當(dāng)路上行駛的電動汽車停下來時(shí)，這些連在電網(wǎng)上的電池，便化身一個(gè)個(gè)蓄水池，擔(dān)負(fù)起電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的功能，用以解決因光電和風(fēng)電上網(wǎng)而帶來的電力供應(yīng)的間歇性和波動性。這不是科幻，而是迎面撲來的現(xiàn)實(shí)世界。
席卷歐美的實(shí)驗(yàn)
V2G是Vehicle-to-grid（車輛到電網(wǎng)）的縮寫，V2G技術(shù)的核心在于電動汽車與電網(wǎng)的互動關(guān)系：當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過高時(shí)，由電動汽車用自身電池存儲的能源向電網(wǎng)饋電；而當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過低時(shí)，電動汽車來存儲電網(wǎng)過剩的發(fā)電量，避免造成浪費(fèi)。
這樣，電網(wǎng)將有機(jī)會決定電動汽車的充放電時(shí)間，同時(shí)應(yīng)對用電高峰造成的沖擊。中國工程院黃其勵(lì)院士將其概括為“車網(wǎng)雙向充電”，將主導(dǎo)未來的車網(wǎng)關(guān)系。
目前，美國和歐洲對V2G技術(shù)頗為重視，配套政策支持力度也很大。其中，美國有關(guān)政策啟動時(shí)間最早。
2012年，美國特拉華大學(xué)就進(jìn)行試點(diǎn)項(xiàng)目，評估在V2G技術(shù)條件下，電動汽車向PJM公司的電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)，以減輕可再生電力固有間斷性的潛力，提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2014年，美國洛杉磯空軍基地V2G示范項(xiàng)目，有32輛電動和插混動力汽車參與，包括日產(chǎn)聆風(fēng)、福特F系列皮卡、VIA Motors公司的VTRUX貨車。
2016年11月，聯(lián)邦能源管理委員會（FERC）提出修改法規(guī)，推動儲能與分布式能源集成商（DER）進(jìn)入電力市場。2020年，特斯拉公司已經(jīng)在Model 3與Model Y車型上添加雙向智能充電技術(shù)。
2016年，歐盟啟動SEEV4-City長期試點(diǎn)計(jì)劃，撥款500萬歐元，支持5個(gè)國家6個(gè)項(xiàng)目（英國、荷蘭、挪威、比利時(shí)等），探索通過V2G技術(shù)幫助電網(wǎng)容納更多新能源與新能源汽車。2016年，丹麥“Parker”項(xiàng)目是世界上首個(gè)完全商業(yè)化運(yùn)行的V2G項(xiàng)目，通過V2G技術(shù)為電網(wǎng)提供頻率和電壓控制等輔助服務(wù)。
2018年，英國政府宣布VIGIL計(jì)劃，撥款約3000萬英鎊支持21個(gè)V2G項(xiàng)目，測試相關(guān)的技術(shù)研發(fā)成果，同時(shí)也為該類技術(shù)尋找市場。
2019年雷諾集團(tuán)官方宣布在歐洲推出15輛ZOE組成的車隊(duì)，展開V2G試點(diǎn)項(xiàng)目。2020年4月，德國嘗試消納風(fēng)力發(fā)電的V2G試點(diǎn)項(xiàng)目正式完成。德國電網(wǎng)采用智能再分配措施，提升了北部風(fēng)力資源的消納，降低了南部常規(guī)能源的消耗。
2020年6月，菲亞特克萊斯勒（FCA）公司，在意大利米拉菲奧開展全球最大V2G試點(diǎn)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)到2021年底能夠建成容納超過700輛電動汽車，監(jiān)管容量達(dá)到25MW的V2G設(shè)施，旨在實(shí)現(xiàn)純電動汽車與電網(wǎng)的雙向交流，并為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。從這些試點(diǎn)探索看來，車網(wǎng)雙向充電在一些國家與地區(qū)商業(yè)化，正在路上。
利益相關(guān)方的考量
電網(wǎng)鐘情V2G主要有兩個(gè)原因。
首先，新能源電力的消納壓力，要求電網(wǎng)革命性地提升調(diào)峰調(diào)頻的能力；其次，電化學(xué)儲能，在調(diào)峰調(diào)頻上有著無可比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)調(diào)峰方式的響應(yīng)速度以秒為計(jì)量單位，而V2G調(diào)峰的響應(yīng)速度能夠達(dá)到毫秒級，能夠針對用電需求更快地做出反應(yīng)，從而更高效地進(jìn)行調(diào)峰工作。
