儲能技術在交通領域的應用與發展趨勢

劉 堅

（國家發展和改革委員會能源研究所，國家可再生能源中心，北京 100038）

隨著我國汽車保有量的不斷攀升，傳統化石能源消耗需求將持續增長，發展電動汽車將有效緩解與日俱增的能源消耗壓力，對我國經濟社會的可持續發展具有十分重要的戰略意義。電動汽車大規模接入電網后，既可作為電力系統消費側的分布式儲能設施，幫助分布式可再生能源發電的接入，調節電網用電負荷，又可作為分布式電源向電網反向提供電力，為電網提供調峰調頻、旋轉備用等輔助服務，實現電力系統的削峰填谷。電動汽車儲能與電力系統的結合，將在提高電網的運行的穩定性和經濟性、促進智能電網發展的同時，降低電動汽車使用者的出行成本，促進其推廣和應用，最終實現交通能源的電力化。

1 政策綜述

我國電動汽車發展政策從科研投入、產業化發展、法規標準制定等多角度出發，對研究機構、汽車企業、能源企業、消費市場等多個環節予以激勵與扶持，對我國電動汽車技術和產業化發展起著重要的促進作用[1]。

2009年，財政部和科技部發布《關于開展節能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知》決定[2]，在北京、上海、重慶、長春、大連、杭州、濟南、武漢、深圳、合肥、長沙、昆明、南昌13個城市開展節能與新能源汽車示范推廣試點工作，以財政政策 鼓勵在公交、出租、公務、環衛和郵政等公共服務領域率先推廣使用節能與新能源汽車，對推廣使用單位購買節能與新能源汽車給予補助；2010年，財政部等4個部委又發布了《關于擴大公共服務領域節能與新能源汽車示范推廣有關工作的通知》[3]，將示范城市的數量擴大到了25 座。

2010年5月底，財政部、科技部、工業和信息化部（工信部）、國家發展和改革委員會（國家發改委）開始在上海、深圳、杭州、長春、合肥和北京開展私人購買新能源汽車補貼試點工作[4]。補貼按電池容量以3000 元/kW·h 給予補助，插電式混合動力乘用車最高補助5 萬元/輛；純電動乘用車最高補助6 萬元/輛（表1）。

表1 六城市私人補貼比較Table 1 Private EV subsidies

2010年10月，國務院出臺《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》[5]，將新能源汽車列入到了七大戰略新興行業。目標是到2020年，動力電池模塊比能量達到300W·h/kg 以上；純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量超過500 萬輛；充電設施網絡滿足城際間和區域內純電動汽車運行需要，實現規模化商業運營。

2011年12月，國家能源局發布《國家能源科技“十二五”規劃》[6]，提出開展分布式電源、儲能裝置、電動汽車充電站等接入技術的研究。此外，國家能源局已頒布了《電動汽車非車載傳導式充電機技術條件》、《電動汽車交流充電樁技術條件》和《電動汽車非車載充電機監控單元與電池管理系統通信協議》等電動汽車充電設施能源行業標準，這些標準將與工信部牽頭制定的有關電動汽車電池標準文件相對接。

2012年6月，國務院印發《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012―2020年）》[7]，目標為到2015年，純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量力爭達到50 萬輛；到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產能力達200 萬輛、累計產銷量超過500 萬輛；要求試點城市因地制宜建設慢速充電樁、公共快速充換電等設施；鼓勵成立獨立運營的充換電企業，建立分時段充電定價機制；積極試行個人和公共停車位分散慢充等充電技術模式，確定符合區域實際和新能源汽車特點的充電設施發展方向，探索新能源汽車作為移動式儲能單元與電網實現能量和信息雙向互動的機制，首次提出了電動汽車作為電網儲能單元的概念和發展方向。

2013年2月，國務院發布《能源發展“十二五”規劃》[8]，提出增強電網對新能源發電、分布式能源、電動汽車等能源利用方式的承載和適應能力；加強供能基礎設施建設，為新能源汽車產業化發展提供必要的條件和支撐；在北京、上海、重慶等新能源汽車示范推廣城市，配套建設充電樁、充（換）電站、天然氣加注站等服務網點；著力研發高性能動力電池和儲能設施；到2015年，形成50 萬輛電動汽車充電基礎設施體系。

