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特来电副总裁王昆鹏:电动汽车会是比工商业储能更好的储能终端

日期:2023-12-20    来源:星球储能所  作者:郑威廉

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2023
12/20
18:48
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关键词: 充电桩 新能源汽车 电动汽车产业

在过去的几年里,“双碳战略”的强势助推,彻底带火了新能源汽车市场。

“蔚小理”为代表的造车新势力改写了汽车产业格局,全球主要车企纷纷下场新能源,大刀阔斧地加紧反攻。

2020年9月,我国新能源汽车生产累计突破500万辆,到2022年2月突破1000万辆。而到今年7月3日,在短短不到三年的时间里,我国新能源汽车产量已累计突破2000万辆,且产销连续8年位居全球第一。

伴随新能源汽车上网充电规模呈指数级增长,数量激增的充电桩背后的“能源网”战略地位水涨船高。

能够实现电动汽车主动进行与电网间充放电互动,从而赚取价差收益的电动汽车入网技术“V2G”(Vehicle to Grid“车辆到电网”)的价值也日益凸显。

车网互动(V2G)技术素来因分摊电网用电压力并可减少储能建设投资、为车主提供经济收益、为车企增加产品用途的“三赢”优势备受推崇。近三年来,国家每年都发布政策文件予以鼓励。

常言道:“很多时候,干掉你的往往不是同行对手,而是另一个行业的蓬勃发展。”

毋庸置疑的是,V2G的大规模推广势必形成一股极为庞大的储能新兴力量,甚至跨界冲击储能行业市场。

然而,其同时也因过度零散的无序放电可能对电网安全造成冲击,且对动力电池循环寿命的消耗挑战用户将车辆作为交通工具保养的普遍观念,面临着矛盾重重的发展局面。

新产业兴旺在即,无论其行与不行、能与不能,都值得行业各界共同探讨。

为此,特来电新能源股份有限公司副总裁王昆鹏就微电网及虚拟电厂建设、车网互动(V2G)的实际效益、动力电池梯次利用等多个领域展开深度对话。

特来电作为中国创业板第一股特锐德(300001)的控股子公司,已是充电运营领域的龙头企业。目前在公共充电终端运营、充电设施数量、充电量等方面稳居行业第一,并提出构建“充电网+微电网+储能网”为载体的虚拟电厂。

截至2023年6月底,特来电已实现与20个网、省、地级电力调控中心或需求侧管理中心的对接,具备虚拟电厂条件的可调度资源容量超过300万千瓦。上半年,公司积极参与经济调度、负荷约束、调峰辅助服务、需求侧响应等能源管理业务,参与电量超过7000万度。

早在今年上半年,特来电便组织过一场聚焦行业争议性话题的大辩论。12月14日,特来电又将对诸多行业前沿问题的思考带上了由《能源》杂志主办的“2023能源互联网产业发展大会”,与行业同仁共享发展经验。

“哪怕按照一辆车只有10度电可以参与到电网中来,按照2030年预估将达1亿辆的新能源汽车保有量计算,也能至少产生每天1000GWh的储能价值。”

王昆鹏表示,未来新能源汽车作为路上的“移动储能终端”,其贡献空间将远超同期工商业储能的预估规模总量,甚至有望超过国内新型储能装机的总体能量规模。

特来电作为公众眼中的知名“充电桩运营商”,为何从很早开始便强调由“桩”到“网”的新能源汽车充电网生态建设?

建“网”为什么如此重要?

充电桩作为充电设备,本身只能解决新能源车充电这么一个简单的需求。所以,我们从一开始便提出“充电网”这一技术路线。

然而伴随国内电动汽车进入规模化发展阶段,作为重要支撑的充电桩数量也在日益疯长。仅仅只靠充电单桩,和原有的零散、无序、野蛮生长的粗放发展模式,已无法支撑大规模汽车电动化的发展需求。

“充电网”与“充电桩”二者之间仅一字之差,实际上有很大区别。

如果仅有充电设备(也即一般所说的充电桩),却没有电力供应、调度以及负荷响应,充电终端也是没有办法实现充电的。这其中就需要有工业互联网的控制单元,把单个的充电桩链接在一起;还要有大数据云平台去提供大量的数据支持,才能实现我们在终端上扫码充电这类看上去非常普通的操作。

所以说,充电网至少要包括充电设备、工业互联网/物联网控制单元、能源电力的调度系统、大数据云平台这四个层面。

如果不配置这些系统,充电单桩也就只是一个满足简单充电功能的插座而已。

当前,新能源汽车保有量的规模正在激增。一辆新能源汽车的用电负荷相当于几个家庭用户用电负荷的总和,这还仅仅是7kW的交流充电单桩。一个快充终端的用电负荷甚至可能相当于半个小区的用户负荷总量。

