新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)背景下光儲(chǔ)充荷協(xié)同關(guān)鍵問(wèn)題研究
黃碧斌、間湖 國(guó)網(wǎng)能源院新能源研究所
一、農(nóng)村將成為新能源汽車(chē)消費(fèi)重要增長(zhǎng)極，一方面電網(wǎng)重要性愈發(fā)凸顯，一方面也給農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行提出更高要求
新能源汽車(chē)消費(fèi)呈現(xiàn)從大城市向中小城市快速延伸態(tài)勢(shì)。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2022年我國(guó)三線(xiàn)及以下城市新能源汽車(chē)銷(xiāo)量占比最高（見(jiàn)圖1），達(dá)32.5%，較2015年上升23.1個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)開(kāi)源證券數(shù)據(jù)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)一線(xiàn)城市新能源汽車(chē)滲透率1已超50%，大部分三、四線(xiàn)城市仍不足10%。
圖1 新能源汽車(chē)銷(xiāo)量占比變化（2015—2022年）
隨著國(guó)家政策大力推動(dòng)，制約新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)的問(wèn)題將逐步解決，農(nóng)村將成為新能源汽車(chē)消費(fèi)重要增長(zhǎng)極。由于針對(duì)農(nóng)村的電動(dòng)乘用車(chē)、電動(dòng)小型貨車(chē)等產(chǎn)品體系尚不完善，疊加充電難等因素，目前農(nóng)村新能源汽車(chē)消費(fèi)意愿不高，滲透率還相對(duì)較低。5月5日國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議通過(guò)了加快推進(jìn)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、更好支持新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)和鄉(xiāng)村振興的實(shí)施意見(jiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《意見(jiàn)》），6月2日國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議再次強(qiáng)調(diào)構(gòu)建高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系。隨著農(nóng)村人均收入提升、鄉(xiāng)村旅游發(fā)展，在農(nóng)村充電基礎(chǔ)設(shè)施加快建設(shè)利好政策驅(qū)動(dòng)下，預(yù)計(jì)農(nóng)村新能源汽車(chē)將快速增長(zhǎng)，2025年有望超過(guò)1000萬(wàn)輛。
綜合研判，新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)可為農(nóng)村電網(wǎng)提供潛在的光伏消納空間和可調(diào)節(jié)資源，但也對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行提出了更高要求。
一是與“三平衡”“三用電”的基本要求一致。新能源汽車(chē)充電具有“時(shí)間有彈性、行為可引導(dǎo)、規(guī)律可預(yù)測(cè)”的特點(diǎn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)潛力較大。在政府有效政策強(qiáng)力引導(dǎo)下，新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)后可參與需求響應(yīng)和有序用電、促進(jìn)農(nóng)村新能源就地消納，是在農(nóng)村開(kāi)展“三用電”“三平衡”的典型實(shí)踐。
二是愈加凸顯電網(wǎng)的重要性，可在服務(wù)鄉(xiāng)村振興和推動(dòng)農(nóng)村生產(chǎn)生活方式綠色低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更大作用。充電基礎(chǔ)設(shè)施既是電網(wǎng)的售電終端，也是電網(wǎng)的供電延伸，其廣泛布局離不開(kāi)電網(wǎng)支持。電網(wǎng)還是支撐農(nóng)村新能源汽車(chē)參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的重要平臺(tái)，有力支撐農(nóng)村綠色出行。