通過政策梳理可以看出，目前科技部主要負責推動電動汽車和動力電池的技術研發；工信部負責電動汽車市場準入管理；國家能源局、工信部、國家電網等參與動力電池儲能和充電標準的制定；國家發改委、財政部、工信部等主持電動汽車商業運營、補貼和試點示范工作；國家電網和南方電網公司參與充電基礎設施建設。各地的電動汽車的示范試點項目著重以下四方面的研究：①動力電池特性，包括電池類型、容量、充電時間、循環壽命等；②運行規律，包括各種類型電動汽車出行時間、行駛里程、停放規律、充電行為的時空分布等；③充電方式，包括整車慢充、整車快充、電池更換以及不同電能補充方式對應的充電負荷差異；④商業模式，包括整車租賃、電池租賃、里程服務等電動汽車商業運營模式。電動汽車對于電網同時扮演著負荷和電源的雙重角色，通過電網與車輛之間信息/能量的雙向傳輸，可以使電動汽車成為負荷側的儲能設施，從而幫助電網實現削峰填谷。此外，通過有序充放電控制，電動汽車儲能還可作為：①虛擬調頻機組，參與電力市場調頻服務；②備用電源，提高電力系統穩定性和安全性；③可再生能源發電儲能設施，平滑風電、光伏發電出力。國家對電動汽車的扶持政策也逐漸由單純車輛“三橫三縱”（三縱：混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車；三橫：電池、電機、電控）技術研發向能源供應、基礎設施建設、商業運營模式與技術研發并舉轉型。

2 電動汽車技術

動力電池是實現電動汽車儲能的核心原件。本 節將就當前動力電池性能、電池材料技術和電動汽 車整車性能參數三方面內容進行綜述。

2.1 電池性能

動力電池一般指為電動汽車動力系統提供能量的蓄電池，主要包括鉛酸電池、超級電容器、鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池（表2）。鉛酸電池技術成熟、成本低、安全性好，但能量密度較低，自放電率較高，一般應用在低速和城市短途電動車上。超級電容比功率較高，充放電速度快、循環壽命長，但能量密度非常低，一般用在混合動力汽車作輔助電源。鎳氫電池技術相對成熟，安全性好，是目前混合動力汽車所采用的主要動力電池技術，但鎳氫電池目前生產成本仍然較高，自放電率高，很少被應用在純電動車型上。鋰離子電池比能量和比功率都很高，原材料豐富，但作為動力電池應用的技術仍不夠成熟，安全性和高成本的問題仍然沒有得到很好解決。燃料電池比能量高，能量轉化效率高（系統整體效率可達到70%），燃料來源豐富，但制造成本很高且儲運非常困難。綜合各種電池技術來看，鋰離子電池技術是目前各國電池研發的重點。燃料電池在未來具有一定的發展前景，但目前技術仍然很不成熟。此外，動力電池的生產包括配方、電池設計及成組技術，而各大電池企業的差距主要體現在電池設計和成組技術方面，特別是成組技術涉及機械、電子等眾多領域，目前電池組壽命往往只有單體電池壽命的1/4，成組技術仍有待提高。

表2 動力電池性能比較Table 2 Battery comparison

2.2 電池材料

電池材料是電池性能的決定性因素。由于鋰離子電池技術是當前動力電池的重點發展方向，本文以鋰離子電池為例對各種動力電池的材料技術線路進行比較。

鋰離子電池的材料包括正極材料、負極材料、隔膜和電解液。正極材料是鋰離子電池中最為關鍵的原材料之一，直接決定電池的工作性能（表3）。目前鋰離子電池常用的正極材料包括鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料。國外多數電池企業如松下、LG 等主要選擇錳酸鋰和三元材料，而國內企業更多采用磷酸鐵鋰。負極材料以石墨和鈦酸鋰為主。目前負極材料基本實現國產化，產品性能處于國際領先水平。隔膜以聚乙烯和聚丙烯微孔膜為主，動力電池隔膜基本全部采用進口，國產動力電池隔膜還處于樣品開發階段。電解液主要采用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯，基本實現國產化。

表3 鋰離子電池正極材料性能比較 Table 3 Lithium-ion battery anode materials

目前在電動汽車中，應用較多的鋰離子電池是磷酸鐵鋰電池，它具有磷氧共價鍵結構，使氧原子不會被釋放，因而熱穩定性和安全性較好，同時價格相對更低。這些因素使磷酸鐵鋰電池成為小型電動汽車和插入式油電混合動力汽車（PHEV）動力電池的首選。然而在鋰離子電池中，磷酸鋰電池的比能量、比功率以及運行電壓相對較低，所以在大型純電動車應用方面鈷酸鋰和錳酸鋰電池等更具 優勢。