这就不是一个简单的插座所能解决的问题了。不仅包含用电安全的隐患,整个电力系统的稳定支撑也将面临极大的挑战。

因此,充电网首先就建立在能够支撑大规模新能源汽车发展的基础之上。如果没有充电网这一技术系统,新能源汽车没办法实现真正的规模化发展,这是“网”与“桩”之间最大的一个不同。

现在在国家的很多规划当中,也不再只是提到充电桩这一概念,而是称“充电基础设施网络”。只是对于用户而言,接触充电桩比较多,在口头表达中自然也比较方便理解。

实际上整个充电桩产业上下游也有很多细分,包括设备制造、网络系统以及能源调度运营等等。

但是对特来电来讲,我们认为核心体系至少包括设备网、物联网、能源网和数据网这四层网络架构,才能构成一个完整的充电网。

那么,充电网真正发挥的作用是什么?

一方面,它能支撑大规模的新能源汽车有序充电。

无序充电必然造成整个电网负荷不堪其重。若用户均集中在负荷高峰时段充电,一来电力供应不稳定,电能紧张,很可能出现无电可用的情况;二来电价高昂,广大新能源车主也将难以接受。

而充电网的“智能群充系统”,就可以实现智能调度、有序充电,将单独的充电桩聚合成“一群桩、一张网”。从每一个充电终端到每一个分布片区,按照经济功能规划和电力运营的特点链接在一起,这就是充电网络所能发挥的第一个重要作用。

另一方面,充电网利用本身规模化、集成化、数据化、互联网化的优势。在满足基本充电需求的同时,可衍生出数据增值、充电安全、能源交易、电商服务等多种商业模式,有更大的价值潜力。

从现有的场景中延伸出来,新能源汽车已不仅局限于充电,还可以反向放电。国家工信部原部长李毅中在“2023能源互联网产业发展大会”上的演讲中就特别提到,预测到2035年,电动汽车保有量将超过2亿辆。

那么车辆电池向电网之间的双向互通(V2G)的应用场景将会是非常巨大的,比如响应电网的削峰填谷、调峰调频、辅助服务、虚拟电厂等,这也是特来电所提倡的构建“充电网+微电网+储能网”为载体的虚拟电厂。

剑指“充电网+微电网+储能网”为载体的虚拟电厂,特来电未来想下怎样的一盘棋,当前发展的情况如何?

当前下场搞虚拟电厂的企业有很多,各自的侧重也有所不同。出身充电环节,特来电涉足虚拟电厂的优势何在?

我们都知道,在虚拟电厂整个大的体系当中包括有源网荷储多侧。而特来电主要还是集中于用户侧,也就是通过电动汽车充放电这个场景,聚合形成规模可观的虚拟电厂。

比如在充电站或者一些企事业、工商业园区,通过微电网的建设链接光伏发电、汽车充放电、车载储能和退役电池的梯次储能等等,以此响应电网运行过程中的负荷变化。

在高峰时段用电紧张的情况下调负荷,在用电低谷期则通过车辆储能和梯次储能把电存储起来,由此便形成了工业微电网/互联网的一个单元。

正是这样的单元构成了“充电网+微电网+储能网”为载体的虚拟电厂。特来电通过数据网,将分散的充电设施连接起来,再通过充电云平台和能源管理系统进行充电的监视、预测、调度,在用户侧响应整个虚拟电厂运营平台的调度需求,实现刚才所提到的削峰填谷、调峰调频、辅助服务等。

可以说,特来电的主要优势就是在用户侧已经打下了坚实的基础。作为国内领先的充电网生态运营商,特来电的充电设施数量、总装机容量都处于领先地位,客观而言仅仅聚合我们自营的充电场站就足以形成规模庞大的虚拟电厂。

随着太阳能光伏发电的成本不断走低,分布式储能的经济性也日渐增长。以前的分布式储能要集中上网发电才有可能有收益,但是分布式储能发电量又实在太小。

就像单独的一辆电动汽车接入电网,其实是没有意义的,甚至还会干扰到电网的正常运行。

但随着分布式光伏规模扩大,其成本和收益也水涨船高。加之新能源汽车数量激增,可调度的新能源汽车充电场景也越来越多。

新能源规模化发展使得虚拟电厂得以聚合海量的分布式能源,在发电和用电两端都形成了很好的应用场景,虚拟电厂在用户侧能够拓展的价值空间也就更为可观。

特来电布局虚拟电厂起步早,发展也相对比较迅速。截至2023年6月底,特来电已实现与20个网、省、地级电力调控中心或需求侧管理中心的对接,具备虚拟电厂条件的可调度资源容量超过300万千瓦。

2023年1-6月,公司积极参与经济调度、负荷约束、调峰辅助服务、需求侧响应等能源管理业务,参与电量已经超过7000万度。

当前,许多地方的分布式光伏正逐渐面临“限发”的问题。例如近期河南户用光伏从上午9点到下午1点,被限制发电4个小时。正是因为消纳供需失衡,已经存在发电量大于用电量的情况。

我们都知道车网互动(V2G)模式也是基于峰谷套现实现收益,伴随新能源高速发展,会不会面临与分布式光伏类似的尴尬处境,V2G的经济效益又将如何保障呢?