三是對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)支撐保障能力、車(chē)樁網(wǎng)協(xié)調(diào)互動(dòng)水平提出更高要求。目前農(nóng)村低壓電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)的戶(hù)均容量為4千伏安，低于電動(dòng)汽車(chē)充電樁7千瓦的充電功率需求。若按照“一戶(hù)一樁”進(jìn)行充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，農(nóng)網(wǎng)低壓戶(hù)均容量、進(jìn)戶(hù)線(xiàn)線(xiàn)徑不足等問(wèn)題將直接凸顯?！兑庖?jiàn)》提出“推廣智能有序充電等新模式”，要求農(nóng)村電網(wǎng)具備柔性互動(dòng)能力。農(nóng)村電網(wǎng)的升級(jí)改造既要提升戶(hù)均容量，還要提升可觀(guān)可測(cè)可控可調(diào)能力。
二、基于實(shí)地調(diào)研中典型案例的定量測(cè)算，需從綜合供電成本的角度，統(tǒng)籌優(yōu)化充電基礎(chǔ)設(shè)施、光伏、儲(chǔ)能與電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行
新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)要求加快農(nóng)村充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將帶來(lái)電網(wǎng)改造成本，但也具備促進(jìn)光伏消納、降低限電損失、減少電網(wǎng)線(xiàn)損等潛力，有必要考慮綜合供電成本，對(duì)典型案例開(kāi)展多場(chǎng)景定量測(cè)算，以此優(yōu)化規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行策略。
選擇光伏滲透率較高的河北保定某典型農(nóng)村配電網(wǎng)，設(shè)置電網(wǎng)改造、充電基礎(chǔ)設(shè)施集中/分散布局、新能源汽車(chē)有序充電、配置儲(chǔ)能等場(chǎng)景，利用能源院自主開(kāi)發(fā)的配電系統(tǒng)分析和優(yōu)化軟件（DSAP），分析新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)帶來(lái)的影響以及與光伏、儲(chǔ)能協(xié)同的可行性。定量測(cè)算結(jié)果詳見(jiàn)附表，規(guī)律性結(jié)論如下。
（一）大規(guī)模無(wú)序分散建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施易引發(fā)低電壓、設(shè)備過(guò)載等風(fēng)險(xiǎn)，還導(dǎo)致大量電網(wǎng)改造，大幅增加局部地區(qū)供電成本
經(jīng)測(cè)算，在戶(hù)均配變?nèi)萘康陀?千伏安的農(nóng)村地區(qū)，樁戶(hù)比達(dá)到0.5～0.7后將面臨大面積配變重載問(wèn)題，樁戶(hù)比達(dá)到0.7后將面臨大面積線(xiàn)路重載問(wèn)題，樁戶(hù)比達(dá)到1的極端情況下配變最大負(fù)載率平均值超過(guò)100%。典型案例中，以戶(hù)均配電容量1.6千伏安、樁戶(hù)比0.5測(cè)算，電網(wǎng)改造成本增長(zhǎng)近30%，折合臺(tái)區(qū)內(nèi)用戶(hù)度電成本增加0.053元/千瓦時(shí)。
（二）充分考慮農(nóng)網(wǎng)基礎(chǔ)條件和各地實(shí)際情況，通過(guò)優(yōu)化農(nóng)村充電基礎(chǔ)設(shè)施布局，集中與分散相結(jié)合，鄉(xiāng)村與鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路相結(jié)合，可有效兼顧設(shè)施投資運(yùn)維成本和資產(chǎn)利用率，以較少的投入最大限度滿(mǎn)足充電需求
充電基礎(chǔ)設(shè)施分散布局可就近滿(mǎn)足充電需求，投資建設(shè)成本低，但較集中式布局存在設(shè)施利用率低、管理維護(hù)成本高、有序充電引導(dǎo)難等問(wèn)題。典型案例測(cè)算顯示，相比單一集中式布局場(chǎng)景，“集中+分散”組合布局場(chǎng)景下臺(tái)區(qū)內(nèi)度電成本下降0.006元/千瓦時(shí)。因此，農(nóng)村充電基礎(chǔ)設(shè)施布局應(yīng)充分考慮地區(qū)人口密度、負(fù)荷增長(zhǎng)、電網(wǎng)容量裕度、道路建設(shè)等情況，合理優(yōu)化集中式與分散式布局配比，尤其是在充電需求密度高的社區(qū)、農(nóng)貿(mào)區(qū)、車(chē)站等開(kāi)展集中式充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
