一直有一个疑问就是:「为什么只有蔚来在真实且大规模的做基础设施建设?」
电动车企业想要做补能其实是有「捷径」的,但唯独蔚来是将技术、基础设施硬件、整车都当作一个整体去推动的,当然还有另一家是特斯拉。
带着这样的疑问,我们结合国家能源战略,去看蔚来的战略部署,得到的答案是: 蔚来正在做一场关于「能源」的大规模社会性实验。
从这里我们可以看到:
- 为什么蔚来做换电可行;
- 蔚来要做的 VPP(虚拟电厂)是什么;
- 蔚来的 V2G 有什么魔法;
- 蔚来为什么取消 OBC;
......
01
虚拟电厂 VPP
虚拟电厂(Virtual Power Plant,下面简称 VPP)是沈斐一直以来的梦想,他的专业是「电网」,在入职蔚来之前研究能源互联网。
「电动车与电网之间,有很多生意可做。」
这是沈斐在蔚来 100 度电池包发布会时向媒体说的一句话。
这位蔚来电池管理副总裁是蔚来做能源生意的关键人物,因此他还有新头衔 「蔚能董事长」 ,李斌让沈斐当蔚能的董事长丝毫不令人意外。
「电网很特殊,像一个天秤一样,发电和用电要随时平衡。车有了电池之后,可以与电网形成互通,当电网电多的时候,你就给它多充一点;电少的时候,让车给它补一点。」
蔚来上海总部大楼停车场,就有 15 个双向充电桩试点,特点是: 「能充能放」 。
「晚上用 0.3 元的电充好,带到公司给公司用,公司是 1.3 元一度电,一天赚个午饭钱。」 此概念是随着电动车发展出现的 V2G(Vehicle to Grid),是 VPP 其中一个应用场景。
在聊 VPP 之前,有很多人会把它跟分布式能源(Distributed Energy Resources,DER)搞混。
其实二者有天壤之别,分布式能源包含小型发电设备,如太阳能板、分布式风机、储能装置和公共电网链接的系统。
分布式能源可实现能源梯次利用、弥补电网的稳定性和对环境改善。但它本质的缺点在于 「不可控和随机波动性。」
在装机过多缺乏统筹的能源管理系统(Energy Management Systems,下文用简称 EMS),当同时将多余电力馈入电网(比如中午满载),反而会造成电网的安全和可靠性问题。
VPP 在于它拥有可控的 EMS,将原本分布在不同地区的分布式能源,用通讯技术统筹,如同发电厂般调度,却不拥有实体,因此被称为: 「虚拟电厂」 。
VPP 是能源互联网中,重要的能源聚合形式,随着中国将碳达峰与碳中和列为十四五政策重点,大力发展绿电,VPP 是调节绿电不可或缺的发展重点。
02
VPP 与中国能源发展关系
想要看清电动车为什么在中国发展这么快,就需要看清楚 VPP 的作用,因为 VPP 的底层逻辑是跟着国家能源战略在走,因此,看 VPP 和中国能源的发展关系,可以映射出为什么蔚来一直热衷于做基建,一个原因是:解决车辆补能的问题。
另一个则是我们今天要聊的:蔚来能源战略的大环节「互联网能源」。
先来看看几个和能源相关的细节:
一、促进绿色电的利用率
根据能源部门统计,中国 2020 年风电新装机容量高达 71.67 GW,比前三年总和总和 61.42 GW 还高;太阳能发电新装机容量 48.2 GW,风光电合计 120 GW。
全中国 2020 年新增装机总容量不过 191 GW,风光占全部新增的 63%,再加上水电的 13 GW,再生能源占全部新增的 70%,可以说在政策明确支持下接下来几年,新增装机依然是「绿电」的天下。
但绿电具有不确定性及不可预测性,才会被电网称为「垃圾电」,对电网可靠与安全性是很大的挑战。
那就有了一个问题,为何绿电会被称为垃圾电?
