當(dāng)談起新能源汽車行業(yè)，大多數(shù)人對它的認知可能是“新能源汽車的普及可以極大程度促進可再生能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展”。然而通過分析英國現(xiàn)有的電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)，我們卻可以得出不同的結(jié)論：“新能源汽車在可再生能源消納方面的作用是有限的。并且它的普及會要求電網(wǎng)被動擴容，從而增大了電網(wǎng)資產(chǎn)的投資風(fēng)險?！?

1. 行業(yè)背景與大眾觀點

當(dāng)談到新能源汽車行業(yè)，絕大多數(shù)人第一時間想到的或許是酷炫的特斯拉和“深耕”多年的比亞迪。除此之外，歐美和日韓的老牌汽車廠商也意識到汽車電氣化的浪潮已然不可避免，紛紛發(fā)力，推出了例如寶馬的i3和豐田的Prius等暢銷車型。與此同時，作為電動汽車“燃料”來源的電力行業(yè)，也正經(jīng)歷著由光伏，風(fēng)電和核電等“清潔”能源技術(shù)去替代傳統(tǒng)火電的更新?lián)Q代。新能源汽車的普及會提升社會的整體用電量，這一點是毫無疑問的。

由于很多國家電力需求增長已經(jīng)或開始乏力，所以不光是在經(jīng)歷著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的中國，即便在發(fā)達國家，電動汽車充電所帶來的額外負荷也都顯得彌足珍貴。此外，對于快速發(fā)展的可再生能源行業(yè)，絕大多數(shù)國家始終采取著優(yōu)先保證可再生能源發(fā)電足額上網(wǎng)的政策。但是由于電力需求增長緩慢，同時網(wǎng)架約束使得電力無法外送，可再生能源也存在著消納困難，棄風(fēng)棄光的問題。與此同時傳統(tǒng)火電的上網(wǎng)小時數(shù)也在被不斷壓縮，行業(yè)利潤損失嚴(yán)重。所以很多人的觀點也是：新能源汽車能幫助消納可再生能源發(fā)電，緩解火力發(fā)電和可再生能源行業(yè)之間的矛盾，從而極大程度的促進可再生能源行業(yè)的發(fā)展。然而事實是否如此呢？筆者將會根據(jù)英國電網(wǎng)給出的數(shù)據(jù)對此觀點進行分析。

2. 可再生能源的消納難題

時間層面

說起可再生能源發(fā)電技術(shù)，其最大的短板便是發(fā)電量的不穩(wěn)定與難預(yù)測。除此之外，光伏發(fā)電也受日光時間影響，無法做到恒定供電。根據(jù)英國電網(wǎng)的分析數(shù)據(jù)[1] ，電動汽車在冬季的充電量分布會如圖一所示。從圖中我們可以注意到，電動汽車在白天的充電比例是較低的，例如6:00-18:00之間的充電量只占全天總充電量的33%。而如之前提到的，光伏發(fā)電也只能在日光照射下實現(xiàn)。所以我們可以得出電動汽車充電對于光伏發(fā)電消納的幫助是有限的。另外風(fēng)電的發(fā)電時間也較為隨機，所以充電與發(fā)電的匹配將成為一大難題。

數(shù)量層面

如果我們拋開發(fā)電與充電時間匹配的問題不談，假設(shè)他們能完美匹配，那么電動汽車充電能耗能幫助消納多大比例的可再生能源發(fā)電呢？圖二描繪了英國電網(wǎng)對于未來二十年風(fēng)光發(fā)電總量和電動汽車充電需求的預(yù)測[1]。我們可以注意到，即便到2035年，電動汽車能耗總量也只相當(dāng)于風(fēng)光發(fā)電總量的18%。那么這么低的數(shù)字是否是由于電動汽車普及速度較慢造成的呢？其實不然。圖三對比了未來電動汽車增長數(shù)量[1]以及英國總汽車保有量(考慮1%的年增長率)。我們可以注意到到2035年，電動汽車保有量可達到八百三十萬輛，且占了汽車總量的約20%。這個普及程度的預(yù)估應(yīng)該可以說是絕不保守的。所以在如此大的電動汽車數(shù)量前提下，即便不考慮充發(fā)匹配，其所帶來的增加負載對消納可再生能源發(fā)電的作用也應(yīng)該來說是比較有限的。

3. 充電設(shè)施帶來的電網(wǎng)運維難題

配電網(wǎng)

