电动汽车储能市场及激励机制研究 1电动汽车储能市场及激励机制研究 02 此报告由国家发改委能源研究所、国家可再生能源中心、自然资源保护 协会合作撰写。特别感谢苏州工业园管委会、上海合煌能源科技有限公 司、国网苏州供电公司、中关村储能联盟和星星充电对本研究提供了数 据及信息支持。清华大学胡泽春副教授、北京丘隅咨询有限公司执行董 事李立理、 中国汽车工程学会项目总监郑亚莉、 中科院物理所李泓教授、 中国电科院惠东教授、彭博新能源财经（BNEF）高级分析师寇楠楠对项 目提出了宝贵意见和建议，在此表示感谢。 刘 坚 国家发改委能源研究所 国家可再生能源中心 金亨美 自然资源保护协会 唐 莉 上海合煌能源科技有限公司 朱肖晶 国网苏州供电公司 龚海华 国网苏州供电公司 游梦娜 李玉琦 王万兴 刘明明 周晓竺 感谢 ClimateWorks Foundation 对本研究的资金支持。 致谢 自然资源保护协会 项目组 课题组电动汽车储能市场及激励机制研究 03 一、研究背景 06 二、电动汽车储能市场 08 （一）应用市场分析 08 （二）市场驱动因素 13 三、研究方法 15 （一）情景分析 15 （二）用户问卷调查 15 （三）学习曲线及平准化成本 16 （四）案例分析 16 四、研究过程与结论 17 （一）动力电池成本下降预测 17 （二）电动汽车储能接受度调查 19 （三）电动汽车储能效果评估 23 （四）市场及价格机制分析 27 五、政策建议 35 （一）市场准入 35 （二）商业模式 35 （三）充放电价 36 （四）用户宣传 36 （五）研发示范 36 附件一 用户参与度调研表 38 目录电动汽车储能市场及激励机制研究 04 不同于传统燃油车， 电动汽车与电网彼此天然联通， 即是电能消费终端， 又是位于电网末梢的储能单元，大规模的电动汽车参与储能无疑将给电力 系统运行方式乃至能源转型带来深刻影响。随着中国电动汽车日益普及， 电动汽车正越来越多地通过电力需求响应 1 、V2G I2 、电池更换 3 、退役电池 储能 4 等方式参与电力系统储能服务。国家发改委 2018 年 7 月印发关于 创新和完善促进绿色发展价格机制的意见，其中明确提出鼓励电动汽车 提供储能服务并通过峰谷价差获得收益 5 。可以说，如何发掘电动汽车的储 能潜力已日益被各界关注。 本报告在电动汽车储能潜力与经济性研究的基础上，对促进电动 汽车储能的市场环境及激励政策进行了研究，并通过案例分析评估了大规 模电动汽车参与储能所带来的价值和存在的障碍。研究发现： 1. 负荷低谷充电是近期电动汽车储能实现经济价值的直接途径，其参 与电力需求响应、 提供电力辅助服务及消纳可再生能源并无明显技术障碍。 2. 目前电动汽车用户对储能认知较为有限，一般消费者对动力电池寿 命存在顾虑，而动力电池能量密度的提高和成本降低将显著提升电动汽车 参与储能的经济性和用户接受度。 3. 电动汽车充电负荷具有分布散、规模小、不规律的特点，其参与电 力系统储能存在市场准入、规模门槛、计量计费等方面的制约。 4. 聚合服务和平台化接入势必成为电动汽车储能的关键。 车辆服务商、 充电运营商、负荷集成商等市场主体可根据自身条件通过分时电价、实时 电价、灵活套餐等方式聚合车辆资源并代表分散用户参与市场交易。 I V2G: Vehicle to grid，即电动汽车与电网的双向互动。 执行摘要电动汽车储能市场及激励机制研究 05 基于上述研究发现，本报告在市场准入、商业模式、价格机制、用户 宣传和技术研发等五方面提出了政策建议： 1. 明确电动汽车储能的市场身份与地位，降低电动汽车储能参与市场 的功率容量门槛，完善电动汽车充放电计量并允许电动汽车通过聚合集成 的方式参与电力系统服务。 2. 鼓励各类第三方市场主体通过商业模式创新汇聚电动汽车参与储能 服务，加快住宅、办公地点充放电平台建设，研究制定平台化资源参与电 力市场的交易规则、责任和义务。 3. 落实电动汽车充电峰谷电价政策，减少转供电加价，降低第三方运 营商上游购电成本；释放第三方自主定价空间，在公交车、物流车、公务 车等运营较为规律的车队中探索更为灵活的充放电价格机制。 4. 加大电动汽车储能宣传力度，提高电动汽车储能的市场接受度，将 累计放电量纳入电池质保参考因素。 5. 加大长寿命动力电池研发力度，推动动力电池与储能电池技术的协 同发展。 