充放自如：車網(wǎng)互動模式的未來暢想

2024年1月4日，國家發(fā)改委、國家能源局、工信部、市場監(jiān)督管理總局四部門聯(lián)合印發(fā)《加強新能源汽車與電網(wǎng)融合互動的實施意見》，鼓勵全面推進有序充電應用和V2G模式示范，這正是車網(wǎng)互動模式的兩大主流路徑，即智能有序充電和雙向充放電。與此同時，在經(jīng)過幾年試點后，蔚來汽車宣布其首批10座V2G目的地充電站于2024年1月9日在上海正式投入運營。種種跡象表明，車網(wǎng)互動模式的商業(yè)化進程正在提速。

事實上，對于車網(wǎng)互動模式的前瞻性布局早已廣泛開展，此前剛剛成功舉辦的“2023中國汽車充換電生態(tài)大會”便專門針對這一新興商業(yè)模式進行了研討。2023年12月19-21日，由中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟、中國汽車工業(yè)協(xié)會充換電分會、杭州市富陽區(qū)人民政府聯(lián)合主辦的“2023中國汽車充換電生態(tài)大會”在杭州舉辦。本屆大會以“迎接新挑戰(zhàn)，全面推動充換電基礎設施高質(zhì)量發(fā)展”為主題，設置了“1+1+6+N”場會議和發(fā)布，即1場閉門會議、1場大會論壇、6個主題論壇以及N場重磅發(fā)布，研討構建產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展格局的對策、方法與路徑。其中，在12月21日上午舉行的“車網(wǎng)互動模式研討”主題論壇上，來自行業(yè)企業(yè)以及機構院校的高層代表和專家學者，圍繞車網(wǎng)互動的運營模式、關鍵技術及創(chuàng)新實踐等話題展開研討，進行深度溝通和交流。

機遇和挑戰(zhàn)共存的新生態(tài)

隨著新能源汽車的規(guī)模化發(fā)展，車網(wǎng)互動技術作為一種利用電動汽車與電網(wǎng)進行能量和信息交互的創(chuàng)新模式，具有巨大的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益，是推動汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)碳中和目標的重要手段。

中國汽車工業(yè)協(xié)會充換電分會、中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟執(zhí)行秘書長鄒朋認為，車網(wǎng)互動作為創(chuàng)新的能源互聯(lián)網(wǎng)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)新能源汽車與電網(wǎng)的互利共贏。車網(wǎng)互動不僅能夠為新能源汽車提供便捷、安全、高效的充電服務，還能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)的雙向能量互動和信息交換，為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻、新能源消納、應急備用等多種輔助服務，提高電網(wǎng)的運行效率和安全性。

同時，車網(wǎng)互動還能夠促進新能源汽車電池的全生命周期價值挖掘。通過車網(wǎng)互動，可以實現(xiàn)電池的智能管理和健康監(jiān)測，延長電池的使用壽命，降低電池的成本和廢棄率。退役的電池還可以通過梯次利用，繼續(xù)為電網(wǎng)提供儲能服務，或者回收利用其內(nèi)部的貴重金屬，實現(xiàn)電池的循環(huán)利用，減少資源浪費和環(huán)境污染。

車網(wǎng)互動不僅是技術，也是電動汽車物理和信息、商業(yè)和技術有機結合的生態(tài)系統(tǒng)。國網(wǎng)智慧車聯(lián)網(wǎng)技術有限公司副總經(jīng)理、黨委委員王文認為，電動汽車通過充換電裝置與公共電網(wǎng)、微電網(wǎng)相連，或者在樓宇住宅區(qū)與配電相連，將動力電池作為儲能，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間的能量流互動、信息流互動，包括智能有序充電和智能充換電，能夠有效解決電力系統(tǒng)中安全保供、供需不匹配的問題。

盡管車網(wǎng)互動擁有美好的未來，但在目前的發(fā)展階段還存在一些問題和挑戰(zhàn)。例如，充電樁的建設仍然存在一定的滯后性，特別是在一些中小城市和農(nóng)村地區(qū)，充電樁的覆蓋率仍然較低；車聯(lián)網(wǎng)技術的應用仍然不夠廣泛，尤其在一些低價位的新能源汽車上，車聯(lián)網(wǎng)功能的普及率仍然有待提高。此外，車網(wǎng)互動技術的安全和隱私問題也引起了廣泛的關注，如何確保車網(wǎng)互動系統(tǒng)的安全運行，保護用戶的隱私權益是亟待解決的問題。這些都需要行業(yè)進一步加強研究和探索，形成共識和合力，推動車網(wǎng)互動技術的規(guī)模化應用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“預測”和“評估”至關重要

