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電動(dòng)汽車應(yīng)用于儲(chǔ)能的場(chǎng)景探討

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:982次  |  2022年06月22日  

羅曼


(中能傳媒能源安全新戰(zhàn)略研究院)


國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局《"十四五"新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)行方法》提出,實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)新型儲(chǔ)能靈活多樣發(fā)展,探索儲(chǔ)能融合發(fā)展新場(chǎng)景,拓展新型儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。電動(dòng)汽車作為用戶側(cè)分散式新型儲(chǔ)能設(shè)施,以充換電基礎(chǔ)設(shè)施為"橋梁",參和需求側(cè)響應(yīng),實(shí)現(xiàn)和電網(wǎng)實(shí)時(shí)互動(dòng),能發(fā)揮負(fù)荷削峰填谷用途,為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。


一、我國(guó)電動(dòng)汽車應(yīng)用于儲(chǔ)能的研究背景


(一)新能源汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展

過針刺 低溫防爆18650 2200mah
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

發(fā)展新能源汽車,是我國(guó)從汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)的必由之路,也是實(shí)現(xiàn)"雙碳"目標(biāo)的重要舉措。近年來(lái),國(guó)家從稅收優(yōu)惠、購(gòu)車補(bǔ)貼、汽車行業(yè)"雙積分"1等方面給予新能源汽車行業(yè)政策扶持,隨著電池成本下降推動(dòng)汽車產(chǎn)品性價(jià)比提高、配套基礎(chǔ)設(shè)施的推廣普及及消費(fèi)者用車習(xí)慣的改變,我國(guó)新能源汽車行業(yè)飛速發(fā)展。


根據(jù)我國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),2021年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷分別完成354.5萬(wàn)輛和352.1萬(wàn)輛,同比均上升1.6倍,市場(chǎng)占有率達(dá)到13.4%。其中,純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力合計(jì)產(chǎn)銷分別達(dá)354.3萬(wàn)輛和351.9萬(wàn)輛。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì),到2030年,我國(guó)電動(dòng)汽車的保有量將會(huì)超過1億輛,功率總計(jì)超10億千瓦,相當(dāng)于我國(guó)目前所有燃煤電站的功率,相當(dāng)于50個(gè)三峽電站。


(數(shù)據(jù)來(lái)源:我國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì))


圖12017~2022年二月我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷情況(單位:萬(wàn)輛)


(二)動(dòng)力鋰電池性價(jià)比提升

無(wú)人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

電池容量是決定電動(dòng)汽車存儲(chǔ)電能的最關(guān)鍵因素,而電池容量取決于電池的體積和能量密度,或比能量2。近年來(lái),隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化量產(chǎn),我國(guó)動(dòng)力鋰電池能量密度不斷提高,成本逐年下降。截至2021年十二月,我國(guó)純電動(dòng)乘用車系統(tǒng)比能量在140~160瓦時(shí)/公斤和160瓦時(shí)/公斤及以上車型產(chǎn)量占比相當(dāng),分別為29.6%和30.2%。就技術(shù)而言,目前我國(guó)三元鋰電池產(chǎn)品單體比能量達(dá)到300瓦時(shí)/公斤,磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品單體比能量達(dá)到200瓦時(shí)/公斤。三元鋰電池成本降至0.23~0.29元/瓦時(shí),磷酸鐵鋰電池成本降至0.08元/瓦時(shí)。


(三)動(dòng)力鋰電池迎來(lái)退役潮


從2009年"十城千輛"示范工程至今,新能源汽車在我國(guó)已經(jīng)發(fā)展十余年,最早一批車載動(dòng)力鋰電池也迎來(lái)退役潮。根據(jù)我國(guó)汽車技術(shù)研究中心數(shù)據(jù),2020年我國(guó)動(dòng)力鋰電池累計(jì)退役量約20萬(wàn)噸,容量約25吉瓦時(shí),預(yù)計(jì)2025年累計(jì)退役量78萬(wàn)噸,容量將達(dá)116吉瓦時(shí)。退役動(dòng)力鋰電池中約70%可進(jìn)入梯次利用,2025年市場(chǎng)規(guī)模將超200億元。


