全球范圍內(nèi)新能源系統(tǒng)正在快速發(fā)展，電動汽車是一個重要組成部分。交通部門高度依賴石油，比其他部門更加難以實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，電動汽車取代燃油汽車是轉(zhuǎn)型的主要路徑。事實上，未來電動汽車規(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汽車充電，在白天用電高峰時放電，通過互補和替代起到削峰和填谷的作用。二是動力電池報廢之后可回收作為儲能配套。反復(fù)充放電會導(dǎo)致動力電池的續(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。報廢的動力電池有許多利用場景，比較重要的是回收作為儲能配套，應(yīng)用于分布式或集中式風(fēng)電光伏電站。電化學(xué)儲能在生產(chǎn)和報廢階段都會產(chǎn)生污染，相較于電化學(xué)儲能，未來電動汽車參與儲能可能具備更低的成本和更少的污染。
具體來說，發(fā)展電動汽車的儲能功能可以促進風(fēng)電光伏消納和提升電網(wǎng)效率，主要包括以下幾個方面：
第一，隨著電動汽車滲透率的提升，動力電池的數(shù)量也將快速增長，規(guī)模效應(yīng)使得電動汽車參與儲能系統(tǒng)具有可行性和經(jīng)濟性。
電動汽車可否作為有效儲能系統(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)負荷中起關(guān)鍵性作用。截至2021年底，全國范圍內(nèi)電動汽車保有量達到784萬輛。按照平均每塊動力電池容量40千瓦時計算(2021年特斯拉Model 3電池容量為60千瓦時，比亞迪漢大于60千瓦時)，電動汽車報廢后可以提供約200吉瓦時的儲能容量。
目前中國電動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荷的0.1%，通過電動汽車調(diào)節(jié)居民用電負荷難以發(fā)揮明顯作用。隨著未來電動汽車市場份額快速上升，其負荷調(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到汽車總銷售量的40%~50%，彼時電動汽車作為儲能參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的潛力會提升十倍以上。按照2030年風(fēng)電光伏裝機容量達到12億千瓦以上推測，電動汽車增長速度將大于風(fēng)電光伏的增長速度，如果能夠讓電動汽車在負荷轉(zhuǎn)移以及動力電池梯級利用兩個方面充分發(fā)揮儲能作用，將可以對風(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，需要迅速提升儲能配比，電動汽車或可成為中長期補充電化學(xué)儲能的重要手段。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)對電力需求季節(jié)性波動相對較大的時間尺度上，在瞬時平衡電力供需和應(yīng)對極端意外情況方面的靈活性相對較差，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)儲能的成本相對較高，且使用壽命有限，生產(chǎn)和報廢回收過程會引起大量的污染排放。從理論上來看，足夠規(guī)模的電動汽車電池可起到與電化學(xué)儲能系統(tǒng)類似的儲能功能，而且成本可能相對更低。
第三，隨著電動汽車市場滲透率的提升，可以通過引導(dǎo)和規(guī)制消費者的充電行為來發(fā)揮電動汽車儲能功能。電動汽車數(shù)量的增長會帶來電力消費的顯著增長，根據(jù)專家計算，電動汽車的市場份額增加1%，會使得電力消費每年增長23.65吉瓦時。電動汽車充電負荷與居民用電負荷并不呈現(xiàn)完全互補的關(guān)系，當(dāng)電動汽車大量接入電網(wǎng)時，峰對峰的充電模式會增加電力供應(yīng)不足風(fēng)險，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。
據(jù)研究報告，居民典型日的用電負荷高峰期出現(xiàn)在每天上午10點到晚上8點，谷值出現(xiàn)在凌晨1點到7點。典型日一般存在三個電動汽車充電高峰期：早上8點、下午3點以及晚上11點。電動汽車與居民用電負荷的互補性主要體現(xiàn)在電動汽車晚上利用谷時電價充電。在目前電動汽車保有量較低的情境下可以起平衡負荷作用。如果未來電動汽車高度普及，居民下午3點的集中充電行為很可能使得該時間節(jié)點成為新的用電負荷高峰，增加電網(wǎng)運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電價，引導(dǎo)和規(guī)制電動汽車的充電時間，以避免峰對峰充電，提升用電成本。采用有效的峰谷分時電價配合充電行為引導(dǎo)和規(guī)制措施，充分發(fā)揮電動汽車儲能功能，實現(xiàn)用電負荷合理轉(zhuǎn)移。
第四，梯級利用退役動力電池可以實現(xiàn)動力電池最大化利用。隨著電動汽車產(chǎn)銷量快速攀升，動力電池報廢也將迎來快速增長期(目前壽命大概是5到8年)，不合理處置會導(dǎo)致環(huán)境污染，并且退役的動力電池一般還存有80%的額定容量，可以進行多情景再利用，推動循環(huán)經(jīng)濟。
目前，動力電池梯級利用還處于模式探索階段，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。在進行余量檢測后，退役動力電池可應(yīng)用于低倍率供電場景中，比如作為儲能電源與家庭以及工作場所互動起備用電源作用，也可以結(jié)合峰谷分時電價實現(xiàn)套利和盈利。集中式的動力電池可直接應(yīng)用于風(fēng)電光伏實現(xiàn)儲能作用，支持風(fēng)電光伏并網(wǎng)消納。另外，退役動力電池梯級利用可替代電化學(xué)儲能參與輔助服務(wù)市場，減少對電化學(xué)儲能的需求，從而起到資源節(jié)約和保護環(huán)境的作用。
(作者系嘉庚創(chuàng)新實驗室研究員、廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長)
作者：林伯強
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