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 近期，國家發(fā)改委能源研究所、自然資源保護協(xié)會、中關(guān)村儲能聯(lián)盟合作撰寫的《電動汽車儲能應(yīng)用潛力及成本分析》報告對未來中國電動汽車儲能潛力進行了展望,并評估了各類電動汽車儲能方式經(jīng)濟性。該報告指出，電動汽車儲能可顯著提升電力系統(tǒng)可再生能源消納能力，且各類電動汽車儲能方式都有望在2030年前實現(xiàn)峰谷差平價，其中有序充電和電池更換平價時間更能出現(xiàn)在2025年前。

以下為報告摘要：

一、電動汽車儲能應(yīng)用潛力

電動汽車可通過有序充電、車電互聯(lián)、退役電池儲能等方式直接或間接參與電力系統(tǒng)運行,實現(xiàn)與儲能相同或相似的系統(tǒng)應(yīng)用價值�？紤]到未來電動汽車的高市場滲透率,其2030年理論儲能規(guī)模可滿足高比例可再生能源系統(tǒng)中小時級電力平衡,有效解決當(dāng)前困擾可再生能源發(fā)展的電力系統(tǒng)短期調(diào)峰能力不足的問題。

以下2017-2030年四類電動汽車儲能方式理論儲能規(guī)模預(yù)測結(jié)果,其中有序充電(SC)規(guī)模相對偏低,日均可調(diào)節(jié)量為947GWh;車電互聯(lián)(V2G)規(guī)模高,理論儲能容量達到5075GWh。

二、技術(shù)經(jīng)濟性分析

(1) 投資成本

在各類電動汽車儲能方式中,有序充電相對成本低,但其儲能應(yīng)用潛力受限于出行強度;車電互聯(lián)儲能應(yīng)用潛力高,但其市場化推廣取決于電池技術(shù)進步與成本下降速度;電池更換儲能平準化成本(全生命周期成本)與峰谷價差的平價時間早,但其應(yīng)用存在一定車型種類和出行規(guī)律要求。綜合LCOS分析結(jié)果,各類電動汽車儲能方式都有望在2030年前實現(xiàn)峰谷差平價,其中有序充電和電池更換平價時間更能出現(xiàn)在2025年前。

1)有序充電

與電力需求響應(yīng)類似,電動汽車有序充電的成本很大程度上受用戶參與意愿度的影響。用戶參與有序充電存在行為成本,不同種類電動汽車用戶存在較大成本差異。與傳統(tǒng)用電負荷不同,電動汽車充電與用車行為并不同步,在車輛停駛時段調(diào)節(jié)充電時間不會對用戶出行帶來顯著影響,其參與需求響應(yīng)的行為成本相對較低�？傮w而言,出租車、共享車等運營車隊參與有序充電的行為成本較高,私家車參與有序充電的行為成本較低;公交、物流車輛在運營高峰時段有序充電的行為成本偏高,在運營低谷及夜間參與有序充電的行為成本較低。

2)車電互聯(lián)

除車輛行駛所需電能外,V2G可將動力電池剩余電能反送電網(wǎng),從而實現(xiàn)與固定電池相似的儲能作用。但與有序充電不同,電動汽車V2G涉及車載充放電機或新型電機控制器的硬件升級,因而會帶來較為明顯的新增投資。與固定電池儲能系統(tǒng)類似,儲能單元(動力電池)成本是V2G經(jīng)濟性的重要影響因素。

從2013到2017年,成本下降了約三分之二。隨著電芯能量密度提升和系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化,動力電池制造成本還將不斷下降,2020年純電動汽車電池系統(tǒng)單價有望降至1元/Wh15。2016年共有196家BMS配套企業(yè),國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品裝機量達49.5萬輛,占比95.8%。隨著BMS出貨量擴大,BMS價格也在持續(xù)下降,以乘用車為例,2016年BMS出貨價格在1萬元/套左右,比2012年下降50%。2020年BMS價格有望控制在3000-5000元/套。

3)電池更換

電池更換的投資包括換電與充放電設(shè)施投資,以及額外備用電池投資等。由于換電設(shè)備和電池充電設(shè)備屬于交通部門的已投入成本,因此本研究主要聚焦因電池參與儲能所新增的電池老化及放電設(shè)備的投入,其中電池參與儲能服務(wù)的老化成本可納入可變運維成本,放電設(shè)備成本主要考慮功率轉(zhuǎn)換裝置中新增的逆變器成本。這與V2G情況相似,不同點在于V2G車輛屬于分散接入,而電池更換所需的充電和放電設(shè)備可以集中安裝和集中運行,因此就單位千瓦投資而言,電池更換模式中的新增功率元器件投資相對更低。

