后的調(diào)控規(guī)模非?？捎^，結(jié)合先進(jìn)電力電子通信控制技術(shù)、合理的充放電設(shè)施布局及引導(dǎo)性的電價(jià)政策，電動(dòng)汽車在提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性方面具有巨大應(yīng)用潛力。
雖然風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電出力隨著四季變化呈現(xiàn)規(guī)律性波動(dòng)，但系統(tǒng)調(diào)峰的需求基本處在電動(dòng)汽車早高峰出行之前和晚高峰出行之后，即電動(dòng)汽車并網(wǎng)與電力系統(tǒng)調(diào)峰在時(shí)間分布上存在天然互補(bǔ)性。電動(dòng)汽車與可再生能源協(xié)同發(fā)展不僅可以幫助電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)全生命周期零排放，還可提升可再生能源并網(wǎng)規(guī)模，從而形成兩者的良性互動(dòng)。
然而，由于電動(dòng)汽車具有資源分散和不規(guī)則的特點(diǎn)，且其不規(guī)則體現(xiàn)在電量和容量?jī)蓚€(gè)維度，因而電動(dòng)汽車分散無序地接入電網(wǎng)難以形成有效的靈活調(diào)節(jié)效果。對(duì)大量分散的需求側(cè)資源的整合將大幅提升其可預(yù)測(cè)性和可控性，從而提升需求側(cè)調(diào)節(jié)資源在電力系統(tǒng)中的整體應(yīng)用價(jià)值。因此，通過能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)分散的電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能設(shè)施進(jìn)行系統(tǒng)化集成勢(shì)在必行。能源互聯(lián)網(wǎng)切入點(diǎn)
隨著我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的建立和售電市場(chǎng)的形成，分散電動(dòng)汽車的充電服務(wù)日益呈現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)。作為分散的C端用戶，電動(dòng)汽車可幫助車輛用戶實(shí)現(xiàn)用戶分時(shí)電價(jià)管理、容量電費(fèi)管理、提升供電可靠性和供電質(zhì)量等電力終端服務(wù)價(jià)值;而憑借車聯(lián)網(wǎng)等移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，系統(tǒng)集成的電動(dòng)汽車電力需求響應(yīng)又參與上游現(xiàn)貨市場(chǎng)交易和調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，并孕育新的能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式。在電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)中，在用電側(cè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滲透最為徹底，電動(dòng)汽車負(fù)荷集成商可通過充電信息大數(shù)據(jù)整合和電力需求響應(yīng)機(jī)制，充分利用電動(dòng)汽車的充放電資源，并根據(jù)其靈活調(diào)節(jié)資源特點(diǎn)和市場(chǎng)價(jià)格變化，在上下游市場(chǎng)間進(jìn)行自由選擇和切換，以實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)靈活調(diào)節(jié)資源應(yīng)用價(jià)值的最大化。
美國(guó)落基山研究所(RMI)就對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)在系統(tǒng)側(cè)、配電側(cè)和用戶側(cè)并網(wǎng)的價(jià)值進(jìn)行過對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)能在用戶側(cè)并網(wǎng)除了能夠幫助用戶實(shí)現(xiàn)分時(shí)電價(jià)管理、降低容量電費(fèi)、提高供電可靠性和供電質(zhì)量外，還保留了其通過電力需求響應(yīng)，參與上游批發(fā)電力市場(chǎng)交易(現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)套利、系統(tǒng)調(diào)頻、系統(tǒng)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(tǒng)側(cè)和配電側(cè)儲(chǔ)能理論上對(duì)電力系統(tǒng)也可起到相似作用，但其產(chǎn)生的成本和收益卻難以在價(jià)值提供者和受益者之間進(jìn)行合理分配，因此也難以形成清晰的商業(yè)模式。
國(guó)外已在電動(dòng)汽車需求響應(yīng)方面做出嘗試。例如，美國(guó)加州圣地亞哥煤氣和電力公司(SDG&E)。根據(jù)日前各時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)，提前一天為各個(gè)時(shí)間段設(shè)定電力可變費(fèi)率，參與計(jì)劃的電動(dòng)汽車駕駛者可以通過手機(jī)應(yīng)用程序獲知第二天電費(fèi)情況，并允許SDG&E通過軟件遠(yuǎn)程調(diào)整電動(dòng)汽車充電負(fù)荷與時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)下的錯(cuò)峰充電。而PJM電網(wǎng)更是通過降低調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、日前備用等輔助服務(wù)品種的最小容量準(zhǔn)入門檻，將電動(dòng)汽車充電負(fù)荷納入居民需求響應(yīng)資源，進(jìn)而幫助電動(dòng)汽車用戶通過聚合集成參與現(xiàn)貨電力市場(chǎng)交易。通過示范運(yùn)營(yíng)PJM發(fā)現(xiàn)，分散的電動(dòng)汽車可以提供與大型電站相同甚至質(zhì)量更高的電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)。隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速普及，電動(dòng)汽車將成為電力系統(tǒng)最重要的負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)資源。
作為分散的負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能設(shè)施，電動(dòng)汽車完全可作為實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的切入點(diǎn)。
