電動汽車發展速度迅猛未來可期

 

中國電動汽車發展速度還是非常快的。今年年初國際可再生能源署對電動汽車、可再生能源的發展有一個國別之間差異的統計。中國電動汽車產銷量目前處于領先的位置，去年乘用車來講中國的銷售達到35萬，遠遠高于第二位美國的。

 

中國汽車工程學會也對所有電動汽車的產銷量都有了一個統計，到2016年中國全部電動汽車的產銷量已經超過了50萬輛，其中純電動占比較大的比例，跟其他國家有一些差異。今年上半年來講，中國電動汽車整個銷量大約20萬輛左右，增速還是呈現比較放緩的趨勢。充電基礎設施來看，如果按80%的車和私人樁的比例來測算，大約接近100萬個家用充電樁，公用充電樁剛剛主持人介紹到差不多有16萬、17萬左右，可以說無論車還是充電基礎設施來講，中國的發展還是非常迅速的。

 

就未來來看，我們也有很多研究機構對未來的電動汽車充電，包括車輛本身未來發展的趨勢有一些判斷、一些預測。比如說澎博新能源財經，包括美國的一些實驗室，都對電動汽車在內的各類電動汽車的數量、市場占比都有一些預測。

 

 

就這張圖來看，彭博新能源和阿貢能源實驗室他們看好的還是電動汽車技術，右邊這張圖里面，美國國家可再生能源實驗室更加看好的還是插電式混合動力汽車和燃料混合動力汽車。

 

下面這張圖是國際能源署的預測，三種情形預測2030年全球汽車保有量，中間這張圖預測電動汽車總量達到1億輛，這樣的預測跟中國目前國內的研究機構包括政府部門的判斷來講，這種預測就可能是偏保守的預測了。

 

 

電動汽車發展對于電網的價值

 

電動汽車大規模發展之后，對整個電力系統會帶來怎樣的價值？我們認為其核心價值提升電力系統的靈活性。

 

在傳統電力系統模型的方式，電動汽車在其中其實起到兩種方面的角色，一方面，可以作為一種負荷側新生的用電需求。電動汽車是一種靈活的用電負荷，他的充電時間是可以隨著我們系統的需求來進行調節的，因此它是可以來提升系統的靈活性。另一方面，電動汽車也是分布式的儲能資源，很可能成為新生的替代傳統儲能技術的一種新的儲能方式。

 

從這兩個角度來講，電動汽車是有很大的潛力來提升整個電力系統的靈活性。最終，系統靈活性一旦提升之后，發電側就會有更多的清潔能源的消納能力，電動汽車的用電就有風能、太陽能等波動的能源。中國目前大規模發展汽車仍然存在環境方面爭議的。

 

四大因素影響電動汽車與電網互動

 

電動車與電力系統的互動的方式主要包括四類影響因素，包括規模即電動汽車本身的數量規模、動力電池技術（主要體現在進步之后也會直接影響到儲能的能力）、還有不同電動汽車與電網互動的模式（包括充放電、有序充電，或者退役電池做儲能的方式）以及最后一種就是布局（因為電動汽車不同的電力分布也會影響到它與系統互動的效果。）

 

首先是車輛數的情況。我們這里采用的一個總量的數據是中國汽車工程學會做的《節能與新能源汽車發展路線圖》，他預測2030年全國電動汽車總的保有量達到8千萬輛以上，我們就此對這個總量進行了拆分，左邊這張表里面不同的車型后面的百分比就是我們認為它到2030年之后電動汽車技術在這類車型中的滲透率情況。右邊這張圖是我們對2030年之前各類電動汽車車型數量規模的預測，到2030年仍然是電動乘用車的保有量是明顯占據絕對的主體。

 

 

我們也對2030年電動汽車儲能規模進行了判斷，如果我們直接以功率來衡量儲能的能力，我們認為8千萬輛電動汽車所能帶來的理論的儲能規模大約就是7.3億千瓦，就是說電動汽車的裝機規模功率來講可以起到非常好的對大規模新能源消納的促進作用。另外7.3億千瓦，到去年為止全國的抽水蓄能裝機大概2500萬千瓦左右，就是說電動汽車的數量規模差不多就是目前全國抽水蓄能規模的接近30倍。

 

從電量角度來講，我們仍然是以2030年20億千瓦的風電光伏的裝機來看，它日均發電量大約就是接近100億千瓦時，我們假設把所有的這部分電存到電動汽車8千萬輛里面，電動汽車所帶來的理論的觸電能力大約就是55億千瓦時，從這點對比來看，電動汽車是非常合適來實現系統因為新能源介入變大以后所產能的日內小時級的調峰的需求。

 

