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发改委能源研究所刘坚:2040年电动汽车与可再生能源形成全生命周期无缝衔接

北极星储能网  来源:北极星储能网    2018/4/4 11:06:26  我要投稿  

北极星储能网讯:为助力中国储能企业与国际接轨,同时致力于推动中国储能产业机制的建立,实现储能技术商业化,中关村储能产业技术联盟举办的“储能国际峰会暨展览会2018(ESIE2018)”于2018年4月2-4日在北京国家会议中心举行。国家发改委能源研究所研究员刘坚发表题为《电动汽车储能潜力与经济性》的演讲,文字实录如下:

首先也非常感谢有这次机会跟大家进行交流。刚才胡教授也提到,其实要想使能源网和交通网进行融合的话,很重要一点目前来讲的话就是一个政策、商业模式的突破。其实我们就是做这方面的工作,包括像一些政策制定,包括像一些价格机制的设计也是尝试去突破一个方面。今天给大家带来这样一个介绍,关于电动汽车储能一个经济性,以及潜力这方面的研究的成果。

我们做更大宏观的战略的研究,在研究这个方面遇到一个问题,未来中国的储能是怎样的发展。如果要分两个大的派别的话,一个方面固定式储能,大型电站和抽水蓄能的方式。最近一两年电动汽车增长速度非常快,远远领先其它国家。电动汽车这么大数量、保有量之后,是不是可以作为移动式的储能方式,那就是我们非常关注的问题,在未来储能行业里面占多大的比重。反过来有这么大的资源可用的话,经济性是不是怎样的,不同时间节点来推动推动储能政策的发挥。

首先电动汽车发展的背景,这个比较清楚的,中国是比较领先的。今天主要介绍两个方面,到底电动汽车带来多大一个理论的储能资源。经济性的问题。我们关注的核心就是电动汽车,但是我们知道至少在储能这个领域来讲的话,氢燃料是比较有价值的资源,氢燃料汽车简单涉及一些,当然对研究结果出现了以后我们相关一些政策和价格机制方面一些建议。

首先一个简单的图比较有意思的,英国新能源汽车、电动汽车市场保有率不断变化之后产生各个层面方面的影响。英国政府现在提出来2040年电动汽车占到所有乘用车百分之百的比重,相当于2014年燃油车退出市场,这个过程当中呈现销量S型渗透的曲线。这里面有几个比较有意思的点,我觉得可以给大家稍微方向一下。首先起点去年英国的全部电动汽车保有量大约是十万辆,与中国相比比较少,当然还是一个起点。它认为到2025年电动汽车成本低于燃油汽车,节会实现快速增长的趋势,斜率是最大的阶段,到2030年一批传统的燃油汽车企业要么选择退出这个市场,要么转型新能源汽车。

之后跟我们储能的主题相关的,到2035年左右,相当多的居民用户都可以凭借电动汽车成为能源消费者,可以通过自发自用的光伏,加上电动汽车需求响应也好,分布式储能也好,形成能源的自给,在这个层面来讲的话,为能源工业,能源颠覆体系。到2040年,电动汽车与新能源、可再生能源形成全生命周期无缝衔接,成为真正零碳的新能源技术。

结合今天的主题,电动汽车储能应用很早有关注,上世纪90年代美国很多研究机构尝试这方面的科研工作。近几年来,这个点可能又被大家所关注,这里面选了比较有代表性的观点,像里夫金第三次工业革命作者,电动车与可再生能源相结合,成为第三次工业革命的一大支柱。陈清泰董事长提出车载电池是移动储能电站,通过能源互联网与可再生能源作为资源。我们预计到2030年有八千万辆电动汽车10亿千瓦、50亿千瓦理论的能力。

还有政策方面的背景,最重要第一条政策,双积分政策,未来到2019年开始,国内所有车企销量里面有一定占比的新能源汽车,在生产端有充分的保障,有一定比例的规模会实现这样一个发展。后来引导消费者电动汽车的使用,有很多方面的基础设施的问题需要去解决。

包括电池方面,电动汽车百人会、汽车工业协会出来一些能量密度的表。还有电动汽车与电网充分发挥电动汽车储能的潜力,中间智能充电是一个非常重要的问题,包括像双向充放电,就是一个非常重要的基础设施,需要前期去布局的。比如像通用已经在做这方面的尝试,可以让消费者去选择根据电价选择充电的时间,像特莱电涉及柔性充电的模块,动态调节每个接口,还有功率的大小,已经有一些企业做这方面的尝试。