总而言之，电动汽车储能的发展还需政策和商业模式的完善。一方面， 要通过政策修订降低电动汽车参与市场交易的门槛；一方面，要通过商业 模式的创新提升电动汽车储能与参与电力市场的能力。 当前电动汽车储能处于发展初期，具体实施过程利益相关方众多、制 约因素复杂，应鼓励具备条件的地方先行先试，通过开展电动汽车参与电 力需求响应等试点工作，探索电动汽车储能参与电力系统运行的商业模式 和应用价值，并结合试点摸索经验、逐步推广。 电动汽车储能市场及激励机制研究 06 发展大规模新型储能是我国能源绿色转型的必然选择。我国传统储能 资源有限，全国探明抽水蓄能资源仅 1.5 亿千瓦，不足国内电力装机十分之 一，加之国内天然气发电、库容式水电等传统调峰资源贫乏，难以支撑电 力清洁转型巨大储能需求。虽然近年来电化学储能技术得到一定发展，但 其装机规模不足抽水蓄能的 2%，不足以在短期内实质填补储能供应缺口。 电动汽车储能的概念早在上世纪 90 年代就被国外学者提出，在技术可 行性、经济性、运营模式、标准规范等被后续研究逐步论证 6，7，8 。限于早 期电动汽车数量有限和较高的电池成本，国外电动汽车储能一直处于技术 研发和示范阶段。 电动汽车的普及和电池成本不断下降为中国发展电动汽车储能提供了 机遇。目前中国已成为全球最大电动汽车产销及保有量市场，电动汽车总 量约占全球三分之一 9 。2017 年我国电动汽车销量为 77.7 万辆 II ，占全部汽 车销量的比重达到 2.68%， 在全球率先步入对传统燃油汽车规模替代阶段。 产能的迅速扩张也推动了电池成本的下降，政府的目标是到 2020 年动力电 池系统成本降至 1 元 / 千瓦时 10 ，相比 2015 年水平下降 60%。 随着技术的进一步成熟，电动汽车未来有能力在乘用车领域完全替代 基于燃油的内燃机汽车，进而在全国形成上亿辆保有量。电动汽车储能 潜力及经济性研究预计若 2030 年全中国累计推广电动汽车 1 亿辆，则电 动汽车储能能力就可达到 5000GWh 以上，数倍于国内探明抽水蓄能资源潜 力。如此大规模的储能资源将有力支撑高比例可再生能源下的电力系统日 内调峰需求，大幅缓解困扰行业已久的弃风、弃光问题。伴随着电源结构 清洁化，电动汽车全生命周期排放也将因此大幅降低，消解目前仍一定程 度存在的电动汽车环境争议。 II 含插电式混合动力汽车和纯电动汽车。 一、研究背景电动汽车储能市场及激励机制研究 07 然而，目前推广电动汽车储能仍面临市场门槛、技术经济性及用户意 愿方面的障碍。 首先， 当前储能行业整体尚且处于市场培育和模式探索阶段， 电动汽车储能在面临更多市场门槛的同时，也受到固定储能技术和其他灵 活性资源的市场竞争。第二，高续航和低成本电池是大规模推广电动汽车 储能的前提条件，且电动汽车参与电力系统运行的可靠性需要车辆数量作 为支撑，而目前动力电池技术水平和车辆规模还无法满足电力辅助服务对 频繁充放电和调度可靠性的需求。第三，电动汽车储能可能存在较大的用 户接受度的问题，即参与储能车辆的交通出行自由度或将受到一定影响， 且用户对电动汽车储能的成本缺乏量化评估。因此，本研究尝试通过案例 分析和用户调研的方式，评估电动汽车储能的实际市场规模、分析技术进 步对市场规模的影响，并提出释放市场潜力的政策建议。 电动汽车储能市场及激励机制研究 08 （一）应用市场分析 电动汽车有序充电，即在满足电动汽车充电需求的前提下，运用经济 或技术措施引导、控制电动汽车充电行为，是目前技术成熟、成本较低的 电动汽车储能方式。电动汽车有序充电与电力需求响应颇有相似之处，两 者的商业运行都依赖于价格机制与政策环境。虽然理论上电动汽车也可通 过参与需求响应的方式实现电力系统调频功能，但目前比较理想的调频主 体是具有放电特性、可控性强且响应速度快的发用电资源 11 。调频服务对电 动汽车数量和充电管控技术都有较高要求，电动汽车参与调频服务的效果 缺乏实际示范验证。此外，储能调频经济性取决于电力辅助服务政策。虽 然近来各地纷纷对两个细则 III 进行修订，将储能纳入管理细则，同时鼓 励通过引入市场机制提供辅助服务，但就具体实施情况看，目前调峰辅助 服务推进较快（如东北、山东、陕西、福建、新疆、甘肃等地），而调频 辅助服务市场机制推进相对缓慢（仅山西）。虽然部分地区提出将储能纳 入调峰辅助服务市场交易主体，但目前采用电化学储能进行系统级调峰的 商业运营项目仍然较少，对于电动汽车而言门槛显然较高。 