中國科學院院士歐陽明高
當電動車處於停放狀態，其電池將成為待開發的配電網“充電寶”，把海量的“充電寶”通過物聯網技術連接到智能聚合平台，形成一個虛擬大負荷，在用電低谷時給電動車充電，在用電高峯時電動車給電網放電
在中再大廈項目中，電動車在用電低谷時段充電，電價約為0.3元/千瓦時，在用電高峯時段放電，放電價格為0.7元/千瓦時。通過谷充峯放，車主每度電能賺近4毛錢
文 |《瞭望》新聞週刊記者 扈永順
我國力爭在2030年前實現碳達峯，2060年前實現碳中和，加快發展新能源是各方共識。
新能源是指傳統能源之外的各種能源形式，比如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能等。新能源體系包括能源的生產、轉化、輸送、終端全鏈條。
在中國科學院院士、清華大學車輛與運載學院教授歐陽明高看來，新能源革命有五大重點：從傳統化石能源向可再生能源轉型，特別是光伏與風電的大規模應用；能源從集中式轉向分佈式；利用氫氣和電池等技術存儲間歇式能源；發展能源互聯網；電動車成為用能和儲能終端。
歐陽明高院士在接受《瞭望》新聞週刊記者專訪時表示，當前光伏、風電等新能源發電技術比較成熟，發電成本也明顯降低，已具備大規模推廣條件，但新能源發電具有波動性、間歇性、隨機性，必須與儲能結合才能擔當能源供應主力。
他認為，以純電動車為代表的新能源汽車可以成為我國規模大、成本低、安全性高的短週期分佈式儲能系統，為破解新能源發展瓶頸提供契機。
電動車將改變能源利用方式
《瞭望》：為什麼你認為電池和電動車等能在新能源電力系統中發揮重要作用？
歐陽明高：首先要認識到，電動車的電池動力系統本質上就是一套儲能系統。
從傳統電力系統與新能源電力系統的比較來看，傳統電力系統是發電廠將一次能源轉換成電能，經過輸電、變電、配電到最終電力用户，從而完成電能從生產到使用的全過程。在此過程中的能量傳輸是從集中式發電端到用電端的單向流動，具有“源隨荷動”的基本特點。而新能源電力系統中的光伏、風機發電是隨時間、季節變化的，同時用電負荷也是變化的，這就要求“源—網—荷—儲”之間可以進行靈活的互動調控。因此，為應對新能源發電的間歇性和波動性，保障電網穩定運行，配置儲能系統必不可少。
從目前的儲能系統看，依據儲能功率和存儲時間特性，電池和氫能分別適合短週期小規模和長週期大規模儲能需求，具有較強的互補性，共同構成了未來主流的儲能方式。目前我國電化學儲能約85%的裝機量為鋰離子電池，儲能成本為0.6～0.9元/千瓦時，其中約67%為電池成本，相比於0.2～0.25元/千瓦時的抽水蓄能，雖然在成本方面不具備優勢，但抽水蓄能受地理位置的限制大，不易實施。而電解水制氫成本包括電費、固定成本、維護成本和水費等，成本偏高。因此，電動車及其電池動力系統，是目前比較理想的儲能方式。
近二十年來，我國科研人員已經突破了新能源汽車動力系統技術平台與電池、電機、電控三大核心技術。近十年來，鋰離子電池已經廣泛應用於電動車。
以鋰離子電池為代表的純電動車，將在新能源電力存儲中發揮重要作用。有數據預計，2040年中國電動車保有量將達到3億輛，如果以每輛車電池容量平均65千瓦時計算，全國車載儲能容量約為200億千瓦時，這與當前我國每天消費總電量基本相當。可以説，電動車正在改變人類能源利用方式，推動新能源革命的到來。
電池技術日趨成熟
《瞭望》：如此看，純電動車要成為未來分佈式儲能的重要工具，關鍵在於電池。當前我國車載電池產業發展水平如何？
歐陽明高：目前我國車載電池產業規模和水平已經躍居世界前列，電池性能大幅提高。
技術方面，目前電池續航里程和電池壽命問題已顯著改觀，有關數據顯示，電動車的續航里程已從推廣初期的150公里左右，普遍提高到500～600公里，豪華電動車正在向1000公里續航邁進。從衡量電池單位重量或單位體積能夠提供能量的指標——比能量來看，過去十年提升了3倍，成本下降了85%。高比能量電池安全性、冬季續航能力、高速公路超級快充等方面技術已經取得突破，正在制定標準、逐步推廣應用的過程中。
產業方面，我國生產的電池供應約佔全球產能的60%～70%。全球十大電池廠商中，我國企業佔七席，包括第一名的寧德時代和第三名的比亞迪。
未來，電池還將呈現需求大幅上升與成本顯著下降趨勢。我國目前電池產能只有1億千瓦時，預計到2025年，中國前五家鋰離子電池企業總產能將超過10億千瓦時。同時，鋰離子電池系統成本將快速下降。根據中國汽車工程學會發布的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，預計到2025年，磷酸鐵鋰電池系統成本將降至0.5元/瓦時，循環壽命將達到5000～10000次。
《瞭望》：未來電池技術的創新發展方向有哪些？
歐陽明高：下一步，電池技術攻關主要在安全、便利、智能三方面下功夫。