總體看來，我國動力電池技術以磷酸鐵鋰為主要發展方向并已基本形成動力電池產業體系，但仍存在諸如磷酸鐵鋰電池制造工藝控制困難，批次穩定性差，隔膜材料依賴進口，電池組一致性差，系統循環壽命低和電池管理系統設計不足等問題。

2.3 整車性能

當前主要的純電動汽車生產廠商有日產、通用、寶馬和特斯拉（Tesla）等。國內主要電動汽車企業包括比亞迪、眾泰、萬向和奇瑞等。到目前為止，工信部已經就新能源汽車陸續發布了34 批次“節 能與新能源汽車示范推廣應用工程推薦車型”。表4列出了目前市場上典型電動汽車的參數。可以看出目前電動汽車單次充電的續駛里程仍然較低，與普通燃油汽車還有較大差距。此外，電動汽車的價格明顯高于同檔次的燃油汽車。動力電池往往占純電動汽車整車成本的50%左右，是電動汽車價格高成本的主要原因。

表4 電動汽車參數對比 Table 4 EV parameters comparison

3 電動汽車儲能潛力

3.1 電動汽車儲能容量

電動汽車的電網儲能通過兩種途徑實現。①電網-車輛（grid to vehicle，G2V）。在這種應用中，車輛與電網的通信是雙向的，但是車輛僅作為負荷從電網獲得電能，通信只改變其充電速率，并不實現向電網提供電能。②車輛-電網（V2G）。車輛與電網的通信為雙向的，電池的充電、放電也為雙向，車載電池不僅僅作為負荷從電網充電，同時作為一種設備為電網提供電能。電動汽車大規模接入后，既可作為負荷調節電網負荷特性，也可以作為電源向電網反方向提供電能，從而實現削峰填谷，為電網提供調頻、旋轉備用輔助服務，改善電網性能，平滑可再生能源發電出力，提高電網的經濟效益。同時，電動汽車車主也可以從電網獲得收益，降低電動汽車保有成本，促進電動汽車的推廣應用。國外在電動汽車V2G 研究方面起步較早，Kempton等[9]分析了電動汽車作為分布式儲能設施，通過 協調控制充放電過程，使之在系統負荷高峰時放 電、低谷時充電，實現系統調峰的經濟效益。Saber等[10-11]在設定汽車總量、停車場容量、每天充放電頻率的條件下，評估了停車場內電動汽車V2G 對降低系統發電成本的作用。相比于傳統系統調頻電源，電動汽車調頻響應速度更快，陸凌蓉[12]計算了電動汽車用于參與系統調頻服務的容量。Han 等[13]提出了在滿足充電需求約束條件下，引入充放電運營商，通過對電動汽車的充放電功率、時間進行集中控制，分析了電動汽車參與系統調頻的控制方法。此外，通過優化充放電控制，電動汽車還可平抑風電、太陽能發電波動，提高可再生能源發電利用率和電網消納新能源的能力。Lunda 等[14]分析了V2G 對提高風電接入能力和降低CO2排放的作用。趙俊華等[15]建立了考慮電動汽車計入電網和風電機組出力不確定性的隨機經濟調度模型。Dallinger 等[16]考慮了電動汽車用戶隨機性下的電動汽車為電網運行提供備用的可能性，研究表明V2G 可以在不損害電池壽命的前提下，為系統提供可靠的備用容量。文獻[17]分析了在智能電網環境下，電動汽車可為電網提供無功支持和電壓支撐。Kempton 等[18]和Bessa 等[19]研究了電動汽車參與旋轉備用、調頻等輔助服務的成本和收益，計算結果表明，電動汽車參與旋轉備用時具有較高的經濟效益。Juul 等[20]通過Balmorel電源規劃模型研究了電動汽車作為儲能設施提高北歐可再生能源接入規模的優化運行方案。Alagialoglou[21]利用EnergyPlan 優化模型探索了電動汽車V2G 對提高未來丹麥可再生能源發電規模的作用。

美國交通運輸部2001年居民駕駛調查數據反映了汽車在24 h 當中行駛里程的平均分布。從早8點到晚7 點的12 h 行駛里程占到了全天行駛總里程的80%以上，而其余12 h 的行駛里程僅占不到20%，其中凌晨0 點到5 點之間的行駛里程只占1.4%。這使得調度電動汽車在夜間負荷低谷時段充電成為可能。圖1 中實線代表上海市私家乘用車單日充電時間概率分布。可以看出，電動汽車的充電概率與交通流量分布相同，與停車概率吻合。潛在充電高峰更多集中在夜間等電網負荷低谷時段，為電動汽車提供電力系統調平服務提供了條件。

