發改委能源研究所劉堅:2040年電動汽車與可再生能源形成全生命周期無縫銜接
為助力中國儲能企業與國際接軌,同時致力于推動中國儲能產業機制的建立,實現儲能技術商業化,中關村儲能產業技術聯盟舉辦的“儲能國際峰會暨展覽會2018(ESIE2018)”于2018年4月2-4日在北京國家會議中心舉行。國家發改委能源研究所研究員劉堅發表題為《電動汽車儲能潛力與經濟性》的演講,文字實錄如下:
首先也非常感謝有這次機會跟大家進行交流。剛才胡教授也提到,其實要想使能源網和交通網進行融合的話,很重要一點目前來講的話就是一個政策、商業模式的突破。其實我們就是做這方面的工作,包括像一些政策制定,包括像一些價格機制的設計也是嘗試去突破一個方面。今天給大家帶來這樣一個介紹,關于電動汽車儲能一個經濟性,以及潛力這方面的研究的成果。
我們做更大宏觀的戰略的研究,在研究這個方面遇到一個問題,未來中國的儲能是怎樣的發展。如果要分兩個大的派別的話,一個方面固定式儲能,大型電站和抽水蓄能的方式。最近一兩年電動汽車增長速度非常快,遠遠領先其它國家。電動汽車這么大數量、保有量之后,是不是可以作為移動式的儲能方式,那就是我們非常關注的問題,在未來儲能行業里面占多大的比重。反過來有這么大的資源可用的話,經濟性是不是怎樣的,不同時間節點來推動推動儲能政策的發揮。
首先電動汽車發展的背景,這個比較清楚的,中國是比較領先的。今天主要介紹兩個方面,到底電動汽車帶來多大一個理論的儲能資源。經濟性的問題。我們關注的核心就是電動汽車,但是我們知道至少在儲能這個領域來講的話,氫燃料是比較有價值的資源,氫燃料汽車簡單涉及一些,當然對研究結果出現了以后我們相關一些政策和價格機制方面一些建議。
首先一個簡單的圖比較有意思的,英國新能源汽車、電動汽車市場保有率不斷變化之后產生各個層面方面的影響。英國政府現在提出來2040年電動汽車占到所有乘用車百分之百的比重,相當于2014年燃油車退出市場,這個過程當中呈現銷量S型滲透的曲線。這里面有幾個比較有意思的點,我覺得可以給大家稍微方向一下。首先起點去年英國的全部電動汽車保有量大約是十萬輛,與中國相比比較少,當然還是一個起點。它認為到2025年電動汽車成本低于燃油汽車,節會實現快速增長的趨勢,斜率是最大的階段,到2030年一批傳統的燃油汽車企業要么選擇退出這個市場,要么轉型新能源汽車。
之后跟我們儲能的主題相關的,到2035年左右,相當多的居民用戶都可以憑借電動汽車成為能源消費者,可以通過自發自用的光伏,加上電動汽車需求響應也好,分布式儲能也好,形成能源的自給,在這個層面來講的話,為能源工業,能源顛覆體系。到2040年,電動汽車與新能源、可再生能源形成全生命周期無縫銜接,成為真正零碳的新能源技術。
結合今天的主題,電動汽車儲能應用很早有關注,上世紀90年代美國很多研究機構嘗試這方面的科研工作。近幾年來,這個點可能又被大家所關注,這里面選了比較有代表性的觀點,像里夫金第三次工業革命作者,電動車與可再生能源相結合,成為第三次工業革命的一大支柱。陳清泰董事長提出車載電池是移動儲能電站,通過能源互聯網與可再生能源作為資源。我們預計到2030年有八千萬輛電動汽車10億千瓦、50億千瓦理論的能力。
還有政策方面的背景,最重要第一條政策,雙積分政策,未來到2019年開始,國內所有車企銷量里面有一定占比的新能源汽車,在生產端有充分的保障,有一定比例的規模會實現這樣一個發展。后來引導消費者電動汽車的使用,有很多方面的基礎設施的問題需要去解決。
包括電池方面,電動汽車百人會、汽車工業協會出來一些能量密度的表。還有電動汽車與電網充分發揮電動汽車儲能的潛力,中間智能充電是一個非常重要的問題,包括像雙向充放電,就是一個非常重要的基礎設施,需要前期去布局的。比如像通用已經在做這方面的嘗試,可以讓消費者去選擇根據電價選擇充電的時間,像特萊電涉及柔性充電的模塊,動態調節每個接口,還有功率的大小,已經有一些企業做這方面的嘗試。