（三）新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)帶來(lái)的充電負(fù)荷特性與光伏發(fā)電出力特性匹配度差，僅一定程度利于光伏消納，整體效果并不明顯
一是發(fā)電和充電時(shí)間不匹配。農(nóng)村乘用車(chē)出行需求主要集中于城鄉(xiāng)通勤、走親訪(fǎng)友、個(gè)體經(jīng)營(yíng)等，以白天使用、夜間充電為主；貨運(yùn)車(chē)輛、農(nóng)機(jī)具均以商用為主，使用剛性較強(qiáng)，也以白天使用、夜間充電為主。以居住區(qū)為例，新能源汽車(chē)停駛時(shí)間常在17點(diǎn)到次日7點(diǎn)，充電時(shí)間常在17點(diǎn)到21點(diǎn)，與光伏發(fā)電時(shí)間主要在午間前后不匹配。典型案例中，電動(dòng)車(chē)充電時(shí)段光伏發(fā)電量?jī)H占全天發(fā)電量的約2%。
二是發(fā)電和充電量不匹配。當(dāng)前，分布式光伏已背離“自發(fā)自用為主”初衷，基本采用全額上網(wǎng)模式，管發(fā)不管用，依賴(lài)電網(wǎng)集中消納，導(dǎo)致戶(hù)均裝機(jī)逐年增大。按照目前居民光伏戶(hù)均裝機(jī)約20千瓦、年利用小時(shí)數(shù)1000小時(shí)計(jì)算，全年發(fā)電量20000千瓦時(shí)。在農(nóng)村出行場(chǎng)景下，按照日均行駛里程5～15公里計(jì)算，新能源汽車(chē)用電量不超過(guò)2000千瓦時(shí)/年，不足光伏年度發(fā)電量的1/10。
（四）在車(chē)網(wǎng)互動(dòng)尚未商業(yè)化推廣的過(guò)渡期，以“用”為重點(diǎn)，通過(guò)有序充電“軟機(jī)制”，可有效降低電網(wǎng)改造成本和線(xiàn)損，提升光伏消納水平，降低綜合供電成本，為此需政府加快出臺(tái)考慮農(nóng)村生產(chǎn)生活規(guī)律的分時(shí)電價(jià)機(jī)制
目前我國(guó)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)（V2G）尚處技術(shù)驗(yàn)證和局部小規(guī)模試點(diǎn)階段，國(guó)網(wǎng)公司已累計(jì)建成V2G樁1213臺(tái)，僅占現(xiàn)有充電樁總量的0.025%。不過(guò)，有序充電當(dāng)前已具備推廣條件，可利用分時(shí)電價(jià)等手段，引導(dǎo)新能源汽車(chē)在凈負(fù)荷4低谷時(shí)段充電、高峰時(shí)段放電，有效削峰填谷，促進(jìn)光伏就地消納和電力供需就地就近平衡，降低綜合供電成本。典型案例測(cè)算顯示，“光伏+集中充電+分散充電”場(chǎng)景下，相較未實(shí)施有序充電情況，有序充電策略可使光伏限電率下降0.5個(gè)百分點(diǎn)，臺(tái)區(qū)內(nèi)度電成本下降0.004元/千瓦時(shí)。
但要注意，考慮農(nóng)村生產(chǎn)生活規(guī)律對(duì)充電特性的約束，如何設(shè)計(jì)有序充電引導(dǎo)機(jī)制仍是關(guān)鍵。例如，農(nóng)村出行時(shí)間相對(duì)城市上班族較為分散，新能源汽車(chē)充電時(shí)間更為彈性。
（五）在車(chē)網(wǎng)互動(dòng)尚未商業(yè)化推廣的過(guò)渡期，以“儲(chǔ)”為重點(diǎn)，通過(guò)配置儲(chǔ)能“硬裝置”，可有效提升光伏和充電基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同程度，提高電網(wǎng)對(duì)光伏和新能源汽車(chē)的承載力，但目前儲(chǔ)能成本仍較高，需因地制宜合理配置
對(duì)光伏發(fā)電出力特性與新能源汽車(chē)充電特性的不匹配問(wèn)題，現(xiàn)階段除采用有序充電“軟機(jī)制”，還可考慮配置儲(chǔ)能“硬裝置”來(lái)提升協(xié)同程度。典型案例測(cè)算顯示，在“10%儲(chǔ)能+集中充電”場(chǎng)景下，光伏限電率較基準(zhǔn)場(chǎng)景降低3.4個(gè)百分點(diǎn)，網(wǎng)損也有所下降，但因儲(chǔ)能成本仍較高，臺(tái)區(qū)內(nèi)度電成本增加了0.006元/千瓦時(shí)。
