车网互动先行地区面向电动汽车的需求侧响应机制研究

专题报告 车网互动先行地区面向电动汽车的需求侧响应机制研究 电力圆桌项目课题组 2024年12月 电力圆桌项目 电力圆桌（全称电力可持续发展高级圆桌会议）项目于2015年9月启动，旨在紧扣应对气候变化、调整能源结构的国家战略，邀请业内专家和各利益方参与，共同探讨中国电力部门低碳转型的路径和策略。通过建立一个广泛听取各方意见的平台机制，电力圆桌将各方关心的、有争议的、目前决策困难的关键问题提交到平台讨论，选出核心问题委托智库开展高质量研究，并将研究成果和政策建议提交到平台征求意见，从而支持相关政策的制定和落地，推动中国电力行业的改革和可持续发展，提高电力行业节能减排、应对气候变化的能力。 项目课题组 清华四川能源互联网研究院（EIRI）是四川省校合作的第一个科研机构，于2016年3月正式落户四川天府新区，致力于打造能源互联网领域的人才汇聚平台、科技创新中心、产业发展高地。自成立以来，研究院立足成都、服务四川、连接海内外，面向清洁低碳能源、新型电力系统、能源交叉融合、能源碳中和等前沿技术与关键领域，大力推动学科交叉融合，积极开展产学研协同创新，已发展成为能源互联网领域具有引领作用的技术创新研发机构，为清华大学服务西南地区和天府新区对外开放做出了突出贡献。 感谢自然资源保护协会专家为本报告提供的宝贵建议。 CoverImage@Freepik 所使用的方正字体由方正电子免费公益授权 车网互动先行地区面向电动汽车的需求侧响应机制研究 DemandResponseMechanismsforElectricVehiclesinPioneeringRegionsforVehicle-GridIntegration 2024年12月 目录 摘要1 1.电动汽车参与需求响应的意义3 1.1需求响应的定义与分类3 1.2新能源汽车规模化发展，充电负荷快速提升4 1.3新型电力系统对灵活性资源的需求巨大5 1.4电动汽车作为移动储能的调节潜力7 1.5车网互动的灵活调节潜力备受关注8 2.电动汽车参与需求响应的经验分析10 2.1支持车网互动的政策环境10 2.2支持车网互动的电价与市场机制14 2.3车网互动的试点分析20 3.电动汽车参与需求响应的现状分析25 3.1支持车网互动的相关政策25 3.2电价与市场机制28 3.3试点示范32 3.4国内发展车网互动面临的问题总结及国际经验借鉴34 4.电动汽车参与需求响应的建议36 参考文献38 摘要 在全球能源转型与交通变革的大背景下，可再生能源的大规模接入电网以及新能源汽车保有量的快速增长，带来了能源供需双侧的新需求与新挑战。能源供应侧需应对可再生能源的间歇性和波动性，需求侧新能源汽车的充电负荷对电网稳定性造成影响，这些发展的制约因素共同促使车网互动成为实现能源高效利用和电力系统平衡的关键路径，亟需推动车网互动的规模化发展。 国外在车网互动需求侧管理领域起步较早，历经长期发展积累了众多成功实践案例。国际车网互动先行地区在明确发展目标、完善立法和监管体系、健全电价与市场机制以及强化试点示范保障等方面形成了较为成熟的经验，为解决我国车网互动发展中的问题提供了宝贵的参考范例。 我国近年来积极出台车网互动支持政策，加大力度支持车网互动产业发展。在政策支持背景下，全国各地已开展多个试点示范，验证了车网互动的可调节潜力。然而车网互动尚未实现规模化应用，在实际推广过程中仍面临诸多制约因素，如电网服务体系有待强化、电价和市场机制有待健全、试点示范保障力度不足等。因此，深入研究国外车网互动成功经验，有助于我国加速推动车网互动的发展进程，支撑新型能源体系和新型电力系统构建。 分类 主要问题 国际可借鉴经验 监管与立法 车网互动的监管体系亟待强化，相关主管部门在车网互动领域的监管权责不够清晰。 美国加州形成了三个部门有序管理的发展格局，澳大利亚也明确了监管部门分工职责。 缺乏车网互动强制性推广政策，不利于车网互动的发展。 