圖1 充電概率曲線 Fig.1 Charging probability profile

2007年中國輕型民用車輛的年均行駛里程為26910 km[22]，日均行駛里程為73.7 km。但這一統計未按照用途分類。例如，家庭轎車的年行駛里程可能不足15 000 km。本文按每輛電動汽車容量24 kW·h每日平均行駛里程50 km、每百公里電力消費12.5 kW·h 計算，則電動汽車每日充電需求為4 kW·h，單次充電可滿足6 d 的行駛需要。假設電動汽車占到全北京市500 萬輛機動車保有量的10%，則每天充電總需求量大約為200 萬kW·h，僅占2011年全市全社會用電量的0.89%。圖2中陰影部分代表北京市50 萬電動汽車夜間充電對電網負荷的影響。可以看出，利用夜間低谷時段對電動 汽車進行充電，則可在對電網運行影響很小的情況下，為電網提供儲能容量，減小電網日夜峰谷負 荷合差。

圖2 北京市50 萬電動汽車夜間充電的電網負荷曲線Fig.2 EV charging load profile

根據《國家電網公司電動汽車充電設施建設指導意見》和《國家電網公司電動汽車充電設施典型設計》，每個交流充電樁充電接口提供AC220V、16A/32A 的交流供電能力，最高輸出功率可達 7 kW。以每輛電動汽車單日充電需求4 kW·h 計算，單日充電34 min 即可滿足出行需要。可見，雖然電動汽車的充電需求較高，但在短期內充電能耗占電網負荷的比重不會太大。通過慢速充電和換電池等方式對電池充放電進行綜合管理，將有效將電動汽車充電對電網的影響限制在可以承受的范圍之內。

由于電池放電對電池的使用壽命影響很大，所以根據目前的動力電池技術水平，G2V是發展重點。電動汽車應用于儲能，具有其自身的優勢。首先，車輛絕大部分的時間處于停泊狀態，可用作儲能的空間很大，特別是對于出租、物流、環衛、郵政和電動公交車，運營路線較為固定，停泊地點集中，儲存能量容量大，優勢將更為明顯。但電動汽車作為儲能設備使用，也存在劣勢，如電動汽車在任何時候都必須保持必要的充電水平，以滿足其運輸功能，這也意味著，電網運營者不能完全不受控制的將電動汽車作為存儲設備使用；電池給電網提供電力將影響電池的使用壽命；作為儲能設備使用時，車輛的維修和保養費用也將受到影響。此外，電動汽車要想在儲能領域有所發展，還需要解決技術上的一些難題，如車輛-電網間通信技術、單體電池充放電一致性和電池壽命問題、動力電池回收和 循環利用問題等。

目 前動力電池儲能已經廣泛應用于電動自行車、電動摩托車等交通工具。隨著動力電池技術的突 破 ，高能量密度和大功率的動力電池將逐漸應用在小型乘用車、大中型客車和貨車，其儲能應用也將由滿足傳統交通能源消費和電網“填谷”，逐漸發展到電網功率調頻、可再生能源發電儲能、能量時移等更廣領域（圖3）。

圖3 電動汽車儲能前景Fig.3 EV Energy storage projection

3.2 分布式可再生能源儲能

除服務電力系統輸配電外，電動汽車還可作為分布儲能元件與分布式可再生能源結合，構建發、輸、用一體化微電網集成應用。考慮到光伏發電時間，與分布式光伏結合的電動汽車充電設施適宜建設在工作場所、車輛公交接駁站及公共停車場。以某地夏季典型單日發電量計算，光伏發電時間從早6 時開始，直到中午12 時達到峰值，到晚8 時停止出力，全天發電時間合計為15 h。按建筑并網系統全國平均1250年發電小時數計算，平均每天光伏滿發時間大約為3.4 h，發電高峰集中在早10 時到下午3 時左右。而典型工作日工作場所和公共停車場停車時間從早9 時到持續到晚5 時，完全覆蓋典型日的光伏滿發時間段（圖4）。按照150 W/m2光伏電池板和80%有效利用面積（考慮光伏陣列的間距）估算，100 m2光伏電池板平均單日發電量為40.8 kW·h，可滿足10 輛電動汽車的充電需求，即平均10 m2光伏電池板即可滿足每輛電動汽車電力需求。

