汽车“反哺”电网?储能赛道还藏着这样一位隐形“选手”,车网互动双面受益

能源有料汇 2022-08-19

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4145 字丨阅读本文需 10 分钟

开展车网互动的重要原因,是其可以对电网需求曲线进行削峰填谷,减小负荷需求功率。

“电动车的电池动力系统本质上就是一套储能系统。”清华大学教授欧阳明高如是说。

车网互动技术(V2G其实就是Vehicle to Grid),指的是当电网负荷低时为电动车充电,当电网负荷高时由电动车向电网放电,对电网进行削峰填谷。

当电动车处于停放状态,其电池将成为待开发的配电网“充电宝”,把海量的“充电宝”通过物联网技术连接到智能聚合平台,形成一个虚拟大负荷,在用电低谷时给电动车充电,在用电高峰时电动车给电网放电。

开展车网互动的重要原因,是其可以对电网需求曲线进行削峰填谷,减小负荷需求功率。当电动车处于停放状态,其电池将成为待开发的配电网“充电宝”,把海量的“充电宝”通过物联网技术连接到智能聚合平台,形成一个虚拟大负荷。

这个虚拟大负荷又可以通过能源互联网以及人工智能技术进行优化调控,在用电低谷时给电动车充电,在用电高峰时电动车给电网放电,并且进一步与未来新能源发电特性匹配,减小电网增容压力。

风光电背后藏着万亿级市场

在7月14日举行的媒体吹风会上,国家发改委相关负责人表示,围绕能源安全稳定供应,以及能源迎峰度夏保障,要加快推进可再生能源发展,促进风电、太阳能发电“多发满发、能用尽用”,大力推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设。目前第一批项目已开工超过9500万千瓦。

事实上,我国风电并网装机容量、光伏发电并网装机容量均已突破3亿千瓦大关,连续多年位居全球首位。

不过,有着绿色低碳优点的风电、光伏发电却要“靠天吃饭”,存在各时间段供需不平衡、区域不平衡的问题,容易引起电网波动,甚至导致停电事故。

因此,有分析认为,要推广风电光伏可持续发展,核心问题就是打通储能环节。目前常见的储能方式有抽水蓄能、压缩空气等物理式储能,以及使用电池的电化学储能。

其中,随着中国新能源汽车近年来加速普及,电池产业规模越来越大,电化学储能的应用范围和场景也不断扩大。更重要的是,电储能项目还能与轨道交通、电动汽车、智能电网等产业融合发展。

此前,不少车企和电池厂商表示,希望退役的动力电池可以用于电储能环节,从而形成产业链闭环。但全球多次发生的爆炸和火灾事故,让锂电池储能安全亮起“红灯”,为整个行业敲响了警钟。

“该文件可能会影响接下来新能源汽车动力电池技术的研发方向。”马军告诉记者,提升电化学储能电站的安全性,防止出现火灾事故,可能是上述《征求意见稿》提出详细要求的出发点。

他表示,这份《征求意见稿》并未完全禁止梯次利用动力电池做电储能,因此相关企业要想尽一切办法,确保安全、高效地梯次利用退役动力电池。同时,在一些规模较小的小型储能电站,从新能源汽车上退役下来的电池也能当好“配角”。

有统计数据显示,2021年全国锂离子电池产量达到324GWh,同比增长106%,其中储能型锂电产量分别为32GWh,同比增长146%。

浙江大学国际联合商学院数字经济与金融创新研究中心联席主任、研究员盘和林直言,将退役的动力电池回收用在储能电站确实可以降低成本,但选择电储能技术路线时,应该以安全作为最高标准。

“近年来,我国新能源汽车销量猛增,为完善新型电力系统、平衡电网供需关系带来了新课题。”盘和林分析称,电动汽车也可以被视为一种特殊的储能终端,成为电储能的有益补充,把车变成电网的“充电宝”。

“比方说,用户可以在夜间用电低谷时给电动汽车充电;而在用电高峰时,让电动汽车给电网放电。而在偏远地区,电动汽车还能与光伏发电、风电和储能电站有机结合,形成一个小型能源网络。”他举例说。