美国和英国已出台V2X和智能有序充电的强制性政策，提供立法依据。 可选的放电车型和设备较少。 构建产业合作体系，加强产业协同，共同推进产业进步。 电网服务 V2G并网缺乏依据。 制定电动汽车并网流程和要求，出台相应规范。 居民用户和转供电的表后资源用户无法进入市场交易，缺乏计量依据。 美国加州在推动分表计量规范，英国也在推进表后计量模式，为表后车网互动用户计量创造有利条件。 零售市场 居民分时电价尚未全面覆盖，电价机制不够精细化。 国际上已出台充电独立峰谷电价，同时考虑与新能源出力特点相适配，并逐步往实时方向演进。 重庆出台的放电上网电价机制仅面向试点车辆，缺乏常态化激励手段。 美国加州和英国积极推动针对车网互动的放电价格机制，为电动汽车提供常态化激励。 批发市场 尽管国家已明确车网互动的市场主体地位，但各省市批发市场规则尚未响应。 美国已出台FERC2222法案，明确了车网互动的主体地位。 目前聚合交易准入门槛较高，基本都在1MW以上。 美国加州独立系统运营商将聚合交易门槛降低至100kW，着力推动分布式资源参与电力批发市场。 车网互动资源可参与市场品种较少。 为电动汽车资源提供多元化市场交易机制，如频率响应、平衡机制等。 试点示范 除重庆地区以外，尚未出台放电试点电价；V2X设备成本较高。 私人V2X由于常态化激励和设备成本较高，导致无人参与，需要出台常态化激励和设备补贴政策提高收益。 电池质保体系缺失，用户对放电存在顾虑。 车网互动可为车主、电网和环境带来有益效果，需进一步挖掘车网互动潜力。 1 电动汽车参与需求响应的意义 1.1需求响应的定义与分类 本项目采用国际能源署（InternationalEnergyAgency,IEA）给出的广义需求响应概念——通过激励客户在电力供应充足或需求较低的时段调整其用电行为，以平衡电网负荷。从电网角度来看，用户谷充峰放行为可有效缓解电网保供压力和促进低谷用电。因此，本质上电动汽车是通过车网互动（VehicleGridIntegration,VGI）参与需求响应。 车网互动目前尚无统一的概念，国际上主流的分类方式是根据能量互动流向、控制引导方式的不同对车网互动模式进行划分。根据能量流向的不同，将单向能量互动模式定义为V1G，将双向能量互动模式定义为车到一切（Vehicletoeverything,V2X），包括车辆到电网（Vehicletogrid,V2G）；根据引导控制方式的不同，车网互动可以分为“间接型”和“直控型”两种。具体分类方式如图1-1所示。 双向充放电 间接 •手段：价格信号 套利 •用户价值：储能价差利 •电网价值：削峰填谷 直控型 •手段：聚合参与市场，聚合商接受电网调度计划曲线考核 •用户价值：增加双向储能参与市场收益 •电网价值：支撑电网调度运行的可控分布式储能 电价间接引导 间接起 点 直控型 接受电网调控 •手段：价格信号 •用户价值：降低充电成本 •电网价值：错峰填谷 •手段：聚合参与市场，接受电网调度计划曲线考核 •用户价值：增加单向调峰额外收益 •电网价值：支撑电网调度运行的可控灵活负荷 单向充电 图1-1车网互动分类 1.2新能源汽车规模化发展，充电负荷快速提升 我国新能源汽车保有量持续走高，其中纯电动汽车已成为主流模式，并处于国际领先地位。根据国际能源署数据，中国新能源汽车的保有量已位居全球首位，占比50%以上。 根据公安部统计数据，截至2023年底，全国新能源汽车保有量已达2041万辆，占汽车总量的6.07%，其中纯电动汽车的保有量达到1552万辆，占新能源汽车的76.04%，在我国新能源汽车市场中占据了主导地位。 4,500 4,007 2,606 1,634 1,023 449 780 1,410 2,180 4,000 电动汽车保有量/万辆 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 - 2020202120222023 中国欧洲美国全球 图1-2各国2020-2023年电动汽车保有量 随着电动汽车保有量的提升，充电电量需求也随之增长。