推动电动汽车车网互动(V2G)储能技术研究

推动电动汽车车网互动(V2G)储能技术研究

胡志毅 李森

天津市普迅电力信息技术有限公司 邮编：300240

摘要：本文在对电动汽车储能相关技术、基础设施建设及与之匹配的商业模式进行梳理和分析的基础上，展望电动汽车储能的发展潜力并提出相应的政策建议。

关键词：电动汽车；V2G；储能；充电基础设施；商业模式；可再生能源

1引言

随着我国汽车保有量的不断攀升，传统化石能源消耗需求将持续增长，发展电动汽车将有效缓解与日俱增的能源消耗压力，对我国经济社会的可持续发展具有十分重要的战略意义。电动汽车大规模接入电网后，既可作为电力系统消费侧的分布式储能设施，帮助分布式可再生能源发电的接入，调节电网用电负荷，又可作为分布式电源向电网反向提供电力，为电网提供调峰调频、旋转备用等辅助服务，实现电力系统的削峰填谷。电动汽车储能与电力系统的结合，将在提高电网的运行的稳定性和经济性、促进智能电网发展的同时，降低电动汽车使用者的出行成本，促进其推广和应用，最终实现交通能源的电力化。

2电动汽车技术

2.1电池性能动力

电池一般指为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池，主要包括铅酸电池、超级电容器、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。铅酸电池技术成熟、成本低、安全性好，但能量密度较低，自放电率较高，一般应用在低速和城市短途电动车上。超级电容比功率较高，充放电速度快、循环寿命长，但能量密度非常低，一般用在混合动力汽车作辅助电源。镍氢电池技术相对成熟，安全性好，是目前混合动力汽车所采用的主要动力电池技术，但镍氢电池目前生产成本仍然较高，自放电率高，很少被应用在纯电动车型上。锂离子电池比能量和比功率都很高，原材料丰富，但作为动力电池应用的技术仍不够成熟，安全性和高成本的问题仍然没有得到很好解决。

燃料电池比能量高，能量转化效率高（系统整体效率可达到70%），燃料来源丰富，但制造成本很高且储运非常困难。综合各种电池技术来看，锂离子电池技术是目前各国电池研发的重点。燃料电池在未来具有一定的发展前景，但目前技术仍然很不成熟。此外，动力电池的生产包括配方、电池设计及成组技术，而各大电池企业的差距主要体现在电池设计和成组技术方面，特别是成组技术涉及机械、电子等众多领域，目前电池组寿命往往只有单体电池寿命的1/4，成组技术仍有待提高。

2.2电池材料

电池材料是电池性能的决定性因素。由于锂离子电池技术是当前动力电池的重点发展方向，本文以锂离子电池为例对各种动力电池的材料技术线路进行比较。锂离子电池的材料包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液。正极材料是锂离子电池中最为关键的原材料之一，直接决定电池的工作性能。目前锂离子电池常用的正极材料包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料。

国外多数电池企业如松下、LG等主要选择锰酸锂和三元材料，而国内企业更多采用磷酸铁锂。负极材料以石墨和钛酸锂为主。目前负极材料基本实现国产化，产品性能处于国际领先水平。隔膜以聚乙烯和聚丙烯微孔膜为主，动力电池隔膜基本全部采用进口，国产动力电池隔膜还处于样品开发阶段。电解液主要采用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯，基本实现国产化。

2.3整车性能

当前主要的纯电动汽车生产厂商有日产、通用、宝马和特斯拉（Tesla）等。国内主要电动汽车企业包括比亚迪、众泰、万向和奇瑞等。到目前为止，工信部已经就新能源汽车陆续发布了34批次“节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型”。列出了目前市场上典型电动汽车的参数。可以看出目前电动汽车单次充电的续驶里程仍然较低，与普通燃油汽车还有较大差距。

3电动汽车储能潜力

3.1电动汽车储能容量

电动汽车的电网储能通过两种途径实现。①电网-车辆（gridtovehicle，G2V）。在这种应用中，车辆与电网的通信是双向的，但是车辆仅作为负荷从电网获得电能，通信只改变其充电速率，并不实现向电网提供电能。②车辆-电网（V2G）。车辆与电网的通信为双向的，电池的充电、放电也为双向，车载电池不仅仅作为负荷从电网充电，同时作为一种设备为电网提供电能。电动汽车大规模接入后，既可作为负荷调节电网负荷特性，也可以作为电源向电网反方向提供电能，从而实现削峰填谷，为电网提供调频、旋转备用辅助服务，改善电网性能，平滑可再生能源发电出力，提高电网的经济效益。