第二，動力電池技術的進步。國內外很多的研究機構對此有很多的判斷。技術路線大致是相似的，動力電池的技術仍然是采用鋰電池技術，從目前的三元材料的鋰電池逐步過渡到到高碳材料等等。包括鋰硫、鋰空氣都是這樣的情況，這是各個研究機構總的判斷的總結。

 

第三，電動汽車與電網模式及互動的效果。這是一個宏觀的總體的分析，實際的互動效果還取決于電動汽車本身用戶是否能夠跟隨電網的調度指令以及是否有這個積極性響應，因此我們具體分析中還是針對一個案例，就是京津塘案例做了一個具體的案例分析，包括三種電動汽車的互動模式，有序充電，單純的一種充電的引導的方式，改變它的充電時間。第二類，電池的梯次利用，退役之后電池還是存在很大的儲能效果，同時可以實現充電和放電雙向的調節能力。最后就是V2G，實際上是有序充電和電池梯次利用的結合，比如它的充電需求和放電的量實際上之差就是車輛滿足道路出行用能的需求。結合這三方面的協同分析之后，我們還是采用了電動汽車這樣的互動模型，REEV模型，來看互動效果。

 

以下就是針對這個案例，京津塘地區2030年的一些假設，包括各類機組的占比容量的情況，它的一些技術參數等。我們直接看一下結果（下圖），這里對比的是兩種情況，左邊是電動汽車無序充電，右邊是有序充電的情況。在無序充電下，凌晨和午間都會有非常明顯的棄風和棄光的壓力，電動汽車起到的作用就是將搬來的充電負荷高峰傍晚時段，挪到了凌晨時段，起到了削峰填谷的作用。這樣轉移之后直接帶來一個效果，系統原始負荷的高峰傍晚時段的高峰得到削減，使得火電處理得到明顯下降，由于火電有最低處理的限制，一旦高峰時段處理下降之后，全天時段都會有下降，從而給凌晨和午間留下了更多的發電空間，就減少了棄風和棄光。

 

 

這張圖是我們對不同充電基礎設施情景下對電動汽車系統價值的分析，左邊這張圖是以有序充電來看，電動汽車減少棄風棄光的效果，藍色和紅色部分分別是棄風棄光一天之內波動的情況，電動汽車采取有序充電之后，就把更多的傍晚時間充電負荷轉移到了凌晨，更多的幫助和消納凌晨時段可能棄掉的峰電。右邊這張圖釋放了白天充電的時間，因為左邊這這張圖并沒有對白天公共地點的充電沒有設置很大的空間，右邊這張圖假設充電基礎設施不受限制，用戶可以自由在白天不同的充電基礎設施選擇他的充電地點之后，右邊這張圖可以更明顯的看到，在左邊這張圖基礎上有更多的傍晚時段的充電負荷轉移到了日間時段，就是說幫助消納了白天午間時段太陽能發電的效果。

 

電動汽車對于電網的經濟價值

 

剛才說的就是電動汽車與電網的互動潛力，下面來分析對整個電力系統帶來的經濟價值到底有多大，其實電動汽車可以為整個系統發輸配各個環節產生不同的價值。

 

經濟性分析過程中比較重要的因素就是電池成本的判斷，這邊實際上也有很多的研究機構對以往的鋰電池的成本下降的速度，以及未來進一步成本下降的空間進行了一些預測，但我們最后還是選擇了國內的也是“節能與新能源汽車路線圖”里邊的判斷，到2030年動力電池的系統成本每千瓦時要降低到9000億元，我們對退役電池也是有樂觀的估計，到2030年成本是新購買電池的一半，V2G的成本相對高一些，有序充電來講沒有一個充放電對電池壽命的著孫，因此它的成本相對是比較低的。

 

結合剛才的假設之后我們得到了各類技術的成本效率分析的結果，我們這里一般是四類技術，左邊是有序充電，右邊是電池，這個是V2G，我們衡量的標準是每千瓦時資源每年給系統帶來的綜合價值。

 

 

橫向對比來講，顯然是電池價值更高，主要的原因，鋰電池放到車體內充放電自由度都會下降，這個價值就會有所降低。數量級來講，各類技術每年產生的價值是80—350元的水平，差距還是很大的，價值結構來講，各類技術的結構也是比較相似的，基本上容量價值高于能量價值，能量價值主要是減少發電和輸配電基礎設施的成本，容量價值包括減少火電機組的能量包括減少風電棄電的價值。成本來講，有序充電成本非常低，大約10元/年，其他電池來講可以達到120元/年的成本。

 

