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欧阳明高院士:将来买一辆电动车,就等于为电网提供一个微型储能站

作者:记者 扈永顺 来源:《瞭望》新闻周刊 发布时间:2022-07-26 浏览:

中国储能网讯: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

在中再大厦项目中,电动车在用电低谷时段充电,电价约为0.3元/千瓦时,在用电高峰时段放电,放电价格为0.7元/千瓦时。通过谷充峰放,车主每度电能赚近4毛钱

文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺

我国力争在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,加快发展新能源是各方共识。

新能源是指传统能源之外的各种能源形式,比如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能等。新能源体系包括能源的生产、转化、输送、终端全链条。

在中国科学院院士、清华大学车辆与运载学院教授欧阳明高看来,新能源革命有五大重点:从传统化石能源向可再生能源转型,特别是光伏与风电的大规模应用;能源从集中式转向分布式;利用氢气和电池等技术存储间歇式能源;发展能源互联网;电动车成为用能和储能终端。

欧阳明高院士在接受《瞭望》新闻周刊记者专访时表示,当前光伏、风电等新能源发电技术比较成熟,发电成本也明显降低,已具备大规模推广条件,但新能源发电具有波动性、间歇性、随机性,必须与储能结合才能担当能源供应主力。

他认为,以纯电动车为代表的新能源汽车可以成为我国规模大、成本低、安全性高的短周期分布式储能系统,为破解新能源发展瓶颈提供契机。

电动车将改变能源利用方式

《瞭望》:为什么你认为电池和电动车等能在新能源电力系统中发挥重要作用?

欧阳明高:首先要认识到,电动车的电池动力系统本质上就是一套储能系统。

从传统电力系统与新能源电力系统的比较来看,传统电力系统是发电厂将一次能源转换成电能,经过输电、变电、配电到最终电力用户,从而完成电能从生产到使用的全过程。在此过程中的能量传输是从集中式发电端到用电端的单向流动,具有“源随荷动”的基本特点。而新能源电力系统中的光伏、风机发电是随时间、季节变化的,同时用电负荷也是变化的,这就要求“源—网—荷—储”之间可以进行灵活的互动调控。因此,为应对新能源发电的间歇性和波动性,保障电网稳定运行,配置储能系统必不可少。

从目前的储能系统看,依据储能功率和存储时间特性,电池和氢能分别适合短周期小规模和长周期大规模储能需求,具有较强的互补性,共同构成了未来主流的储能方式。目前我国电化学储能约85%的装机量为锂离子电池,储能成本为0.6~0.9元/千瓦时,其中约67%为电池成本,相比于0.2~0.25元/千瓦时的抽水蓄能,虽然在成本方面不具备优势,但抽水蓄能受地理位置的限制大,不易实施。而电解水制氢成本包括电费、固定成本、维护成本和水费等,成本偏高。因此,电动车及其电池动力系统,是目前比较理想的储能方式。

近二十年来,我国科研人员已经突破了新能源汽车动力系统技术平台与电池、电机、电控三大核心技术。近十年来,锂离子电池已经广泛应用于电动车。

以锂离子电池为代表的纯电动车,将在新能源电力存储中发挥重要作用。有数据预计,2040年中国电动车保有量将达到3亿辆,如果以每辆车电池容量平均65千瓦时计算,全国车载储能容量约为200亿千瓦时,这与当前我国每天消费总电量基本相当。可以说,电动车正在改变人类能源利用方式,推动新能源革命的到来。

电池技术日趋成熟

《瞭望》:如此看,纯电动车要成为未来分布式储能的重要工具,关键在于电池。当前我国车载电池产业发展水平如何?

欧阳明高:目前我国车载电池产业规模和水平已经跃居世界前列,电池性能大幅提高。

技术方面,目前电池续航里程和电池寿命问题已显著改观,有关数据显示,电动车的续航里程已从推广初期的150公里左右,普遍提高到500~600公里,豪华电动车正在向1000公里续航迈进。从衡量电池单位重量或单位体积能够提供能量的指标——比能量来看,过去十年提升了3倍,成本下降了85%。高比能量电池安全性、冬季续航能力、高速公路超级快充等方面技术已经取得突破,正在制定标准、逐步推广应用的过程中。

产业方面,我国生产的电池供应约占全球产能的60%~70%。全球十大电池厂商中,我国企业占七席,包括第一名的宁德时代和第三名的比亚迪。

未来,电池还将呈现需求大幅上升与成本显著下降趋势。我国目前电池产能只有1亿千瓦时,预计到2025年,中国前五家锂离子电池企业总产能将超过10亿千瓦时。同时,锂离子电池系统成本将快速下降。根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,预计到2025年,磷酸铁锂电池系统成本将降至0.5元/瓦时,循环寿命将达到5000~10000次。

《瞭望》:未来电池技术的创新发展方向有哪些?

