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電動汽車用戶通過V2G賺錢還遠嗎?

  • 時間:2020年06月17日
  • 資料來源:程力專用汽車股份有限公司
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V2G技術的發展會進一步加快新能源產業的發展,因為其不僅能夠為電力系統提供海量且低成本的靈活性資源,有效解決棄風棄光問題。
電動汽車用戶通過V2G賺錢還遠嗎?

【編者按】中國車企、充電運營商、電力公司已然開啟在V2G領域的探索,它已經不是停留在紙面上的設想,隨后,市場、技術和政策也會逐漸完善。

本文轉載自電動汽車觀察家,原作者王凌方;由億歐汽車整理轉載,供行業內人士參考。


對于電動汽車用戶和充電樁運營商來說,能從電網賺錢,是不是很香?

前提是車樁都具備V2G的功能。

V2G是描述電動汽車與電網雙向互動的關系:除了進行正常的充電交易,需要付錢外;電動汽車還可以參與輔助服務市場,進行有償調頻調峰,以及參與容量交易,給電網饋電,進行賺錢。

2020年6月3日,自然資源保護協會與中國電動汽車百人會舉辦車網互動創新商業模式線上研討會暨報告發布會,通過對上海市需求響應試點案例分析,對V2G發展的潛力和存在的問題進行探討。

會上發布的《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》(以下簡稱“報告”)是2019年6月-12月,上海電動汽車參與電力有償調峰調頻的試點活動情況進行了分析。

基本觀點是,V2G從中長期看具備較大發展潛力,但是短期要協調解決的問題仍然很多,例如商業模式不完善,各方長期參與的積極性得不到保障;具備V2G功能的車樁數量較;政策、標準仍不完善等。

V2G技術的普及,要解決的問題還有很多。

充電樁增長,對電網帶來壓力

一般來講,電網的負荷并不是平衡的,負荷組成、季節變化和節假日等都會影響電力系統負荷峰谷差數值,隨著充電樁數量的拓展,這一數值差越來越大。

充電樁對電網的壓力主要體現在4個方面:一是,電動汽車充電導致負荷增長,特別是大量電動汽車集中在負荷高峰期充電,將加劇電網負荷峰谷差,加重電力系統運行負擔;二是由于電動汽車用戶用車行為和充電時空分布的不確定性,電動汽車充電負荷具有較大的隨機性,這將加大電網優化控制的難度;三是,電動汽車充電負荷屬于非線性負荷,充電設備中的電力電子裝置將產生諧波,可能引起電能質量問題;四是,大量電動汽車充電將改變電網,尤其是配電網負荷結構和特性,傳統的電網規劃方法可能無法適用于電動汽車大規模接入的情況。

中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟秘書長許艷華表示,目前充電電量對電網的影響是基本可以忽略,因為去年中國充電電量占全國整個電力消費的差不多是在千分之一的水平;但到新能源汽車保有量差不多達到8000萬至1億輛的時候,也就是汽車用電的電量達到電量總消費5%的時候,車與能源網絡的深度融合就十分必要。

V2G平衡電力負荷、緩解電網運行調節壓力

如何深度融合?

這里指的就是電動汽車對電網的雙向調節功能,也就是將電動汽車由增加電網負荷的負擔,轉變幫助電網平衡負荷的助力。

簡單來說,電動汽車作用體現在兩個層面,一是輔助服務市場,有序充電、削峰填谷,緩解電網調節壓力;二是進行容量交易,向電網賣電獲取收益。

上海的試點主要是電力輔助服務市場場景下,利用電動汽車的雙向調節功能和響應速度快的優點,提供調頻和旋轉備用服務。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

目前中國上海、江蘇、河南、山東、天津等地已啟動了需求響應市場,公共充電站、小區直供充電樁已有參與實例。

報告主要分析上海了私人充電樁、專用充電站和換電站的響應情況。

上海這次試點,覆蓋了蔚來汽車充電平臺在上海市約3000個私人充電樁,其中共有288個充電樁樁主報名參與2019年6 月7日需求響應,響應日當日實際參與響應的充電樁數量為159 個,實際響應充電樁占全部平臺充電樁數量的比例為 5.3%。

相比平日充電負荷(藍色),參與響應的159個私人充電樁在6月7日響應日的充電負荷明顯提升。尤其在填谷響應時段(2:00–5:00)平均充電負荷達到 1,068 千瓦,是平日(6月1日)該時段充電負荷的 7.8 倍。此外,響應日159個響應充電樁平均充電量為 64.5 千瓦時,遠高于平日(6月1日)日均充電量 9.35 千瓦時。報告認為,有相當一部分電動汽車車主將連續幾日充電電量集中在 6月7日響應時段。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