電動汽車的保有量在中國逐漸上升，根據(jù)《電動汽車與電網(wǎng)互動的商業(yè)前景—上海市需求響應(yīng)試點(diǎn)案例》，截止至2019年年底，全中國新能源汽車保有量達(dá)到381萬輛，其中純電動車保有量達(dá)310萬輛。
單個(gè)電動汽車相當(dāng)于一種移動分布式、卻未被高效利用的儲能電池。電動汽車的電池能夠提供相當(dāng)可觀的儲能容量，市面上一般電動汽車的儲能容量基本超過50千瓦時(shí)。
據(jù)測算，京津唐電網(wǎng)供區(qū)內(nèi)約有40萬輛電動汽車，若通過V2G方式實(shí)現(xiàn)有序車網(wǎng)互動，可提供180萬千瓦時(shí)可移動的優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)資源，超過2019年底電化學(xué)儲能裝機(jī)總量。另據(jù)國家信息中心預(yù)測，截止至2030年，中國新能源汽車保有量將突破一億。屆時(shí)，新能源汽車將擁有5000GWh的儲能規(guī)模，相當(dāng)于4倍的全國抽水蓄能資源潛力。
與傳統(tǒng)儲能項(xiàng)目相比，V2G具有成本相對較低、接入節(jié)點(diǎn)靈活的特點(diǎn)，且不受建設(shè)成本與場地的約束。在進(jìn)行調(diào)峰方面，只需進(jìn)行管理上的調(diào)控，無需增添大量的調(diào)峰儲能設(shè)施。唯一需要用戶，要保證在停放時(shí)間之中保持與電網(wǎng)的互聯(lián)。
此外，V2G技術(shù)還可以起到應(yīng)急備用與電壓支持的輔助服務(wù)。在一年的時(shí)間長度內(nèi)，電網(wǎng)需要“備用”服務(wù)的次數(shù)低于30次，每次低于15分鐘。如果建立獨(dú)立的儲電電站為此服務(wù)，應(yīng)用效率將會極低，V2G技術(shù)可以避免這一點(diǎn)。另外，飛快的響應(yīng)速度也使得V2G能夠參與調(diào)頻服務(wù)。
新能源汽車參與調(diào)峰輔助服務(wù)，具有較大市場潛力。以2018年廣州市展開的車網(wǎng)互動為例，如果開展有償調(diào)峰，電網(wǎng)每年可以累計(jì)消減100萬千瓦時(shí)供電量，電動汽車調(diào)峰收益預(yù)計(jì)可達(dá)300-500萬元。
如果開展電網(wǎng)填谷替代部分發(fā)電側(cè)的深度調(diào)峰，廣州市21萬輛電動汽車預(yù)計(jì)每年每月參與2-3次深度調(diào)峰，每次調(diào)峰功率5萬千瓦，按照2018年的虛擬電廠給出的補(bǔ)償價(jià)格結(jié)算，預(yù)計(jì)填谷年收益達(dá)150萬元-240萬元。
以此類推，全國當(dāng)前接近400萬輛電動汽車全部參與調(diào)峰服務(wù)，調(diào)峰年收益達(dá)1.6億元。隨著新能源車保有量進(jìn)一步上升，該方面對于車企的市場也將進(jìn)一步增長。汽車企業(yè)可為新能源汽車搭載V2G技術(shù)，與電網(wǎng)公司分割輔助服務(wù)的收成。
在用電低谷低價(jià)買電、在用電高峰期間高價(jià)賣電，車主還可以獲取較為客觀的收益。2019年，中國經(jīng)營性充電站峰谷價(jià)差一般為0.6元/度。黨政機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位等自行建設(shè)的充電樁收費(fèi)，則按照“一般工商業(yè)及其他”類用電價(jià)格。各省“一般工商業(yè)”峰谷價(jià)差自平均價(jià)差約為0.6729元/度，如果每輛車大約40度電量參與調(diào)峰，平均一天賺取27元，年收益增加近萬元。
事實(shí)上，在電動車保有量較高的北上廣城市群中，峰谷價(jià)差普遍達(dá)到或高于平均價(jià)格，一年將產(chǎn)生9855至13700元不等的收益，超過當(dāng)年新能源汽車保養(yǎng)費(fèi)用。同時(shí)由于使用低谷電力，充電價(jià)格也會比無序充電節(jié)省很多。
此外，V2G技術(shù)也被稱為“雙向智能充電技術(shù)”，這意味著它還能在電網(wǎng)斷電情況下直接為用電器提供電力。像在區(qū)域性斷電以及處于電網(wǎng)難以覆蓋的荒郊野外，電動汽車能夠成為緊急備用電源，提供最多70到80度電。
落地中國的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
從政策上看，國內(nèi)部分地區(qū)對參與電力輔助服務(wù)市場中設(shè)立了一些準(zhǔn)入門檻，比如需要保證4小時(shí)及以上的接入時(shí)長或10MW以上的充放電功率。這對私人電動汽車以及充電站而言都是極難實(shí)現(xiàn)的長時(shí)間、高功率的充放電形式。