欧阳明高:下一步,电池技术攻关主要在安全、便利、智能三方面下功夫。

第一,从电池设计制造的本征安全、电池使用过程中的主动安全、电池发生事故时的被动安全三个方面保障电池系统安全。例如,清华大学研发了高比能量电池热失控系统性抑制方法,能够解决单体电池设计层面的不安全因素。针对整车开发了电池云控预警平台,在使用过程中进行安全监控,对故障进行预警。

第二,加强快充技术攻关。电动车充电模式可以分为慢充和快充,对于私家车,最佳充电方式是慢充,但是高速公路或长途出行需要采用120~350千瓦超快充补电。中国电力企业联合会于2020年公布了大功率快充新标准——超级充电标准,预计2025年可全面提供超快充服务。清华大学已经开发出无析锂安全快充技术,当电量下降到50%时进行补电,充电5分钟能跑200公里。

第三,适应车网互动的智能化要求。电动车普及初始阶段是无序充电,随着电动车保有量增加,一些大城市电网压力增大。目前深圳、上海等地正在规划开展有序充电,即通过APP跟后台调度系统达成协议,将电池充电有序移动到电网负荷低时进行。将来还要攻关车网互动技术(V2G),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。

浙江省长兴县“家之窗电动汽车充电站”,工作人员指导车主进行扫码充电(2022年6月7日摄) 徐昱摄/本刊

构建车网互动新型智慧电力系统

《瞭望》:车网互动技术有什么特点?其对电网进行削峰填谷的可行性有多大?

欧阳明高:可再生能源发电具有间歇性、随机性等特点,而电动车快速充电容易对电网造成冲击。因此,随着新能源发电的增加以及电动车的普及,电网系统的安全稳定运行将面临巨大挑战,亟需建设以新能源为主体的新型智慧电力系统。

车网互动是指车辆既能从电网充电,又能给电网放电,实现双向互联。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。

这是一种规模大、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。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。截至2018年,欧盟、美国、日本等国家和地区已开展了70多个车网互动项目。在我国,车网互动技术和市场发展还处于起步阶段。

《瞭望》:国内车网互动技术的落地前景如何?

欧阳明高:在车网互动新型智慧电力系统中,充电基础设施是关键的车网能量互动端口。

充电基础设施根据充电速度、停放属性进行划分,可分为慢充—停充复合型和快充—即充即走型。其中慢充—停充复合型兼备充电和停车功能,主要应用于居民区、公司单位和公交物流车等停车充电一体化设施。在这一方式下,车辆停放时间长、入网数量大,电动车具有参与大电网负荷调节的巨大潜力。

电网现有规范与基础设施可以支撑车网互动服务,车网互动服务也符合电网运行的基本技术体系和运营策略。例如,国家电网公司在北京中再大厦和人济大厦开展了电动车与商业建筑互动以及电动车与电网互动服务的示范运行。在中再大厦项目中,电动车在用电低谷时段充电,电价约为0.3元/千瓦时,在用电高峰时段放电,放电价格为0.7元/千瓦时。通过谷充峰放,车主每度电能赚近4毛钱。国家电网公司在北京人济大厦设置的双向充放电互动桩,通过智慧车联网平台,以可调节负荷资源聚合模式,纳入华北电力市场的调峰辅助服务,这是国内首个纳入调峰辅助服务结算的项目。目前,全国已有15个省市建设了42个车网互动项目、609个车网互动终端,共有近4000台电动车参与过车网互动。

虽然国内车网互动项目尚处于示范阶段,但随着电动车数量的增加和车网互动成本的下降,车网互动有望在未来的新型智慧电力系统中发挥更大作用。根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,未来充电基础设施建设将得到快速发展,预计2030年和2035年慢充桩数量将分别达到7000万台和1.5亿台。在这一基础上,建设能与电网实现能量双向流动的双向互动充电桩能够为实现车网互动打下基础。

《瞭望》:对希望进行车网互动布局的城市来说,下一步工作重点是什么?

欧阳明高:第一,目前全球新能源汽车市场开始进入快速发展期,我国新能源汽车率先实现大规模进入家庭。建议进行车网互动试点的城市增加新能源汽车指标,引导电动车购买预期。

第二,加快建设新能源基础设施,尤其要挖掘公共建筑的巨大潜力,加快工作单位停车场具有车网互动功能的慢充直流双向桩建设。光伏与车用电池是一对最佳电源组合,建议加快屋顶光伏建设,并推动建筑直流电气化改造,加快分布式微网系统发展。

第三,建议有条件的城市开展电力体制改革试点,加快城市内配电网和用户侧微网的市场化改革。学习上海和深圳经验,建设市级能源互联网和基于家用电动车分布式能源系统的虚拟电厂资源整合平台,在用电高峰时段削平电网负荷、用电低谷时段帮助电网提升负荷。■

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