雖然說國家還沒有發布燃油汽車禁售的路線圖,從雙積分角度是燃油汽車退出的路徑,沒有說到2020年之后并沒有量化的指標。但是我們也根據未來不同時段的燃油汽車退出的情景來進行預測,未來到底有多大的電動汽車的數量規模,直接決定了電動汽車儲能的潛力。
簡單來說的話,上面這張圖最左邊紅色曲線代表著電動汽車是在2030年達到百分之百的銷量占比,燃油汽車就退出,顯然電動汽車增速最快。此外不同的退出時間,到2040年、2050年不同的情景。下面這張圖對應黃色的曲線,電動汽車與燃油汽車保有量變化的情況。電動汽車在2040年達到百分之百銷量的話,燃油汽車到2026年達到保有量的頂峰,然后逐年的下降。大概在2033年、2032年電動汽車的總的保有量超過燃油汽車,一直在增長,到2050年達到5億數量規模,這是一個非常可觀的潛力。
為什么使用電動汽車來作為儲能的需求,整個電力系統有相當的靈活性調節資源,以現有的能源結構來講對電動汽車沒有這么迫切的需求。隨著能源結構的轉變,清潔能源占比越來越高,這個需求越來越大。這張圖對各種電源結構研究的結構,預測的結果,這里分兩種情景,以目前的政策往外推進,也就是到2030年新能源有所提升,但是提升速度相對有限。按照右邊這張圖,更多響應2攝氏度溫控目標,降低二氧化碳,緩解全球氣候變暖這種問題去實現可再生能源占比發展趨勢來講的話,新能源發展的規模進一步提升。在右邊這張圖里面,風電和光伏裝機量未來發展空間非常大,對儲能空間有提升。
新能源發電規模越來越大,左邊這張圖是目前電力市場定價一個簡單的機制,是一個供給和需求的曲線。比如說下面藍色的折線代表不同電源供給的曲線,也就是說成本排在最低在前面,依次會提升,風光、水電、熱電、汽電作為調峰的資源,目前國內電力需求彈力比較小的折線,這樣一個焦點我們最終電力價格水平。目前我們說電力市場大體上的定價機制,但是未來隨著新能源占比越來越高之后,這樣一個格局有所變化,我們知道新能源燃料成本非常低,但是有一個問題,很難形成平衡,是波動發電的資源。未來靈活性的資源可能形成一個供需市場,而且這樣一個資源的價值可能越來越高。右邊這張圖里面形成供給和需求的曲線,供給是不同靈活性的資源,目前相對來說不同火電的調節資源,像需求響應資源,多能互補的方式。儲能是更低的選項,會排在最右側。需求曲線取決于新能源占比,靈活性更高,形成右邊交匯點的結果。會導致一個靈活性資源價格比較高的結果,也就是說未來隨著新能源比重越來越高,可能會形成能量價值,或者能量價格甚至會低于靈活性資源的價格。儲能本身不會產生能量,是靈活性調節的字眼,通過能量去獲取利潤,通過靈活性資源獲取收益。我們認為新能源的發展實際上對儲能來講,對電池,對電動汽車來講是一個非常重要的基礎。
剛才國網公司的專家也提到了,可能電動汽車與電網儲能的方式,或者并網的方式有不同的途徑,有序充電、V2G、電池更換、退役電池,不同方式產生儲能潛力、運營成本還是有很大的差異。比如說大致列舉了一下,影響各種并網方式它的資源潛力一個影響因素。比如像有序充電、電池更換來講的話,更多影響在于車輛本身運營的情況,運營強度以及車輛強度,V2G電池進步、未來容量運營成都更大的話,容量衰減產生的影響。所以基于這四個方面,對未來電動汽車儲能的潛力進行了一個預測。細節不說了,我們與傳統抽水需能資源的對比,看右邊這張圖,這是從2017-2030年不同時段帶來不同電動汽車的規模,這個2030年的規模,電動汽車潛力是非常巨大的,比如說電池更換角度來說,規模1.46TW,能量來講5TW時,有巨大的潛力,抽水需能來講是10倍功率的規模,4倍能量的規模。
