新能源汽车如何才能与国家电网“愉快地玩耍”
一方面,汽车从“加油”改为“加电”所带来的能源结构变化,使得电力在能源体系内的主导权得以增加;但与此同时,随着电动汽车规模的扩大,电力系统遭受的冲击程度也在加大。
2020-06-23 | 出处: 昂扬汽车 | 责编: 李宁
从某种角度看,对于发展电动汽车,电网的态度有点矛盾。
尤其在配电网层面,当私家车电动化比例超过50%时,多数配电变压器面临超载风险。其中,居民小区、安装快充公共桩的场所,以及本身变压器中载或重载的配变,最易受影响。国网北京电力科学研究院此前针对北京地区的一项调研发现,大部分用户充电时间集中在18时和次日11时,充电高峰在晚上20~20时,与现有的居民负荷重合率高达85%。如果按照规划,北京地区电动汽车2030年的销量达到120万辆时,居民区的充电负荷就将达到210kW,现有配网很难承载,配网改造的投资将高达64亿元。
据北京市交通委员会预测,如果2035年北京市300万辆新能源汽车达到规模,城市不仅要增容局部配电网,也要新建主干网。城市输配电网的增容难度不仅在于投资成本高将导致全社会电价增加,而且也受到用地空间的约束。对于电网来说,单纯地对配变进行增容也未必能满足电动汽车无序充电的需求,反而会增加社会对电力资产的投入,降低资产的利用率。
此外,新能源汽车领域近年来所热衷发展的“大功率快充”,比电动汽车的无序充电更令电网“头疼”。据测算,大功率快充的功率将是目前主流慢充功率(3.5kW)的100倍,因此“大功率快充”模式对电网的冲击也将更大,不仅增加电网负荷,也增加了电动汽车负荷的复杂性与不确定性。
不过,与其他用电负荷不同,电动汽车高度灵活,具有可调度性。
除了作为灵活负荷,电动汽车甚至可以作为储能设施进行“放电”,在调整用电负荷、改善电能质量、消纳可再生能源方面潜力巨大,还能有助于减少对于配电网乃至全网的扩容需求。因此,如果能够实现电动汽车与电网的协同,可以在一定程度上降低充电对电网的影响。
自然资源保护协会(NRDC)日前发布的《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》报告就探讨了车网互动的创新商业模式。
这是国内第一份对电动汽车参与电网需求响应进行研究的报告,报告的研究数据来自于2019年下半年上海电动汽车参与电力需求响应的试点活动,这也是国内电网第一次对充电服务商和电动汽车制造商开放的需求响应试点,包括国网电动汽车、蔚来、星星充电、普天、依威能源、小桔充电等充电服务商和电动汽车企业参与了此次需求响应。
据介绍,蔚来汽车充电平台在上海约有3000多个私桩,在响应日当天,实际参与响应的私桩数量为159个,占全部平台充电桩数量的比例为5.3%。相比平日充电负荷,参与响应的159个私人充电桩在响应日填谷响应时段的平均充电负荷是平日该时段充电负荷的7.8倍,且平均充电量也远高于平日。也就是说,这些电动汽车车主在响应时段集中进行了充电。
不仅仅是上海,在车网互动的具体应用场景示范上,国内许多地方进行了探索。江苏、河南、山东、天津等地已启动了需求响应市场,公共充电站、小区直供充电桩已有参与实例。
但是由于需求响应的补偿资金缺乏可持续机制,且多数城市的峰谷电价差较窄,用户侧利用峰谷价差套利空间有限,这使得电动汽车车主参与响应的积极性不高。而且,由于目前许多充电桩和电动车之间的充电标准并不支持交流有序充电,因此,要实现有序充电,相关方还需要投入资金,进行技术改造。这些因素都使得有序充电的推广应用面临困难。
此外,对于电网和相关方(充电运营商、电动车主)来说,尽管单向有序充电能够有效缓解电动汽车无序充电对于电网的冲击,但如果能够实现双向充放电 (V2G) 也许才是理想状态。
由于电动汽车能够更灵活地在本地负荷峰值时放电,在负荷低谷时充电,所以双向充放电能够通过调动更少数量的电动汽车车辆实现比有序充电更理想的“削峰填谷” 效果。此外,电动汽车V2B还可通过在电价低谷充电,在电价峰值放电,实现峰谷差套利,进一步降低电力用户的用电成本。
虽然双向充放电 (V2G) 的理想很丰满,除了同有序充电一样面临峰谷电价差不显著、“车-桩”间无通信标准协议等现实问题之外,双向充放电 (V2G) 还面临一系列挑战。
首先是,缺乏“桩-网”间的通信协议的国家标准。而且,现阶段我国电力辅助服务市场主要针对火电等大容量可调度的发电侧资源设计,在充放电功率、持续充放时间、充放电量规模等方面准入门槛较高,缺乏对分散型用户侧资源的准入政策且补偿额度低。
此外,相比有序充电,目前市场上配备放电功能的新能源汽车和双向充电桩的数量更加有限,因而用户很难参与充放电互动。同时,充放电模式下,电动汽车车主还面临动力电池寿命加速衰减的实际成本问题。
因此,在《中国电动汽车与电网协同的路线图与政策建议》研究报告中,世界资源研究所明确建议,应该以政策激励为主,推动电动汽车参与需求响应,充分发挥降低配电网投资的价值,扩充需求响应专项资金来源,创新非资金补贴奖励。按补偿成本和合理收益的原则明确电网企业、电动汽车车主、充电运营商等各方收益分享方式,并为参与 V2G 的车辆设计提供合适的电池质保、保险产品。
对于新能源汽车和电网来说,另外一个好消息是“新基建”正在成为国家振兴经济的“新动能”,充电桩作为新基建七大领域之一,同时也电动车与电网连接的天然入口,正在迎来发展红利。作为“新基建”的一部分,充电桩将成为物联网的一部分,形成连接人、车、充电桩和服务的智能充电生态系统。在新基建的热潮下,国家电网宣布,为贯彻国家“新基建”战略部署,国家电网全面加快充电业务发展,将投资27亿元建设7.8万根充电桩,改善电动汽车充电体验、提升中国充电设施水平。
相关企业也应声而动,与国家电网开始“愉快地玩耍”。
宝马率先宣布与国网电动汽车公司正式签署战略合作协议,内容涵盖充电技术研究和创新、充电服务产品合作和推广、推动新能源车用新能源电力三大方面。据悉,宝马与国网电动汽车公司将开展技术合作,制定大功率充电技术标准、即插即充技术和车-桩-网互动技术研究。此外,威马在日前也宣布,成为国家电网的战略合作伙伴。
可以预期,车企与电网在技术领域的合作,将引领充电技术的创新,共同推动中国新能源市场以及电动车生态和数字化服务的发展,造福更多新能源车客户。