我们的常识里光、风、水电能都是绿色能源为何有这种反常识的认识呢?接着往下看。
二、鸭子曲线(Duck curve)
鸭子曲线是以光伏发电为主的绿电会遇到的问题。
这是美国加州 2016 年 10 月 22 日的用电曲线,蓝线是加州电力负载,橘线是电力负载减去灰线(光伏发电)和风电的净负载,蓝色跟橘色曲线合起来看起来像只鸭子,所以叫 「鸭子曲线」 。
太阳能是种间歇性能源,白天尤其是中午时段,是光伏发电最强的时刻,太阳一下山,发电量骤减,此时是下班时刻,各种家电打开,正需用电,就会造成问题。
一个地区的光电占比越高,鸭肚子越大或鸭脖子越细(傍晚用电),造成的电力调度问题就会越大。
中午发电如果超过用电量,要设法消耗;傍晚则要快速将电能缺口补上,以免大停电。
美国是用天然气发电调节,燃气机组启动快速,适合短时间内填补电力缺口。然而美国是天然气生产大国,多到可以出口,中国则要进口,此方法不适用中国,况且中国的光伏发电跟用电不在同一地。
中国光伏发电主要区域在西部,跟东部有时差,因此鸭子曲线的问题较小,主要是光伏发电受天气影响很大,并且峰值时段集中,没法稳定供给,依然要靠储能调节。
随着西电东送和北电南送的特高压逐渐完成,光伏利用率有显著提升,然而要更有效利用,储能的大规模应用必不可少。
三、垃圾电之王:风电
如果说光伏是垃圾电,那风电就是垃圾电中的霸主,堪称垃圾电之王。
光伏跟风电一样有间歇性,但风电比起光伏更为随机,对电力潮流的冲击更大。
光伏至少可以参考太阳的运行规律,风电虽然能归纳出季节特性,但风力忽大忽小、时有时无,起伏更为剧烈,此谓之随机性。
光伏发电时间与负载高峰正相关,开发利用较方便,风电晚上大、白天小;早晚大、中午小,跟负载高峰反着来,此谓之逆调峰。
可以看到陆基型的风电,尤其是设立在中国西部沙漠地带的风电站,发电高峰在夏季,冬季不强,跟离岸风电相反。
逆调锋明显,晚上的发电量比早上多,中午时段最低。
因为风电的特性,造成电网很大压力,近年来已经好几次国外大停电主因是风电。比如:
- 2016 年 9 月 28 日,南澳大停电;
- 2019 年 8 月 9 日,英国大停电。
造成城市重大民生事故,皆是电网受天气影响电压不稳,风电并网受电压扰动脱网,产生连锁反应大停电。
这就是为什么,南澳大停电造就了南澳全力推进 VPP,主要合作厂商是 特斯拉。
- 先盖南澳大电池站(Battery farm),一个 100 MW/129 MWh 的大型储能电站。
- 再补助住户安装 Powerwall,由于南澳本来家庭安装太阳能比例就高,这种分布式能源,已对电网形成压力,由特斯拉建立 VPP,可以有系统的调节,减缓电网压力。
英国大停电使英国重视储能的发展, 一方面 2020 年英国修改容量市场规则,让储能更容易参与容量市场竞价;另一方面推动兴建大型储能电站的计划。
不管光伏或风电,皆需储能调节,否则容易造成电网极大压力,甚至大规模停电,也因此被称为垃圾电。
VPP 可以视为一个大型的分布式储能电厂,帮助电网调峰调压调频,这就是我们在一些能源大佬嘴里经常听到的「削峰填谷」。
03
推进电力市场体制
中国从 2015 年下达《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》(中发【2015】9 号文,以下简称为新电改 9 号文),一直力推电力市场改革。
电力交易市场
在新电改 9 号文之后,明确要建立电力交易中心、输配电价和售电侧改革,并在 8 个省级电网进行电力现货市场试点,但跟新电改想达成的目标,相差甚远。
「无现货,不市场」,电力现货市场的建立,是电力市场重中之重的任务,但几次的电力现货试点,没一次能跑完试验周期。
问题诸如电力交易公平性、大额不平衡资金和分布式能源就地交易等,不一而足。有很多电力政策要保障居民与工商用电价格平稳,无形中使电力市场价格扭曲,此点虽逐步放开管制,然而短期内难以改变。
既然现有电力体制不好动,那就放条鲶鱼进来搅一搅,VPP 承担就是那鲶鱼的工作。
VPP 可以统合本来难以进入电力市场的分布式能源,参与电力市场的交易。由于 VPP 是建立在通讯技术之上,对需求的响应更快,可以实时调节,辅助电网的平稳,对电力市场的现货交易与出清很重要。
VPP 是物联网的一环,通过物联网的数据整合,优化运行参数,达到降本增效,强化竞争,可以倒逼电力产业更快应用新技术,将手上的大数据做更有效率的运用。
从上面可以看出储能是发展绿电重要关键,那为何不直接推动储能发展,要透过 VPP?