在新基建戰(zhàn)略、數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的浪潮下，形成電動汽車與新型電力系統(tǒng)融合發(fā)展的新格局。在這種趨勢下，上海電器科學研究所（集團）有限公司聯(lián)聯(lián)睿科總經(jīng)理湯曉棟認為，車網(wǎng)互動是電動汽車大規(guī)模接入電網(wǎng)的必然要求。

要做到車網(wǎng)互動，就要實現(xiàn)城市電網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)與充電基礎設施網(wǎng)的友好互動和高效協(xié)同。對此，湯曉棟提出四個研究方向，一是“車-樁-網(wǎng)”要協(xié)同規(guī)劃；二是“源網(wǎng)荷儲”要有序互動；三是將需求分流，并進行有序引導；四是資源和需求要靈活匹配。

其中，在“車-樁-網(wǎng)”協(xié)同發(fā)展的充電站選址規(guī)劃方面，要攻克“管理難”，需重點關注以下問題，一是電動汽車充電負荷預測模型與增長分析；二是基于P-中值與截留-分配模型的規(guī)劃方法；三是城市配電網(wǎng)對充電負荷接納能力評估。只有解決了這三個問題，才能有效推進城市電網(wǎng)、電動汽車和充電設施的協(xié)同發(fā)展與融合創(chuàng)新。

在“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同互動的優(yōu)化控制方面，要實現(xiàn)“源荷協(xié)同”，攻克“峰上加峰”，需重點關注源網(wǎng)荷儲互動的調(diào)節(jié)響應機制設計，以及基于分時電價的削峰填谷效果評估，這樣才能有效推動新能源汽車優(yōu)先消化綠電，提高充電負荷的用能效率，最終保障“3060”目標的實現(xiàn)。

可見，在大規(guī)模車網(wǎng)互動的商業(yè)化進程中，“預測”和“評估”至關重要。清華大學電機系副教授、電力系統(tǒng)研究所副所長胡澤春也多次提及這兩個關鍵詞。胡澤春認為，大規(guī)模車網(wǎng)互動的關鍵技術主要是車側和網(wǎng)側。對運營商而言，首先要對充電需求有一定的預測能力，因為參與需求側響應、輔助服務和現(xiàn)貨市場都需要把握自己的資源狀況。在這個基礎上，要進行相應的調(diào)控能力評估。然后在評估的基礎上，再進行調(diào)控能力的預測。如果參與車網(wǎng)互動，還需要做相應的投標決策，市場出清之后要做精準的調(diào)控。

不同類型的應用場景充電負荷和可調(diào)控性相差很大，在市場上面臨著非常大的技術挑戰(zhàn)。胡澤春認為，對于運營商來說，提高資源可調(diào)控能力的評估和預測精度是核心技術環(huán)節(jié)，對于運營商和電網(wǎng)來說都需要創(chuàng)新的運營管控工具，最終實現(xiàn)閉環(huán)運行。

電動汽車與電網(wǎng)的雙向信息和能量交換，不僅涉及到電力系統(tǒng)的保供能力，還涉及到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。中國汽車工業(yè)協(xié)會充換電分會副秘書長、國聯(lián)智慧能源交通技術創(chuàng)新中心（蘇州）有限公司副總經(jīng)理馬華杰也強調(diào)，要實現(xiàn)大規(guī)模車網(wǎng)互動，就需要突破一些關鍵技術的難題，讓車聯(lián)網(wǎng)交易更加高效、安全、可靠。

技術創(chuàng)新貫穿發(fā)展進程

隨著電動汽車的規(guī)模化快速發(fā)展，大規(guī)模隨機、不可控的分布式資源無序接入配電網(wǎng)，給世界各國都帶來了不同程度的挑戰(zhàn)。為了應對這種挑戰(zhàn)，各種創(chuàng)新的技術便不斷地應運而生。中國電力科學研究院配電技術中心總工程師段青介紹了一種基于能量路由器的先進技術，并認為這是構建車網(wǎng)互動公共充電系統(tǒng)的有效方式。

從普通工頻變壓器發(fā)展到有載調(diào)容調(diào)壓變壓器、電力電子融合變壓器、固態(tài)變壓器，再到能量路由器，清晰地呈現(xiàn)出了配電網(wǎng)核心裝備的發(fā)展和演化機理，以及未來區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的結構形態(tài)。其中，能量路由器作為當前最先進的技術，可融合配電變壓器、固態(tài)開關、交直流配用電、分布式光伏變流器、儲能變流器、柔性充電堆等功能，是未來構建區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的核心裝備。