圖4 電動汽車儲能與光伏發電互補Fig.4 EV storage and PV generation integration

根據測算，目前我國可安裝太陽能系統的屋面面積約為185 億平方米，光伏分布式發電的最大裝機潛力達22億千瓦，若以20%的屋面安裝光伏系統計算，光伏系統安裝量可達4.4億千瓦，平均單日發電量為14.96億千瓦時，可滿足3.74 億輛電動汽車的充電需求。此外，新型動力電池技術也為電動汽車分布式儲能與分布式可再生能源發電的集成提供了條件。例如，鈦酸鋰負極動力電池安全性好，快速充電性能好，循環壽命可達數萬次。將鈦酸鋰電池最初20%的壽命應用在電動汽車上，以滿足車輛快速充放電需求；將鈦酸鋰電池后期80%的壽命應用于充電站的電能儲存，晚上利用廉價電力給充電站的電池充電，白天利用充電站的鈦酸鋰電池給電動汽車的鈦酸鋰電池充電，在避免對電網的大功率沖擊的同時，提高充換電站運營的經濟性。

對于風電，大規模并網功率時域波動造成電網調峰能力不足。電動汽車作為分散式的儲能裝置，可以成為一種新的電網可調度資源，若能夠對充電行為加以引導，在電網負荷低谷和風電發電高峰進行充電，便能夠與風電協同調度，減小等效負荷曲線峰谷差，在減少負荷低谷時段的棄風的同時，降低了電網單位電量的碳排放水平。

美國Grid Point 和Better Place 公司分別提出了風電與電動汽車充電協同調度的構想，并且已經開始與電力公司合作開發電動汽車充放電調度軟件，成為智能電網的一項重要應用。丹麥更是組織大學、研究所和能源技術公司在丹麥Bornholm 島上開展EDISON項目，旨在研究電動汽車并網及優化其與風電相互作用。于大洋[23]對我國華北電網和西北電網的仿真分析也表明，調度電動汽車充電來抵消負荷下降而風電出力上升的功率不平衡，消納過剩風電，技術上可行。隨著電動汽車接入規模增加，其改善負荷特性、消納過剩風電的效益也相應增加，幫助實現風電與電動汽車儲能資源之間的協同互補，提高可再生能源并網的效率。與光伏發電不同，風電滿發時間往往在夜間，而夜間往往也是電動汽車充電需求相對較高的時間段，相對于集中開發的風電項目，離網型分布式風電機組容量較小，從幾百瓦到幾十千瓦不等。以10 kW 風電機為例，若所在城市年有效發電小時數為1000 h，則平均每天有效發電小時數為2.74 h，平均單日發電量為27.4 kW·h，可滿足近7 輛電動汽車的充電需求。

4 充電設施

電動汽車充電設施是銜接電動汽車和未來智能電網的重要環節。充電設施的選擇直接決定了電動汽車的充電方式、充電行為的時空分布和電動汽車的運營模式。如何選擇充電設施組合，以最少的成本滿足未來大規模電動汽車充電和電網儲能需求是電動汽車市場化的關鍵。

電動汽車充電設施可分為交流充電樁、充電站和換電站三類（表5）。交流充電樁一般系統簡單，占地面積小，安裝方便，可安裝在電動汽車充電站、公共停車場、住宅小區停車場、大型商場停車場等室內或室外場所，操作使用簡便。按照《國家電網公司電動汽車充電站指導意見》，交流充電樁提供 AC 220 V/5 kW 供電能力。由于交流充電樁的輸出功率有限，充電時間長（一般為6～8 h），所以一般作為慢速充電方式。相比于直流快速充電方式，交流慢速充電對電池的損害較小，有利于延長電池的使用壽命，且無需建設充電站，只需在小區或公共停車場安裝充電樁即可，建設快、占地面積小且施工簡單。

實現動力電池在電網中的儲能功能，除了建設充電設施相關硬件之外，還需要電池管理系統（BMS）的支持。BMS 是監視蓄電池的狀態（溫度、電壓、荷電狀態），對蓄電池系統充電、放電過程進行有效管理，保證電池安全運行的電子裝置。BMS 通過實時監控電池的電壓、電流和溫度等參數，依據電池的當前狀態和電池的使用方法，得到電池的最大允許充電電流；而充電機依據BMS 提供的最大允許充電電流，進行電流的調節，實現不同的充電方式，避免出現過充電、過熱和單體電池之間電壓嚴重不平衡現象，最大限度地提高電池存儲能力和延長循環壽命。在放電過程中，BMS 通過實時檢測溫度、估算動力電池的剩余電池容量（SOC）及時發出告警，避免出現過放電、過熱等情況。由于動力電池的充放電特性在很大程度上取決于電池電解液的溫度，所以BMS 的另外一個重要作用是在電池的充放電過程中將電池組的溫度保持在正常的工作溫度變化范圍內。此外通過BMS，還可將當地可再生能源發電、電網負荷、電動汽車接入量和充電負荷等數據整合起來，幫助實現動力電池作為電網儲能的實時調節功能。

