全球范圍內(nèi)新能源系統(tǒng)正在快速發(fā)展，電動(dòng)汽車是一個(gè)重要組成部分。交通部門高度依賴石油，比其他部門更加難以實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，電動(dòng)汽車取代燃油汽車是轉(zhuǎn)型的主要路徑。事實(shí)上，未來電動(dòng)汽車規(guī)模大了，除了助力交通行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型外，還可以作為儲(chǔ)能參與電網(wǎng)削峰填谷，提升能源系統(tǒng)效率和降低成本。
電動(dòng)汽車參與解決風(fēng)電光伏不穩(wěn)定性包括兩種途徑：一是利用夜間用電低谷為電動(dòng)汽車充電，在白天用電高峰時(shí)放電，通過互補(bǔ)和替代起到削峰和填谷的作用。二是動(dòng)力電池報(bào)廢之后可回收作為儲(chǔ)能配套。反復(fù)充放電會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池的續(xù)航能力縮減，當(dāng)電池容量縮減到額定容量的60%~70%，就不適用于滿足居民出行需求。報(bào)廢的動(dòng)力電池有許多利用場景，比較重要的是回收作為儲(chǔ)能配套，應(yīng)用于分布式或集中式風(fēng)電光伏電站。電化學(xué)儲(chǔ)能在生產(chǎn)和報(bào)廢階段都會(huì)產(chǎn)生污染，相較于電化學(xué)儲(chǔ)能，未來電動(dòng)汽車參與儲(chǔ)能可能具備更低的成本和更少的污染。
具體來說，發(fā)展電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能功能可以促進(jìn)風(fēng)電光伏消納和提升電網(wǎng)效率，主要包括以下幾個(gè)方面：
第一，隨著電動(dòng)汽車滲透率的提升，動(dòng)力電池的數(shù)量也將快速增長，規(guī)模效應(yīng)使得電動(dòng)汽車參與儲(chǔ)能系統(tǒng)具有可行性和經(jīng)濟(jì)性。
電動(dòng)汽車可否作為有效儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)峰調(diào)頻，首要因素在于是否具備足夠的規(guī)模效益，可以真正在調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷中起關(guān)鍵性作用。截至2021年底，全國范圍內(nèi)電動(dòng)汽車保有量達(dá)到784萬輛。按照平均每塊動(dòng)力電池容量40千瓦時(shí)計(jì)算(2021年特斯拉Model 3電池容量為60千瓦時(shí)，比亞迪漢大于60千瓦時(shí))，電動(dòng)汽車報(bào)廢后可以提供約200吉瓦時(shí)的儲(chǔ)能容量。
目前中國電動(dòng)汽車占全部汽車保有量比例僅2%，用電量大概為居民用電負(fù)荷的0.1%，通過電動(dòng)汽車調(diào)節(jié)居民用電負(fù)荷難以發(fā)揮明顯作用。隨著未來電動(dòng)汽車市場份額快速上升，其負(fù)荷調(diào)節(jié)作用將逐漸顯露。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，到2030年中國新能源汽車將達(dá)到汽車總銷售量的40%~50%，彼時(shí)電動(dòng)汽車作為儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的潛力會(huì)提升十倍以上。按照2030年風(fēng)電光伏裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上推測，電動(dòng)汽車增長速度將大于風(fēng)電光伏的增長速度，如果能夠讓電動(dòng)汽車在負(fù)荷轉(zhuǎn)移以及動(dòng)力電池梯級(jí)利用兩個(gè)方面充分發(fā)揮儲(chǔ)能作用，將可以對(duì)風(fēng)電光伏發(fā)展起很大的積極作用。
第二，為適應(yīng)風(fēng)電光伏的快速發(fā)展，需要迅速提升儲(chǔ)能配比，電動(dòng)汽車或可成為中長期補(bǔ)充電化學(xué)儲(chǔ)能的重要手段。目前風(fēng)電光伏調(diào)峰穩(wěn)定服務(wù)主要由火電和抽水蓄能提供。在碳中和進(jìn)程中，煤電的傳統(tǒng)電力供應(yīng)主體地位將逐步改變?yōu)閰⑴c調(diào)峰輔助服務(wù)。然而，煤電的調(diào)峰作用應(yīng)該主要體現(xiàn)在應(yīng)對(duì)電力需求季節(jié)性波動(dòng)相對(duì)較大的時(shí)間尺度上，在瞬時(shí)平衡電力供需和應(yīng)對(duì)極端意外情況方面的靈活性相對(duì)較差，提升調(diào)峰靈活性的成本較高。抽水蓄能電站受到自然資源限制，可開發(fā)潛力相對(duì)有限。