據(jù)段青介紹，利用能量路由器構建公用電動汽車充電站具有諸多優(yōu)勢。與傳統(tǒng)方案相比，基于能量路由器構建的本體主電路拓撲和充電站光、儲、充系統(tǒng)架構方案，在設備大小、設備造價、系統(tǒng)效率、電能質(zhì)量控制與治理、安全保護、直流接線方式、穩(wěn)定運行、故障穿越、數(shù)字化運維、嵌入式能量管理系統(tǒng)、光儲充協(xié)調(diào)運行、參與調(diào)頻和調(diào)峰市場等方面都極具優(yōu)勢，能夠保障較高的經(jīng)濟性、安全性和穩(wěn)定性。

當然，除了硬件的創(chuàng)新之外，軟件技術的創(chuàng)新也必不可少。華北電力大學教授胡俊杰的研究方向為“調(diào)峰市場環(huán)境下規(guī)模化電動汽車優(yōu)化調(diào)控技術”。胡俊杰所在的研究團隊根據(jù)充電樁功率限制，建立了滿足工程要求的混合整數(shù)線性模型，提出了功率調(diào)整魯棒邊界計算方法，能夠保證可調(diào)節(jié)能力量化的有效性。同時，該團隊還在實時控制層面提出了“集群-電動汽車”的雙層控制架構，細化控制時間尺度，可以快速修正功率偏差，提高控制精準度，能夠使電動汽車功率控制更合理。

同樣來自華北電力大學的博士后、講師秦光宇在車聯(lián)網(wǎng)交易的關鍵技術方面進行了大量研究，并構建了基于車電需求特性的電動汽車聚類模型，進而開展電動汽車用戶響應彈性建模方法，綜合考慮不同類型用戶需求特性與響應特征，提出了差異化激勵機制，從而引導各類用戶參與綠電交易。

秦光宇所在的研究團隊還通過綜合分析用戶充電行為與充電負荷特征，構建了充電負荷曲線特征識別算法，建立相關性綜合評價指標體系，包含新能源二級指標——新能源穿透率、調(diào)峰特性、出力負荷特性相似度，形成了新能源發(fā)電出力與負荷特性匹配程度的量化表征值，最后形成了車聯(lián)網(wǎng)與綠色能源的聯(lián)合優(yōu)化消納策略。

有了各種創(chuàng)新技術的加持，車網(wǎng)互動模式的落地實踐成效顯著。國網(wǎng)天津市電力公司電力科學研究院優(yōu)秀專家祖國強分析了天津地區(qū)電動汽車與電網(wǎng)互動的創(chuàng)新實踐成果和經(jīng)驗。目前國網(wǎng)天津電力已初步形成“大型綜合性充電場站為支點+主干交通網(wǎng)沿線和區(qū)域中心點位中型充電場站為骨架+分散式小型場站為輻射”的充電網(wǎng)絡格局，為車網(wǎng)互動提供了強大的基礎。從天津市津門湖新能源車綜合服務中心，到武清高鐵城際樞紐充電示范站，再到濱海（于家堡）綜合充電示范站，再加上“一帶一路”電動汽車與能源互聯(lián)網(wǎng)實驗室，“天津模式”逐漸嶄露頭角。

國網(wǎng)天津電力正在構建國內(nèi)規(guī)模最大的車網(wǎng)互動示范工程。其方案是：首先，在配網(wǎng)層面進行友好接入，通過無感進行有序充電；其次，在大電網(wǎng)層面，進行廣域的聚合互動，以確保精準調(diào)控；再次，分別從物理和信息安全保障層面，進行充放電過程的安全防護；最后，進行系統(tǒng)開發(fā)與規(guī)模化示范。

該示范工程從城市配電網(wǎng)友好互動、省域新能源消納、跨省互濟三個方面，分別在天津、山東、華北進行示范應用，覆蓋城市、省級、區(qū)域三個層級，分鐘級最大響應±500兆瓦，最大放電規(guī)模3兆瓦，形成完整統(tǒng)一的多層級、多市場驗證環(huán)境。

車網(wǎng)互動模式的市場前景廣闊，對于未來發(fā)展，祖國強建議：一是構建車網(wǎng)互動的跨行業(yè)、跨部門協(xié)調(diào)機制，促進產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新；二是加強車網(wǎng)互動配套政策和標準體系研究，進一步提升車網(wǎng)互動領域標準水平；三是完善豐富車網(wǎng)互動聚合參與市場交易機制，豐富市場交易品種；四是打造一批國家級車網(wǎng)互動先行示范區(qū)，階段性給予專項資金與政策支持。