二、電動(dòng)汽車儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景


(一)有序充電策略


電動(dòng)汽車有序充電策略,是指在滿足電動(dòng)汽車充電需求的前提下,運(yùn)用實(shí)際有效的經(jīng)濟(jì)或技術(shù)措施引導(dǎo)、控制電動(dòng)汽車進(jìn)行充電,對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷,減少發(fā)電裝機(jī)容量建設(shè),保證電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng),實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車"虛擬儲(chǔ)能"功能。有序充電樁是一種可以實(shí)現(xiàn)車輛有秩序充電的充電樁,樁內(nèi)含有序充電模組,可視電網(wǎng)負(fù)荷情況安排電動(dòng)汽車充電時(shí)序和充電功率,實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰充電、低谷充電,降低充電成本。


國(guó)際上,為將有序充電規(guī)模化應(yīng)用推廣,重要采取了峰谷電價(jià)、政府補(bǔ)貼、政府采購(gòu)要求和標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制等措施。比如,美國(guó)加利福尼亞州能源局研究在電動(dòng)汽車峰谷電價(jià)基礎(chǔ)上,對(duì)公共事業(yè)局和配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商建設(shè)的公共充電樁給予建設(shè)資金支持,或直接以政府采購(gòu)方式支持有序充電;英國(guó)計(jì)劃制定標(biāo)準(zhǔn),強(qiáng)制所有新建充電樁安裝智能控制設(shè)備,并通過智能電表控制充電樁的充電負(fù)荷。


我國(guó)已由國(guó)家電網(wǎng)牽頭,在北京、上海、鄭州、南京等地開展有序充電延緩配網(wǎng)擴(kuò)容的試點(diǎn)。目前,尚有商業(yè)模式缺失、車-樁間充電標(biāo)準(zhǔn)不支持交流有序充電等問題待解。


(二)V2G模式


V2G(Vehicletogrid)描述了電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的互動(dòng)關(guān)系。在該模式下,電動(dòng)汽車被視作分布式儲(chǔ)能單元,供應(yīng)電網(wǎng)輔助服務(wù)。當(dāng)車載電池要充電時(shí),電網(wǎng)向車輛補(bǔ)給電能;當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過高時(shí),車載電池的電能可以銷售給電網(wǎng)。


據(jù)V2GHub網(wǎng)站不完全統(tǒng)計(jì),目前全球有98個(gè)V2G試點(diǎn)示范項(xiàng)目,分布在24個(gè)國(guó)家和地區(qū),重要集中在歐洲和北美。全球試點(diǎn)示范項(xiàng)目重要分為技術(shù)方法探索、商業(yè)模式探索和社會(huì)效益驗(yàn)證三類,近兩年商業(yè)模式探索項(xiàng)目占比逐漸提升,反映了V2G模式產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快。從車企參和情況來(lái)看,日產(chǎn)參和了36個(gè)項(xiàng)目的試點(diǎn)示范工作,位列第一,三菱、雷諾、本田分別位列二、三、四位。從具體應(yīng)用情況看,V2G模式多通過參和電力市場(chǎng)服務(wù)獲取收益,其中,能量時(shí)移、頻率響應(yīng)、地區(qū)服務(wù)、緊急供電、電價(jià)套利依次位列前五位,其中一半以上項(xiàng)目探索了電動(dòng)汽車在電力市場(chǎng)的時(shí)移服務(wù),三分之一以上項(xiàng)目探索了電動(dòng)汽車參和電力市場(chǎng)頻率響應(yīng)服務(wù)。


(數(shù)據(jù)來(lái)源:V2GHub網(wǎng)站)