現在問題是，我們每類技術的成本和價值的差異都很大，所以我們很難直接的來對比哪類基礎經濟性最好，所以我們直觀的采用了一個價值成本比的方式，就是說如果要用價值成本比更高性價比就比較高，從上邊這張圖可以看到，有序充電雖然價值規模比較小，由于成本非常低，所以綜合來看經濟性還是非常好的。

 

 

但是我們在最左邊這個部分，這四個柱狀圖里邊，我們包括了電動汽車也好、儲能也好，各類價值的總和，實際上我們知道，其實對比容量價值、能量價值的時候，容量價值是存在不確定性的，特別是中國目前是存在發電容量供大與求這樣的局面，所以到2030年之前是否還是這樣的情況存在一定的不確定性，因此我們在最右邊這個圖里邊也是對單純的發電能量價值進行對比，如果我們完全不考慮容量價值之后，單純考慮發電側，就是新能源發電廠和火電廠它的這部分獲取的價值之后，電動汽車的價值，有序充電還是比較高的水平，其他的各類技術經濟性就非常低了，是低于1的。

 

我們新能源發展的速度比較低，以及新能源發展速度比較高之后，電動汽車所產生的價值差異。當然新能源如果占比比較低的話，系統的容量價值的規律還是比較規律的，基本上冬季和夏季夜間的情況，我們主要看到的是像傳統的需求響應資源應用價值可能更低一些，因為更多的還是幫助應對每天規律出現的一些容量不足或者削峰填谷的場景，右邊是出內或者長時間并網的資源，應用價值更高一些。

 

電動汽車充電電價應引進更多分時電價

 

 

這張圖就是各個利益相關方買單關系的梳理，包括用戶、可再生能源發電商、火電發電商、電網公司等等，電動汽車所產生的價值，分別可以通過減少棄風棄光來減少火電廠發電的燃料消耗，包括減少電網公司線損等等，分別被不同的利益主體獲取。

 

在這樣一個利益分配的過程中，我們認為實際上充電價格是一個非常重要的因素，因為直接決定了電動汽車的價值在不同利益主體之間的分配，因此我們也看了國外的一些案例，比如說在美國，美國的圣地亞哥和波特蘭都對電動汽車這邊專門的充電價格的政策。

 

在國內目前政府是鼓勵電動汽車執行分時電價、峰谷電價的，實際操作過程中可能更多的電動汽車還是采用電一價格的操作模式，我們認為還是應該進一步的落實分時電價的政策，畢竟相比于其他的一些用電用戶來講，電動汽車不論從軟件、硬件來講完全可以實現分時電價的劑量。

 

我們應該適時考慮引入一些更多時段的分時電價的政策。一方面，新能源接入規模越來越大，系統的波動也會越來越頻繁，因此波時段的分時電價，能夠反映不同時段的價值情況，另外一方面，對于電動汽車也好、對于電池也好，更多時段價格的曲線能夠幫助這些技術能夠更多的充放電服務實現套利，降低他們比較高的投資成本的障礙。最后一個就是放電價格，目前來講放電可能還是存在電池的成本以及配電側的升級以及像一些體制機制的問題，實際上我們認為隨著電動汽車的數量不斷的擴大，特別是電池成本的下降空間還是非常大的，我們認為放電價格的政策也應該適時的考慮。考慮到電動汽車是分散式的、分布式的資源，而且并網點往往電壓等級也是比較低的，反向輸電的過程也不涉及到不同臺區之間電力的傳輸，因此我們考慮是否可以直接采用分時用電價格，來執行他的放電價格。

 

最后，未來如果我們形成了競爭性的電力市場，可能充放電服務商就會起到非常重要的角色，來幫助聯系電動汽車，分散電動汽車用戶充電行為，當然也可以與新能源發電廠簽訂一些雙邊的合同，直接使得波動的可再生能源與靈活的電力負荷進行銜接。

 

最后是一個結論的總結，我們認為8千萬輛電動汽車到2030年能帶來的理論儲能規模是7億千瓦和55億千瓦時，是完全能夠實現新能源規模提升以后系統所需的日內調峰的需求，我們的案例里面是800萬輛電動汽車在京津塘地區每年能產生的能量價值，單純考慮能量價值大約就是57—170億元，當然不同技術價值是有所差異的，進一步考慮成本之后電池成本是比較高的，綜合考慮成本之后有序充電目前還是性價比最高的一種技術選擇。最后我們認為充放電價格設計是非常重要的因素，不同的利益相關方之間的價值歸屬。

 

不同時期電動汽車理論的儲能潛力，到2030年儲能規模是非常巨大的，730GW和5500GW時，要實現這樣的理論潛力，不同車型有不同的與電網互動的戰略選擇，當然要想促進這樣一個互動依舊需要一些政策上的支持。