储能政策发展
国家曾经推过,在 2017 年 10 月发布的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,造成 2018 年储能市场大爆发,尤其是电化学储能爆发式的成长,2018 年电化学储能新增 0.6 GW,同比增长 414%。
每次补贴造成很多骗补公司,在电动车、芯片上,中国经历过太多,2018 年储能市场的过度火热,使中国意识到如果靠政府补助,最后一定又是满地鸡毛。
因此,在 2019 年 5 月的《输配电定价成本监审办法》第十条,不得计入输配电定价成本中,把电动车充换电服务跟电储能设施列入。
简单讲, 就是充换电站跟电储能,不能列入电网成本中。
注意这句话,非常重要因为它是电网公司与政府争执的要点,最终结果是,政府认为不得列入, 电网公司从此对充换电站和储能推广失去兴趣 ,储能市场一下子被打入寒冬。
原本在电网侧的储能可以采用租赁模式。业主建立储能站后,通过电容量租赁契约,由电网公司支付租赁费,等于电网公司兜底,所以电网公司希望能列入电价成本,可以透过电费回收租赁费,达到快速推广的目标。
既然被否决,电网公司当然对此失去兴趣。电源侧储能,现在是各地政府强加到再生能源开发商身上,如湖北风电项目要配置 10% 的储能容量、内蒙光伏项目要 5% 以上的储能容量等。
用户侧储能因峰谷电价差价小,纵使获利,利润甚微,那一丁点利润根本无法引起用户兴趣。
白话的说就是,目前储能在中国的发展困境是: 电网侧不推、电源侧硬推、用户侧推不动。
要破局,需要电力市场。使储能电容量透过市场价差和辅助服务收费,达到自己造血,不用政府输血。
而成立 VPP,本就需要储能装置,推动 VPP 等于促进储能发展,又能加快电力市场发展,可谓一举两得。
04
有序充电与绿色电消纳
VPP 是用户群代表,透过能源服务公司,由 EMS 整合再生能源、电动车或需量反应的创新服务的商业模式。
为什么称为用户群代表?
一般情况下,我们会认为电力市场是国企独占或寡占的印象,因为微小的电力用户,很难跨过参与电力市场的最低资格。
以山东为例,要进入电力辅助服务市场的资格,储能功率不低于 5 MW,持续充电时间不得低于 2 小时。
可能大家对 5MW 没什么概念,用特斯拉的 Powerwall 当标准,一组 Powerwall 的正常功率是 5KW,要参与电力辅助服务市场,要 1000 组 Powerwall 才够资格。
普通电力用户怎么可能一户装 1000 个 Powerwall?
而且给的钱不算多,调峰出清价格是 400 元/MWh,简单讲 1000 度给 400 元,1 度补贴 0.4 元。
山东已经是目前各省中要求最低(跟新疆相同)。华北、安徽、福建、湖北、湖南、青海和东北要求最低要 10 MW。山西跟江苏要求最低要 20 MW。资格太高、离他们太远,大众自然毫不关心电力市场,1 户装 1000 个 Powerwall 不现实,那反过来,由 VPP 统合 1000 户,不就好了吗?