这其中实际包含两个方面的问题:

首先,分布式光伏发电原本就不是全部都要上大电网。大电网能不能上、上多少,都有比较高的负荷要求、性能要求,实际也没有这样的必要。

充电网的一大主要作用,正是就地消纳太阳能光伏发电。相当于不用上网,即可直接通过新能源汽车的充电来消纳掉新能源多发电量,就地消纳也是能源使用的一个最好的场景。

过去没有那么多的车需要充电,多余的电量用不了,所以只能上网。如果电网也不需要这么多的电量,就难免造成弃风、弃光、弃水的问题。而新能源汽车的大规模应用,首先就实现了分布式光伏就地消纳问题的解决。

其次,新能源汽车车网互动(V2G)模式以及退役动力电池的梯次利用,本质上就是一种储能。

将消纳不了的多余电量储存在车辆电池或梯次储能当中,当电网需要的时候再进行反向送电,响应电网的需求。这不仅与新能源发电即发即用的逻辑不同,还能够帮助分布式光伏得到最高效的充分利用。

就地使用也是V2G模式的关键应用场景。

富余的光伏用电、厂区内的新能源汽车储电,首先要就地应用到工业厂区用电。在避免给大电网增加负担的同时,也在微电网之内完成就地充电、自行消纳,这正是新能源微网的一大特征及优势所在。

当前,新能源配储的实际作用受到多方质疑,其中一个重要原因在于配建储能对电网而言仍是“杯水车薪”,反而会给电网稳定增加额外的负担。

作为比配建储能更小的储能载体,V2G对于电网而言真的是必要的吗?如何保障其提供恰当的正向价值而非新的负担?

这首先是一个规模的问题。无论是工商业储能还是新能源配储,都要根据实际的需求以及电网的需要来进行配建。

当地是不是有新能源发电或者其他形式的配储需求?如若不然,配建储能本身就是一种资源上的浪费。以此来看,目前能够得到实际应用的配建储能规模究竟有多少?

至少在电动汽车一端,我们可以确定其自身规模正在发生肉眼可见的指数级增长。其中的原因也不难理解——新能源汽车越来越便宜,安全和智能水平也越来越高,自然而然地走进千家万户。顺便用作储能,也并不需要单独进行一笔额外的投资。

一辆纯电动汽车,起码60度电,本身就是一个移动的储能终端。按照2030年预估将达1亿辆的新能源汽车保有量来计算,就是60亿度电,也即能够形成6000GWh的电能储量。

这个规模是非常可观的,而作为储能的边际成本则几乎是零。这也是这个问题的另一个重要侧面,即成本的考量。

配建储能要解决整个电网的削峰填谷也好、调峰调频也好,其问题核心不在于技术,而在于成本。

如果成本低于峰谷价差,这项生意就还有得赚。但如果储能自身成本过高,企业自然也不会去投。就算能投,电网也不一定就有这么多的空间给你去做储能的电力市场交易。

但是电动汽车作为移动的储能终端,结合大量退役动力电池的梯次利用,又会形成一个新的储能增量。

我们可以预见,如果2025年新能源汽车保有量达到5000万辆、2030年新能源汽车突破1亿辆的目标得以实现,新增的储能空间将远远超过同期工商业储能的总量。

这样算下来,规模的问题、成本的问题都能得到解决,且这部分储能响应电网的需求是非常柔性的。甚至可能有百分之三十、百分之二十去响应电网,就能够满足电网的需要。

V2G模式实际上是对新能源汽车的富余价值实现高效利用。

一天之内,车辆日常通勤哪怕在一线城市比较远的情况下,来回100公里最多也就用20度电。而纯电动车基本电量在60度以上,甚至达到80度电到100度电,车辆每天至少可以有40度电的储能空间。

我们再折算一下,哪怕按照一辆车每天只有10度电可以参与到电网中来,按照1亿辆车计算也至少产生每天1000GWh的储能价值,这还仅仅是行驶在路上的移动储能所贡献的价值空间。

这个数字不仅碾压未来同期工商业储能的预估规模总量,甚至要远远超过国内新型储能装机的总体能量规模。

站在车主的角度来看,当前公众仍普遍将汽车视作交通工具,而更重视车辆的保养而非充分利用,关注电池的使用年限、能量衰减,甚至是二手车回收价格等因素。新能源汽车电池成本占到整车的30%-40%,配置有V2G功能的“私桩”又是额外的负担。

V2G的推广是否与大众的普遍认知是有所偏差的?对于电动车主而言,结合车辆损耗及实际效益,V2G真的划得来吗?这笔经济账应当怎么算?