充電專用站需求響應參與度明顯高于私人充電樁。某內部充電樁群共計安裝 110個專用充電樁,其參與削峰響應的效果對比如圖 6所示。紅色曲線為該充電樁群響應日(8月9日)的充電負荷,兩條虛線為平日(8月1/2日)充電負荷。其中,響應時段(12:00-14:00)平均充電功率為 43 千瓦,相比平日該時段平均充電功率 167 千瓦降幅達到 75%。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

換電站的響應度是三者中最高的。圖7中紅色曲線為換電平臺響應日(12月5日)充電負荷,各條虛線為 11 月25 日至 29 日連續五個工作日充電負荷,點劃線代表平日(25 日 -29 日)平均充電負荷。響應日響應時段(10:00-11:00)合計充電功率為 140 千瓦,相比平日平均充電功率 745 千瓦降幅達到 81.2%。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

從上述數據可以看出,價格激勵確實對電動車主產生較強引導效果。雖然私人充電樁數量規模較大,但實際響應率十分有限。企業內部充電樁一方面擁有與私人充電樁相似的車輛接入時間長的優勢,一方面相比私人充電樁更便于開展集中充電行為管控,其參與需求響應的可靠性也相對更高。換電站充電時間管控能力最高,但由于數量較少,且一定程度受換電服務強度的影響,其總體響應規模相對有限。

收益如何?

既然是有償的輔助服務,各方的收益如何?

目前上海市響應量的計量模型是以電力用戶的關口計量為準,測算負荷基線與當天響應時段負荷的差值最后乘以補償系數。分成削峰和填谷兩個類型,補償價格上限(基準值)削峰響應為 30元/千瓦,填谷響應為 12元/千瓦。獲取補償基準值的前提是,單個用戶響應的次數不超過 10次/年,響應時長不超過 10小時/年。

在此基礎上,根據單次響應量、通知時間提前量、單次響應時長、年度響應參與度進一步計算補償系數。補償資金取自歷年夏季季節性電價差值,以電費退補方式進行補償,補償對象為參與響應的終端電力用戶。

按照目前上海需求側響應年度交易單邊競價規則,2019 年度填谷需求響應競價交易報價上限為 1.2 元/千瓦時,對私人充電樁提前24小時通知,則補償系數為 0.8,若按競價交易報價上限計算,則單位填谷補償價格為 0.96元/千瓦時。在需求響應聚合商固定投資成本(500 元/樁)和響應補償單價確定的情況下,參與需求響應的頻次決定了綜合經濟性水平。當響應頻次較低,如3次/年的情況下,則單樁年均收益僅為42元(收益分成后,下同),而當響應頻次達到 10次/年,則單樁年均收益率超過140元,參與需求響應的內部收益率達到 27%。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

專用充電樁群參與需求響應的成本與私人充電樁類似,主要包括聚合商固定投資及運維成本,因此存在一定聚合商收益分成。目前上海市削峰需求響應補償單價較高,單位千瓦補償 30元,折算每千瓦時電量為3元。若同樣以提前24小時方式通知參與響應,則單位千瓦時響應電量實際補償為2.4元。由于具備較高的響應率及電價補償,專用充電樁群參與需求響應的經濟性相對較高。

表5為專用充電樁削峰需求響應經濟性分析。當年響應頻次為3次時,年補償收益為 70 元,若響應頻次提升至10次/年,則樁均年收益達到235元,內部收益率接近50%。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

鑒于換電站具有較強的充電時間管控能力,12月5日響應日當日提前通知量僅為30分鐘,則單位千瓦時削峰響應的補償單價可達6元,遠高于私人充電樁和專用充電樁價格補償水平。

表6為換電站參與削峰需求響應的經濟性測算結果,當年均響應次數為 3次時,單站年均收益率就達到 1500元以上;若響應次數達到 10 次,單站年均收益率超過 5000 元。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

換電站參與需求響應的必要前提是擁有一定換電裕度,換電服務強度的下降或增加換電站備用電池都可實現類似效果。

雖然通過增加備用電池數量可以相應提升充電靈活度,但單純為參與需求響應增加備用電池近似于儲能電站的運營模式,在目前的響應頻次及響應補償水平下,該模式的經濟性顯然不足。

電動汽車接入私人樁的時段往往在傍晚至凌晨,更加適合參與負荷填谷,而專用樁和換電站的調節靈活度較高。專用樁和換電站可實現相對集中管理,對調度指令的響應率也較高。需求響應資源量方面,私人樁和專用樁的規模潛力較大。雖然目前換電站具有一定調節潛力,但隨著換電需求日益提升,其日間參與需求響應的能力取決于換電站的綜合管控能力。