VPP 是电力用户的总代理人,因此称为「用户群代表」。
VPP 使电力用户兼具消费者与生产者的角色,让他们能参与电力市场,消费者获得一部份主动权,才有动力接受绿色经济,不再只是靠信仰。
唯有化作实实在在的金钱收入,节能减碳救地球才不会沦为口号。只谈理想不谈钱的生意,都是耍流氓。
蔚来就是要成为那个 「用户群代表」。
有序充电
V2G 现在有机会大规模应用是单向的「有序充电」。已经有车厂在这方面尝试。比如,JSM 试点项目,最早的项目是 2011 年开始,由日产汽车跟夏威夷合作的。
JSM 分为两部份:
一、充电管理计划,也就是有序充电,将原本下班就开始充电的时间,改到凌晨,减低电网负载,并进行负载调节。
图中红线是夏威夷茂宜岛电力负载曲线,可以看到,如果电动车的充电时间,在下班之后立刻充电,会跟原本负载高峰重合,加大电网的不稳定。
当电动车数量越多,用电负载高峰会大增,电网会越不稳定,跳电机率大幅提升,很有可能会大停电。
尤其当输入电源是绿电时,图中灰色线是风力发电消耗后的剩余电量,在凌晨最不需要时,剩余电量最大,风电的逆调峰特性,会强化跳电的机率。
因此,当电动车的充电时间有序后移,不但能避开负载高峰,还能消耗多余的风电,可谓一举两得。
二、iChargeForward计划 之后 BMW 也跟加州合作,在 2015 年正式开始 iChargeForward 计划。
除了跟 JSM 计划一样展开有序充电外,这项目更着重在有序充电的控制,利用通讯技术要车主配合充电的时间,并且研究车主的开车习惯对充电行为的影响。由于是利用 APP 通知,所以有时会有过度发送的问题,不过因默认为同意,还是很少车主会退出。
为符合加州的电力交易规定,纯靠电动车的电力输出额度不足以参与,可靠性也不够,因此 BMW 用退役电池做为储能池。
从图中可以看出,大部份的需求量反应贡献,是由退役电池组成的储能池达成,占 80%。只有 20% 是电动车。
原因有两点: 一,电动车接入电网的时间不固定,不像储能池一直连接;二,退役的电池包数量庞大,可以建构的储能池电容量不小,退役电池包梯度利用得宜,可以使储能进一步发展。
此计划有试验补助,JSM 没有,项目的结果表明,单靠环保意识是不行的,有坚定信仰推行绿色能源的人毕竟是少数,大多数人看在钱的面子上,配合度会更高。
在第二阶段的 BMW ChargeForward,更能看出金钱奖励的效果。
此阶段的试验是要 BMW 的车主,帮忙消耗过剩光电,如同 JSM 要求车主消耗多余的风电。
由于早上车主大多要上班,不像晚上是下班时间,更能测试车主在不方便的情况下,对绿能的热忱。
透过天气预报结合用电的测算,会提前一天告知车主什么时候光伏可能供电过剩,此时充电可得到补贴奖励。
并且分成两种日程,平常日和一周,按周有额外的奖励活动。
图中在周的礼拜五响应充电比例最高,比平常周大幅增加 225%,原因很简单,礼拜五奖励加倍,就是这么直接。
多倡导有没有用?有。可以看到地球周比平常日,多多少少都会增加充电比例,但要有明显差异,真金白银依然最香。
05
NIO 清洁能源使用
从 2020 年 12 月 8 日到 2021 年 4 月 30 日,京津冀地区的用户,在每日凌晨 0:30 - 7:00,使用蔚来家充充电,就给予活动奖励。
跟日产或 BMW 的试验不同,蔚来是真的当成一个战略计划在推动。
一个明显看出差别是参加的车辆数,日产几十台车、BMW 几百台,蔚来有 4528 台。要知道,这只限京津冀地区有家充的车主参加,平均渗透率为 58.5%,有超过一半用户参加,并且北京的参与度最高,达到 65.7%。
这活动是跟国网电动合作的计划,不管是有序充电或 V2G,要跟电网公司合作才能推动,没评估当地用电情况,擅自乱推反而可能会增加电网负荷。
为什么是蔚来?
其实国网电动跟很多车企有类似的合作,BMW、北汽、威马、东风,甚至连一台车都没造出来的恒大都是合作对象。
然而,这里面真的用心推动的只有蔚来,毕竟吃力不讨好的事,谁想做呢?
