蔡文璇 郭鈞益 郭學(xué)敏 彭瑋麟 羅煉鐸
當(dāng)今世界，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命加速演變，碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的推進(jìn)要求汽車產(chǎn)業(yè)加快綠色轉(zhuǎn)型，新能源汽車呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，推動電動汽車發(fā)展從政策驅(qū)動過渡至市場驅(qū)動階段。隨著移動儲能技術(shù)快速發(fā)展，電動汽車通過充放電參與電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量治理、調(diào)峰調(diào)頻等互動模式呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。
電動汽車與電網(wǎng)互動，簡稱車網(wǎng)互動(VehicletoGrid，V2G)，主要是指：在用電低谷時，電網(wǎng)給電動汽車充電，降低用電成本;在用電高峰時，電動汽車反向給電網(wǎng)放電，化身為電網(wǎng)系統(tǒng)的“充電寶”，推動電動汽車車主成為能源低碳運(yùn)行的消費(fèi)者和生產(chǎn)者。當(dāng)前，國內(nèi)V2G發(fā)展尚處于摸索階段，而國際已做出先進(jìn)探索和實(shí)踐，值得參考借鑒。
國際V2G項目整體處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段
據(jù)V2G-HUB網(wǎng)站統(tǒng)計，目前國際登記的V2G項目共107個，其中歐洲73個(占68.2%)、北美洲20個、亞洲10個、非洲2個、大洋洲2個，超過80%的項目聚焦于V2G技術(shù)可行性分析。歐洲和北美洲的項目顯示，V2G在參與電力負(fù)荷削峰填谷、電力需求側(cè)響應(yīng)、調(diào)頻輔助服務(wù)、應(yīng)對能源電力應(yīng)急事件等應(yīng)用場景都具備經(jīng)濟(jì)可行性，并在市場化運(yùn)作層面做出有益探索和實(shí)踐。
1.頭部廠商聚集效應(yīng)初步顯現(xiàn)
V2G整體分為車輛制造、雙向充放電設(shè)施制造、設(shè)備集成部署、供放電四大環(huán)節(jié)。在車輛制造環(huán)節(jié)上，日產(chǎn)(NIS-SAN)主導(dǎo)了30個項目，占74個已登記車輛制造廠家項目的40.5%;類似的，雙向充放電設(shè)施制造環(huán)節(jié)由麥林能源(MAGNUMPOWER)主導(dǎo)了其中37.2%的項目;設(shè)備集成部署方面，綠色能源技術(shù)公司(Nuvve)則主導(dǎo)了39.5%的項目。
2.項目商業(yè)化運(yùn)營初見苗頭
項目應(yīng)用層面，在96項標(biāo)注了使用性質(zhì)的V2G項目中，共有56項處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段，占比58.3%;共有26個項目處于不同程度的商業(yè)化運(yùn)營階段，其中有8項已進(jìn)入完全商業(yè)化運(yùn)營。研究發(fā)現(xiàn)，大部分商業(yè)化運(yùn)營項目均依托于V2G信息平臺，連接電網(wǎng)側(cè)供電設(shè)備、用電側(cè)電動汽車運(yùn)行終端等，通過數(shù)字化平臺形成信息對接，匹配充放電供需雙方。
政策支持V2G項目商業(yè)模式探索
1.各國積極扶持V2G技術(shù)研究和商業(yè)化應(yīng)用
為應(yīng)對全球氣候變化和經(jīng)濟(jì)下行沖擊，減少碳排放、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)已成為國際能源經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的普遍做法。全球多個國家和地區(qū)相繼發(fā)布能源領(lǐng)域相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略和政策措施，加大能源低碳技術(shù)研究投入。
多個國家制定碳中和目標(biāo)，明確能源綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略。如歐盟委員會發(fā)布了《可持續(xù)與智能交通戰(zhàn)略》，到2050年力爭交通領(lǐng)域碳排放在2020年基礎(chǔ)上減少90%。歐盟向140個重點(diǎn)交通項目注入22億歐元，用于能源交通領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用。英國將禁純?nèi)加蛙嚨臅r間表從2040年提前至2030年，甚至提出2035年前禁售混動汽車;美國、德國、日本等國家大力推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快V2G技術(shù)研究轉(zhuǎn)化。
各國加快扶持能源領(lǐng)域新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極搶占新一輪經(jīng)濟(jì)和發(fā)展制高點(diǎn)。如英國對70英里無排放車輛提供高額補(bǔ)貼和返款。日本設(shè)立清潔能源汽車補(bǔ)助金和燃料電池汽車補(bǔ)助金，通過高額補(bǔ)貼支持一批V2G項目。美國通過向消費(fèi)者提供經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼和稅收減免，加速V2G示范項目推廣。
2.項目商業(yè)模式圍繞區(qū)域、社區(qū)和個體呈現(xiàn)出差異化服務(wù)特點(diǎn)
在政策支持下，基于服務(wù)對象的不同衍生出三類V2G商業(yè)化服務(wù)：