相比电力辅助服务， 负荷低谷充电的市场价值更易捕捉。 通过错峰充电， 电动汽车用户充电成本得以降低，电力系统也将获得削峰填谷收益。在美 国，主要公共事业公司都对电动汽车充电设计了专门价格机制以引导用户 充电行为。价格设计往往对负荷低谷（如夜间和凌晨时段）充电给予明显 电价优惠。 图 1 列举了美国 10 家公共事业公司的分时充电价格及对应时段， 如纽约爱迪生联合电气（Con Edison）凌晨低谷时段充电价格仅为 1 美分 / 千瓦时， 其他时段充电价格为 21 美分 / 千瓦时；又如南加州爱迪生 （SCE） 、 III 并网发电厂辅助服务管理实施细则和发电厂并网运行管理实施细则。 二、 电动汽车储能市场电动汽车储能市场及激励机制研究 09 图 1 美国 10 家公共事业公司电动汽车分时充电价格 来源：彭博新能源财经（BNEF） 圣地亚哥燃气与电力公司（SDG&E）和太平洋燃气与电力公司（PG&E）等 加州三家公共事业公司，峰谷充电价格比分别为 1.9，2.6 和 3.8，有明显的 分时充电价格引导充电行为的特征 12 。 错峰充电的市场潜力与收益取决于当地峰谷电价差价。2016 年 4 月， 国务院提出推进工商用电同价，允许大型商贸企业参与电力直接交易，开 展商业用户自主选择执行商业平均电价或峰谷分时电价试点 13 。据不完全 统计，继国家发改委 2018 年 4 月发布关于降低一般工商业电价有关事项 的通知后，全国 34 个省（直辖市、自治区）中，有 16 个省市发布了峰 谷电价表，21 个省市调整了一般工商业电价 IV，其中 13 个省市执行峰谷电 价 V 。在未公布调价方案的省市中，共有 3 个省执行峰谷电价 VI 。图 2 为部 分省市工商业峰谷分时电价， 其中北京、 广东、 江苏峰谷电价差较大， 山西、 河北、宁夏峰谷电价差较低。然而需要注意的是，电动汽车用户往往因转 供电等原因无法享受峰谷电价，且对于公共充电场所，电动汽车用户除电 价外还需支付充电服务费及停车费。 IV 包括江苏、浙江、河北、山西、安徽、福建、山东、河南、湖北、广东、海南、贵州、云南、陕西、 内蒙古、广西、宁夏、北京、天津、上海、重庆。 V 分别是北京、广东、海南、河北、河南、江苏、宁夏、陕西、山西、上海、天津、云南、浙江。 VI 分别是甘肃、青海、新疆。电动汽车储能市场及激励机制研究 10图 2 各地工商业峰谷分时电价 注 ： 图中数据为不满 1 千千伏一般工商业峰谷分时电价 ； 广东 （1） ： 云浮、 河源、 梅州、韶关、清远；广东（2）：广州、珠海、佛山、中山、东莞；上海市参照两 部制夏季峰谷电价；云南省参照枯水期峰谷电价。 由于各地峰谷电价水平不同，电动汽车采用错峰充电的经济价值存在 较大差异，不同车型电量消费也将影响电动汽车错峰充电综合收益。表 1 对比了乘用车、物流车、客车三类车型在北京、宁夏两地进行峰谷错峰和 平谷错峰充电的用车生命周期收益情况。对于乘用车，进行错峰充电的单 车全生命周期收益在 0.6 万元（宁夏平谷错峰充电）到 2.4 万元（北京峰谷 错峰充电）之间；对于客车，单车收益更是高达 15.8 万元（宁夏平谷错峰 充电）到 64.8 万元（北京峰谷错峰充电）。 表 1 北京、宁夏两地各类车型错峰充电经济价值电动汽车储能市场及激励机制研究 11 除降低电量成本外，对于经营性集中式充换电站，电动汽车错峰充电 也将带来显著的容量价值。根据现行充电价格政策，对于电网经营企业直 接报装接电的经营性集中式充换电设施用电，执行大工业用电价格，而社 会公共停车场中设置的充电设施用电执行 “一般工商业及其他” 类用电价格。 目前，大部分地区的一般工商业用电都是单一收费制，而大工业用电为电 度电价 + 基本电价的两部制收费。 基本电价包括最大需量和变压器容量两种， 企业可根据自身需求选择。总体而言大工业用电的平段电价普遍低于一般 工商业用电的平段电价，当用电需求稳定、基本电价摊销后，大工业用电 价格仍普遍低于一般工商业电价，且对于用户而言，2025 年前报装充电设 施暂免收基本电费，但实际高峰充电势必增加系统成本，长期而言分时充 电的容量价值不容忽视。图 3 为全国各地需量电费水平，不难看出电动汽 车有序充电将为降低北京、上海、湖北及沿海省份需量电费带来显著价值。