首先,要号召用户参与,国网电动合作对象大多是传统车企,对车主无影响力可言,更别提车都没有的恒大汽车,只有蔚来对车主有足够的影响力。
有影响力就行吗?当然不可能。
前面写过,光有理念不够,没有奖励,效果很有限。要怎么奖励也是个问题,直接发现金太麻烦,很多车主的充电量太小,光手续费可能比发的钱还多。
此问题对蔚来不存在,蔚来有蔚来积分,蔚来积分在蔚来用户群是硬通货,可以有效流通,因此,奖励将都以积分发放。
当天充电奖励当天发放,车主实时得到回馈,更会强化车主参加意愿。有排名奖励,用竞争激励车主多在特定时段充电。
蔚来的活动奖励是自己出钱,每度给 1 点蔚来积分,相当于 0.1 元,到 2021 年 4 月活动截止累计使用 293 万度电,减少 1465 吨碳排量,发出近 300 万积分,等于 30 万人民币的支出。
花费虽少,效果却好。活动期间提升 34% 的夜间充电量,可以看出充电高峰时段后移,达到削峰填谷。
可以说国网电动所有合作的车企中,蔚来是唯一具备动机和能力推广有序充电的公司。
蔚来图什么?总不会是用爱发电吧。
清洁能源使用背后的政策面
国网电动广撒网后面,体现的是国家意志。中国已经把碳中和列入国策,接下来会持续强力推动绿电,但垃圾电问题不解决,推越大力,死得越惨。况且绿电的消纳在中国有严重的问题,为此国家能源局制定《清洁能源消纳情况综合监管工作方案》,从侧面印证绿电消纳并不顺利。
以节能风电为例,虽然装机规模放大、营收持续增加,但应收帐款的情况却越来越糟,这与中国再生能源补贴拨付越来越慢相关。
补贴延迟发放,政策希望能有一部份「补贴换指标」,将拖欠补贴置换成新风电开发权,对现金流不乐观的节能风电是个坏消息。
从五部委联合发文《关于引导加大金融支持力度促进风电和光伏发电等行业健康有序发展的通知》,意思是银行不要雨天收伞。也能看出绿电开发商的现金流很紧张。
中国一方面要发展绿电,一方面补贴退坡,就需要绿电开发商自行造血,首先要解决绿电消纳的问题。 电动车有序充电是解决绿电消纳的良方,从 JSM 的试点就能看出电动车错开下班后用电高峰期,在凌晨充电,可以达到对风电最大限度的利用。
BMW 的计划也指出,电动车充电能在光伏发电过多时,进行削峰。 因此蔚来与国网电动的合作,是要消纳夜间的风电。
我看到蔚来的APP上有人问:「为什么只有京津冀的车主能参加?」
因为目前只有华北能源监管局制定《第三方独立主体参与华北电力调峰辅助服务市场规则》,允许电动车以聚合商方式参与调峰市场。其他地区,现在大多只允许电源侧或电网侧的储能参与,要看华北的试点成效,再进一步规划。
蔚来目前是试行,此活动是蔚来做为 VPP 的跳板。
06
V2G 一场大规模的社会实验
还记得河南大水和全国多数地区的大规模限电吗?
经过这轮限电,很多人怀疑「生食都无够,哪有通曝干」,电力供应连日常生活用电都无法满足,何况是耗电怪兽的电动车,中国大力发展电动车不是自寻死路吗?
恰恰相反,电动车反而是要达成碳中和不可或缺的重要储能工具。
河南大水,造成郑州电力供应全面中断,现代人生活已离不开电,尤其移动支付绑定手机,手机没电,可是连付钱都成问题。
郑州某位比亚迪车主,利用车上 V2L 功能,反向对外放电,电动车摇身一变为大型充电宝,不但帮一堆手机充电,甚至再充一部电瓶车都行。
不止比亚迪,小鹏、理想、蔚来等车企也有类似功能。
顺着这个思路,电动车不仅可以当紧急电源的充电宝,往大的讲,更能当整个电网的充电宝,这就是 V2G。
不过电动车对外放电有以下各种模式: V2L、V2V、V2H、V2B、V2G
为什么会分那么多种类型?有什么差别?
以下把这些分成 2 种模式:V2L 模式和 V2G 模式
一、V2L 模式(V2L、V2V)
V2L
V2L 模式是利用车载充电机(On-Board Charger,OBC)向外放电,将电池中的直流电(DC)变成交流电(AC)。
红色圈起处即是 OBC。
在充电时,电网的交流电经充电线流入 OBC,经 AC/DC(交直流整流器) → PFC(Power Factor Correction,功率因子校正)→ DC/DC(高低压直流转换器),将 AC 转为 DC 存入电池。
要能反向放电,整个过程反着来,整套系统支持双向充电(需有逆变器模块),再附上厂家的放电枪,实现对外放电功能。
以比亚迪为例,10 A 的插座能提供 2.2 W、16 A 则能提供 3.3 W。
常用的手机快充大多在 10 - 30 W,2.2瓩不计损耗的话,以快充 30 W 可以支持 73 台手机快充,才会出现郑州大水那一幕一台车供许多手机充电。
V2L 紧急使用的机会较少,更多是在外露营或旅游供电,2.2 W 足够驱动电磁炉、热水壶和电风扇等电器,为说走就走的旅行提供很多便利。
V2V
在 V2L 的基础上,再加上一个便携式充电枪,即可实现 V2V,利用对外放电对另一台电动车补能只是很慢。
V2V 另一种方式是直流快充,有此功能的车型很少。
比亚迪的汉有此功能,但需要购买特殊的直流转接电缆,额定是 750V/80 A,不计损耗功率为 60 W。
V2V 最常见是在蔚来充电车,不过跟上面的比亚迪汉不一样,它是内置电池组或发电机实现对外放电。
如果比亚迪汉的 V2V 功能普及到所有车型,可就革了蔚来充电车的命,既然其他电动车也能补能,就不需要移动充电车了。
OBC 革命
目前 V2L 主要是利用 OBC 透过慢充接口向外放电,有蔚来车主问过,何时蔚来能实现此模式?