现在其实是大众的认知和事实之间存在偏差。车主可能会觉得,好不容易充上的电又要放出去,对于电池的折损是有影响的。

但是,我们当前使用的电动汽车,不管是三元锂还是磷酸铁锂这样的主流电池路线,其循环使用寿命都至少在3000次以上。

按照一天行驶100公里计算,一周满充满放两次,一年下来也不过是100次。在车辆使用10年的全生命周期里,电池的整个循环寿命也不过只用了1000次,就3000次以上的循环使用寿命而言才仅仅是很少的一部分。

且电动汽车进行充放电,往往是浅充浅放,并不是等到完全没电才直接一次性充满。浅充浅放的过程,包含充电网的双层安全防护,对电池的健康运行反而是有益的,还可以在此期间更好地了解电池的使用效率。

另一角度来看,即便有折损也只是用掉整个电池使用寿命周期的30%。富裕的部分可以说是“不用白不用”,无论如何这部分空间都会客观存在在这里。

用了还可以参与到整个电网的互动当中,通过V2G取得一些峰谷套利的价差增益,何乐而不为呢?

具备V2G功能的充电桩肯定会增加一定的成本,但家用的私人充电桩也没有必要去配置V2G功能。

车辆白天大部分时间还是停在写字楼或企事业单位、工商业园区这些场景,家庭场景的车辆停放时间基本只在晚上8点到第二天早晨7点或更早,这个时段只需要利用晚上的深谷电价进行充电,本身也没有向电网放电的需求,自然也就不存在额外成本的问题。

所以说V2G的放电工作,事实上还是要靠系统而非私人来进行完成,最好的场景还是在园区。在白天用电高峰期,停放在园区内的新能源车辆集体参与到与电网的互动当中。

也即在家分散充电,园区内集中放电,这是最为适当的。

动力电池梯次利用是构建循环经济体系的重要一环,退役动力电池也有望成为未来最具有商业价值的循环利用产品之一。

特来电作为该领域的深度参与者,在动力电池梯次利用方面采用就地消纳、整包利用的形式,是出于怎样的考量?分布式路径是否会产生更高的成本和风险?整包利用又如何应对退役电池的一致性问题?

就整包利用而言,充电网使得车辆的每次充放电都相当于做了一次电池的健康检测。“体检报告”就在充电网的数据系统当中,对电池的安全属性、健康指数都可以了解的非常全面。

当动力电池面临退役,优先选择健康指数、安全指数更高的电池来进行整包利用,比起拆解重组,也更能够起到保障电池一致性的作用。

对于充电所需的梯次储能应用场景,其规模总量不会特别大。因此伴随动力电池退役数量越来越多,同一车型、同一型号梯次电池利用的可选空间也会越来越大。

要知道,新能源车辆退役下来的电池,只是作为动力电池已然出现了能量衰减,不足以驱动整一辆车的最佳状态。但在整包利用当中,与正常状态下的电池是没有什么区别的。

客观而言,我们只是选择了事实意义上并没有健康问题的电池,将之从动力电池的应用场景转移到储能场景。

真正已经不值得利用的电池,直接在筛选过程当中就被淘汰掉了。

电池的梯次利用涉及回收成本、再循环成本、再制造成本、运营费用等多个成本。按照目前的技术和工艺,实现动力电池梯次利用的成本偏高,电池回收商往往难以维系。

特来电的梯次储能产品,则是借助充电场站的资源,在现有场地和运营基础上增加了梯次储能设备,以实现资源的就地消纳、就地检测、就地使用。同时采取对电池整包利用的手段,保留了原车的BMS以及相关的高低压接口,更加安全、易溯源和方便监管。

一方面,筛选过程当中,根据充电网提供的数据,我们可以优选健康指数、循环运行次数、安全属性更高的电池来进行利用,对于有风险的直接可以pass掉。

另一方面,在梯次利用的过程当中,我们一样可以进行电池健康的实时安全监测。

与电动汽车配备的电池不同,梯次利用的退役电池处在储能箱中,一旦产生安全问题就可以直接断电。

配备我们的自消防浸没式系统,当温感和烟感的预警设备检测到电池有问题,智能挂钩就会自动脱钩,将有问题的电池掉落在下面的消防水池当中,不影响其他电池的工作。

这就相当于达成了安全层面的事前筛选、事中防护、事后消防这三点,来保证电池接近于100%的储能安全。

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