表5 各國充電設施標準 Table 5 Charging standards

電動汽車充電站作為大功率用電負荷，如任由其無約束地使用，會增大電網調峰的困難，對電網帶來沖擊。采用更換電池的方式，由充電站統一合理安排時段對更換下來的電池組進行充電，可幫助電網削峰填谷。解決散熱問題的快速充電設施可以類比目前加油/氣站的模式建設。但由于快速充電模式下電動汽車與電網之間連接時間較短，所以在快速充電方式下電動汽車與電力系統間進行雙向能量流動就相對較少。與快速充電站有所不同，電池更換模式下電池更換站中的備用電池可在電力系統需要時作為電力系統備用和輔助服務資源[26]。

由于前期充電系統標準的缺失和利益相關方的博弈，我國充電配套設施建設發展較為緩慢。截止目前，25個示范城市共計建成170 座充換電站，6264個充電樁。根據2013年發布的《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃（摘要）》，我國到2015年將在20個以上示范城市和周邊地區建成由40 萬個充電樁、2000個充換電站構成的網絡化供電體系，以滿足電動汽車大規模商業化能源供應需求，純電驅動汽車銷量達到同類車型總銷量1%左右。

我國充電設施建設和運營主體主要包括國家電網、南方電網、中國普天、中國石油和中國石化。電網公司擁有電源和輸配電優勢，并參與充電接口、充電樁和充電站標準的制定，占據了大部分充電樁和充電站市場。

按照國家電網公司“十二五”電動汽車智能充換電服務網絡發展規劃的編制，國家電網公司按能夠滿足100 萬輛電動汽車電能供給需要，提出智能充換電服務網絡建設運營模式，即“換電為主，插充為輔，集中充電，統一配送”，通過智能電網、物聯網和交通網的“三網”技術融合，實施信息化、自動化和網絡化的“三化”管理，實現對電動汽車用戶跨區域全覆蓋的同網、同質和同價的“三同”服務到“十二五”末建成2900 座充換電站和54 萬個交流充電樁。國家電網將結合我國電動汽車充換電需求分布特征，以國家示范應用推廣試點城市為重點，優先保障私人購買新能源汽車補貼試點城市及“十城千輛”試點城市對充換電基礎設施建設的需求，建設智能充換電服務網絡。選擇環渤海地區與長三角地區作為示范區域，建設區域智能充換電服務網絡。

此外，南方電網將建設充電站500 座以上，充電樁10 萬個以上；中國普天則與中海油合資成立普天海油新能源動力有限公司，專門運營電動汽車能源供給網絡，通過在車載電池、充電樁上安裝監控模塊，實現從車輛運行、充電管理在內的智能管理體系；中石化和中海油則具有加油站的網絡優勢。

各地方也陸續出臺了電動汽車基礎設施建設規劃。按照《“十二五”北京市電動汽車智能充換電服務網絡發展規劃》（北京電力公司，2011），到2015年底，北京市將建成由6 座大型集中充電站、256 座充換電站、210 座小型配送站組成的電動汽車充換電三級服務網絡，建設充電樁4.2 萬個，服務車輛能力達7.13 萬輛。上海市發改委制定了《關于促進上海新能源汽車產業發展的若干政策規定》（上海市人民政府，2009），提出加強新能源汽車充電站配套設施的規劃和建設；有關配套設施建設納入本市相應專業系統規劃，對配套設施的設備投資給予不超過20%且不超過300 萬元的資金支持。在深圳，到2015年全市充電站數量達到150 座、其中公交充電站66 座，社會充電站84 座，充電樁數量達到227500個。此外，深圳市人民政府下發《關于住宅區和社會公共停車場加裝新能源汽車充電樁的通告》（深圳市人民政府，2010），決定在住宅小區按停車位的5%建充電樁，在社會公共停車場按10%的比例建充電樁；深圳供電局業已同深圳市13.82%的小區簽訂了《綠色社區聯盟合作協議》，將按一定比例在簽約小區內建設充電樁。

目前丹麥EDISON 計劃[27]正著重對包含大量低電壓（230 V）的住宅樓和辦公區分布式充電站、快速充電站與電池更換站的充電設施構架進行研究。快速充電站和電池更換站可以彌補分布式充電設備短時電力補充的不足。可見，分布式充電是一種常規的電動汽車充電構架，而快速充電站和電池更換站則被視為分布式常規充電的輔助方案。國內整車企業主張充電模式，電網企業主張換電模式，而從推廣應用的現狀看，充電模式仍然是基礎設施建設的主流[28]。