圖2全球V2G試點(diǎn)示范項(xiàng)目應(yīng)用情況


在我國(guó),V2G探索早已開始。2020年四月,國(guó)家電網(wǎng)公司華北分部在國(guó)內(nèi)首次將V2G充電樁資源正式納入華北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)并正式結(jié)算。據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的資料顯示,到2020年十一月,國(guó)網(wǎng)已經(jīng)在全國(guó)14個(gè)省市開展了近40個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目,布局V2G充放電終端近400個(gè)。用戶通過"e充電"APP參和V2G,根據(jù)電網(wǎng)需求進(jìn)行智能充放電調(diào)控,能夠獲得實(shí)時(shí)收益。但從整體來(lái)看,目前,受限于電力市場(chǎng)制度、電池循環(huán)壽命等因素,國(guó)內(nèi)V2G發(fā)展相對(duì)緩慢,汽車主機(jī)廠商推出的配備V2G技術(shù)的車型較少。


(三)退役動(dòng)力鋰電池儲(chǔ)能


電動(dòng)汽車對(duì)其裝配的動(dòng)力鋰電池的性能要求比較特殊,當(dāng)車身裝配電池總?cè)萘克p至出廠容量80%以下時(shí),將很難滿足車輛的動(dòng)力需求,但剩余的動(dòng)力仍能滿足其他低性能要求的應(yīng)用領(lǐng)域。以磷酸鐵鋰電池為例,當(dāng)電池容量降至80%以下但仍高于60%時(shí),仍可以在檢測(cè)、再加工后,應(yīng)用于電力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置、通信基站備用電源、小型分布式家庭儲(chǔ)能、低速電動(dòng)汽車等場(chǎng)景。在儲(chǔ)能領(lǐng)域開展退役動(dòng)力鋰電池梯次利用,不僅可以降低鋰、鈷、鎳等戰(zhàn)略性金屬資源浪費(fèi),減少環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鋰電池全生命周期的高效利用,還可以優(yōu)化資源配置,降低電力系統(tǒng)儲(chǔ)能成本。


歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家退役動(dòng)力鋰電池回收業(yè)務(wù)發(fā)展較早,當(dāng)前基本上形成了以電池制造商為重要責(zé)任方的回收利用體系。美國(guó)通過立法強(qiáng)制要求電池零售商回收退役電池,同時(shí)以押金方式使消費(fèi)者主動(dòng)回收退役電池。日本通過政府發(fā)放補(bǔ)貼的方式,鼓勵(lì)電池生產(chǎn)廠商回收退役電池。實(shí)際應(yīng)用中,退役動(dòng)力鋰電池在家庭儲(chǔ)能和電網(wǎng)儲(chǔ)能方面已有成功案例。如,美國(guó)TeslaEnergy開發(fā)了Powerwall和Powellpack,將退役電池梯次應(yīng)用于家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)和商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng);美國(guó)通用集團(tuán)聯(lián)合瑞典ABB集團(tuán)開展了面向智能電網(wǎng)的動(dòng)力鋰電池梯次利用研究,重要用于儲(chǔ)存太陽(yáng)能、風(fēng)能等分布式電力系統(tǒng)出現(xiàn)的電能;日本4REnergy公司銷售或租賃聆風(fēng)汽車的退役動(dòng)力鋰電池,用于家庭或者商業(yè)儲(chǔ)能中的應(yīng)用。


國(guó)內(nèi)近年來(lái)也逐漸開展退役動(dòng)力鋰電池儲(chǔ)能研究及應(yīng)用,如,南網(wǎng)綜合能源服務(wù)公司和深圳比克動(dòng)力鋰電池公司合建的7.27兆瓦時(shí)梯次電池儲(chǔ)能項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng),我國(guó)鐵塔在甘肅河西建設(shè)15兆瓦時(shí)光伏發(fā)電梯次利用項(xiàng)目、10兆瓦時(shí)風(fēng)力發(fā)電梯次利用等試驗(yàn)項(xiàng)目,國(guó)家電網(wǎng)在北京大興建設(shè)100千瓦時(shí)梯次利用錳酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范等。


