钜大LARGE | 点击量：968次 | 2022年06月22日
电动汽车应用于储能的场景探讨
罗曼
（中能传媒能源安全新战略研究院）
国家发展改革委、国家能源局《"十四五"新型储能发展实行方法》提出，实现用户侧新型储能灵活多样发展，探索储能融合发展新场景，拓展新型储能应用领域和应用模式。电动汽车作为用户侧分散式新型储能设施，以充换电基础设施为"桥梁"，参和需求侧响应，实现和电网实时互动，能发挥负荷削峰填谷用途，为构建新型电力系统、实现碳达峰碳中和目标做出贡献。
一、我国电动汽车应用于储能的研究背景
（一）新能源汽车行业蓬勃发展
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
发展新能源汽车，是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，也是实现"双碳"目标的重要举措。近年来，国家从税收优惠、购车补贴、汽车行业"双积分"1等方面给予新能源汽车行业政策扶持，随着电池成本下降推动汽车产品性价比提高、配套基础设施的推广普及及消费者用车习惯的改变，我国新能源汽车行业飞速发展。
根据我国汽车工业协会数据，2021年我国新能源汽车产销分别完成354.5万辆和352.1万辆，同比均上升1.6倍，市场占有率达到13.4%。其中，纯电动和插电式混合动力合计产销分别达354.3万辆和351.9万辆。业内预计，到2030年，我国电动汽车的保有量将会超过1亿辆，功率总计超10亿千瓦，相当于我国目前所有燃煤电站的功率，相当于50个三峡电站。
（数据来源：我国汽车工业协会）
图12017~2022年二月我国新能源汽车产销情况（单位：万辆）
（二）动力锂电池性价比提升
电池容量是决定电动汽车存储电能的最关键因素，而电池容量取决于电池的体积和能量密度，或比能量2。近年来，随着产业技术进步和规模化量产，我国动力锂电池能量密度不断提高，成本逐年下降。截至2021年十二月，我国纯电动乘用车系统比能量在140～160瓦时/公斤和160瓦时/公斤及以上车型产量占比相当，分别为29.6%和30.2%。就技术而言，目前我国三元锂电池产品单体比能量达到300瓦时/公斤，磷酸铁锂电池产品单体比能量达到200瓦时/公斤。三元锂电池成本降至0.23～0.29元/瓦时，磷酸铁锂电池成本降至0.08元/瓦时。
（三）动力锂电池迎来退役潮
从2009年"十城千辆"示范工程至今，新能源汽车在我国已经发展十余年，最早一批车载动力锂电池也迎来退役潮。根据我国汽车技术研究中心数据，2020年我国动力锂电池累计退役量约20万吨，容量约25吉瓦时，预计2025年累计退役量78万吨，容量将达116吉瓦时。退役动力锂电池中约70%可进入梯次利用，2025年市场规模将超200亿元。
二、电动汽车储能应用场景
（一）有序充电策略
电动汽车有序充电策略，是指在满足电动汽车充电需求的前提下，运用实际有效的经济或技术措施引导、控制电动汽车进行充电，对电网负荷曲线进行削峰填谷，减少发电装机容量建设，保证电动汽车和电网的协调互动，实现电动汽车"虚拟储能"功能。有序充电桩是一种可以实现车辆有秩序充电的充电桩，桩内含有序充电模组，可视电网负荷情况安排电动汽车充电时序和充电功率，实现错峰充电、低谷充电，降低充电成本。
国际上，为将有序充电规模化应用推广，重要采取了峰谷电价、政府补贴、政府采购要求和标准强制等措施。比如，美国加利福尼亚州能源局研究在电动汽车峰谷电价基础上，对公共事业局和配电网运营商建设的公共充电桩给予建设资金支持，或直接以政府采购方式支持有序充电；英国计划制定标准，强制所有新建充电桩安装智能控制设备，并通过智能电表控制充电桩的充电负荷。
我国已由国家电网牵头，在北京、上海、郑州、南京等地开展有序充电延缓配网扩容的试点。目前，尚有商业模式缺失、车-桩间充电标准不支持交流有序充电等问题待解。
（二）V2G模式
V2G（Vehicletogrid）描述了电动汽车和电网的互动关系。在该模式下，电动汽车被视作分布式储能单元，供应电网辅助服务。当车载电池要充电时，电网向车辆补给电能；当电网负荷过高时，车载电池的电能可以销售给电网。
据V2GHub网站不完全统计，目前全球有98个V2G试点示范项目，分布在24个国家和地区，重要集中在欧洲和北美。全球试点示范项目重要分为技术方法探索、商业模式探索和社会效益验证三类，近两年商业模式探索项目占比逐渐提升，反映了V2G模式产业化进程的加快。从车企参和情况来看，日产参和了36个项目的试点示范工作，位列第一，三菱、雷诺、本田分别位列二、三、四位。从具体应用情况看，V2G模式多通过参和电力市场服务获取收益，其中，能量时移、频率响应、地区服务、紧急供电、电价套利依次位列前五位，其中一半以上项目探索了电动汽车在电力市场的时移服务，三分之一以上项目探索了电动汽车参和电力市场频率响应服务。
（数据来源：V2GHub网站）
图2全球V2G试点示范项目应用情况