蔚来的作法与比亚迪、小鹏或理想不同,据蔚来第二代平台负责人李天舒表示,蔚来打算把 V2L 做在快充接口。
在快充接口与慢充接口实现 V2L 有何不同?
快充接口不与 OBC 对接,没有 AC/DC 转换能力,代表蔚来的放电枪不同于比亚迪,需要将逆变器模块建立在放电枪上,因此蔚来是造车新势力中,最晚实现 V2L 功能的车企。
比亚迪要革移动充电车的命,蔚来也要革 OBC 的命。
蔚来为什么不在慢充接口做 V2L?
因为 ET7 已经没有 OBC,自然不会有慢充接口。
取消 OBC,不止涉及 V2L,连家充跟便携式充电枪都要全面改造是个系统性工程。
比亚迪则走另一条路,e 3.0 平台将 OBC 跟电驱、电控八合一。
将更多功能集成化是各家车企努力目标,可以降本增效,节省空间、重量跟成本,增加组装与使用效率,推动技术进步。
二、V2G 模式(V2H、V2B、V2mG、V2G)
V2G 模式的差别
V2H 跟 V2L 不同,利用的是快充接口向外放电,跟蔚来的外放枪相同。
由于没有 OBC 的限制,OBC因安装在车上,体积跟重量有其极限,会约束散热能力,所以功率无法做到太大,对外放电的功率可以做到更大,大到可以提供家庭用电。
最早量产 V2H 车型是日产的 LEAF,前面提到的日产 JSM 计划,用的就是 LEAF。
LEAF 用的是日本独家的 CHAdeMO 规格,日文原义是「お茶でもいかがですか,翻译为:要喝杯茶吗?」,意思是喝杯茶的时间就能充满。
要实现 V2H 需要外接 V2H 充放电器。
LEAF 的 V2H 充放器设备很大,并且笨重,整机重量高达 91 kg。
充电功率 6.6 W、放电功率 6 W,放电功率足够满足一户小家庭用电需求,中国民居用电规范,建筑面积小于 60 平方米,用电负荷为 6 W。
因此,被称为 V2H 家庭备用电源。
除此之外,它能像特斯拉的 Powerwall 一样,做为太阳能跟电能间的储能变流器,差别在 Powerwall 有独立的电池储能,它是利用 LEAF 储能。
整套设备卖最好的时候,是日本 311 大海啸之后,由于福岛核灾后日本全面停止核电,造成电价节节高涨,相较于电价,安装此套设备的 CP 值很高。
特斯拉的 Powerwall 也是如此,加州连续几年野火造成大停电之后,加上政府补助,Powerwall 在美国供不应求。
虽然 CHAdeMO 是最早有 V2X 通用协议的充电规格,也很认真在欧美推广,不过最终欧盟跟美国还是决定采用 CCS,无疑宣判 CHAdeMO 死刑。
连日产都不再为海外车型生产 CHAdeMO 规格的电动车,当初推广最大力的车企都放弃,可见 CHAdeMO 的终局只剩日本自己玩。
由于中国一、二线城市拥有独楝住宅的比例很低,V2H 在中国比较有发展潜力是三线城市以下与乡村。
V2B 与 V2H 原理一模一样,只是不再局限于住宅,而是包括工厂、办公大楼、商业大楼、购物中心和园区等建物,容纳更多的电动车同时充放电。
V2H 与 V2B 是以电动车为储能中心的微电网,能与大电网并网,也能离网供电,这就是所谓的 V2mG 局域微网供电。
V2G 与 V2mG 的差异
V2mG与V2G差别在于并网连接的不同。
以国网电动与蔚来的 V2G 试点合作为例,在上海蔚来的行政大楼有 15 根 V2G 充电桩,采用的是并网不上网模式,放电只供自用,不向电网输电,不足部份由电网输电。
并网不上网,只供自用,是因为 V2mG 不受电网负荷调节,只需在电表上加装防逆检测,避免扰乱电力潮流。
V2G 有两种模式,常压并网需做配电柜改造、升压并网需要箱变,箱式变电站,皆要有 EMS 做系统监控。
到 V2G 通常要接受电网调度,规模需达到一定程度,不然光配电系统的改造成本就不低。
07
V2G 的优点
为什么中国限电还要大力发展电动车?