此外，建設充電設施的土地資源極為緊缺，特別是大面積建設快速充電站需要大量的城市土地資源。在對充電設施建設的規劃中，可考慮公交充電站與公交場站合建，而社會公共充電站則大部分需重新單獨征地。

5 商業模式

引入電動汽車商業模式創新將有助于電動汽車作為電網儲能設施的應用。電動汽車商業模式指的是電動汽車的購買和使用方式。我國現有的電動汽車商業模式在2009年啟動的25個“十城千輛”示范城市項目開始逐漸摸索和發展。目前國內電動汽車商業化運作主要有三種模式，分別是以電池租賃為代表的深圳普天模式、以整車租賃為代表的杭州分時賃模式和以整車購買為代表的合肥定向購買模式。深圳普天采用的電池租賃模式目前主要應用于公交領域。普天公司作為電動汽車服務提供商先購買電動公交車，然后將車和電池分開銷售給公交公司，公交公司只需支付裸車（不含電池）的價格，電池以租賃的方式交付公交公司使用并由普天公司對其行駛狀況、充電狀況、電池狀況進行實時監控，以實現電池充電的統一規范化管理。杭州采用分時租賃模式，“Event 分時自主租車系統”在大學科技園、工業產業園、大學、及居民社區設立租車點，分時租賃模式具有靈活便利的優點。合肥市江淮集團則采用向內部員工和供應商銷售電動汽車的方式。定向銷售模式適用于用車線路固定，用途相對單一，充電地點固定的消費者（如政府公務用車、集團員工等），定向銷售車輛便于通過充電樁集中充電，彌補了動力電池容量不足的缺陷。

對比各種商業運營模式，消費者購買裸車并向電池運營商租賃電池，無需一次性承擔電動汽車高昂的價格。由于電池運營商統一負責電池充換服務，便于電動汽車動力電池作為可預測的大規模儲能設施，實現電網在電力需求低谷時對電池組進行充電，在電力需求高峰時電池組向電網進行放電。

6 電價政策

以一輛13 千瓦時/百公里的電動汽車為例，參考北京市居民0.49 元/千瓦時的電價水平，百公里充電成本為6.37 元，而目前燃油經濟性10 升/百公里的燃油汽車的燃料成本為80.5 元，充電費用是燃油費用的7.9%。電動汽車的電費成本明顯低于傳統燃油汽車的燃料成本。

但我國各地峰谷電價目前大多浮動在3∶1 左右，全國峰谷電差比較大的區域有北京、天津、湖北、河南等地，相比美國、日本等發達國家動輒達10∶1 的差額費率相比有較大的差距。較小的峰谷電價差不利于電動汽車作為儲能設施的推廣。

由于電動汽車還處于早期市場培育階段，電動汽車保有量低，政府目前并沒有對電動汽車充放出臺統一的電價政策。

目前實際操作中，有條件的電動汽車購買者可以直接利用家用電源接口為電動汽車充電，也可以購買充電樁，并委托小區物業部門協助接入電網，這兩種情況下電動汽車充電價格將參照當地的居民電價水平執行。對于不具備自行接入電網條件的消費者可以申請由當地電網公司出面協調，協助安裝充電設施并接入當地配電網，此種情況下，消費者則需要按照商業電價的標準繳費。

對于電動汽車反饋電網的送電價格，還沒有出臺相應政策，應制定鼓勵電動汽車儲能的電動汽車充電電價機制。儲能應用的大規模發展依賴于電價政策。在電動汽車充電行為引導方面，應進一步鼓勵夜間電力負荷低谷時段充電，并將電動汽車充電電量與居民用電電量分開計量，考慮提高電動汽車用戶居民電價中階梯電價的計量門檻。

7 結論及政策建議

在國家能源安全和城市環境污染的雙重壓力下，發展電動汽車作為未來汽車產業發展的主導方向，已被廣泛認同為解決我國能源與環境問題的重要途徑。而實現這一革新的關鍵是電池儲能技術的進步。作為新能源汽車的核心部件，動力電池儲能不但可以利用清潔的可再生能源為車輛提供動力，還將為電力系統提供巨大的儲能潛力。在近中期，電動汽車儲能將主要作為電力系統的“填谷”手段，以減緩交通部門對石油需求的增長速度。隨著動力電池性能的提高，V2G 和分布式可再生能源發電等智能電網技術不斷成熟，電動汽車將逐漸釋放其儲能潛力，成為未來靈活電力系統的關鍵組成部分。