第一， 電動(dòng)汽車是電力市場(chǎng)的新生消費(fèi)，電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入為電網(wǎng)企業(yè)帶來了大量新增電力需求，提升了電網(wǎng)對(duì)需求響應(yīng)的接受度。
第二， 除了電量消費(fèi)外，電動(dòng)汽車充放電過程包括了快速充電、電池更換、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及維護(hù)等額外價(jià)值，充放電服務(wù)因此有望成為引入售電側(cè)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的契機(jī)。
第三， 充電數(shù)據(jù)監(jiān)控及計(jì)量裝置已整合在電動(dòng)汽車車體內(nèi)部，用戶可通過車載電腦安排充放電計(jì)劃，車載通信系統(tǒng)也完全滿足充放電信息的監(jiān)控、計(jì)量和交易，降低了需求響應(yīng)通信、計(jì)量等基礎(chǔ)設(shè)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(yè)模式不斷涌現(xiàn)，電動(dòng)汽車集成運(yùn)營(yíng)商可成為售電市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)體。
第五， 電動(dòng)汽車集成運(yùn)營(yíng)商的引入，將整合終端用戶、電力零售商、配電網(wǎng)等不同市場(chǎng)參與者的角色，規(guī)避了各利益相關(guān)方之間復(fù)雜的利益分配機(jī)制設(shè)計(jì)問題。
最后，電動(dòng)汽車運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于燃油成本，電動(dòng)汽車充放電服務(wù)價(jià)格仍有較大上升區(qū)間(直至燃油價(jià)格)，為需求側(cè)市場(chǎng)提供了廣闊的競(jìng)價(jià)空間。
而在車輛方面，技術(shù)的不斷進(jìn)步也為車-網(wǎng)之間互聯(lián)互動(dòng)提供了保障。例如比亞迪等電動(dòng)汽車制造商已經(jīng)推出了具備放電功能的電動(dòng)車型，憑借新型功率控制單元(PCU)及電機(jī)控制器集成化技術(shù)，車輛動(dòng)力電池具備了交流電輸出的能力，大幅提升了電動(dòng)汽車進(jìn)行需求響應(yīng)的應(yīng)用潛力。
除需求響應(yīng)服務(wù)外，集成運(yùn)營(yíng)商還能夠更有效地回收退役的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池和用戶側(cè)儲(chǔ)能電池，以實(shí)現(xiàn)電池的梯次利用和電池原材料資源的再生循環(huán)。例如德國(guó)寶馬公司就與博世集團(tuán)合作，將從Mini-E電動(dòng)汽車退役的電池拆解重組后服務(wù)于Vattenfall電網(wǎng)儲(chǔ)能;戴姆勒公司也專門成立電池生產(chǎn)企業(yè)ACCUMOTIVE，并與儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商、資源再生企業(yè)合作形成完整的動(dòng)力電池生產(chǎn)-使用-儲(chǔ)能-回收-生產(chǎn)閉合產(chǎn)業(yè)鏈，其規(guī)劃的13兆瓦時(shí)退役電池儲(chǔ)能電站也是目前全球最大的退役電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。政策建議
按照現(xiàn)行我國(guó)電力市場(chǎng)機(jī)制，分散的電動(dòng)汽車無法直接參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，而現(xiàn)有的用戶側(cè)分時(shí)電價(jià)管理和容量電費(fèi)管理等應(yīng)用無法充分反映電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能的靈活性價(jià)值。因此，建議在推進(jìn)電力體制改革的過程中，充分考慮負(fù)荷側(cè)電動(dòng)汽車的充放電調(diào)節(jié)潛力，適當(dāng)降低分散的靈活性調(diào)節(jié)資源參與電量及輔助服務(wù)現(xiàn)貨市場(chǎng)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)(如最小裝機(jī)規(guī)模)。在電力輔助服務(wù)方面，建議進(jìn)一步細(xì)化輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)，其定價(jià)機(jī)制應(yīng)充分反映靈活性資源的服務(wù)質(zhì)量及調(diào)節(jié)效果(如響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)精度等)，從而建立公平競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)交易規(guī)則，提升電動(dòng)汽車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，引導(dǎo)售電商和需求響應(yīng)提供商采納新技術(shù)，建立電動(dòng)汽車融入能源互聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)機(jī)制。
由于我國(guó)正處在電力市場(chǎng)化過渡階段，建議可先將電動(dòng)汽車充電服務(wù)商購電價(jià)格納入分時(shí)電價(jià)管理，并把諸如充電時(shí)間管理、充電導(dǎo)航、充電狀態(tài)查詢及充電預(yù)約等服務(wù)納入充電服務(wù)費(fèi)定價(jià)機(jī)制，從而鼓勵(lì)電動(dòng)汽車充電服務(wù)商加強(qiáng)充電信息數(shù)據(jù)整合及充電負(fù)荷管控的能力。電動(dòng)汽車退役的動(dòng)力電池在未來能源互聯(lián)網(wǎng)及儲(chǔ)能中將起到日益重要的作用。若實(shí)現(xiàn)退役電池在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能領(lǐng)域的梯次利用，則其未來儲(chǔ)能容量將高于屆時(shí)在運(yùn)電動(dòng)汽車自身的充放電調(diào)節(jié)能力。因此，建議在動(dòng)力電池梯次利用領(lǐng)域盡早布局，盡快建立動(dòng)力電池回收、拆解、重組等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，并在動(dòng)力電池回收及梯次利用技術(shù)研發(fā)及企業(yè)運(yùn)營(yíng)方面給予政策扶持。
