2胡泽春 电动汽车V2G 发展现状与应用前景分析-公开

电动汽车V2G发展现状 与应用前景分析 胡泽春 清华大学电机系 zechhu@tsinghua.edu.cn 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动简介 来源: Kemtpon et al, 2001 电网调度 箭头方向表示电力流向 1，电动汽车与电网互动（V2G）是指 电动汽车接受电网的调控或者价格信 号的引导，在需要时向电网放电。 2，V2G的基本作用包括削峰填谷、参 与电网辅助服务和促进可再生能源发 电的接入与消纳。 3，V2G的基本前提是不影响用户对电 动汽车的使用，或者用户获得可以接 受的收益。 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的背景与潜力 国家 每人年平 均用电量 1 /kWh 每人年平 均用电功 率 1 /W 每千人汽 车拥有量 1 人均充电 功率需求 潜力 2 /W 每人每年 存储电量 潜力 2 /kWh 电动汽车 年储电量 占用电量 之比/% 中国4475 510 173 865 1263 28 美国12071 1377 837 4185 6110 51 印度1122 128 22 110 161 14 俄罗斯7481 854 373 1865 2723 36 日本7371 841 591 2955 4314 59 德国6602 753 589 2945 4300 65 加拿大14930 1704 670 3350 4891 33 巴西2516 287 350 1750 2555 102 韩国9720 1109 411 2055 3000 31 1, 电力消费和汽车拥有量数据来自Wiki 2, 假设每辆电动汽车充电容量需求为5kW，每天蓄电20kWh 1，如果全部使用电动汽车，人均对充 电功率的需求可超过目前的用电功率！ 2，随着人均拥有电动汽车数量的提升 ，充电容量增大，向电网放电的能力也 将提升。 3，电动汽车每天的蓄电量可高达用电 需求的50%，对于随机性可再生能源 的消纳具有重要作用。 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的可行性分析 电动汽车与电网互动的基本条件 1，大容量、高循环寿命的电池技术， 保证V2G不影响车辆使用 2，电池的放电成本小于其效益，在经 济上具有可行性 3，解决充放电设施、接口标准和控制 策略等技术问题 基本条件 经济可行 效益大于 成本 商业模式 技术可行 基础设施接口标准控制策略 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的可行性分析 电动汽车与电网互动的基本条件 1，大容量、高循环寿命的电池技术， 保证V2G不影响车辆使用 2，电池的放电成本小于其效益，在经 济上具有可行性 3，解决充放电设施、接口标准和控制 策略等技术问题 大容量电池：纯电动私家车电池容量一般大于日通 勤里程，运营车辆则情况各异； 接入电网时间：可接入电网的时间超过其充电需求 ，有时间放电； 实际电池循环次数需求：行驶里程小于寿命里程 以私家车为例，假设电池续航里程300公里、循环次数 3000次，则理论上可行驶90万公里。如果40万公里车 辆报废，则可用于V2G的循环次数高达1666次。 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的可行性分析 电动汽车与电网互动的基本条件 1，大容量、高循环寿命的电池技术， 保证V2G不影响车辆使用 2，电池的放电成本小于其效益，在经 济上具有可行性 3，解决充放电设施、接口标准和控制 策略等技术问题  V2G对电池寿命的影响与具体应用相关； 单从寿命折损的角度考虑，假设电池成本每度1500 元，循环3000次，则度电成本约0.5元 以削峰填谷为例：假设电动汽车的电池容量50度，可 用于V2G的循环次数1600次，每度电收益0.3~0.6元 ，则V2G的总收益2.4~4.8万元 若提供调频辅助服务：每kWh的收益可达削峰填谷收 益的2~3倍，则该电动汽车的V2G收益高达4.8~14.4 万元 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的可行性分析 电动汽车与电网互动的基本条件 1，大容量、高循环寿命的电池技术， 保证V2G不影响车辆使用 2，电池的放电成本小于其效益，在经 济上具有可行性 3，解决充放电设施、接口标准和控制 策略等技术问题 https://nuvve.com/v2g-chargers/ https://insideevs.com/news/343510/renault-starts-piloting-v2g-charging-using-ac/ 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的可行性分析 电动汽车与电网互动的基本条件 1，大容量、高循环寿命的电池技术， 保证V2G不影响车辆使用 2，电池的放电成本小于其效益，在经 济上具有可行性 3，解决充放电设施、接口标准和控制 策略等技术问题 单个电动汽车V2G参数 充电站 Aggregator V2G站级集总参数 控制指令 充电桩 控制指令 预测 优化 V2G的上层集总参数 功率需求 V2G调控的集合与分层构架 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的可行性分析 电动汽车与电网互动的基本条件 1，大容量、高循环寿命的电池技术， 保证V2G不影响车辆使用 2，电池的放电成本小于其效益，在经 济上具有可行性 3，解决充放电设施、接口标准和控制 策略等技术问题 电动汽车二次调频系统框架 维持电池能量 0 下调频容量 P 上调频容量 SOC i in SOC i min SOC i max P 1 P 2 . 充/放 电机1 可用容量计算 EV子站1 V2G控制策略 EV1 充/放 电机 . 用户 充/放 电机1 可用容量计算 EV子站N V2G控制策略 用户1 充/放 电机 . 用户 本 地 电 网 单向信号流 双向能量流双向信号流 用户1 EV EV1 EV 可用调节容量 主站控制策略 EV主站 负荷频率控制 区域控制误差 AGC控制 电网调度中心 max P− 充电 放电 max P c i P 下调频 上调频 智能充电 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的试点应用 报告[1]统计了全球50个V2G项目，其中25个在欧洲，18个在北 美，7个在亚洲，没有中国的项目 [1] V2G Global Roadtrip: Around the World in 50 Projects. By UK Power Networks and Innovate UK, Oct. 2018 V2G项目电动汽车厂商统计[1] V2G项目充电类型统计[1] V2G服务类型项目数已测试已验证已商业化 价格套利4是是否 备用服务2否否否 频率响应16是是是 配网服务10是是准备中 能量时移23是是是 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动面临的主要问题 基础设施（通 信、标准） 调度控制 运营模式与 市场机制 没有统一的协议和标准没有兼容的设备和通讯协议 动力电池的成本和安全性EV厂商对放电开放谨慎 市场环境不成熟缺乏可盈利的商业模式 电动汽车V2G发展现状与应用前景分析 电动汽车与电网互动的前景 ISO/DIS 15118-20（考虑双向功率交互） IEC 63110（充电服务商与充电设施） 相关标准 在制定中 电池资源的可放电容量将相当可观 放电对电池的损耗和成本快速降低 电池成本 下降、容 量提升 电动汽车的数量快速增长 充放电功率调控的必要性在增加 车辆规模 效应 通过V2G可进行价格套利和提供辅助服务 电动汽车可作为虚拟电厂的重要成员 电力市场 逐步开放 互动条件 逐步成熟 谢谢 Thanks for Your Time