虽然说国家还没有发布燃油汽车禁售的路线图,从双积分角度是燃油汽车退出的路径,没有说到2020年之后并没有量化的指标。但是我们也根据未来不同时段的燃油汽车退出的情景来进行预测,未来到底有多大的电动汽车的数量规模,直接决定了电动汽车储能的潜力。

简单来说的话,上面这张图最左边红色曲线代表着电动汽车是在2030年达到百分之百的销量占比,燃油汽车就退出,显然电动汽车增速最快。此外不同的退出时间,到2040年、2050年不同的情景。下面这张图对应黄色的曲线,电动汽车与燃油汽车保有量变化的情况。电动汽车在2040年达到百分之百销量的话,燃油汽车到2026年达到保有量的顶峰,然后逐年的下降。大概在2033年、2032年电动汽车的总的保有量超过燃油汽车,一直在增长,到2050年达到5亿数量规模,这是一个非常可观的潜力。

为什么使用电动汽车来作为储能的需求,整个电力系统有相当的灵活性调节资源,以现有的能源结构来讲对电动汽车没有这么迫切的需求。随着能源结构的转变,清洁能源占比越来越高,这个需求越来越大。这张图对各种电源结构研究的结构,预测的结果,这里分两种情景,以目前的政策往外推进,也就是到2030年新能源有所提升,但是提升速度相对有限。按照右边这张图,更多响应2摄氏度温控目标,降低二氧化碳,缓解全球气候变暖这种问题去实现可再生能源占比发展趋势来讲的话,新能源发展的规模进一步提升。在右边这张图里面,风电和光伏装机量未来发展空间非常大,对储能空间有提升。

新能源发电规模越来越大,左边这张图是目前电力市场定价一个简单的机制,是一个供给和需求的曲线。比如说下面蓝色的折线代表不同电源供给的曲线,也就是说成本排在最低在前面,依次会提升,风光、水电、热电、汽电作为调峰的资源,目前国内电力需求弹力比较小的折线,这样一个焦点我们最终电力价格水平。目前我们说电力市场大体上的定价机制,但是未来随着新能源占比越来越高之后,这样一个格局有所变化,我们知道新能源燃料成本非常低,但是有一个问题,很难形成平衡,是波动发电的资源。未来灵活性的资源可能形成一个供需市场,而且这样一个资源的价值可能越来越高。右边这张图里面形成供给和需求的曲线,供给是不同灵活性的资源,目前相对来说不同火电的调节资源,像需求响应资源,多能互补的方式。储能是更低的选项,会排在最右侧。需求曲线取决于新能源占比,灵活性更高,形成右边交汇点的结果。会导致一个灵活性资源价格比较高的结果,也就是说未来随着新能源比重越来越高,可能会形成能量价值,或者能量价格甚至会低于灵活性资源的价格。储能本身不会产生能量,是灵活性调节的字眼,通过能量去获取利润,通过灵活性资源获取收益。我们认为新能源的发展实际上对储能来讲,对电池,对电动汽车来讲是一个非常重要的基础。

刚才国网公司的专家也提到了,可能电动汽车与电网储能的方式,或者并网的方式有不同的途径,有序充电、V2G、电池更换、退役电池,不同方式产生储能潜力、运营成本还是有很大的差异。比如说大致列举了一下,影响各种并网方式它的资源潜力一个影响因素。比如像有序充电、电池更换来讲的话,更多影响在于车辆本身运营的情况,运营强度以及车辆强度,V2G电池进步、未来容量运营成都更大的话,容量衰减产生的影响。所以基于这四个方面,对未来电动汽车储能的潜力进行了一个预测。细节不说了,我们与传统抽水需能资源的对比,看右边这张图,这是从2017-2030年不同时段带来不同电动汽车的规模,这个2030年的规模,电动汽车潜力是非常巨大的,比如说电池更换角度来说,规模1.46TW,能量来讲5TW时,有巨大的潜力,抽水需能来讲是10倍功率的规模,4倍能量的规模。

我们也针对不同方式进行了经济性的对比,其实每一种方式来讲,核心的成本在于中间这个部分,电池模组,包括各方面的成本,每种方式的差异,电池更换来讲放电逆变元件,退役电池来讲检测重组、PCS成本,然后对电动汽车来讲进行经济性的差异。