2021年八月,工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部等五部門共同印發(fā)《新能源汽車動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法》,對(duì)廢舊動(dòng)力鋰電池梯次利用公司、產(chǎn)品、回收利用等提出了要求。但在現(xiàn)實(shí)中,因早期未建立國(guó)家溯源管理系統(tǒng),大量退役動(dòng)力鋰電池流入非正規(guī)渠道,對(duì)正規(guī)電池回收公司業(yè)務(wù)造成沖擊,一方面造成了目前正規(guī)公司盈利困難,另一方面影響了退役動(dòng)力鋰電池梯次利用的安全性。


三、建議


短時(shí)間來(lái)看,電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池受循環(huán)壽命、功率等級(jí)等技術(shù)情況限制,其表現(xiàn)和電力系統(tǒng)儲(chǔ)能元件長(zhǎng)壽命、大容量的要求存在差異,尚不適合大規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)景,電動(dòng)汽車可作為用戶側(cè)靈活性儲(chǔ)能資源,在V2H/B(VehicletoHome/Buildings)、V2L(VehicletoLoad)、V2V(VehicletoVehicle)等應(yīng)急性、小規(guī)模場(chǎng)景中推廣應(yīng)用。長(zhǎng)期,可從以下幾方面著手,助力拓展電動(dòng)汽車儲(chǔ)能應(yīng)用范圍。


(一)加大關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)力度


一是加大電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池研發(fā),統(tǒng)籌考慮電池能量密度及安全性能,延長(zhǎng)循環(huán)壽命。二是提升車載逆變器性能,使其適應(yīng)雙向充放電。三是提升車網(wǎng)協(xié)同控制及管理技術(shù)水平,保持車輛接入后電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四是提高退役動(dòng)力鋰電池檢驗(yàn)檢測(cè)和分級(jí)分類技術(shù),使退役電池能順利進(jìn)入梯次利用環(huán)節(jié)。


(二)建立健全儲(chǔ)能電價(jià)機(jī)制和管理制度


針對(duì)有序充電、V2G等場(chǎng)景,一方面要完善用戶側(cè)靈活性儲(chǔ)能參和電力現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)的電價(jià)制度;另一方面,要將充電基礎(chǔ)設(shè)施納入配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃,加強(qiáng)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)和電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展。


針對(duì)退役動(dòng)力鋰電池梯次利用場(chǎng)景,完善退役動(dòng)力鋰電池回收利用體系,強(qiáng)化電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池全生命周期溯源管理,對(duì)不按規(guī)定向溯源管理平臺(tái)上傳信息的梯次利用公司明確處罰措施;建立退役動(dòng)力鋰電池殘值定期檢測(cè)和安全性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),完善相關(guān)監(jiān)管制度,提升產(chǎn)品使用性能的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。


(三)加強(qiáng)行業(yè)上下游公司協(xié)同


推動(dòng)電池原材料供應(yīng)商、動(dòng)力鋰電池生產(chǎn)商、汽車整車廠商、廢舊動(dòng)力鋰電池回收公司等合作共建退役動(dòng)力鋰電池回收渠道,構(gòu)建跨區(qū)域回收利用體系,在梯次利用、拆解報(bào)廢等各環(huán)節(jié)加強(qiáng)信息共享、數(shù)據(jù)共用,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵元件、材料循環(huán)利用的同時(shí),最大限度降低環(huán)境污染。


1.汽車行業(yè)"雙積分"政策,即工業(yè)和信息化部等五部門出臺(tái)的《乘用車公司平均燃料消耗量和新能源汽車積分并行管理辦法》,規(guī)定了我國(guó)乘用車新車平均燃料消耗量和每個(gè)汽車廠商生產(chǎn)新能源汽車的比例。


2.比能量是參和電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料釋放出的電能大小。

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