服務(wù)區(qū)域建成具有平衡性經(jīng)濟(jì)性的可再生能源電力系統(tǒng)，包括為電網(wǎng)企業(yè)提供調(diào)頻輔助服務(wù)、參與能源批發(fā)市場、區(qū)域達(dá)成二氧化碳排放量指標(biāo)要求、參與區(qū)域能源綜合計劃、支撐區(qū)域輸電運(yùn)營等，要求V2G在技術(shù)層面能夠快速激活實(shí)現(xiàn)雙向充放電，服務(wù)收益包括技術(shù)服務(wù)費(fèi)、節(jié)能費(fèi)用、政府補(bǔ)貼等。如丹麥Parker示范項目發(fā)現(xiàn)，平均每輛車一年提供的電力頻率調(diào)節(jié)服務(wù)時間總計為13000小時，平均收入為1860歐元/年，可以較好支撐區(qū)域能源電力輸電運(yùn)營。
支撐社區(qū)建設(shè)分布式電網(wǎng)和新能源基礎(chǔ)設(shè)施，包括參與削峰填谷，緩解社區(qū)內(nèi)變壓器、線路和配電設(shè)施的負(fù)荷過載問題，避免區(qū)域性能源供應(yīng)應(yīng)急事故;促進(jìn)能源雙邊交易，提供點(diǎn)對點(diǎn)的能源零售交易，提升本地能源生產(chǎn)與消費(fèi)效益最大化。如Nuvve在美國加州大學(xué)圣地亞哥分校開展V2G示范項目，以免費(fèi)班車服務(wù)為載體，在用電非高峰時段為校區(qū)內(nèi)學(xué)生及教職工提供交通便利，為校區(qū)提供電力供應(yīng)儲備。
面向建筑或家庭的能源生產(chǎn)消費(fèi)優(yōu)化，電動汽車的移動儲能屬性可作為小型備用電源，提供電動汽車到設(shè)備、電動汽車之間的移動充放電服務(wù)，隨時隨地充電。如英國政府資助的EFES項目面向建筑開展能源系統(tǒng)優(yōu)化，證明了搭建本地虛擬發(fā)電廠促進(jìn)能源網(wǎng)絡(luò)效益最大化，通過小型用電場景的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析提供定制化V2G解決方案。
3.技術(shù)障礙和市場活力限制項目盈利
當(dāng)前，V2G大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展仍存在多方面制約因素。電網(wǎng)系統(tǒng)方面，如何系統(tǒng)推進(jìn)配電網(wǎng)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)備的技術(shù)升級和增容改造，解決與平衡因電動汽車大規(guī)模高頻率無序充放電而帶來的高諧波電流和沖擊電壓影響，保障配電系統(tǒng)安全運(yùn)行和供電質(zhì)量，仍然是當(dāng)前推進(jìn)V2G的主要障礙。電動汽車和充電樁方面，由于充電設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)規(guī)模仍未成熟，V2G安裝成本相較單向充電設(shè)施更高，并且需要在接入電網(wǎng)性能測評、設(shè)備安裝等方面承擔(dān)額外費(fèi)用。參與用戶方面，高頻率充放電對電池造成的影響、電力市場準(zhǔn)入條件和商業(yè)模式等因素影響用戶側(cè)的參與積極性。
智能化、低碳化、商業(yè)化成發(fā)展方向
1.智能化：新興技術(shù)融合發(fā)展逐步深化
為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電動汽車接入和靈活調(diào)控負(fù)荷需求，需加快融合應(yīng)用“云大物移智”等新興技術(shù)。一是終端設(shè)備層面加快研究電動汽車、充放電樁、電網(wǎng)接入設(shè)備等多維耦合系統(tǒng)的銜接與匹配，開展動力電池關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)研究。二是平臺層面通過運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”，加快制定相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，聚合分散資源，實(shí)現(xiàn)平臺化運(yùn)營。三是場景應(yīng)用層面開展定制化場景技術(shù)研發(fā)，加快由單體技術(shù)試驗(yàn)向“車—樁—網(wǎng)”智能充放電模式演變。
2.低碳化：V2G助力能源低碳轉(zhuǎn)型
隨著綠色低碳政策在世界迅速推進(jìn)，各大汽車企業(yè)、電池廠商等加快電動汽車技術(shù)研發(fā)，帶動具有低碳、環(huán)保、清潔等屬性的電動汽車數(shù)量快速增長，V2G使太陽能、風(fēng)能等清潔能源大規(guī)模接入電網(wǎng)成為可能。如日產(chǎn)與通用電氣聯(lián)手研發(fā)V2G專用蓄電池，豐田與Nuvve公司合作推出V2G產(chǎn)品，在驗(yàn)證技術(shù)可行性的同時，通過商業(yè)化應(yīng)用逐步推動V2G成為交通領(lǐng)域碳中和的重要支撐。
3.商業(yè)化：多方利益共享機(jī)制逐步成熟
國際V2G項目積極推動電動汽車電能納入電力輔助服務(wù)市場參與結(jié)算，并通過鼓勵車主、充電運(yùn)營商等市場主體參與現(xiàn)貨電能量、需求側(cè)響應(yīng)、碳交易等市場的公開交易來獲取收益，多方利益共享機(jī)制逐步成熟。隨著多層次的統(tǒng)一電力市場體系逐步健全，電動汽車參與電力市場輔助服務(wù)的結(jié)算機(jī)制和管理制度將逐步明晰，多樣化收入來源的利益共享機(jī)制將逐步明朗，V2G在商業(yè)化應(yīng)用將愈發(fā)呈現(xiàn)資源潛力和經(jīng)濟(jì)效益。
(作者單位：南網(wǎng)能源院企業(yè)管理研究所)
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