資料來源:《電動汽車與電網互動的商業前景—上海市需求響應試點案例》

成本較高、商業模式不清晰

報告對此次響應存在的一些問題進行了總結。

一是自動化需求響應的實施需要先進的智能化終端、通信技術等支撐,前期投入高充電運營商需承擔計量設備、在線監測系統、通信網絡的成本,而且未來需求響應實施將提出更加靈活、快速的要求,充電運營商還需進一步承擔設施的改造、平臺的升級成本。目前激勵主要面向參與需求響應的用戶,而面向運營商軟硬件設施的補貼待健全。

一般電力需求響應的成本包含初始技術投資、響應者機會成本、組織者實施成本。其中初始技術投資包括測量和通信系統更新升級成本、電力設備及軟件成本、賬務系統升級成本等。響應者機會成本包括因參與需求響應產生的不便或舒適性下降、作息日程變動帶來的成本、自備電源的燃料和維護費用等。

組織者實施成本包括項目管理和經營成本、市場營銷成本、項目評估成本、用戶培訓成本等。對于電動汽車而言,充電樁都已具備基本測量和通信功能,且私家充電樁停車時間較長,用戶參與需求響應的機會成本也較低。

第三方聚合商在私家電動汽車參與需求響應過程中扮演重要角色,其成本也相對較高。結合上海試點經驗看,第三方聚合商的需求響應活動的組織成本主要包括補償資金墊付和人工成本兩方面。

由于目前上海市電力公司對參與需求響應用戶的資金補償按年核算,實際支付補償的時間明顯滯后, 第三方聚合商往往需要向用戶提前墊付補償資金。

報告認為,目前充換電設施與電力需求響應平臺還未實現自動化對接,電動汽車參與需求響應的事前事后數據由人工分析和決策,導致組織成本偏高。

不過,需求響應與充放電系統實現平臺化對接,需求響應相關信息發布和用戶響應決策可通過自動化流程實現,相關成本也將隨之大幅降低。

二是響應量預測技術和動態調度能力待提升。目前電動汽車參與電力需求響應業務發展剛起步,試點項目開展數量有限,因此并沒有太多的實測數據用于負荷響應特性研究,難以準確地刻畫電動汽車響應行為,而運營商也尚未建立實時有效的動態調節能力。同時,許多充電設施未報裝,響應負荷核定存在難度。

三是采集數據存在難度,目前充電樁都采用表后計量,具有獨立關口表的充電樁數量較少,而且電力公司也沒有關口,導致數據認定和審核較為困難,計量的準確度難以保證。

四是目前電動汽車參與需求響應的試點大多依賴于半行政化的手段才能夠順利開展,尚未建立起市場化的商業模式。補償標準的高低,會影響參與的積極性及質量,而電動汽車車主、充電運營商、電力公司之間收益分享機制尚不明確。

發展建議

對于如何進一步推動V2G的發展,與會各方主要給出了三個方面建議,一是提升用戶的參與度;二是希望電力市場進一步開放;三是標準、政策需要進一步完善。

合理的收益率方面,萬幫新能源投資集團有限公司副總裁鄭雋一建議,將峰谷電價的差別進一步拉大,將峰時電價進一步拉升,峰谷電價差達到1元以上時,車主參與積極性就會明顯提升。“晚上低價充電,白天高價賣掉,每天可以賺取30元,1年可以賺1萬塊,5-10年可以回收一半車價,對用戶還是很有吸引力的。”

市場方面,鄭雋一希望電力市場更加開放。例如分布式的聚合能源,也能夠充分的去參與電力市場的交易。

標準方面,鄭雋一認為,充電標準已經比較齊全,放電的標準從電池到車端再到并網,就是整個反過來的這套標準體系也需要完善。

上海市電力需求響應中心主任鄭慶榮則提得更細,他認為,需要有公信力的機構出臺對非關口表的這些數據進行檢定和校驗。目前充電樁企業自己采集數據,公信力不夠。

鄭慶榮還認為,政策層面也需要完善,例如輔助市場發展機制還不完善,沒有一個明確的政策的保障,例如加入和結算都需要相關政策保障。

蔚來汽車高級經理劉雋則希望能夠采用更靈活的計量和結算方式,讓更多沒有私樁的用戶能夠參與進來。

中國車企、充電運營商、電力公司已然開啟在V2G領域的探索,它已經不是停留在紙面上的設想,隨后,市場、技術和政策也會逐漸完善。

V2G技術的發展會進一步加快新能源產業的發展,因為其不僅能夠為電力系統提供海量且低成本的靈活性資源,有效解決棄風棄光問題;而且還能夠顯著降低電動汽車的全周期成本,使電動汽車可以通過電力市場交易獲得額外輔助服務或峰谷差價的收益,從而在經濟性上達到甚至超過燃油車。


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