图 3 全国各省（直辖市、自治区）需量电费水平 随着动力电池成本持续下降，电动汽车或将可以通过放电的方式实现更 高的电力系统应用价值。例如在分布式发电方面，国家发改委、国家能源局 印发关于开展分布式发电市场化交易试点的通知，明确三种市场交易模 式和过网费水平，同时文件鼓励分布式发电项目安装储能设施，提升供电灵 活性和稳定性。在增量配电市场放开的格局下，结合分布式光伏、储能和电 动汽车的售电主体将集发售配用多角色于一身，孕育商业模式创新。电动汽车储能市场及激励机制研究 12 如果价格是推动电动汽车储能市场的外部因素，那么电池成本降速、 电池技术路线以及用户意愿便是驱动电动汽车储能市场发展的内在动力。 在国内企业投资扩产、并购重组热潮下，动力电池市场竞争加剧，而 跨国企业进入中国市场， 也正在加速动力电池成本下降。 2013 年到 2017 年， 动力电池成本下降超过 2/3，到 2018 年上半年镍钴锰三元锂电池包成本下 降至 1.4-1.5 元 / 瓦时，磷酸铁锂电池包成本下降至 1.45-1.55 元 / 瓦时。另 一方面，受电池需求带动，国内钴价自 2017 年开始快速上涨，年内涨幅将 近 1 倍，2018 年钴价先升后降持续波动，上游材料成本的不确定性和下游 补贴退坡迫使电池制造企业进一步降低成本。 电动汽车动力电池技术路线选择也将影响电动汽车储能效果。2018 年 上半年动力电池以三元和磷酸铁锂电池为主，三元电池应用偏重于电动乘 用车，磷酸铁锂电池在各类车型均有所分布，电池外形以方形和圆柱形为 主，各类车型均有所分布。随着市场对车辆续航要求不断提高，动力电池 能量密度水平进步明显。目前，磷酸铁锂电池单体能量密度达到 160Wh/ kg，系统可达 130Wh/kg，采用镍钴铝（NCA）体系的 18650 单体能量密度 已达到 240Wh/kg，系统能量密度可达 150Wh/kg。此外，受上游钴资源稀 缺影响，高镍正极材料体系也日益受到其他企业关注，国内三元正极材料 正在开始向镍钴锰（NCM622/811 VII）过渡，软包电池单体能量密度已达到 220-240Wh/kg（NCM622）。 2018 年新能源汽车补贴标准对高比能量动力电池车辆的补贴力度进一步 加大，对于动力电池系统的质量能量密度高于 160Wh/kg 的车型给予 1.2 倍补 贴系数，而低于 105Wh/kg 则不再给予补贴 14 。差异化的补贴政策显然加剧了 技术路线分化，高能量密度镍钴锰三元材料电池已成为新能源汽车乘用车主流 技术。磷酸铁锂电池具有循环寿命长的优势，且不存在钴、镍等上游资源供给 约束， 未来成本下降空间较大， 其在商用车和储能领域中的应用仍然具有优势。 但随着政策对能量密度等电池技术指标的支持门槛日益提高，磷酸铁锂在乘用 车动力电池市场中或将存在竞争压力，也为电动乘用车参与储能带来挑战。 VII 镍钴锰正极材料三种元素的摩尔比为 6：2：2 或 8：1：1。 （二）市场驱动因素电动汽车储能市场及激励机制研究 13 虽然电池成本和电价水平可以在一定程度上反映电动汽车储能的经济 性，但其最终效果仍取决于电动汽车用户参与电力系统服务的意愿。以往 研究表明，电动汽车主要服务于交通出行部门，消费者自然优先考虑车辆 的出行功能，若电动汽车参与储能影响到车辆的正常使用，该模式显然难 以被消费者接受；另也有研究表明，电动汽车充电行为与出行服务相分离， 在车辆停驶时段内对电动汽车充电时间的选择和调整并不会影响用户的出 行行为，因此电动汽车充电灵活调节空间相比传统电力负荷更大 15 。 表2从 项目建设、运行和管理三个角度，对比了电动汽车与工业、服务业和住宅 用户参与需求响应的差异。相比之下，电动汽车需求响应项目在建设和运 行过程中有较明显的成本优势，但在调度管理上存在一定不确定性。电动 汽车充电负荷分布散、不规律、功率小，但也有一定数据通讯和平台运营 优势。当然，用户参与有序充电的意愿水平受车型种类、用户行为等众多 因素影响，难以通过传统经济性研究方法准确量化分析，需结合用户接受 度综合评估，本研究第四章将对此具体介绍。 表 2 各类需求响应资源特点对比电动汽车储能市场及激励机制研究 14 综上所述，目前动力电池续航能力仍然有限 , 而电动汽车 V2G 储能势 必牺牲车辆续航乃至电池循环寿命，若这种牺牲开始影响车辆出行需求， 电动汽车储能势必难以推行。其次，电动汽车动力电池技术路线也将最终 影响电动汽车储能前景。