4)退役電池

動力電池的利用應(yīng)遵循先梯級利用后再生利用的原則。電動汽車對車載動力電池的容量、比能量等性能參數(shù)有較高要求,當(dāng)動力電池性能難以滿足車用標(biāo)準時必須對電池進行更換。從電動汽車上退役的動力電池通常還保有相當(dāng)容量保持率,可應(yīng)用在對能量密度要求不高的固定儲能應(yīng)用場景。對退役動力電池進行梯次利用將有助于降低電動汽車用戶及電力系統(tǒng)的儲能成本,讓較高的儲能成本能夠在較長的使用壽命中在一次、二次用戶中進行分攤。然而當(dāng)前退役電池梯次利用存在一定成本問題。梯次利用所涉及的回收、拆解、檢測、集成都會對退役電池梯次利用經(jīng)濟性產(chǎn)生影響。同時,隨著動力電池市場規(guī)模不斷擴大,新電池成本及價格將快速下降,繼而對電池梯次利用市場競爭力產(chǎn)生威脅。

(2)全生命周期成本

對于實際的儲能項目投資,全生命周期成本更加具有現(xiàn)實意義。全生命周期包含所有固定及可變運維、退役部件更換、拆除回收及初始投資成本(Ccap)。全生命周期成本可通過平準化方式表示,如元/年或元/千瓦時等。

對比四類電動汽車儲能LCOS可見,固定電池儲能雖然初期成本較低,且可能較早進入峰谷差平價(低電池成本情景),但后期成本下降速度較慢,若單純依賴儲能行業(yè)市場需求,其成本下降速度不足以使其平均平準化成本在2030年前實現(xiàn)峰谷價差平價。

對于V2G,除常規(guī)成本因素外,電動汽車用戶的參與意愿同樣影響到其實際應(yīng)用。不同于固定電池儲能,V2G車型動力電池涵蓋交通運輸和電力系統(tǒng)儲能兩層應(yīng)用,其綜合經(jīng)濟性和市場接受度受兩方面因素共同影響。本研究假設(shè)動力電池優(yōu)先服務(wù)于交通出行,當(dāng)其單次充電續(xù)航里程和全生命周期續(xù)航里程同時能夠滿足交通出行需要時,其電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用價值開始體現(xiàn)。2017年國內(nèi)新售電動汽車單次充電續(xù)航里程普遍達到300公里以上,基本可滿足用戶日均出行需求;以電池容量30千瓦時、充放電循環(huán)壽命1000次、車輛能效0.15千瓦時/公里計算,可累計支持電動乘用車續(xù)航約20萬公里�？紤]到技術(shù)進步驅(qū)動電池容量及循環(huán)壽命等參數(shù)提升的效果,預(yù)計到2025年新售電動汽車動力電池可普遍達到30萬公里的累計續(xù)航能力,屆時V2G將開始得到實際應(yīng)用,其LCOS在0.33-1.09元之間,平均成本降速下LCOS為0.57元,低于典型地區(qū)峰谷價差水平。

電池更換成本下降軌跡與V2G相似,主要差異在于因集中安裝功率轉(zhuǎn)換裝置而降低的投資成本,該儲能模式的峰谷差平價時間也因此在四種模式中出現(xiàn)早(約2022年)。

退役電池儲能成本需要基于動力電池初始購置成本測算。因缺乏歷史數(shù)據(jù),本文退役電池儲能平準化成本預(yù)測的起始時間為2021年,其成本下降軌跡呈現(xiàn)先快速下降,后明顯趨緩的態(tài)勢,反映出其初期購置退役電池成本低的優(yōu)勢和后期梯次利用成本降速偏慢的特點。從LCOS看,退役電池儲能的峰谷差平價時間為2025年,此后成本下降速度相當(dāng)有限。

三、電動汽車儲能價值

在電力市場中,電動汽車用戶、充電運營商或充電負荷集成商是電動汽車儲能服務(wù)的提供方,其產(chǎn)生的成本可通過降低容量電費、電量電費等方式獲得補償。各類發(fā)電商、電網(wǎng)公司分別通過降低燃料/減少棄風(fēng)和減少輸配電設(shè)施投資獲得價值。

充電價格是分配儲能價值在各利益相關(guān)方分布為直接的方式,固定不變的充電價格顯然難以吸引電動汽車用戶通過響應(yīng)電價參與儲能服務(wù),不但抑制了儲能價值的生成,更阻礙了價值在不同利益相關(guān)方間的流動。為充分發(fā)掘電動汽車的儲能價值,國外部分地區(qū)已開始探索充電價格政策創(chuàng)新。