东吴证券分析称,在“碳达峰、碳中和”的背景下,储能市场的增长确定性较高,预计2025年新增储能需求将达到163GW/511GWh,储能市场空间超过6000亿,长期来看有望达到万亿级市场。

发展机遇几何

车网互动被欧阳明高称作是一种规模大、成本低、安全性高的分布式储能技术,被认为是新型智慧电力系统的重要组成部分。业界人士分析,它的发展机遇主要来自于以下几个方面的推动:

第一,得益于全国电动化趋势加快,技术不断突破。据高工智能汽车数据显示,2022年1-6月,全国新能源汽车搭载量已超过208 万辆,占汽车总量的18%,其中纯电动汽车搭载量超163万辆,占新能源汽车总量的78%。

业界人士表示,用户可以在夜间用电低谷时给电动汽车充电;而在用电高峰时,让电动汽车给电网放电。而在偏远地区,电动汽车还能与光伏发电、风电和储能电站有机结合,形成一个小型能源网络。

随着中国新能源汽车近年来加速普及,电池产业规模越来越大,电化学储能的应用范围和场景也不断扩大。更为重要的是,多家主要车企正推出具备双向充电能力的新能源汽车,可将电力输送回家庭和电网。未来,电储能项目还能与轨道交通、电动汽车、智能电网等产业融合发展。

第二,储能巨大缺口催生更大机遇。随着“双碳”的有序推进,风电光伏新能源增长迅猛,新型电力系统建设持续加速,储能缺口越来越大,而电动汽车循环寿命并没有在行驶生命中得到全部利用。

据了解,当前我国家用电动汽车行驶大约在15—20万公里,动力电池循环约600次。而根据国内主流电动汽车主机厂、电池厂的调研数据,伴随锂电池技术竞速加快,三元电池的电动汽车,循环寿命约1500次,铁锂电池可以超3000次。

但几乎有一半以上的循环寿命被浪费,电池价值得不到充分利用。这样意味着车辆拥有者为冗余的电池循环寿命多支付了150%至400%的费用,造成购车成本偏高。从循环寿命上看,超过50%的循环寿命被浪费。这也是为车网互动形成储能电站提供有利条件。

第三,电动汽车的电池容量在不断增加。目前市场在售车型电池容量多在50kWh至80kWh之间。以特斯拉Model X 90D为例,其载电量已经达到100kWh,未来汽车的载电量将会继续增加。以现有水平计算,20辆90D的储能潜力已经可以与一个中等规模的用户侧储能电站相当。

电动汽车可以被视为一种特殊的储能终端,成为电储能的有益补充,把车变成电网的“充电宝”。

商业化前景几何?

随着电动车数量增加和市场机制的完善,其商业化可实施性正在不断优化。据悉,欧盟、美国、日本等国家和地区已开展百个以上车网互动项目。在我国,车网互动技术和市场发展还处于起步阶段。

近日,国网福州供电公司和国网电动汽车服务(福建)有限公司通力协作,应用国网智慧车联网平台-负荷聚合运营系统参与电网迎峰度夏电力保供工作,在福建省内首次成功实现对电动汽车充电站的远程精准调控,顺利完成了电动汽车用户参与削峰响应试点工作,验证了应用经济调节手段和技术调节手段,利用充电负荷实现削峰填谷的可行性和效果。

参与此次车网互动的是位于福州仓山区的三座公共充电站,拥有充电桩18个,设备容量合计1890千瓦,单桩输出功率可达99千瓦,是目前仓山区西部用电负荷中心使用频率最高的三座充电站。响应开始前,工作人员预先在国网智慧车联网平台上设置调控时间、服务费等控制策略,将控制参数下发至参与车网互动的充电站,并提前发布公告温馨提醒广大车友在试点期间错峰充电,合理规划充电时间。响应过程中,负荷聚合运营系统可全时段监测和统计充电站负荷数据。经统计,试点第一天,三座充电站充电功率从960千瓦下降至487千瓦,压降的充电功率大致相当于64户居民家庭用户负荷,实现了在电网负荷高峰时段电动汽车与电网互动的迅速调节,同时也保证了居民生活用电负荷。