当前提升能量密度是动力电池研发的首要目标之 一，但由于电池材料的技术进步往往存在“木桶效应”，即提升某一方面 性能势必牺牲其他方面性能，一味提升能量密度势必会影响循环寿命等其 他电池参数的进步速度，进而影响电动汽车储能效果。另一方面，相比其 他传统储能方式，电动汽车储能具有明显的规模优势，且随着电池成本下 降和电力市场改革的深化，电动汽车储能的商业价值也将逐步显现。 电动汽车储能市场及激励机制研究 15 电动汽车数量增速不仅将决定电动汽车储能规模，产能扩张还将影响 动力电池成本的下降速度。本课题将首先采用情景分析的方法预测未来电 动汽车数量规模，再通过学习曲线的方法预测电池成本下降速度。 2017 年 9 月，工业和信息化部表示已启动燃油汽车退出时间表研究。 同月，工业和信息化部、财政部、商务部、海关总署、质检总局联合公布 了乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法，要求 2019-2020 年汽车企业新售电动乘用车积分占比分别达到 10% 和 12%，但 燃油汽车退出的具体时间表或电动汽车数量规模仍有待明确。本研究基于 燃油汽车退出销售市场的时间，采用 BASS 扩展模型预测电动乘用车数量规 模变化趋势（研究方法参见前期项目电动汽车储能潜力及经济性报告 的附件部分）。 对于每辆电动汽车而言，其实际可用的储能规模很大程度取决于车主 意愿。但以往大部分相关研究忽略了行为因素 16 ，在 2015-2017 年发表相 关文献中，仅有不足 4% 考虑了用户意愿因素 17 。绝大多数分析假设电动汽 车用户将完全响应充电价格或接受系统调度提供储能服务 18，19，这些分析因 而也无法反映用电价格、电力市场机制、电池成本等因素对电动汽车用户参 与电力系统运行产生的影响。在有限考虑用户意愿的研究中，部分研究发现 一些用户可能会将更多利用可再生能源电力纳入参考因素 20 ，另一些研究则 发现用户可能存在用车自由度、隐私等层面的担忧而需要通过一定的经济 激励予以补偿 21，22。 （一）情景分析 （二）用户问卷调查 三、研究方法电动汽车储能市场及激励机制研究 16 为评估电动汽车参与储能运行的实际效果，本项目计划通过问卷调研 的方式来研究国内电动汽车用户对储能充放电服务的真实意愿。问卷设计 的核心是尝试从动力电池技术成熟度和经济性水平两个角度来衡量电动汽 车参与电力系统运行的经济可行潜力。具体而言，电动汽车储能实际储能 效果将同时取决于用户对动力电池寿命损耗的容忍度以及对电力系统补偿 的接受度。 问卷调查将分车型 （私家车、 商务车、 物流车、 出租车、 公交车） 展开， 收集信息包括每位用户的车型、 电池容量、 续航里程、 年均行驶里程、 预计换车周期（年）、以及通过电动汽车参与电力系统服务的意愿（车辆 寿命及预期收益） 。 结合问卷调研结果， 报告绘制了电动汽车储能接受度 - 电池成本曲线。问卷具体内容请见附件一。 本项目在前期项目电动汽车储能潜力及经济性单一情景经济性分 析的基础上，采用学习曲线及储能平准化成本的方式分析多情景下电动汽 车储能经济性变化。 “双积分”政策及燃油汽车退出时间表显然会影响电动汽车市场渗透 速度和动力电池产量，进而影响电池成本下降速度。本研究因此按燃油汽 车 2030 年、2040 年、2050 年和保守情景（2030 年电动汽车销量市场占比 1/3）四种情景预测动力电池成本下降趋势。 电动汽车储能可对电力系统产生多重价值。本研究将结合具体案例， 通过分析当地电力电量平衡对比研究电动汽车储能在降低电力负荷峰谷差 和可再生能源电力消纳两方面的作用。研究还将通过分析电动汽车储能与 其他负荷侧固定储能以及分布式发电之间的差异，为相关充放电政策建议 提供支撑。 （三）学习曲线及平准化成本 （四）案例分析电动汽车储能市场及激励机制研究 17 （一）动力电池成本下降预测 中国电动汽车产业发展势如破竹并引领全球交通电动化潮流。2017 年 中国电动乘用车保有量超过 120 万辆，遥遥领先美、日、德等传统汽车工 业强国 23 （图 4）。截至 2018 年 6 月底，全国新能源汽车保有量达到 199 万辆，工业与信息化部宣布启动燃油汽车退出时间表研究工作无疑为电动 汽车的发展提供了更大市场空间。 图 4 2017 年全球主要国家电动乘用车保有量 数据来源：国际能源署 电动汽车市场规模将直接影响动力电池成本下降速度。