在此背景下，構(gòu)建與風(fēng)電光伏發(fā)展相匹配的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)成為今后以風(fēng)電光伏為主體的清潔能源系統(tǒng)的必要選擇。但電化學(xué)儲(chǔ)能的成本相對(duì)較高，且使用壽命有限，生產(chǎn)和報(bào)廢回收過程會(huì)引起大量的污染排放。從理論上來看，足夠規(guī)模的電動(dòng)汽車電池可起到與電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)類似的儲(chǔ)能功能，而且成本可能相對(duì)更低。
第三，隨著電動(dòng)汽車市場滲透率的提升，可以通過引導(dǎo)和規(guī)制消費(fèi)者的充電行為來發(fā)揮電動(dòng)汽車儲(chǔ)能功能。電動(dòng)汽車數(shù)量的增長會(huì)帶來電力消費(fèi)的顯著增長，根據(jù)專家計(jì)算，電動(dòng)汽車的市場份額增加1%，會(huì)使得電力消費(fèi)每年增長23.65吉瓦時(shí)。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷與居民用電負(fù)荷并不呈現(xiàn)完全互補(bǔ)的關(guān)系，當(dāng)電動(dòng)汽車大量接入電網(wǎng)時(shí)，峰對(duì)峰的充電模式會(huì)增加電力供應(yīng)不足風(fēng)險(xiǎn)，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。
據(jù)研究報(bào)告，居民典型日的用電負(fù)荷高峰期出現(xiàn)在每天上午10點(diǎn)到晚上8點(diǎn)，谷值出現(xiàn)在凌晨1點(diǎn)到7點(diǎn)。典型日一般存在三個(gè)電動(dòng)汽車充電高峰期：早上8點(diǎn)、下午3點(diǎn)以及晚上11點(diǎn)。電動(dòng)汽車與居民用電負(fù)荷的互補(bǔ)性主要體現(xiàn)在電動(dòng)汽車晚上利用谷時(shí)電價(jià)充電。在目前電動(dòng)汽車保有量較低的情境下可以起平衡負(fù)荷作用。如果未來電動(dòng)汽車高度普及，居民下午3點(diǎn)的集中充電行為很可能使得該時(shí)間節(jié)點(diǎn)成為新的用電負(fù)荷高峰，增加電網(wǎng)運(yùn)行壓力和電力使用成本。因此，政府需要制定有效的峰谷分時(shí)電價(jià)，引導(dǎo)和規(guī)制電動(dòng)汽車的充電時(shí)間，以避免峰對(duì)峰充電，提升用電成本。采用有效的峰谷分時(shí)電價(jià)配合充電行為引導(dǎo)和規(guī)制措施，充分發(fā)揮電動(dòng)汽車儲(chǔ)能功能，實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷合理轉(zhuǎn)移。
第四，梯級(jí)利用退役動(dòng)力電池可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池最大化利用。隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量快速攀升，動(dòng)力電池報(bào)廢也將迎來快速增長期(目前壽命大概是5到8年)，不合理處置會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，并且退役的動(dòng)力電池一般還存有80%的額定容量，可以進(jìn)行多情景再利用，推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
目前，動(dòng)力電池梯級(jí)利用還處于模式探索階段，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。在進(jìn)行余量檢測后，退役動(dòng)力電池可應(yīng)用于低倍率供電場景中，比如作為儲(chǔ)能電源與家庭以及工作場所互動(dòng)起備用電源作用，也可以結(jié)合峰谷分時(shí)電價(jià)實(shí)現(xiàn)套利和盈利。集中式的動(dòng)力電池可直接應(yīng)用于風(fēng)電光伏實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能作用，支持風(fēng)電光伏并網(wǎng)消納。另外，退役動(dòng)力電池梯級(jí)利用可替代電化學(xué)儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)市場，減少對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能的需求，從而起到資源節(jié)約和保護(hù)環(huán)境的作用。
(作者系嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室研究員、廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長)
評(píng)論