据国际能源署测算，随着中国电动汽车渗透率的不断提升，预计到2030年，中国充电需求预计达到312.6TWh，而《中国电力行业年度发展报告2024》显示，2030年中国全社会用电需求将达到13000TWh，充电量需求约占中国全社会用电需求的2.4%。 1.3新型电力系统对灵活性资源的需求巨大 1.3.1国际需求侧资源发展预测 2023年加州政府发布的SB846法案明确到2030年以前，负荷转移量由2020年的3100-3600MW提升到7000MW，其中，经加州能源委员会（CaliforniaEnergyCouncil,CEC）测算，车网互动资源可提供约1000MW的灵活性调节潜力，占总灵活性资源5100MW的19%，占最大负荷比重约2%。 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 5206155000 20222023 最大负荷情况负荷转移量负荷转移占最大负荷比例 图1-3美国加州负荷转移量及占最大负荷的百分比 14.00% 12.73% 6.15% 7000 3200 12.00% 10.00% 8.00% 6.00% 4.00% 2.00% 0.00% 21% 16% 6% 12% 13% 14% 18% Other（其他) HVACBTM（表后暖通空调） EVdischarge（电动汽车放电）Process-Industrial（过程工业） Battery(电池) Agricultural（农业） EVchargemanagement（电动汽车充电管理） 图1-4 2 2 2 2 3 6 3 图1-4根据用户端和部门划分的负荷可调节潜力 英国国家电网电力系统运营商（ElectricitySystemOperator,ESO）对英国未来能源场景进行了仿真[1]，概述了从现在到2050年的能源路径设计了四个情景，分别为消费转型（ConsumerTransformation,CT），系统转型（SystemTransformation,ST），引领潮流（LeadingtheWay,LW)，稳步推进（SteadyProgression,SP）。在四种场景中，引领潮流场景假设政府和企业采取强有力的政策措施，技术进步迅速，社会各界对环境问题高度关注。在此情景下，V2G被视为未来灵活性资源的重要组成部分，预计到2050年V2G技术的装机容量将达到39.1GW，占英国总灵活性资源的17%。 250 消费者转型系统转型（ST）引领潮流（LW）稳步推进（SP） （CT） 2020 2050 灵活性资源容量/GW 200 150 100 50 0 电力互联可调度热发电电储能DSRV2G电解 图1-52050年四种场景的电力系统灵活性来源[1] 1.3.2我国需求侧资源发展预测 国内学者对未来我国灵活性资源的需求等开展了优化分析[2]，如图1-6所示。测算结果显示，到2030年，需求侧资源的可利用规模预计将达到电力系统最大负荷的6%以上，相当于大约90-100GW的灵活性资源规模，约等于数座大型燃煤电厂的总装机容量；到2060年，需求侧资源的可利用规模将进一步扩大，其可利用规模将超过最大负荷的15%，相当于250-300GW的灵活性资源，表明了需求侧资源的巨大潜力。因此，电力系统将依赖于这些需求侧资源，来应对大规模可再生能源接入所带来的挑战。 100 90 80 容量贡献度/% 70 60 50 40 30 20 10 0 202020252030 煤电；气电； 2035 2040 时间/年 核电； 2045 2050 水电； 2055 风电； 2060 太阳能发电；生物质发电；抽水蓄能；电化学储能；需求侧资源 图1-62020—2060年我国各类电源电力平衡贡献图[2] 1.4电动汽车作为移动储能的调节潜力 研究[3]表明，到2050