为此，本研究 分四种情景，即燃油乘用车分别在 2030、2040、2050 年退出销量市场以 及保守情景（2030 年电动汽车销量市场占比 1/3）下，分析不同燃油车退 出情景对电池对动力电池成本下降的促进作用。 如图 5 所示，燃油汽车越早退出意味着电动汽车保有量增速越快，其 更高的累计电池产量也将加快动力电池成本下降速度。 在上述四种情景中， 2030 年预测的电动汽车保有量在 7500 万至 1.5 亿辆间，累计动力电池产量 分别达到 1800-6100GWh。 四、研究过程与结论电动汽车储能市场及激励机制研究 18图 5 燃油汽车 2030-2050 年退出下电动汽车保有量 及动力电池累计产量（2018-2030） 本研究按学习曲线预测动力电池成本将下降，即采用非线性回归分 析拟合四种情景动力电池累计产量增加与投资成本下降关系 VIII，研究得到 2030 年动力电池包成本约 0.3-0.48 元 / 瓦时（图 6），约为 2018 水平的 25%-40%。 图 6 四种燃油车退出情景下动力电池成本（2018-2030） VIII 具体研究方法见电动汽车储能技术潜力及经济性研究中“2.2 技术经济性”部分。电动汽车储能市场及激励机制研究 19 动力电池成本下降意味着电动汽车储能的经济性将不断显现，但电动 汽车的实际储能效果还直接受用户接受度的制约。为评估消费者对电动汽 车储能的接受度，本研究在苏州市针对五类车型共 114 位电动汽车用户开 展了一轮问卷调研，具体车型包括私家车 49 辆、商务车 17 辆、出租车 27 辆、物流车 15 辆和公交车 6 辆，其中纯电动汽车 84 辆，插电式混合动力 汽车 30 辆。问卷对电动汽车用户车型参数、出行行为以及参与有序充电和 V2G 的意愿度进行了调查。除公交车外，4 类车型技术参数如图 7 所示，其 中私家车车型参数分布较宽，涵盖超过 100 千瓦时电池 /500 公里续航的纯 电动车型和纯电动续航 50 公里的插电式混合动力车型。因车型数量较少， 商务车、物流车、出租车车型参数分布较为集中。图 7 问卷调研四类电动汽车技术参数 受访者对有序充电和 V2G 的接受度问卷结果如图 7 所示。 有序充电方面， 私家车用户接受度相对较高，一半以上（53%）私家车用户愿意在不降低 （二）电动汽车储能接受度调查电动汽车储能市场及激励机制研究 20 电池使用寿命的前提下获取充电费用降低；其次为商务车和物流车用户， 接受度分别为 35% 和 33%；出租车和公交车用户接受度较低，分别为 15% 和 17%。V2G 方面，各类车型接受度普遍偏低，其中商务车用户接受度比 例相对最高，愿意考虑以电池寿命下降来换取补偿的受访者占比为 29%， 其他各类车型接受度在 20% 以下，其中出租车用户接受度仅为 4%。 通过分析问卷结果不难发现，用户对电动汽车储能接受度的高低与电 动汽车车型种类有直接关系。对于私家车、商务车而言，出行 / 运营强度、 续航能力要求相对较低，充电量需求较小，停车时间较长，调整充放电的 弹性较大，对电动汽车储能亦能表现出较高接受度；相反，虽然出租车、 公交车用户充电量需求较大，但运营强度同样较高，且大多已通过低谷充 电降低电费，进一步调节充放电的空间十分有限，用户对有序充电或 V2G 的态度也更为消极（图 8）。图 8 各类车型有序充电及 V2G 接受度 相比有序充电，参与 V2G 还将导致电池寿命折损的成本。显然，用户对 于 V2G 的接受度也会因电池成本的变化而改变。当电池成本较高时，车辆参 与电力系统储能的单位成本就更高，用户的实际接受度就偏低；当电池成本 明显下降时，V2G 的成本也会随之下降，用户的接受度也因此有所提升。电动汽车储能市场及激励机制研究 21 本文针对两类 V2G 接受度相对较高两类用户（私家车、商务车）绘 制了 V2G 接受度与电池成本的关系（图 9）。图中横轴代表电动汽车电池 参与储能的平准化成本，即将电池成本摊入其全寿命周期吞吐电量所得到 的单位千瓦时放电成本；纵轴为 V2G 接受度。研究假设电动汽车通过提供 V2G 进行峰谷差充放电单位千瓦时获利 1 元，其与储能平准化成本的差即 为用户所能得到的净收益。 由图 9 （左） 可知， 当净收益在 0.2 元 / 千瓦时以下时 （储能平准化成本 0.8 元 / 千瓦时以上） ， 电动私家车用户储能接受度不足 5% ； 当净收益提升至 0.8 元 / 千瓦时以上时（储能平准化成本 0.2 元 / 千瓦时以下），用户接受度接 近 20%。