蔡文璇 郭鈞益 郭學敏 彭瑋麟 羅煉鐸
當今世界，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命加速演變，碳中和、碳達峰目標的推進要求汽車產(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行的消費者和生產(chǎn)者。當前，國內(nèi)V2G發(fā)展尚處于摸索階段，而國際已做出先進探索和實踐，值得參考借鑒。
國際V2G項目整體處于試驗驗證階段
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在參與電力負荷削峰填谷、電力需求側(cè)響應、調(diào)頻輔助服務、應對能源電力應急事件等應用場景都具備經(jīng)濟可行性，并在市場化運作層面做出有益探索和實踐。
1.頭部廠商聚集效應初步顯現(xiàn)
V2G整體分為車輛制造、雙向充放電設施制造、設備集成部署、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，雙向充放電設施制造環(huán)節(jié)由麥林能源(MAGNUMPOWER)主導了其中37.2%的項目;設備集成部署方面，綠色能源技術(shù)公司(Nuvve)則主導了39.5%的項目。
2.項目商業(yè)化運營初見苗頭
項目應用層面，在96項標注了使用性質(zhì)的V2G項目中，共有56項處于試驗驗證階段，占比58.3%;共有26個項目處于不同程度的商業(yè)化運營階段，其中有8項已進入完全商業(yè)化運營。研究發(fā)現(xiàn)，大部分商業(yè)化運營項目均依托于V2G信息平臺，連接電網(wǎng)側(cè)供電設備、用電側(cè)電動汽車運行終端等，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)化應用
為應對全球氣候變化和經(jīng)濟下行沖擊，減少碳排放、穩(wěn)定經(jīng)濟已成為國際能源經(jīng)濟領域的普遍做法。全球多個國家和地區(qū)相繼發(fā)布能源領域相關(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，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年力爭交通領域碳排放在2020年基礎上減少90%。歐盟向140個重點交通項目注入22億歐元，用于能源交通領域技術(shù)研發(fā)和推廣應用。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域新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極搶占新一輪經(jīng)濟和發(fā)展制高點。如英國對70英里無排放車輛提供高額補貼和返款。日本設立清潔能源汽車補助金和燃料電池汽車補助金，通過高額補貼支持一批V2G項目。美國通過向消費者提供經(jīng)濟補貼和稅收減免，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)出差異化服務特點
在政策支持下，基于服務對象的不同衍生出三類V2G商業(yè)化服務：
服務區(qū)域建成具有平衡性經(jīng)濟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、參與能源批發(fā)市場、區(qū)域達成二氧化碳排放量指標要求、參與區(qū)域能源綜合計劃、支撐區(qū)域輸電運營等，要求V2G在技術(shù)層面能夠快速激活實現(xiàn)雙向充放電，服務收益包括技術(shù)服務費、節(jié)能費用、政府補貼等。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)域能源電力輸電運營。
支撐社區(qū)建設分布式電網(wǎng)和新能源基礎設施，包括參與削峰填谷，緩解社區(qū)內(nèi)變壓器、線路和配電設施的負荷過載問題，避免區(qū)域性能源供應應急事故;促進能源雙邊交易，提供點對點的能源零售交易，提升本地能源生產(chǎn)與消費效益最大化。如Nuvve在美國加州大學圣地亞哥分校開展V2G示范項目，以免費班車服務為載體，在用電非高峰時段為校區(qū)內(nèi)學生及教職工提供交通便利，為校區(qū)提供電力供應儲備。
面向建筑或家庭的能源生產(chǎn)消費優(yōu)化，電動汽車的移動儲能屬性可作為小型備用電源，提供電動汽車到設備、電動汽車之間的移動充放電服務，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)電廠促進能源網(wǎng)絡效益最大化，通過小型用電場景的技術(shù)經(jīng)濟分析提供定制化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)推進配電網(wǎng)現(xiàn)有基礎設備的技術(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)安全運行和供電質(zhì)量，仍然是當前推進V2G的主要障礙。電動汽車和充電樁方面，由于充電設施技術(shù)標準和生產(chǎn)規(guī)模仍未成熟，V2G安裝成本相較單向充電設施更高，并且需要在接入電網(wǎng)性能測評、設備安裝等方面承擔額外費用。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
為實現(xiàn)大規(guī)模電動汽車接入和靈活調(diào)控負荷需求，需加快融合應用“云大物移智”等新興技術(shù)。一是終端設備層面加快研究電動汽車、充放電樁、電網(wǎng)接入設備等多維耦合系統(tǒng)的銜接與匹配，開展動力電池關(guān)鍵設備技術(shù)研究。二是平臺層面通過運用數(shù)字化技術(shù)實施“互聯(lián)網(wǎng)+”，加快制定相關(guān)行業(yè)技術(shù)標準，聚合分散資源，實現(xiàn)平臺化運營。三是場景應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，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，在驗證技術(shù)可行性的同時，通過商業(yè)化應用逐步推動V2G成為交通領域碳中和的重要支撐。
3.商業(yè)化：多方利益共享機制逐步成熟
國際V2G項目積極推動電動汽車電能納入電力輔助服務市場參與結(jié)算，并通過鼓勵車主、充電運營商等市場主體參與現(xiàn)貨電能量、需求側(cè)響應、碳交易等市場的公開交易來獲取收益，多方利益共享機制逐步成熟。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的結(jié)算機制和管理制度將逐步明晰，多樣化收入來源的利益共享機制將逐步明朗，V2G在商業(yè)化應用將愈發(fā)呈現(xiàn)資源潛力和經(jīng)濟效益。
(作者單位：南網(wǎng)能源院企業(yè)管理研究所)
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