第一，從電池設計製造的本徵安全、電池使用過程中的主動安全、電池發生事故時的被動安全三個方面保障電池系統安全。例如，清華大學研發了高比能量電池熱失控系統性抑制方法，能夠解決單體電池設計層面的不安全因素。針對整車開發了電池雲控預警平台，在使用過程中進行安全監控，對故障進行預警。
第二，加強快充技術攻關。電動車充電模式可以分為慢充和快充，對於私家車，最佳充電方式是慢充，但是高速公路或長途出行需要採用120～350千瓦超快充補電。中國電力企業聯合會於2020年公佈了大功率快充新標準——超級充電標準，預計2025年可全面提供超快充服務。清華大學已經開發出無析鋰安全快充技術，當電量下降到50%時進行補電，充電5分鐘能跑200公里。
第三，適應車網互動的智能化要求。電動車普及初始階段是無序充電，隨着電動車保有量增加，一些大城市電網壓力增大。目前深圳、上海等地正在規劃開展有序充電，即通過APP跟後台調度系統達成協議，將電池充電有序移動到電網負荷低時進行。將來還要攻關車網互動技術（V2G），當電網負荷低時為電動車充電，當電網負荷高時由電動車向電網放電，對電網進行削峯填谷。
浙江省長興縣“家之窗電動汽車充電站”，工作人員指導車主進行掃碼充電（2022年6月7日攝） 徐昱攝/本刊
構建車網互動新型智慧電力系統
《瞭望》：車網互動技術有什麼特點？其對電網進行削峯填谷的可行性有多大？
歐陽明高：可再生能源發電具有間歇性、隨機性等特點，而電動車快速充電容易對電網造成衝擊。因此，隨着新能源發電的增加以及電動車的普及，電網系統的安全穩定運行將面臨巨大挑戰，亟需建設以新能源為主體的新型智慧電力系統。
車網互動是指車輛既能從電網充電，又能給電網放電，實現雙向互聯。開展車網互動的重要原因是其可以對電網需求曲線進行削峯填谷，減小負荷需求功率。當電動車處於停放狀態，其電池將成為待開發的配電網“充電寶”，把海量的“充電寶”通過物聯網技術連接到智能聚合平台，形成一個虛擬大負荷。這個虛擬大負荷又可以通過能源互聯網以及人工智能技術進行優化調控，在用電低谷時給電動車充電，在用電高峯時電動車給電網放電，並且進一步與未來新能源發電特性匹配，減小電網增容壓力。
這是一種規模大、成本低、安全性高的分佈式儲能技術，被認為是新型智慧電力系統的重要組成部分。隨着電動車數量增加和市場機制的完善，其商業化可實施性正在不斷優化。截至2018年，歐盟、美國、日本等國家和地區已開展了70多個車網互動項目。在我國，車網互動技術和市場發展還處於起步階段。
《瞭望》：國內車網互動技術的落地前景如何？
歐陽明高：在車網互動新型智慧電力系統中，充電基礎設施是關鍵的車網能量互動端口。
充電基礎設施根據充電速度、停放屬性進行劃分，可分為慢充—停充複合型和快充—即充即走型。其中慢充—停充複合型兼備充電和停車功能，主要應用於居民區、公司單位和公交物流車等停車充電一體化設施。在這一方式下，車輛停放時間長、入網數量大，電動車具有參與大電網負荷調節的巨大潛力。
電網現有規範與基礎設施可以支撐車網互動服務，車網互動服務也符合電網運行的基本技術體系和運營策略。例如，國家電網公司在北京中再大廈和人濟大廈開展了電動車與商業建築互動以及電動車與電網互動服務的示範運行。在中再大廈項目中，電動車在用電低谷時段充電，電價約為0.3元/千瓦時，在用電高峯時段放電，放電價格為0.7元/千瓦時。通過谷充峯放，車主每度電能賺近4毛錢。國家電網公司在北京人濟大廈設置的雙向充放電互動樁，通過智慧車聯網平台，以可調節負荷資源聚合模式，納入華北電力市場的調峯輔助服務，這是國內首個納入調峯輔助服務結算的項目。目前，全國已有15個省市建設了42個車網互動項目、609個車網互動終端，共有近4000台電動車參與過車網互動。
雖然國內車網互動項目尚處於示範階段，但隨着電動車數量的增加和車網互動成本的下降，車網互動有望在未來的新型智慧電力系統中發揮更大作用。根據《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，未來充電基礎設施建設將得到快速發展，預計2030年和2035年慢充樁數量將分別達到7000萬台和1.5億台。在這一基礎上，建設能與電網實現能量雙向流動的雙向互動充電樁能夠為實現車網互動打下基礎。
《瞭望》：對希望進行車網互動佈局的城市來説，下一步工作重點是什麼？
歐陽明高：第一，目前全球新能源汽車市場開始進入快速發展期，我國新能源汽車率先實現大規模進入家庭。建議進行車網互動試點的城市增加新能源汽車指標，引導電動車購買預期。
第二，加快建設新能源基礎設施，尤其要挖掘公共建築的巨大潛力，加快工作單位停車場具有車網互動功能的慢充直流雙向樁建設。光伏與車用電池是一對最佳電源組合，建議加快屋頂光伏建設，並推動建築直流電氣化改造，加快分佈式微網系統發展。
第三，建議有條件的城市開展電力體制改革試點，加快城市內配電網和用户側微網的市場化改革。學習上海和深圳經驗，建設市級能源互聯網和基於家用電動車分佈式能源系統的虛擬電廠資源整合平台，在用電高峯時段削平電網負荷、用電低谷時段幫助電網提升負荷。■