当收益水平较高（净收益在 0.8 元 / 千瓦时以上，或储能平准化 成本在 0.2 元 / 千瓦时以下）时，商务车用户对储能的宽容度较高，总体接 受度约 30% （如图 9 右） ， 但当收益水平下降后， 其储能接受度也快速下降， 并趋近于零。图 9 电池成本与私家车、商务车 V2G 接受度 由此可见，电动汽车储能的理论潜力与实际效果之间存在一定差距。 如私家车用户对有序充电的接受度最高， 但表示接受的受访者也仅占一半。 各类车型对电动汽车储能的接受度也呈现出较大差异。私家车、商务车用 户对电动汽车储能的接受度要明显高于出租、公交等运营车辆，且大部分 运营车辆已通过响应峰谷电价参与电力系统调峰，进一步提供储能服务的 空间较小。即使电动汽车 V2G 可以给用户带来净收益，各类车型用户对 V2G 的接受度仍然有限。电动汽车储能市场及激励机制研究 22 需要注意的是，上述分析仍是基于当前电动汽车续航里程及电池容量 所得出的结果，随着上述两个指标水平不断进步，电动汽车用户的储能接 受度有望显著提升。根据节能与新能源汽车技术路线图预测，到 2020 年动力电池系统比能量达到 250 瓦时 / 千克，循环寿命达到 3000 次；之后 因技术路线的升级，到 2030 年动力电池系统比能量将进一步达到 350 瓦时 / 千克，循环寿命达到 4000 次。以电动乘用车百公里电耗 15 千瓦时计算， 2020 年和 2030 年面市的相同电池重量的电动车型全生命周期充放电吞吐 量分别可满足 80 万公里和 150 万公里累计续航需要。根据机动车使用年限 及行驶里程参考值 60 万公里计算，2020 年和 2030 年扣除道路出行放电量 后每辆电动汽车 V2G 的理论潜力可分别达到 12 兆瓦时和 130 兆瓦时。这意 味着在 2020 年和 2030 年电动车型可分别提供总电量吞吐的 25% 和 60% 的充放电服务，且并不会影响动力电池的工作寿命。由此可见，随着动力 电池技术水平的提升（能量密度和循环寿命），电动汽车用户参与储能的 经济性将逐步显现。按现有分阶段目标逆向递推，动力电池有望在 2020 年 前就具备通过剩余电量吞吐能力进行储能的可能性（图 10）。图 10 电动汽车全生命周期续航里程与储能电量的关系电动汽车储能市场及激励机制研究 23 众多研究表明电动汽车作为分布式灵活负荷和储能设施具有广阔的发 展潜力。电动汽车储能可通过参与辅助服务和需求侧响应等方式满足可再 生能源发电并网的调峰需要。虽然受系统需求及电池性能的影响，电动汽 车储能的经济效益有所不同，但不存在明显的技术障碍。特别是随着未来 电力系统中可再生能源发电比重的不断提高，传统的具有较强调节性能的 发电机组（如火电、调节性水电等）在电源结构中的占比会逐步下降，电 动汽车储能将成为电力系统重要的灵活调节资源。当然，电动汽车储能效 果受电动汽车用户行为、可再生能源发电特性、电网原始负荷等因素的影 响， 这些因素在不同地区又有较大差异。 因此， 本节选取苏州市为研究对象， 分析电动汽车储能实际应用效果。 目前苏州市汽车保有量规模超过 350 万，在北京、成都、重庆和上 海之后，位居全国第五。截止 2017 年底，苏州市新能源汽车总上牌量为 11461 辆。2018 年 5 月，苏州市经信委印发了关于 2018 年新能源汽车 推广应用和充电设施建设目标的通知 24 明确 2018 年苏州将推广应用新能 源标准车 9000 辆，充电桩建设 2245 个，预计到 2018 年底全市新能源汽 车数量有望突破 2 万辆。2017 年底全国汽车保有量 2.17 亿辆，按照 2030 年全国千人汽车保有量 300 辆计算，届时汽车保有量将超过 4 亿辆，增幅 84%。假设苏州市汽车保有量增速与全国一致，则 2030 年苏州市汽车保有 量将达到 640 万辆。根据节能与新能源汽车技术路线图预测，2030 年 全国新能源汽车保有量达到 8000 万辆，占汽车保有量约 20%。若苏州市新 能源汽车渗透率与全国水平一致，则 2030 年全市新能源汽车保有量为 128 万辆。若 2030 年电动乘用车在全部新能源汽车中的比重提升到 50%，则电 动乘用车数量将达到 64 万辆。