2007年中国轻型民用车辆的年均行驶里程为26910km[22]，日均行驶里程为73.7km。但这一统计未按照用途分类。例如，家庭轿车的年行驶里程可能不足15000km。本文按每辆电动汽车容量24kW·h、每日平均行驶里程50km、每百公里电力消费12.5kW·h计算，则电动汽车每日充电需求为4kW·h，单次充电可满足6d的行驶需要。假设电动汽车占到全北京市500万辆机动车保有量的10%，则每天充电总需求量大约为200万kW·h，仅占2011年全市全社会用电量的0.89%。

3.2分布式可再生能源储能

除服务电力系统输配电外，电动汽车还可作为分布储能元件与分布式可再生能源结合，构建发、输、用一体化微电网集成应用。考虑到光伏发电时间，与分布式光伏结合的电动汽车充电设施适宜建设在工作场所、车辆公交接驳站及公共停车场。以某地夏季典型单日发电量计算，光伏发电时间从早6时开始，直到中午12时达到峰值，到晚8时停止出力，全天发电时间合计为15h。按建筑并网系统全国平均1250年发电小时数计算，平均每天光伏满发时间大约为3.4h，发电高峰集中在早10时到下午3时左右。而典型工作日工作场所和公共停车场停车时间从早9时到持续到晚5时，完全覆盖典型日的光伏满发时间段。

电动汽车作为分散式的储能装置，可以成为一种新的电网可调度资源，若能够对充电行为加以引导，在电网负荷低谷和风电发电高峰进行充电，便能够与风电协同调度，减小等效负荷曲线峰谷差，在减少负荷低谷时段的弃风的同时，降低了电网单位电量的碳排放水平。美国GridPoint和BetterPlace公司分别提出了风电与电动汽车充电协同调度的构想，并且已经开始与电力公司合作开发电动汽车充放电调度软件，成为智能电网的一项重要应用。丹麦更是组织大学、研究所和能源技术公司在丹麦Bornholm岛上开展EDISON项目，旨在研究电动汽车并网及优化其与风电相互作用。

与光伏发电不同，风电满发时间往往在夜间，而夜间往往也是电动汽车充电需求相对较高的时间段，相对于集中开发的风电项目，离网型分布式风电机组容量较小，从几百瓦到几十千瓦不等。以10kW风电机为例，若所在城市年有效发电小时数为1000h，则平均每天有效发电小时数为2.74h，平均单日发电量为27.4kW·h，可满足近7辆电动汽车的充电需求。

4电动汽车车网互动(V2G)储能技术

2021至2025年,加快完善智能有序充电相关标准,完善配套政策机制和建设运营模式,实现重点区域应用和参与电力交易的试点;V2G技术与标准化相关准备工作初步就绪,基础设施改造与V2G车型商用化目标,率先在重点区域实现V2G商用试点。现在深圳等地已经出台V2G相关鼓励政策,希望能够在电动汽车市场渗透率超过30%的城市也开始试点。2026至2030年,智能有序充电成为主流建设运营模式,电网对大功率快充场站和社区充电桩接入能力显著提升,电动汽车消纳绿电比例大幅提升;V2G率先在重点区域率先实现商用化,V2G电网基础设施升级改造范围和比例快速提升;充电场站和新能源汽车用户全面参与电力现货、绿电交易和辅助服务市场交易。2031至2035年,智能有序充电模式实现对大功率公共快充场站、自建专用场站以及社区和单位充电桩的全面覆盖,实现高比例错峰充电与消纳绿电。V2G实现居民区等规模商用场景覆盖,日储能调节能力达到80亿kWh左右。新能源汽车实现整体“净负碳排放”,成为“碳中和”重要支撑。

参考文献

[1]黄斐.推动电动汽车车网互动(V2G)储能技术发展[N].新清华,2022-03-11(005).DOI:10.28900/n.cnki.nxqhb.2022.000055.

[2].Nanotechnology-Nanogrids;ResearchResultsfromDemocritusUniversityofThraceUpdateUnderstandingofNanogrids(Real-timeenergystoragemanagementsystemofananogridintegratingphotovoltaicsandV2Goperation)[J].EnergyWeeklyNews,2020.

[3]梁夏,陈文颖.电动车参与调峰的碳减排潜力[J].北京理工大学学报(社会科学版),2016,18(04):42-48.DOI:10.15918/j.jbitss1009-3370.2016.0406.

[4]刘坚.储能技术在交通领域的应用与发展趋势[J].储能科学与技术,2013,2(04):410-421.