全球范圍內(nèi)新能源系統(tǒng)正在快速發(fā)展，電動汽車是一個重要組成部分。交通部門高度依賴石油，比其他部門更加難以實現(xiàn)低碳轉型，電動汽車取代燃油汽車是轉型的主要路徑。事實上，未來電動汽車規(guī)模大了，除了助力交通行業(yè)低碳轉型外，還可以作為儲能參與電網(wǎng)削峰填谷，提升能源系統(tǒng)效率和降低成本。
電動汽車參與解決風電光伏不穩(wěn)定性包括兩種途徑：一是利用夜間用電低谷為電動汽車充電，在白天用電高峰時放電，通過互補和替代起到削峰和填谷的作用。二是動力電池報廢之后可回收作為儲能配套。反復充放電會導致動力電池的續(xù)航能力縮減，當電池容量縮減到額定容量的60%~70%，就不適用于滿足居民出行需求。報廢的動力電池有許多利用場景，比較重要的是回收作為儲能配套，應用于分布式或集中式風電光伏電站。電化學儲能在生產(chǎn)和報廢階段都會產(chǎn)生污染，相較于電化學儲能，未來電動汽車參與儲能可能具備更低的成本和更少的污染。
具體來說，發(fā)展電動汽車的儲能功能可以促進風電光伏消納和提升電網(wǎng)效率，主要包括以下幾個方面：
第一，隨著電動汽車滲透率的提升，動力電池的數(shù)量也將快速增長，規(guī)模效應使得電動汽車參與儲能系統(tǒng)具有可行性和經(jīng)濟性。
電動汽車可否作為有效儲能系統(tǒng)參與調峰調頻，首要因素在于是否具備足夠的規(guī)模效益，可以真正在調節(jié)電網(wǎng)負荷中起關鍵性作用。截至2021年底，全國范圍內(nèi)電動汽車保有量達到784萬輛。按照平均每塊動力電池容量40千瓦時計算(2021年特斯拉Model 3電池容量為60千瓦時，比亞迪漢大于60千瓦時)，電動汽車報廢后可以提供約200吉瓦時的儲能容量。
目前中國電動汽車占全部汽車保有量比例僅2%，用電量大概為居民用電負荷的0.1%，通過電動汽車調節(jié)居民用電負荷難以發(fā)揮明顯作用。隨著未來電動汽車市場份額快速上升，其負荷調節(jié)作用將逐漸顯露。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》，到2030年中國新能源汽車將達到汽車總銷售量的40%~50%，彼時電動汽車作為儲能參與電網(wǎng)調峰調頻的潛力會提升十倍以上。按照2030年風電光伏裝機容量達到12億千瓦以上推測，電動汽車增長速度將大于風電光伏的增長速度，如果能夠讓電動汽車在負荷轉移以及動力電池梯級利用兩個方面充分發(fā)揮儲能作用，將可以對風電光伏發(fā)展起很大的積極作用。
第二，為適應風電光伏的快速發(fā)展，需要迅速提升儲能配比，電動汽車或可成為中長期補充電化學儲能的重要手段。目前風電光伏調峰穩(wěn)定服務主要由火電和抽水蓄能提供。在碳中和進程中，煤電的傳統(tǒng)電力供應主體地位將逐步改變?yōu)閰⑴c調峰輔助服務。然而，煤電的調峰作用應該主要體現(xiàn)在應對電力需求季節(jié)性波動相對較大的時間尺度上，在瞬時平衡電力供需和應對極端意外情況方面的靈活性相對較差，提升調峰靈活性的成本較高。抽水蓄能電站受到自然資源限制，可開發(fā)潛力相對有限。
在此背景下，構建與風電光伏發(fā)展相匹配的電化學儲能系統(tǒng)成為今后以風電光伏為主體的清潔能源系統(tǒng)的必要選擇。但電化學儲能的成本相對較高，且使用壽命有限，生產(chǎn)和報廢回收過程會引起大量的污染排放。從理論上來看，足夠規(guī)模的電動汽車電池可起到與電化學儲能系統(tǒng)類似的儲能功能，而且成本可能相對更低。
第三，隨著電動汽車市場滲透率的提升，可以通過引導和規(guī)制消費者的充電行為來發(fā)揮電動汽車儲能功能。電動汽車數(shù)量的增長會帶來電力消費的顯著增長，根據(jù)專家計算，電動汽車的市場份額增加1%，會使得電力消費每年增長23.65吉瓦時。電動汽車充電負荷與居民用電負荷并不呈現(xiàn)完全互補的關系，當電動汽車大量接入電網(wǎng)時，峰對峰的充電模式會增加電力供應不足風險，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。
據(jù)研究報告，居民典型日的用電負荷高峰期出現(xiàn)在每天上午10點到晚上8點，谷值出現(xiàn)在凌晨1點到7點。典型日一般存在三個電動汽車充電高峰期：早上8點、下午3點以及晚上11點。電動汽車與居民用電負荷的互補性主要體現(xiàn)在電動汽車晚上利用谷時電價充電。在目前電動汽車保有量較低的情境下可以起平衡負荷作用。如果未來電動汽車高度普及，居民下午3點的集中充電行為很可能使得該時間節(jié)點成為新的用電負荷高峰，增加電網(wǎng)運行壓力和電力使用成本。因此，政府需要制定有效的峰谷分時電價，引導和規(guī)制電動汽車的充電時間，以避免峰對峰充電，提升用電成本。采用有效的峰谷分時電價配合充電行為引導和規(guī)制措施，充分發(fā)揮電動汽車儲能功能，實現(xiàn)用電負荷合理轉移。
第四，梯級利用退役動力電池可以實現(xiàn)動力電池最大化利用。隨著電動汽車產(chǎn)銷量快速攀升，動力電池報廢也將迎來快速增長期(目前壽命大概是5到8年)，不合理處置會導致環(huán)境污染，并且退役的動力電池一般還存有80%的額定容量，可以進行多情景再利用，推動循環(huán)經(jīng)濟。
目前，動力電池梯級利用還處于模式探索階段，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。在進行余量檢測后，退役動力電池可應用于低倍率供電場景中，比如作為儲能電源與家庭以及工作場所互動起備用電源作用，也可以結合峰谷分時電價實現(xiàn)套利和盈利。集中式的動力電池可直接應用于風電光伏實現(xiàn)儲能作用，支持風電光伏并網(wǎng)消納。另外，退役動力電池梯級利用可替代電化學儲能參與輔助服務市場，減少對電化學儲能的需求，從而起到資源節(jié)約和保護環(huán)境的作用。
(作者系嘉庚創(chuàng)新實驗室研究員、廈門大學中國能源政策研究院院長)
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