我國現(xiàn)階段的電力輔助市場，缺乏對分散性用戶側(cè)資源準(zhǔn)入的相關(guān)政策。國內(nèi)對此也積極探索，在2018年廣州案例中，南方電網(wǎng)采取下放準(zhǔn)入門檻的措施；在2019年上海案例中，未設(shè)置任何準(zhǔn)入門檻，也未設(shè)立任何響應(yīng)量門檻，對所有被認(rèn)為是有效的響應(yīng)量提供補(bǔ)償。但V2G參與電力市場的準(zhǔn)入條件仍需被進(jìn)一步明確以保證企業(yè)以及個(gè)人的進(jìn)一步參與。
當(dāng)前，V2G盈利方式在中國局限于峰谷價(jià)差套利，而峰谷價(jià)差在我國始終保持較低水準(zhǔn)，極不穩(wěn)定，需要等待政府明確。在部分西方發(fā)達(dá)國家，電動汽車能夠參與綠電交易、需求響應(yīng)、電網(wǎng)輔助服務(wù)，并成功確立分布式交易、需求響應(yīng)、虛擬電廠機(jī)制等，所獲利潤將大大超過峰谷價(jià)差，對企業(yè)與用戶將有更大激勵(lì)。
此外，電動汽車接入電網(wǎng)的時(shí)間與地點(diǎn)還存在不可控性的問題。其中，時(shí)間直接影響參與效果與響應(yīng)量；地點(diǎn)的過于集中將導(dǎo)致對電網(wǎng)造成沖擊與損耗。針對前者，在當(dāng)前中國主要依靠峰谷電價(jià)的變化，引導(dǎo)電動車主在最佳時(shí)刻進(jìn)行充放電。
此外，2020年4月，華北電網(wǎng)首次將電動汽車納入電力市場結(jié)算，給予車主在手機(jī)智能APP上選擇充放電量與時(shí)間，鼓勵(lì)用戶參與。針對后者，則取決于充電樁建設(shè)規(guī)劃，比較可行的方式是建立于醫(yī)院、大型商場、工作園區(qū)等，避免對車主出行造成影響。今年提出的新基建中也明確提出了V2G充電樁的建設(shè)規(guī)劃問題。
與此同時(shí)，車主們也傾向于將較長時(shí)間的接入電網(wǎng)，視作一種代價(jià)與限制，而非閑置資源用的利用。事實(shí)上，2019年英國平均一輛汽車每天行駛20公里，一般不超過50公里。數(shù)小時(shí)接入時(shí)間對于車主出行幾乎沒有影響。當(dāng)充電樁或充電站的建設(shè)更為普及，如家用充電樁、大型工業(yè)園區(qū)、商場、醫(yī)院、學(xué)校、停車場等地的充電站建立后，車主也不必為尋找充電位而影響出行。
值得注意的是，每日進(jìn)行充放電，電池的損耗也無法避免，這也是許多車主接受有序充電而不接受雙向充電的原因。
2020年，中國政府規(guī)定市場上動力電池需要達(dá)到1000次以上循環(huán)，在每日參與調(diào)峰、每次涉及50%儲電量的情況下，目前市場上主流動力電池三元鋰電池?fù)碛新晕⒊^1000次循環(huán)，以1200次記，大約6-7年即需更換電池。此外，頻繁的充放電以及高能量密度的電池，將會為安全問題增加難度。
許多車企將目光放在延長電池壽命和安裝長里程電池上。在2020年推出的車型中，以450公里單次續(xù)航里程、1200次循環(huán)為例，生命周期總里程達(dá)54萬公里，部分車輛可達(dá)到70萬公里以上。目前，特斯拉公司已成功研制“百萬公里電池”，寧德時(shí)代也研制出200萬公里電池。但這也意味著購車成本的上升。電網(wǎng)是V2G技術(shù)的最大受益者，怎樣分割收益是很重要的問題。
總體看，目前中國在V2G方面的試點(diǎn)落后于歐美，仍有很大潛力。
2019年6月，上海展開車網(wǎng)互動商業(yè)模式的探索，首次將電動汽車納入需求響應(yīng)體系。2019年12月，工信部《2021-2035年新能源汽車發(fā)展規(guī)劃》（征求意見稿）中提出，我國將加強(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)(V2G)能量互動，鼓勵(lì)地方開展V2G示范應(yīng)用。
2020年4月，華北電力市場首次正式將V2G充電樁資源納入電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場結(jié)算，充電樁正式從單一充電轉(zhuǎn)化為雙向充電模式，參與電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控與調(diào)峰輔助服務(wù)。
目前，中國新能源裝機(jī)容量世界第一，新能源汽車保有量世界第一，具有V2G車網(wǎng)互動的市場潛力。相信隨著政策的明朗和商業(yè)模式的確立，V2G必成為中國未來能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要一環(huán)。
（尹海濤系上海交通大學(xué)行業(yè)研究院、上海交通大學(xué)中國城市治理研究院教授，瞿茜系上海交通大學(xué)行業(yè)研究院副教授，殷俊舜就讀于上海交通大學(xué)安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院）