雖然電動汽車能夠一定程度上幫助消納可再生能源。但是其充電活動所帶來的功率增長也會給電網(wǎng)帶來挑戰(zhàn)。首當(dāng)其沖的便是配變電設(shè)備的擴容要求。在居民社區(qū)使用典型的3kVA到7kVA充電樁會增加局域電網(wǎng)負載。尤其考慮到車主的充電習(xí)慣是下班回家后便插上電源開始充電，那么在無控制的前提下配電網(wǎng)必然會迎來一段充電高峰。然而英國電網(wǎng)在早期設(shè)計和鋪設(shè)線路時，并未考慮未來會出現(xiàn)如此高密度的負荷增長，其所評估的用戶分集后最大電力需求僅為2kVA每戶，如圖四所示[2]。我們可以注意到電熱泵和充電樁所帶來的增加負載會極大程度增加配電網(wǎng)的壓降，導(dǎo)致終端用戶電壓過低和電網(wǎng)運行不穩(wěn)定等問題。所以充電樁的部署可能會導(dǎo)致配電網(wǎng)設(shè)備在設(shè)計壽命未到之前便被要求更換，從而導(dǎo)致資產(chǎn)投資回報低于預(yù)期。

發(fā)電側(cè)

當(dāng)然，不光配電網(wǎng)會受到這種“整齊劃一”的充電行為所影響，發(fā)電側(cè)也會受到一定程度的沖擊。從圖一中我們其實就可以注意到充電的主要時間是集中在18:00-24:00，而這也與系統(tǒng)高峰時段相重合。圖五就對比了英國未來二十年的充電活動對于系統(tǒng)峰值增加的貢獻以及系統(tǒng)內(nèi)可靠機組的總?cè)萘縖1]?？梢园l(fā)現(xiàn)，在像英國這種富余機組不多的系統(tǒng)中，充電所帶來的額外峰值到2035年可占機組重容量的8.4%。這也讓英國政府在進行能源規(guī)劃時不得不考慮增加可靠常規(guī)機組，以應(yīng)對不斷上漲的系統(tǒng)需求，保證系統(tǒng)安全運行。

4. 解決策略

前兩章節(jié)中，新能源汽車對可再生能源消納方面的有限貢獻以及對電網(wǎng)運維帶來的困難。那么有哪些措施可以幫助緩解或解決這些困難呢？

首當(dāng)其沖的應(yīng)是發(fā)展多樣化的新能源汽車產(chǎn)業(yè)。其實電動汽車只是新能源汽車行業(yè)的分支。以氫能源和天然氣為燃料的燃料電池汽車也應(yīng)成為大力推進的發(fā)展方向。增加可再生能源消納的手段，引入天然氣管網(wǎng)等其他能源網(wǎng)絡(luò)，從而在新能源汽車行業(yè)實現(xiàn)能源互聯(lián)。

其次的便是通過需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)對電動汽車的充電時間進行合理規(guī)劃，幫助削峰填谷。由于絕大多數(shù)人使用電動汽車只是滿足日常出行，所以每天總耗電量并不高，使得每輛車的充電時間較短，只有幾小時。而通過需求側(cè)響應(yīng)，跟車主進行溝通，合理規(guī)劃充電時間段能夠極大的減輕配電網(wǎng)和發(fā)電側(cè)的負擔(dān)。而對于增量配網(wǎng)業(yè)務(wù)來說，從一開始做好需求側(cè)響應(yīng)的設(shè)備布置，減少系統(tǒng)峰值，也能減輕前期配網(wǎng)資產(chǎn)投資，獲取更加合理的收益。

最后關(guān)于可再生能源發(fā)電的消納問題，也可以通過發(fā)電側(cè)與充電側(cè)的充分溝通，調(diào)整充電時間來幫助消納多余的發(fā)電量，減少棄水，棄風(fēng)和棄光現(xiàn)象。與此同時，利用新能源汽車的儲能屬性，提供系統(tǒng)的調(diào)頻和備用容量等輔助服務(wù)，為高可再生能源接入比例的電網(wǎng)提供支持。

只有這樣，新能源汽車的潛在價值才能被徹底挖掘，在電網(wǎng)運行中最大程度的發(fā)出自己的“光與熱”。

關(guān)于V2G，寫在文章之后的一段話

其實關(guān)于火熱的V2G技術(shù)(也就是電動車“反哺”電網(wǎng))，筆者一直心存疑慮。在IEEE頂級transactions上，比如Power Systems, Smart Grid, Sustainable Energy等期刊，我讀過不少V2G的文章，甚至自己手上也有電動車負載模型。但是我發(fā)現(xiàn)作者大大們會普遍省略一個問題：“V2G技術(shù)對電池壽命的損傷有多大(degradation)？”當(dāng)然，這個點對系統(tǒng)模擬來說，不重要，或者說不好答。但是想要真正推廣V2G，讓車主愿意將自己的愛車交給電網(wǎng)去控制，并通過反充電網(wǎng)來提供輔助服務(wù)，恐怕這筆賬必須得“說清楚，算明白了”。

[1] N. Grid, “Future Energy Scenarios: GB gas and electricity transmission,” no. July, 2016.

[2] Ofgem, “Distribution Network Operators Main Session.” .

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