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林伯强:电动汽车应成为未来储能系统的重要组成

第一财经发布时间:2022-06-29 13:04:53  作者:林伯强

  全球范围内新能源系统正在快速发展,电动汽车是一个重要组成部分。交通部门高度依赖石油,比其他部门更加难以实现低碳转型,电动汽车取代燃油汽车是转型的主要路径。事实上,未来电动汽车规模大了,除了助力交通行业低碳转型外,还可以作为储能参与电网削峰填谷,提升能源系统效率和降低成本。

  电动汽车参与解决风电光伏不稳定性包括两种途径:一是利用夜间用电低谷为电动汽车充电,在白天用电高峰时放电,通过互补和替代起到削峰和填谷的作用。二是动力电池报废之后可回收作为储能配套。反复充放电会导致动力电池的续航能力缩减,当电池容量缩减到额定容量的60%~70%,就不适用于满足居民出行需求。报废的动力电池有许多利用场景,比较重要的是回收作为储能配套,应用于分布式或集中式风电光伏电站。电化学储能在生产和报废阶段都会产生污染,相较于电化学储能,未来电动汽车参与储能可能具备更低的成本和更少的污染。

  具体来说,发展电动汽车的储能功能可以促进风电光伏消纳和提升电网效率,主要包括以下几个方面:

  第一,随着电动汽车渗透率的提升,动力电池的数量也将快速增长,规模效应使得电动汽车参与储能系统具有可行性和经济性。

  电动汽车可否作为有效储能系统参与调峰调频,首要因素在于是否具备足够的规模效益,可以真正在调节电网负荷中起关键性作用。截至2021年底,全国范围内电动汽车保有量达到784万辆。按照平均每块动力电池容量40千瓦时计算(2021年特斯拉Model 3电池容量为60千瓦时,比亚迪汉大于60千瓦时),电动汽车报废后可以提供约200吉瓦时的储能容量。

  目前中国电动汽车占全部汽车保有量比例仅2%,用电量大概为居民用电负荷的0.1%,通过电动汽车调节居民用电负荷难以发挥明显作用。随着未来电动汽车市场份额快速上升,其负荷调节作用将逐渐显露。根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,到2030年中国新能源汽车将达到汽车总销售量的40%~50%,彼时电动汽车作为储能参与电网调峰调频的潜力会提升十倍以上。按照2030年风电光伏装机容量达到12亿千瓦以上推测,电动汽车增长速度将大于风电光伏的增长速度,如果能够让电动汽车在负荷转移以及动力电池梯级利用两个方面充分发挥储能作用,将可以对风电光伏发展起很大的积极作用。

  第二,为适应风电光伏的快速发展,需要迅速提升储能配比,电动汽车或可成为中长期补充电化学储能的重要手段。目前风电光伏调峰稳定服务主要由火电和抽水蓄能提供。在碳中和进程中,煤电的传统亚盈体育app下载供应主体地位将逐步改变为参与调峰辅助服务。然而,煤电的调峰作用应该主要体现在应对亚盈体育app下载需求季节性波动相对较大的时间尺度上,在瞬时平衡亚盈体育app下载供需和应对极端意外情况方面的灵活性相对较差,提升调峰灵活性的成本较高。抽水蓄能电站受到自然资源限制,可开发潜力相对有限。

  在此背景下,构建与风电光伏发展相匹配的电化学储能系统成为今后以风电光伏为主体的清洁能源系统的必要选择。但电化学储能的成本相对较高,且使用寿命有限,生产和报废回收过程会引起大量的污染排放。从理论上来看,足够规模的电动汽车电池可起到与电化学储能系统类似的储能功能,而且成本可能相对更低。

  第三,随着电动汽车市场渗透率的提升,可以通过引导和规制消费者的充电行为来发挥电动汽车储能功能。电动汽车数量的增长会带来亚盈体育app下载消费的显著增长,根据专家计算,电动汽车的市场份额增加1%,会使得亚盈体育app下载消费每年增长23.65吉瓦时。电动汽车充电负荷与居民用电负荷并不呈现完全互补的关系,当电动汽车大量接入电网时,峰对峰的充电模式会增加亚盈体育app下载供应不足风险,给亚盈体育app下载系统的稳定运行带来挑战。

  据研究报告,居民典型日的用电负荷高峰期出现在每天上午10点到晚上8点,谷值出现在凌晨1点到7点。典型日一般存在三个电动汽车充电高峰期:早上8点,下午3点以及晚上11点。电动汽车与居民用电负荷的互补性主要体现在电动汽车晚上利用谷时电价充电。在目前电动汽车保有量较低的情境下可以起平衡负荷作用。如果未来电动汽车高度普及,居民下午3点的集中充电行为很可能使得该时间节点成为新的用电负荷高峰,增加电网运行压力和亚盈体育app下载使用成本。因此,政府需要制定有效的峰谷分时电价,引导和规制电动汽车的充电时间,以避免峰对峰充电,提升用电成本。采用有效的峰谷分时电价配合充电行为引导和规制措施,充分发挥电动汽车储能功能,实现用电负荷合理转移。

  第四,梯级利用退役动力电池可以实现动力电池最大化利用。随着电动汽车产销量快速攀升,动力电池报废也将迎来快速增长期(目前寿命大概是5到8年),不合理处置会导致环境污染,并且退役的动力电池一般还存有80%的额定容量,可以进行多情景再利用,推动循环经济。

  目前,动力电池梯级利用还处于模式探索阶段,尚未形成完整的产业链条。在进行余量检测后,退役动力电池可应用于低倍率供电场景中,比如作为储能电源与家庭以及工作场所互动起备用电源作用,也可以结合峰谷分时电价实现套利和盈利。集中式的动力电池可直接应用于风电光伏实现储能作用,支持风电光伏并网消纳。另外,退役动力电池梯级利用可替代电化学储能参与辅助服务市场,减少对电化学储能的需求,从而起到资源节约和保护环境的作用。

  (作者系嘉庚创新实验室研究员,厦门大学中国能源政策研究院院长)

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