与此同时,国网福州供电公司在全省最大的公交充电站之一,仓山浦上公交充电站开展了电动汽车充电站参与需求响应的实操演练。通过车联网平台负荷聚合运营系统的智能调控,按照压降30%的负荷和负荷上限控制在635千瓦,两种不同的控制策略,调节充电功率半个小时,实现响应1088千瓦时,验证了公交充电场景参与需求响应的响应能力。

尽管上述例子仍不能完全体现车网互动的盈利性。

但业界人士分析,车网互动主要来自两点:第一是峰谷差价套利,可从最简单的分时电价套利方式中降低充电费用,还可以夜间谷电价时在居民区或附近工商业区的充电站充电,白天峰电价在工商业区充电站向电网放电。可对用户和运营商双方均带来收益。

其二就是电力辅助服务,通过运营平台聚合电动汽车负荷资源,响应各类虚拟电厂平台的调控需求,实现电动汽车参与各种电力辅助服务。可提供电力市场辅助服务包括:调频、调峰、无功调节、谐波补偿和备用电源等。

《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》曾明确提出,推动新能源汽车从单纯交通工具向移动智能终端、储能单元和数字空间转变,带动能源、交通、信息通信基础设施改造升级。同时,要促进新能源汽车与可再生能源高效协同,鼓励“分布式光伏发电-储能系统-充放电”多功能综合一体站建设,加强新能源汽车与电网的能量互动。

尽管目前管理体制下,针对充电设施参与电力市场辅助服务,还没有可供参考的成熟商业模式,电网和运营商之间暂未形成明确的结算机制,但随着相关市场管理制度的完善,电动汽车所蕴含的巨大资源潜力必定将通过车网互动释放出来。

未来,伴随统一电力市场体系的健全和车网互动V2X的基础设施建设,车网互动或将逐步发挥出其巨大的潜力。

如何迈过成本、安全两大关卡

“我国的风电、光伏技术已经比较成熟,核心问题在于储能环节。”在中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高看来,目前电化学储能还有两大痛点:一是成本仍然较高;二是电池起火事故时有发生,对电储能安全必须严阵以待。

记者了解到,目前光伏发电成本大多已下降至0.15元-0.35元/千瓦时,但电化学储能每度电成本却超过0.5元,造成“储能比发电贵”的局面,影响了可再生能源的经济效益,也不利于加快推进能源结构转型。

更重要的是,随着各地大型风电光伏基地建设的有序推进,电储能项目的安全性得到了更多关注。

记者注意到,在《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》中,“安全”二字被多次提及。同时,考虑电化学储能电站快速增长及几起严重的火灾教训,该文件特别增加了“防止电化学储能电站火灾事故”一节。针对锂离子电池设备间如何设置位置、电池容量、防爆型通风系统、火灾自动报警系统等安全细节,该文件均作出了详细规定。

根据此前国家发改委、国家能源局联合发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》规划,到2025年,我国要实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变;到2030年,要实现新型储能全面市场化发展。

有预测称,我国电池产能规模在2025年可能达到30亿千瓦时,其中百分之七八十会用于国内市场,而电储能大约只需要3亿千瓦时。同时,电池的成本还会不断下降,使用寿命也会不断提升。这意味着,单次电储能成本还有极大的降低空间。

有分析人士表示,考虑到集中式储能电站的电池规模较大,一般都在1万度电以上,必须要有更好的技术水平、更完善的技术体系来保障储能安全。

新能源与智能网联汽车独立研究者曹广平认为,目前市面上大多数新能源汽车的动力电池还不能完全满足用户的需求,谈论“新能源汽车与电网系统实现双向互动”为时尚早。

“例如在寒冷环境下续航里程衰减、出行高峰期充电桩一桩难求等痛点,还没有彻底解决,因此要把新能源汽车升级成为储能终端,首先还需要继续大幅度提高动力电池的技术水平。”他总结说。

文章来源:海峡网,中国青年报,电动知未来

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