如苏州电动汽车储能接受度问卷调查结果所 示，不同电动汽车车型意愿有所差异，其中乘用车用户意愿相对较高，因 此本节聚焦电动乘用车储能。 苏州市是国内首个用电负荷超 2000 万千瓦的地级市。2017 年全市用 电量突破 1500 亿千瓦时，用电量在全国城市排名第二，仅次于上海。2017 （三）电动汽车储能效果评估电动汽车储能市场及激励机制研究 24 年全市用电负荷高峰出现在 7 月，峰值超过 2500 万千瓦，其中 40% 为 降温用电，夏季调峰压力巨大。根据苏州市供电公司预测，到 2020 年 全市负荷高峰将达到 2796 万千瓦，到 2025 年增加到 3080 万千瓦，其 间负荷年增长率达到 1.8%。若保持该增速，则 2030 年负荷将达到 3367 万千瓦，相比 2017 年增长 35%。我们选择 2017 年 6 月 15 日苏州地 区电网负荷曲线作为基准，其负荷峰值为 1829 万千瓦，假设增幅同为 35%，则 2030 年当日负荷峰值将达到 2469 万千瓦（上午 10：15，图 11）。若 64 万辆电动乘用车随机充电 IX ，则叠加电动汽车充电负荷后， 全网负荷高峰将由上午转移至傍晚 19：15，负荷峰值为 2584 万千瓦。图 11 2030 年苏州夏季电网原始负荷及电动汽车随机充电负荷曲线 目前苏州地区发电以火电为主，其中煤电装机 1745 万千瓦，占全 部发电装机 85%，光伏、风电装机分别为 33.7 万千瓦和 3.5 万千瓦，波 动性可再生能源发电比重为 1.8%。根据 2015 年全国建设用地统计报告， 苏州市建设用地面积为 444 平方公里， 光伏可利用面积为 93.24 平方公里， 按照平均 10 平方米安装 1 千瓦分布式光伏系统计算，苏州市光伏装机潜 力为 932 万千瓦，若到 2030 年开发强度为 60%，则光伏装机量将达到 IX 随机充电：车辆接入电网后立即充电，直至电池充满。随机充电行为参考南京城市与交通规划 设计研究院公司、 悉地 （苏州） 勘察设计顾问公司对苏州典型地点用车及停车行为调研结果进行假设。电动汽车储能市场及激励机制研究 25 559 万千瓦。因此，本文假设 2030 年苏州电动汽车保有量为 128 万辆，其 中乘用车 64 万辆，光伏装机 559 万千瓦。 电动乘用车有序充电 X的比例参考苏州电动汽车储能接受度调查结果即 乘用车数量的 53%，即 33.9 万辆。表 3 为无序和有序充电方式下电网净负 荷峰谷差对比。可见不论是有序还是随机充电，引入电动汽车都会拉大电 网负荷峰谷差，对电力系统消纳光伏发电带来更大压力。但相比随机充电， 有序充电一定程度降低了电网负荷高峰并在凌晨（电网原始负荷低谷）和 午间（净负荷低谷）带来更多用电需求，减轻了电网调峰压力。 表 3 随机充电与有序充电净负荷峰谷差 由于可在负荷高峰进行放电，电动汽车 V2G 可在有序充电基础上进一 步降低电网调峰压力。本文 V2G 采用苏州电动汽车储能接受度调查结果， 即 64 万辆电动乘用车中 20% 车辆（12.8 万辆）参与 V2G，33% 车辆（21.1 万辆）参与有序充电，得到电动汽车 V2G 充电负荷曲线（图 10）。相比单 纯有序充电，结合 V2G 的电动汽车充电情景下电网峰谷差降低至 419 万千 瓦，相比有序充电峰谷差进一步缩小 110 万千瓦（表 4）。 表 4 电动汽车 V2G 净负荷峰谷差X 有序充电：此处特指尽可能在电网净负荷低谷时段充电。电动汽车储能市场及激励机制研究 26 图 12 2030 年苏州电动汽车 V2G 下电网负荷 因此我们可以发现，即使用户参与度有限（仅考虑 50% 电动乘用车） 也将带来可观的电动汽车储能规模，其对降低电网负荷峰谷差及光伏等可 再生能源弃电都将起到重要作用。 但我们在电动汽车储能接受度问卷过程中也发现，当前电动汽车用户 对电动汽车储能的认识有限，对电动汽车储能的接受度普遍偏低。研究发 现各类车型中，乘用车、商用车、物流车参与电动汽车储能相对可行，而 接受有序充电或 V2G 的公交车、出租车不足受访用户的 20%。究其原因， 除对电动汽车储能不了解外，用户还存在两方面忧虑：1）对正常用车行为 的约束；2）对车辆质保的影响。第一点对于公交车、出租车尤为明显，此 类车型运营时间长、充电需求高、停车时间短，且车辆运营方已普遍根据 当前峰谷电价进行了充电时间优化， 进一步挖掘灵活充电的空间