因为中国不是没电,是尖峰超载,由于电力是实时平衡,发多少用多少,在没有储能的情况下,为避免尖峰超载造成电网崩溃,只好降负载。
降负载最简单的方法就是「有序用电」,也就是分区限电。
可是在负载低点,基载电厂依然在发电,这些多余的电只能转成机械能,尤其风电晚上才是发电高峰期,还要额外调度电厂帮忙消耗电力。
此时电动车就能充当调节电力的储能池。
这是中国科学院院士欧阳明高估计在 2030 年、2035 年跟 2040 年中国需要转移的电量。
现在中国还能开发的水电站有限,要大规模转移,还是要靠储能。
固定的大型储能电站,现在电源侧是强制配给。电网侧在《输配电定价成本监审办法》无法将储能列为电价成本中后,兴趣缺缺。
用户侧在「北京集美 416 火灾」过后,中国政府对储能的安全性跟责任归属要求提高,并且不鼓励用户侧兴建大型储能电站。
而分布式的储能电站成本无法有效降低。
在安全与成本没有更好的解决方案之前,用户侧储能这块很难走通。
随着中国电动车保有量的快速提升,光有序充电就能提升电网弹性,是用户侧储能的新式应用。
有序充电能减少峰值功率需求 20%,无序充电反而会增加峰值负荷 25.6%,引导有序充电与每日再生能源特性匹配,可以提光伏风电的利用率。
到 V2G 大规模应用,更可达到削峰填谷,在需量反应提供电网更大的弹性。
08
V2G 的发展问题
V2G 与整县光伏、驭风计划和新能源车下乡
1、分布式能源下乡的问题
中国国家能源局现在推动「整县屋顶分布式光伏开发试点」(整县光伏)、「农村分布式风电」(驭风计划),大力推广分布式能源下乡。
就电网侧希望这些电力都能自发自用,采「并网不上网」的方式。
如果采取「自发自用、余电上网」,量少的话,电网负荷调节还不会出问题。
一旦大量涌入,可能会造成潮流方向改变、局部电压越限或继电保护误动等问题,严重影响电网的安全与穏定,给电网带来很大的压力。
原因是没有储能当配套,而电动车天生具有电池,是就地消纳多余电量的储能利器。
国网电动这不就来了吗?
照理讲,在 2002 年电改执行「厂网分离」(发电厂与电网资产分离)后,身为国家电网子公司的国网电动不得参与发电业务。
不过在碳中和的大前提下,尽管备受争议,国网电动依然参与其中。
2、国网电动入局
它的理由看起来还蛮有道理:
推动新能源汽车全面融入新型电力系统,构建源网荷协同互动服务体系。
优化V2G充电桩与配网融合终端信息共享技术,推>动平台和配网自动化系统对接,实现配网调控需求的广域实时响应与属地灵活控制。
推进「整县光伏+电动汽车智能充电」示范项目建设,通过车网互动,有机衔接新能源汽车下乡与分布式光伏建设。
简单讲,既然先前政策推动新能源电动车下乡,那些电动车不就是一个个移动电池吗?
既要避免分布式光伏造成电网压力,又要响应国家政策,电动车总要充电才能跑,国网电动主动请缨,将这些统筹在一起。
「整县光伏 + 电动汽车智慧充电」 ,名字听起来很杀,其实就是有地锁的光储充电站,利用光伏跟储能帮电动车充电。
达到光伏就地消纳、降低电网扰动、减少储能成本,看起来很美好,值得全国推广对不对?
问题是贵!