在我国，V2G探索早已开始。2020年四月，国家电网公司华北分部在国内首次将V2G充电桩资源正式纳入华北电力调峰辅助服务市场并正式结算。据国家电网的资料显示，到2020年十一月，国网已经在全国14个省市开展了近40个试点项目，布局V2G充放电终端近400个。用户通过"e充电"APP参和V2G，根据电网需求进行智能充放电调控，能够获得实时收益。但从整体来看，目前，受限于电力市场制度、电池循环寿命等因素，国内V2G发展相对缓慢，汽车主机厂商推出的配备V2G技术的车型较少。
（三）退役动力锂电池储能
电动汽车对其装配的动力锂电池的性能要求比较特殊，当车身装配电池总容量衰减至出厂容量80%以下时，将很难满足车辆的动力需求，但剩余的动力仍能满足其他低性能要求的应用领域。以磷酸铁锂电池为例，当电池容量降至80%以下但仍高于60%时，仍可以在检测、再加工后，应用于电力系统储能装置、通信基站备用电源、小型分布式家庭储能、低速电动汽车等场景。在储能领域开展退役动力锂电池梯次利用，不仅可以降低锂、钴、镍等战略性金属资源浪费，减少环境污染，实现动力锂电池全生命周期的高效利用，还可以优化资源配置，降低电力系统储能成本。
欧美等发达国家退役动力锂电池回收业务发展较早，当前基本上形成了以电池制造商为重要责任方的回收利用体系。美国通过立法强制要求电池零售商回收退役电池，同时以押金方式使消费者主动回收退役电池。日本通过政府发放补贴的方式，鼓励电池生产厂商回收退役电池。实际应用中，退役动力锂电池在家庭储能和电网储能方面已有成功案例。如，美国TeslaEnergy开发了Powerwall和Powellpack，将退役电池梯次应用于家庭储能系统和商业储能系统；美国通用集团联合瑞典ABB集团开展了面向智能电网的动力锂电池梯次利用研究，重要用于储存太阳能、风能等分布式电力系统出现的电能；日本4REnergy公司销售或租赁聆风汽车的退役动力锂电池，用于家庭或者商业储能中的应用。
国内近年来也逐渐开展退役动力锂电池储能研究及应用，如，南网综合能源服务公司和深圳比克动力锂电池公司合建的7.27兆瓦时梯次电池储能项目投入运营，我国铁塔在甘肃河西建设15兆瓦时光伏发电梯次利用项目、10兆瓦时风力发电梯次利用等试验项目，国家电网在北京大兴建设100千瓦时梯次利用锰酸锂电池储能系统示范等。
2021年八月，工业和信息化部、科学技术部等五部门共同印发《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》，对废旧动力锂电池梯次利用公司、产品、回收利用等提出了要求。但在现实中，因早期未建立国家溯源管理系统，大量退役动力锂电池流入非正规渠道，对正规电池回收公司业务造成冲击，一方面造成了目前正规公司盈利困难，另一方面影响了退役动力锂电池梯次利用的安全性。
三、建议
短时间来看，电动汽车动力锂电池受循环寿命、功率等级等技术情况限制，其表现和电力系统储能元件长寿命、大容量的要求存在差异，尚不适合大规模的应用场景，电动汽车可作为用户侧灵活性储能资源，在V2H/B（VehicletoHome/Buildings）、V2L(VehicletoLoad)、V2V（VehicletoVehicle）等应急性、小规模场景中推广应用。长期，可从以下几方面着手，助力拓展电动汽车储能应用范围。
（一）加大关键技术研发力度
一是加大电动汽车动力锂电池研发，统筹考虑电池能量密度及安全性能，延长循环寿命。二是提升车载逆变器性能，使其适应双向充放电。三是提升车网协同控制及管理技术水平，保持车辆接入后电网系统的稳定性。四是提高退役动力锂电池检验检测和分级分类技术，使退役电池能顺利进入梯次利用环节。
（二）建立健全储能电价机制和管理制度
针对有序充电、V2G等场景，一方面要完善用户侧灵活性储能参和电力现货市场、辅助服务市场的电价制度；另一方面，要将充电基础设施纳入配电网建设规划，加强电动汽车充电系统和电网系统的协同发展。
针对退役动力锂电池梯次利用场景，完善退役动力锂电池回收利用体系，强化电动汽车动力锂电池全生命周期溯源管理，对不按规定向溯源管理平台上传信息的梯次利用公司明确处罚措施；建立退役动力锂电池残值定期检测和安全性评估标准，完善相关监管制度，提升产品使用性能的可靠性和经济性。
（三）加强行业上下游公司协同
推动电池原材料供应商、动力锂电池生产商、汽车整车厂商、废旧动力锂电池回收公司等合作共建退役动力锂电池回收渠道，构建跨区域回收利用体系，在梯次利用、拆解报废等各环节加强信息共享、数据共用，实现关键元件、材料循环利用的同时，最大限度降低环境污染。
1.汽车行业"双积分"政策，即工业和信息化部等五部门出台的《乘用车公司平均燃料消耗量和新能源汽车积分并行管理办法》，规定了我国乘用车新车平均燃料消耗量和每个汽车厂商生产新能源汽车的比例。
2.比能量是参和电极反应的单位质量的电极材料释放出的电能大小。
上一篇：构建可持续电池价值链的每个环节