目前我國電動汽車儲能的發展還受到多方因素的制約。除繼續動力電池研發投入之外，相關主管部門需要在產業發展規劃、標準制定、與可再生能源發電的銜接、基礎設施、商業運營模式和市場培育等環節加大扶持力度。

（1）電動汽車與可再生能源充分銜接 電動汽車中長期發展規劃需要設定階段性發展目標，確定政策框架，保證持續穩定的扶持政策。此外，電動汽車節能減排效果直接取決于電力生產能耗及排放強度。當前中國的發電結構仍以煤炭為主，單純推動電動汽車產業發展而忽視與可再生能源發電的銜接，將導致大量的溫室氣體排放和環境污染。政府應協調能源主管部門、電力企業、地方政府、可再生能源發電和電動汽車企業，加快充/換電站與分布式發電設施同步建設和協同運行研究，研究制定合理的充放電電價，以鼓勵電動汽車對可再生能源的本地利用。地方政府應結合當地可再生能源發展規劃，因地制宜地制定電動汽車產業發展指導意見和產業發展規劃，在研發、生產、示范和市場等多方面為電動汽車與可再生能源協調發展提供支持和引導。對可再生能源發電已達到一定比例的地區，應將電動汽車列入當地新能源發展戰略、低碳城市及低碳交通發展規劃，促進電動汽車與可再生能源產業的同步發展。

（2）電動汽車及基礎設施標準 電動汽車發展規劃及政策及行業標準的制定依賴于政府與產業界（如電網企業、科研機構、生物液體燃料生產商、整車及零部件廠商）的溝通和協商。多方參與將使規劃、政策和標準更加務實可行，并有助于最終的貫徹落實。目前電動汽車基礎設施標準尚在制定中，各地的基礎設施規劃和建設缺乏通盤考慮，各地充電設施不兼容和重復建設問題嚴重。政府應鼓勵電力企業與電動汽車企業展開合作，結合可再生能源發電和智能電網相關技術，盡快統一和完善電池及基礎設施建設標準。

（3）商業和運營模式創新 在充電設施建設和商業模式方面，電力企業為首的基礎設施建設及充電服務運營企業應尋求多方合作，探索商業模式創新，推動基礎設施建設，以鼓勵電動汽車作為分布式儲能設施的應用。在基礎設施建設初期，應對家用充電樁、停車場充電樁、快速充電站和電池更換站進行統一規劃，明確電力公司、市政部門、住房建設部門、房地產開發商、物業管理公司和專業電池運營商的職能。基礎設施運營企業應與所在地政府及當地積電力公司配合，積極組織電動汽車與可再生能源發電和儲能、智能電網和微電網項目相結合的電動汽車示范項目，通過商業模式創新促進電動汽車與電網基礎設施及本地可再生能源發電資源的整合。目前我國自備車庫并不普及，充分利用現有的供電系統，在居民及辦公場所集中地區的地下車庫集中建設220V/330V低速充電樁將大大降低充電基礎設施建設成本。在快速充換電設施建設方面，可以由中石油、中石化、中海油、電池廠、汽車廠、電力部門等利益有關方聯合，組成電動汽車運營公司，消費者可租賃、換用電池并支付服務費，減少電動汽車用戶的初期投資成本負擔。運營公司通過使用夜間的低谷廉價電力，合理租賃制度和租金，逐步形成成熟的電動汽車運營商業模式，將是實現電動汽車規模化儲能的重要保障。

（4）完善補貼機制 在電力系統和充電設施建設的同時，應注重電動汽車的早期市場培育。除了當前補貼和稅費減免之外，可將電動汽車納入能耗和污染排放掛鉤的長效稅收機制，以鼓勵可再生能源在電動汽車中的大規模應用。目前正在研究的環境稅、機動車征收的排污稅、能源稅以及以能源稅為基礎的碳排放稅等稅收機制，都能夠增加傳統燃油汽車的使用成本，激發電動汽車所有者采用可再生能源發電的積極性。在充電價格方面，可綜合考慮電動汽車儲能所帶來的填谷及環境效益，在電動汽車示范城市適度拉大峰谷分電價差，鼓勵電動汽車用戶低谷充電行為，通過價格信號引導電動汽車參與電力系統的削峰填谷。另外，政府對基礎設施建設補貼對引導民間資本參與基礎設投資和培育電動汽車的早期市場將起到關鍵作用。

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