我们来分析各种储能方式下降的空间,这部分在于它的投资,也就是说动力电池规模的需求,不仅仅是通过能源这样一个需求,更多在于电动汽车产业的推动,导致它的动力电池成本快速下降。所以到最终的结果来看,它的竞争力是更高的,我们做了曲线的预测。动力电池不像光伏摩尔的下降,电池材料有稀有金属,镍去年增速非常快的。这张图也是结合国外一些研究,美国能源部去年所发布的动力电池的成本下降的材料成本,也就是说我们材料成本是它的成本下降一个极限,材料成本一个对比的结果。它的研究核心是在于锂硫电池,认为材料成本10美元以下每千瓦时,还存在循环寿命的问题,体积面积有限,我们关注NCA、NCM,大概50-60美元的区间,有巨大的下降空间。此外像英国帝国理工也发表了相关材料成本的研究的结果,结果也是类似的,大约47-65美元每千瓦时。

V2G来讲的话,目前还存在一些障碍,就在于用户可能会对这方面有一些担忧,加速它的电池老化。我们认为两个因素,一方面电池本身的容量在不断地提升,另外一方面循环寿命在进步,两者加成之后使得剩余充放电的吞吐量变得更高,远远高于10、15年的续航里程,国网公司介绍这些因素,当动力电池累计续航能力超过30万,剩余的续航能力边际成本为零的储能的资源。基于这一点对于四类电动汽车储能方式进行对比。V2G来讲还是有一个时间的节点,30万公里的续航里程之后考虑潜在资源,画了一条虚线在中间隔开了。

总的来讲的话,电池更换它的储能潜力是最大的,成本是最低的,相比之下,V2G成本相对来说比较低的,在2025年之后相对来说比较有竞争力。像退役动力电池来讲,开始的成本相比于其它的退役电池来讲有一定的一争能力,下降速度慢,到2030年是平的过程,退役动力电池来讲上游几个环境,拆解、运输下降的空间是比较有限的。

总体来讲,每一类电动汽车储能方式快于各种储能方式的结果。产生什么样的结果?在其它领域都会有影响,一方面生产消费者模式,未来光伏加储能的方式变得越来越普及,我们这里边做了一个简单的成本叠加,充放电和储能成本叠加以后,跟电费进行比较,这张图里面,2040年以后,工商业来讲的话,发展储能的方式已经脱网运行。类似于全国平均电价,目前价格来讲的话有一些困难。另外一方面反向推动电动汽车的推动,右边电动汽车与燃油汽车平价的预测,可能有可能提前。

最后还是一个问题,通过政策的方式引导这方面的价值来实现。虽然说电动汽车类比于储能的资源,有各方面的价值,包括容量、能量、辅助服务、配电这方面的价值,目前来讲的话,通过峰谷价差、需求响应、容量电费来回馈消费者。目前的政策衔接有一些问题的,最简单的峰谷价差来讲的话,对于绝大多数电动汽车用户来讲不享受峰谷价差,基本上平的价格曲线,本来一个巨大的需求响应的资源并没有充分发挥出来,我们也提出一些政策建议,首先是一个结论。我们认为电动汽车由于规模越来越大,成本下降推动电池成本下降,在推动储能这个产业不断地商业化。另一方面来讲,电动汽车本身可以作为分布式储能资源,具体的方式有以下几种,对比每一种技术都有各自的优势和各自的问题。

最后的建议来讲的话,我们实际上还是要创新电动汽车充电价格的机制,可以考虑针对电动汽车本身特殊性,来设计一个电动汽车的设计价格,具体来讲的话,分了不同的领域,包括住宅公共充电的场景,包括放电价格提前去布局。

最后我们认为商业模式是一个非常重要的方式,特别是居住的住宅区是否可以引入运营的公共的充电服务商到固定的住宅小区来进行充电的服务,来收取一定的服务费。除此之外,电动汽车纳入储能和分布式发电资源,我们知道这方面的政策已经在制定过程中,其实相对来讲里面价格机制也好,市场准入也好,这些政策能使得电动汽车同样享受的话,电动汽车潜在的价值和商业模式的创新会越来越多,谢谢大家,这是我给大家分享的内容。

以上发言未经嘉宾审核发布。

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