产业论道丨刘坚:新能源汽车充电设施与车网互动

创业   2024-06-21 12:15   北京  

引 言


在以“电动未来:新能源汽车新观察、新趋势、新思”为主题的“产业论道”沙龙中,中国宏观经济研究院能源研究所副研究员刘坚,围绕新能源汽车的充电基础设施现状、车网互动的优势及价值等方面做了精彩的分享。以下是发言实录。




中国宏观经济研究院能源研究所副研究员刘坚


我们研究所对新能源汽车这个主题一直非常关注。现在电动汽车在中国的发展速度比国外明显要更进一步,从渗透率来看已经明显高于全球平均水平。此前,政府制定了新能源汽车的渗透率在2027年达到45%的目标,预计2025年之前这个目标就会实现。

中国的新能源汽车已经逐步从车的问题转换到系统性的问题。从售价可以看出,一些造车新势力的售价已经比同级别的燃油车更加便宜。这在前几年可能难以想象,此前很多人认为电动汽车全生命周期成本是比较低的,因为电价便宜,但现在中国的实际情况是新能源汽车的购置成本都已经有了优势。

新能源汽车是天然的移动储能单元

我们认为新能源汽车不仅仅是一个交通工具,有可能会成为一个双重属性的平台资源。未来新能源的占比会非常高,在这样的能源体系里,可能每家每户未来都需要参与到我们的能源系统调节,特别是电力的调节,那由此就会衍生出储能的需求,新能源汽车也天然形成一个移动储能单元。

中国在能源领域最突出的是以风电光伏为主的新能源,这方面的技术进步非常快,且已经出现比较明显的技术和成本优势,如果光伏的技术效率达到30%以上,发电度电成本降到1毛钱以下完全可以实现。但风光的波动性特征,往往需要通过储能来进行平衡调节,因此当前新建的风电光伏都是需要配置储能的。这其实和电动汽车有很大的关联,下图可以比较直观的展示,可以看到锂电池的90%都是用在电动汽车上,然后仅有10%不到用在储能领域,如果我们能够把电动汽车的储能资源利用起来,就可以缩减对于固定储能的投资,同时减轻电网的高峰压力

全球不同能源领域锂离子电池使用分布

数据来源:国际能源署

电动汽车充电与车网互动价值



降低车的全生命周期排放


因为中国的煤电占比较高,所以有人认为电动汽车并不一定比燃油汽车更减碳。但中国的电源结构中新能源占比越来越高,就目前的数据可以得出结论:即便从全国平均的电网排放因子去看,现有包含整车制造,电池生产、回收等环节的新能源汽车全生命周期的碳排放已经明显低于燃油车

大家都知道中国现在是最大的车和电池的生产国,出口的占比越来越高,其中欧盟是很大的一个市场对象,由于其对碳的要求较高,如果同样一块电池在中国生产的话,碳排放强度是明显高于它的标准的,如果要出口到欧盟的话,就面临比较高的碳关税问题。所以我们也希望通过电动汽车跟电网的融合,帮助吸引更多的新能源,降低整车以及电池过程中的碳排放



降低对电网的冲击


现在特别是在城市核心区域,像北京、上海这些新源汽车渗透率最高的地方,它的城市核心区电网扩容往往非常困难。因为它不光是一个设备或者变压器的问题,还涉及到城市的改造以及施工,成本是非常高的。如果我们能够实现比如要是车主当前不使用或者下一个时段不开车的话,把这部分电量转移给急需要开的这部分车辆,完成一定程度的自平衡,这样就可以大幅降低其对配网的冲击

城市用电的复合尖峰一般都是晚高峰,这个特点会越来越明显。正好这个时段又是电动汽车开到家,接到电网上去充电的时间。这两个复合尖峰一旦叠加,就需要最大程度提升其输电的能力。但由于其只是在“尖峰”时期利用,设备的闲置率非常高,经济效益差,所以其所需的投资没办法通过电量的收益来解决。因而如何能利用电动汽车去把用电负荷“削峰填谷”,是一个很重要的问题。


缓解上游资源的竞争


从资源潜力的角度来讲,目前全球的资源基本可以满足全球汽车全部电动化的需求。但资源本身像石油,全球分布不均衡,一旦需求快速变化,可能会由于这种不平衡出现不同时段之间价格的剧烈波动。关注新能源产业的同仁可能知道,前两年碳酸锂的价格最高飙到60万元每吨,最近一段时间又大幅回落到十万元之内,这对下游整个产业链都会有很大的冲击。

新能源汽车产业链的链条很长,从最开始的锂矿的开采,到原材料的加工,再到正负级的生产、电池的组装以及最后汽车的加工,每个环节扩产的周期差别很大,特别是前端扩产的周期非常长。如果现在我们对市场预判不准确的话,就会导致其前端的增长很难满足下游的市场需求,容易导致价格大幅来回波动。现在电力行业和电动汽车行业在争资源,如果我们能够直接把电动汽车作为储能的话,那上游资源的竞争就可以得到一定的缓解,进而平滑其对产业链的冲击

