亚搏体育app官网下载-電動汽車儲能模式、主要挑戰以及推廣政策建議

日期:2019-07-20 11:37:59 作者:亚搏体育app网站

隨著電動汽車數量不斷擴大,電動汽車儲能日益受到行業關註。電動汽車也可被視為分佈式儲能設施,可與分佈式能源、可再生能源等結合形成微網系統,也可應用於電力需求響應,根據系統靈活性調節需求進行實時充放電變化。

車電儲能概念及現狀

隨著可再生能源發電比重不斷升高,發展儲能技術將是彌補電力系統靈活性不足的根本途徑,但我國已建儲能裝機容量不足全國發電裝機1.5%,加之國內天然氣發電、庫容式水電等傳統調峰資源貧乏,有限的抽水蓄能資源也無法滿足未來能源清潔化轉型的巨大需求。雖然近年來電化學儲能技術(如鋰離子電池、液流電池等) 得到一定發展,但其裝機規模僅占全部儲能裝機數量的不足1%,不足以在短期內實質性地填補儲能供應缺口。

電動汽車是實現我國交通能源轉型和汽車工業趕超的戰略新興產業,我國較早開展瞭電動汽車關鍵技術研發和實施瞭商業化扶持政策,有力推動瞭我國電動汽車產業的快速發展。2017年全國電動汽車銷量達到77.7萬輛,累計推廣量超過180萬輛,占全球電動汽車市場的一半以上。當前德、法、英、挪、荷、印等國傢紛紛提出燃油汽車退出目標,我國也制定瞭2020年新能源汽車銷量和保有量分別達到200萬輛和500萬輛的發展目標,而2018年開始實施的《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分並行管理辦法》更意味著交通電動亚搏体育app官网下载化已成為不可逆轉的趨勢。

隨著電動汽車數量不斷擴大,電動汽車儲能日益受到行業關註。電動汽車也可被視為分佈式儲能設施,可與分佈式能源、可再生能源等結合形成微網系統,也可應用於電力需求響應,根據系統靈活性調節需求進行實時充放電變化。電動汽車普及後的調控規模非常可觀,結合先進電力電子通訊控制技術、合理的充放電設施佈局及引導性的電價政策,電動汽車在提高電力系統運行的可靠性和靈活性方面具有巨大應用潛力。

國外對車電儲能的研究開始較早,美國特拉華大學的Kempton和Tomic,較早對比瞭美國電力系統和交通部門的發展規模,發現若全美交通部門中有四分之一數量的車輛為電動汽車,則電動汽車充/放電總功率超過美國全國發電裝機總容量。研究進一步發現由於電動汽車設計之初就針對道路工況變化實現瞭瞬時功率調節能力,因此電動汽車也完全滿足電力系統輔助服務中的響應時間和爬坡率的要求。此外,電動汽車V2G硬件投資成本相對有限。而限制其推廣的最重要的因素便是其運行過程中較高的電池循環壽命折損。Kempton 進而分析瞭純電動汽車、插電式混合動力汽車以及燃料電池汽車三種電動汽車在基荷發電、尖峰負荷發電、備用容量以及系統調頻四類電力市場服務的可行性。研究結論認為不同類型電動汽車(純電動汽車、插電式混合動力汽車、燃料電池汽車)適應不同種類的輔助服務,且雖經濟性各不相同,但不存在不可克服的技術障礙。

技術示范方面,丹麥政府於2009年啟動瞭為期三年的Edison電動汽車智能電網項目,該項目旨在探索電動汽車進行電力需求側響應的應用潛力。項目由電動汽車技術組、動力電池仿真組、技術經濟評價組、分佈式能源並網技術集成組、快速充電設施組、通信系統組、系統功能檢測組7個工作組協作完成,以評估由可再生能源發電與電動汽車構成的V2G電力系統的技術可行性。該項目是全球迄今規模最大的電動汽車儲能實證研究項目之一。

在產業化方面,我國電動汽車和充電樁企業已經走在前列。比亞迪e6等車型已實現3.3千瓦車外放電功能,率先具備分佈式儲能電站及移動充電車能力。特來電開發的CMS主動柔性智能充電系統在保留充電樁基礎功能的基礎上,將控制、保護、顯示及計量集成到箱式變電站,同時通過亚搏体育app官网下载檢測區域內電網負荷、待充電車輛數量、電池荷電狀態以及用戶充電時間需求,智能分配充電功率,以優化的柔性電流輸出對電池進行充電,為智能充電及車電儲能奠定瞭技術基礎。

車電儲能模式及主要挑戰

電動汽車可以通過不同模式實現車電儲能,本文將車電儲能分為有序充電、V2G、電池更換及退役電池儲能四類,不同模式存在規模潛力、成本、基礎設施等方面的差異:

1、有序充電。雖然在有序充電下電動汽車無法向電網或負荷直接放電,但仍可通過改變充電時間(電力需求響應) 的方式參與電網削峰填谷,實現“虛擬儲能”作用。電動汽車有序充電的儲能功率取決於車輛的充放電功率,其儲能電量取決於車輛能效及出行強度。

2、車電互聯(V2G)。當前電動汽車動力亚搏体育app官网下载電池容量普遍有限,電池續航能力以滿足道路出行為主,車輛參與V2G將加速電池老化,給用戶帶來極高成本。但隨著電池容量的增加和循環壽命的提升,電動汽車續航能力將逐漸超過日常交通出行需求,此時V2G 的價值將快速顯現。