預(yù)計(jì)中長(zhǎng)期儲(chǔ)能成本將持續(xù)下降，臺(tái)區(qū)內(nèi)光儲(chǔ)充荷協(xié)同或成為典型場(chǎng)景，農(nóng)村實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活用電基本自足。
（六）為盡早實(shí)現(xiàn)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)的商業(yè)化推廣，需要加快新能源汽車(chē)和充電樁技術(shù)和機(jī)制創(chuàng)新，以“網(wǎng)”為平臺(tái)，充分發(fā)揮電動(dòng)汽車(chē)的可調(diào)能力，促進(jìn)源儲(chǔ)充荷高效協(xié)同
當(dāng)前，電網(wǎng)互動(dòng)（V2G）大范圍推廣還有賴(lài)于在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)成本、聚合方式、價(jià)格機(jī)制、消費(fèi)習(xí)慣等方面持續(xù)創(chuàng)新，需要出臺(tái)政策支持汽車(chē)和電池企業(yè)發(fā)展高循環(huán)、低衰減的電池，降低雙向充電樁價(jià)格。綜合行業(yè)預(yù)測(cè)，2030年，全國(guó)電動(dòng)汽車(chē)規(guī)模將達(dá)1億輛，若10%參與車(chē)網(wǎng)互動(dòng)（V2G），按同時(shí)率0.2、單車(chē)充放電功率15千瓦、可使用30%-90%電池容量估算，可形成3000萬(wàn)千瓦/7800萬(wàn)千瓦時(shí)的儲(chǔ)能資源。
三，有關(guān)工作建議
一是加強(qiáng)農(nóng)村充電基礎(chǔ)設(shè)施與光伏發(fā)電、儲(chǔ)能配置、電網(wǎng)的規(guī)劃統(tǒng)籌，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。根據(jù)各地縣鄉(xiāng)公共充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，動(dòng)態(tài)調(diào)整配電網(wǎng)規(guī)劃，加強(qiáng)與光伏發(fā)電和儲(chǔ)能建設(shè)的統(tǒng)籌。在新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)較快地區(qū)，加快開(kāi)展農(nóng)村配電網(wǎng)承載能力評(píng)估，引導(dǎo)充電基礎(chǔ)設(shè)施和光伏發(fā)電合理布局，在車(chē)站、景區(qū)、鄉(xiāng)村物流基地、居住聚集區(qū)建設(shè)集中式公共充電基礎(chǔ)設(shè)施。
二是加快推廣農(nóng)村新能源汽車(chē)有序充電，積極開(kāi)展臺(tái)區(qū)內(nèi)光儲(chǔ)充荷協(xié)同試點(diǎn)示范。充分考慮農(nóng)村生產(chǎn)生活規(guī)律特點(diǎn)及各地實(shí)際情況，研究設(shè)計(jì)農(nóng)村有序充電引導(dǎo)機(jī)制，推動(dòng)地方政府落實(shí)分時(shí)電價(jià)政策、拉大峰谷價(jià)差，積極引導(dǎo)新能源汽車(chē)有序充電。在光伏滲透率較高、新能源汽車(chē)密集的地區(qū)，試點(diǎn)開(kāi)展臺(tái)區(qū)內(nèi)“光伏+儲(chǔ)能+充電基礎(chǔ)設(shè)施”協(xié)同控制、車(chē)網(wǎng)互動(dòng)等技術(shù)應(yīng)用。
三是因地制宜增強(qiáng)農(nóng)村電網(wǎng)對(duì)各類(lèi)充電基礎(chǔ)設(shè)施的支撐能力。對(duì)于集中式充電基礎(chǔ)設(shè)施，按照“需求響應(yīng)優(yōu)先、有序引導(dǎo)保底”的原則，積極引導(dǎo)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)；按照調(diào)節(jié)潛力適度超前的原則，強(qiáng)化中高壓配電網(wǎng)網(wǎng)架。對(duì)于分散式充電基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的中心區(qū)域可參考城鎮(zhèn)要求，新建小區(qū)隨房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)建設(shè)即開(kāi)展配套電網(wǎng)建設(shè)；老舊小區(qū)因地制宜有序?qū)嵤└脑旃こ蹋粡V大農(nóng)村地區(qū)按需、及時(shí)開(kāi)展中低壓線(xiàn)路改造、配變布點(diǎn)加密等工作。
附表 河北保定典型案例下綜合供電成本測(cè)算結(jié)果