电动汽车供应链不同环节的扩产周期

数据来源:国际能源署

促进各类设施的利用


我们分析了乘用车,旅游车,公交车等不同车型的充电行为,这些车停车时间很长,所以可在很多时段与电网进行一些互动,这类似于很多地区发展的分布式光伏,都是从配网末端向电网传送的模式,这一共性需求需要推动电网在基础设施上做一些升级。如果这种基础设施可以实现规模化,其经济性潜力还是非常好的。我们开展了一些技术认证,目前技术实现上不存在问题,主要是市场机制和价格机制相关的政策存在一些问题

提高充电基础设施的利用率。大家如果关注充电这个行业的话,就能知道这个充电运营商都不是特别挣钱,基本上维持在收支平衡的水平,一些龙头企业可能刚刚实现了盈利,整体来讲还是比较困难。造成这一现象很大的一个原因就是充电桩的利用率不是很高,一般来讲充电桩的利用率要到8%以上,它的商业价值才能体现出来。但我们之前在上海之前做了案例分析,除了公交车的专用充电桩之外,目前整体的利用率不到2%。未来如果实现了双向调节的话,它利用率有可能会提升,商业模式也会更加多元。


更好发挥动力电池的价值。如果汽车电池长期不用的话,容易造成电池衰减,存在日历寿命的问题,八年之内用不到比如60万公里,那电池还是要退役。但家用其实是很难用到60万公里,但如果我们在8年以内,去做一些这种车网调节的话,就可以更好地把电池生命价值更好发挥出来

政策赋能车网互动及相关案例
国外虽然在车网互动方面起步较早,在2000年左右美国就开始做了一些这方面的理论研究,特别在2011年日本福岛事故出现以后,大家对能源安全更加关注,此后商业化的示范项目越来越多。但整体来看,其推进的速度并不是特别快,一个很重要的原因就是国外车辆数有限,如果没有足够多的车辆,这种模式是很难带动政策的转变。那中国的优势就非常明显了,中国的汽车普及率远远高于全球的平均水平,但由于涉及到很多的行业,包括像电力、交通以及住建这些部门,仍然需要协同不同部门做一些技术标准方面的打通。
目前政策正在出现积极的变化。此前充电基础设施领域的政策更多是怎样去满足充电需求,如在高速路或者说居住小区以及农村地区怎样去建充电桩,但现在也是越来越多体现在如何把充电和电力运行结合起来。

去年年底,发改委能源局印发了《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》,里面就专门针对车网互动提出了一些具体的目标,包括像25年之前建成5个示范城市,50个以上双向充放电项目,并将动力电池技术、充放电标准体系、市场及电价、基础设施、保障能力等方面均作为重点任务进行推进。但目前政策更多的还是围绕车和桩之间,车和电网以及聚合商、聚合商及电网之间的标准及政策,相对于未来的需求还是有较大的距离,这些新的主体如何安全可靠地纳入电力系统里边还是有比较多的技术问题需要认证。


在车网互动方面举一个北京的案例。北京的中再大厦地下车库就有电动汽车充放电的项目。针对这个项目,只要车主愿意参与到车网调节,在部分时段把我们车辆充放电的控制权交由聚合商来进行调度,平台公司可以给到这个车辆接近一块钱每度的放电价格,如果车辆每年都参与这种调节的话,每年的收益大概在1500块钱。如果是在高峰时段放电的话,收益会更高。在这个模式下,汽车充电其实接近免费,车辆的日常成本就可以实现大幅的下降。

北京中再大厦V2G车网互动项目

与此相类似的,电动公交车的充电,此前电动公交车可能晚上十点钟开始充电,但用电需求最大的时段就是在晚上十点到凌晨两点之间,如果聚合商给公交车队发一个信号,改到凌晨两点去充,这就缓解了高峰充电的压力,电力市场可能会额外进行1-2角每度的补贴,这也明显降低了公交公司的运营成本。
此外,换电也是车网互动的一个方向,特别是重卡的运营强度非常大,对充电市场的容忍度较低,通过换电解决充电时长的问题,具有较大的市场价值。因此2020年的时候工信部就已经开始在推换电模式,特别重卡领域最近几年进展非常快,很多地方已经完全实现商业化运行。由于换电本身就是一个车电分离的模式,所以可以做很多商业模式探索,包括像分布式能源、虚拟电厂等
但车网互动实际上现在还存在一些障碍,比如技术标准还不够健全、市场机制不完善、价格机制不合理、用户体验差等等。特别是对于非常分散的用户而言,这么多的主体如何去参与竞价,对整个系统的算力以及运行,都是很大的挑战。
我们也提出了一些政策建议,如推动快/超充桩、换电站、V2G桩建设,给予差异化扶持政策;研究出台电动汽车专用、分时充(放)电价格政策,解决转供电、交叉补贴问题;加快配电网智能化改造、车网互动标准出台、调度交易平台对接;确立电动汽车聚合商市场主体地位,将电动汽车纳入现货、辅助服务市场,降低聚合商市场准入门槛;加强社会宣传,公众认知,完善动力电池质保政策,鼓励车电分离等等。




END





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