光伏 + 储能,本来建设费用就不少,现今原物料高涨,更显金贵。
整县光伏的试点大多是偏乡,居民所得不高,就算拥有电动车,大多使用家充;真不行,从家里飞线用便携式充电枪。
充电桩的充电费对他们而言太贵,使用率偏低。
成本高、使用率低,注定回本遥遥无期,遑论获利,所以是「示范项目」。
3、直流供电的困境
现在还有些新技术应用,比如直流供电。
改变「自发自用,余电上网」的模式,把单户的光伏变成多户的直流并联,将原本并联电网的部份转为共享直流母线,再透过 DC/DC 用直流快充给电动车充电或供小区路灯照明使用。
也能共享储能设备,避免重复的投资成本。
涉及到住宅与电网改造,要配合另一个政策才有可能推动。
在国务院下达《全面推进城镇老旧小区改造工作的指导意见》里面,就有改善供电和建设电动车充电设备的意见指导。
然而一旦扯到房地产,涉及的单位太多,不是小小的国网电动能置喙。
V2G 的商业模式探索
1、停车位问题
V2G 要成立,首先需要有足够多的充放电桩,这点在中国很难。
充放电桩技术达成不难,但要有足够多的停车位,很难。
前面提过中国停车位跟车辆保有量比例只有 40%,在北京、上海和深圳停车位缺口更大。
连停车位都不足,更别讲长期占桩了。
国网电动何不食肉糜?
国网电动当然知道中国停车位问题,他们一开始的目标也不是全国铺开。
国网电动负责 V2G 业务的王明才提到:
「综合来看 V2G 有很好的经济性,问题是怎么找经济性合适的场景?
我们重点是在工商业园区,结合目的地充电这个场景。 」
目前跟车企的合作大多是在园区。
上面提到蔚来的上海行政中心有 15 根,更大的合作案是在保定长城工业园区车网互动示范试点,是长城汽车的总部。
这是 3 个月的短期合作案,尝试商业运营的可能性,设有高、中、低三种补贴模式,测试是否具有商业可行性。
工业园区由于占地巨大,拥有足够停车位,况且工厂是高耗能负载,可以就地消纳 V2G 放电量,不用额外购置储能设备,是很好的测试场所。
2、电价不市场
V2G 要商业化,一定要有足够的利润才有可能成功,而利润来源只能从电力市场得到。
发改委已经开始吹风:
按照进一步深化电价市场化改革要求,下一步要完善居民阶梯电价制度,逐步缓解电价交叉补贴。
使电力价格更好地反映供电成本,还原电力的商品属性。
形成更加充分反映用电成本、供求关系和资源稀缺程度的居民电价机制。
第一步是: 「峰谷电价的拉大」
根据发改委《关于进一步完善分时电价机制的通知》,要根据每日用电负荷划分峰谷时段,确立峰谷电价价差,引导用户错峰。
并且要健全季节性电价机制,尤其是用电有明显季节性差异的地方。
第二步是: 「逐步放开管制」
国家层面已经做出指示:
在保持居民、农业、公益性事业用电价格稳定的前提下。
将市场交易电价上下浮动范围由分别不超过10%、15%,调整为原则上均不超过20%,并做好分类调节。
对高耗能行业可由市场交易形成价格,不受上浮20%的限制。
简单总结为三句话:
- 民用电不涨
- 工商业用电允许涨最多 20%
- 大工业用电按市场价
结合国网电动从工商业园区做 V2G,可见一开始目标就针对工商业用电,它们用电量大且集中,比起改造众多零散的居民用电,不如集中力量攻克用电大户。
3、电池衰减焦虑
此处才是阻碍 V2G 发展最严重的问题。
电池包身为电动车最贵的部件,很多车主非常害怕电池衰减,电池只要有充放,就会有损耗,差别只是不同的电池体系,损耗的程度不一。
V2G 是利用电池的充放达成调节电能的效果,如果是 V2L、V2H,只是紧急用电,偶尔为之,就算有损耗,在紧急状况下,车主只好认了。
可是到 V2G,是要时刻充放电,才能达到削峰填谷的效果,要削峰就放电、要填谷就充电,不管如何,一定会加速电池的老化。
跟电池的损耗相比,V2G 那一点点电费显得微不足道,长城汽车的试点是长城跟国网电动保证电池衰减由他们负担。
要说服车主别担心电池的衰减,现在电池的循环寿命已经很长,无疑痴人说梦。
只有蔚来车主不担心。