3、電池更換。電池更換為電動汽車電能的快速補充提供瞭可能。由於車輛與電池實現瞭分離,電池更換模式最大程度釋放瞭車載電池的儲能潛力,從車輛卸載的電池可以根據電力系統的調峰需求隨時進行充放電,此時動力電池儲能類似於固定電池儲能電站。對於電池更換而言,每兩次電池更換之間允許有較長的等待時間, 使卸載電池可以兼顧電網調節需求和電池壽命進行充放電,在將電池儲能價值最大化的同時,盡可能地延長電池使用壽命。

4、退役電池。隨著車載動力電池壽命終結,退役電池有望通過梯次利用的方式間接參與電網儲能。通常而言,電池容量降低到原始容量的80% 以下後就無法滿足車用動力電池的要求,隨著電動汽車推廣規模不斷擴大,退役電池的儲能潛力不容忽視。

基於上述四種車電儲能方式,若2030 年全國累計推廣1 億輛電動汽車,則電動汽車理論儲能能力可達5000GWh以上,遠高於我國抽水蓄能資源潛力,完全有能力與大規模可再生能源形成供需協同,加速我國能源結構轉型。

雖然車電儲能相比傳統儲能資源具有規模潛力優勢,但其商業化推廣也存在許多障礙,除動力電池成本問題外,其對現有電力系統運行方式也有深刻影響。

以V2G為例,首先,就經濟性而言,車電儲能的成本與動力電池循環壽命高度相關。目前動力電池容量保持率衰減至80%前的車用電池壽命大約隻可滿足15萬公裡累計續航裡程,而這隻可基本滿足一般私人電動乘用車用戶的出行需求。隨著動力容量及循環壽命的提高,其累計續航能力將逐漸超過車輛用戶的出行需求,繼而產生V2G 電力系統服務的經濟性。因此,V2G在近期還存在一定的經濟性制約,但電池技術的持續進步將有力推動其成本下降。

其次,V2G也將改變現有電力市場結構,不僅增加瞭一類新的分散式電源,還改變瞭電網公司與發電個體之間的關系,使電網公司直接與充電具有隨機性和利益復雜性的電動汽車用戶發生關系。從市場交易的角度講,傳統市場中,電能由發電側直接單向傳遞給電網公司,再由電網公司傳遞到負荷側,因此資金流也是單向傳遞;而在含V2G的市場中,電能和資金在電動汽車和電網之間雙向流動。由於頻繁放電加速電池老化,電亚搏体育app官网下载網公司需要通過制定反購電價影響電動汽車用戶的充放電行為。

再者,從運營模式角度看,隻有聚集大量電動汽車同時參與系統服務,V2G資源才可能提供與大型機組類似的可靠性服務,因此V2G有賴於電動汽車的普及、智能電網的建立以及商業模式的成熟。

推廣車電儲能政策建議

制定反映系統價值的充放電價格

市場機制及充放電價格是影響車電儲能效果的決定性因素。電動汽車具有巨大的充放電靈活調節潛力,其價值需要通過合理的市場和價格機制設計予以體現,從而促進電動汽車與電力系統的友好銜接。

加快充放電運營平臺與標準體系建設

目前已建和在建充電設施的監控系統對有序充電的支持水平參差不齊,即便是支持有序充電,該系統在與電網運行系統的銜接上也存在問題。隨著電動汽車的規模化應用,電動汽車最終將作為分佈式移動儲能設施,從而對有序充放電提出更高要求。實現電動汽車有序充放電取決於車輛、充電設施及電網企業,因此,有序充放電技術研究應充分融合各利益相關方。對於電網企業而言,應將充電設施作為電力基礎設施對待,將充電網絡作為配電網絡有機組成部分,綜合考慮充電設施和電網的規劃、設計、建設、運營,加快統一的充電服務運營平臺與充放電標準體系建設, 推動電動汽車充電設施與電網協調發展。

開展新能源發電與電動汽車協同項目示范

在技術示范的基礎上,在京津冀地區、張傢口低碳奧運專區、高比例可再生能源示范城市、能源互聯網示范區、國傢智慧城市試點地區、電動汽車集中推廣應用城市等重點城市和區域,組織實施車電儲能技術示范,為未來大規模推廣積累政策及運行模式經驗。

加快退役電池儲能梯次利用及原材料循環利用

鋰、鈷等資源是當前鋰電亚搏体育app官网下载池技術依賴的核心材料,汽車電動化及電力系統儲能將帶動上述資源消耗呈幾何級增長,未來世界鋰、鈷資源的競爭與瓜分將更加激烈。退役電池儲能及電池原材料循環利用可在提升電池全生命周期價值的同時,緩解上遊原材料供應不足的問題。然而,目前退役電池儲能及材料回收仍面臨許多挑戰。首先,由於不同車型的動力電池包設計多種多樣,需要針對不同電池類型進行細分,工藝流程和安全問題也相當復雜。其次,對退役電池健康狀態進行評估和系統集成仍存技術障礙。如何有效控制拆解、測試、分組、成組、電池管理等各環節工藝及物料成本,提升相關技術水平及完善跨行業標準是退役電池儲能及關鍵材料循環利用的前提條件。

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