我們也針對不同方式進行了經濟性的對比,其實每一種方式來講,核心的成本在于中間這個部分,電池模組,包括各方面的成本,每種方式的差異,電池更換來講放電逆變元件,退役電池來講檢測重組、PCS成本,然后對電動汽車來講進行經濟性的差異。
我們來分析各種儲能方式下降的空間,這部分在于它的投資,也就是說動力電池規模的需求,不僅僅是通過能源這樣一個需求,更多在于電動汽車產業的推動,導致它的動力電池成本快速下降。所以到最終的結果來看,它的競爭力是更高的,我們做了曲線的預測。動力電池不像光伏摩爾的下降,電池材料有稀有金屬,鎳去年增速非常快的。這張圖也是結合國外一些研究,美國能源部去年所發布的動力電池的成本下降的材料成本,也就是說我們材料成本是它的成本下降一個極限,材料成本一個對比的結果。它的研究核心是在于鋰硫電池,認為材料成本10美元以下每千瓦時,還存在循環壽命的問題,體積面積有限,我們關注NCA、NCM,大概50-60美元的區間,有巨大的下降空間。此外像英國帝國理工也發表了相關材料成本的研究的結果,結果也是類似的,大約47-65美元每千瓦時。
V2G來講的話,目前還存在一些障礙,就在于用戶可能會對這方面有一些擔憂,加速它的電池老化。我們認為兩個因素,一方面電池本身的容量在不斷地提升,另外一方面循環壽命在進步,兩者加成之后使得剩余充放電的吞吐量變得更高,遠遠高于10、15年的續航里程,國網公司介紹這些因素,當動力電池累計續航能力超過30萬,剩余的續航能力邊際成本為零的儲能的資源。基于這一點對于四類電動汽車儲能方式進行對比。V2G來講還是有一個時間的節點,30萬公里的續航里程之后考慮潛在資源,畫了一條虛線在中間隔開了。
總的來講的話,電池更換它的儲能潛力是最大的,成本是最低的,相比之下,V2G成本相對來說比較低的,在2025年之后相對來說比較有競爭力。像退役動力電池來講,開始的成本相比于其它的退役電池來講有一定的一爭能力,下降速度慢,到2030年是平的過程,退役動力電池來講上游幾個環境,拆解、運輸下降的空間是比較有限的。
總體來講,每一類電動汽車儲能方式快于各種儲能方式的結果。產生什么樣的結果?在其它領域都會有影響,一方面生產消費者模式,未來光伏加儲能的方式變得越來越普及,我們這里邊做了一個簡單的成本疊加,充放電和儲能成本疊加以后,跟電費進行比較,這張圖里面,2040年以后,工商業來講的話,發展儲能的方式已經脫網運行。類似于全國平均電價,目前價格來講的話有一些困難。另外一方面反向推動電動汽車的推動,右邊電動汽車與燃油汽車平價的預測,可能有可能提前。
最后還是一個問題,通過政策的方式引導這方面的價值來實現。雖然說電動汽車類比于儲能的資源,有各方面的價值,包括容量、能量、輔助服務、配電這方面的價值,目前來講的話,通過峰谷價差、需求響應、容量電費來回饋消費者。目前的政策銜接有一些問題的,最簡單的峰谷價差來講的話,對于絕大多數電動汽車用戶來講不享受峰谷價差,基本上平的價格曲線,本來一個巨大的需求響應的資源并沒有充分發揮出來,我們也提出一些政策建議,首先是一個結論。我們認為電動汽車由于規模越來越大,成本下降推動電池成本下降,在推動儲能這個產業不斷地商業化。另一方面來講,電動汽車本身可以作為分布式儲能資源,具體的方式有以下幾種,對比每一種技術都有各自的優勢和各自的問題。
最后的建議來講的話,我們實際上還是要創新電動汽車充電價格的機制,可以考慮針對電動汽車本身特殊性,來設計一個電動汽車的設計價格,具體來講的話,分了不同的領域,包括住宅公共充電的場景,包括放電價格提前去布局。
最后我們認為商業模式是一個非常重要的方式,特別是居住的住宅區是否可以引入運營的公共的充電服務商到固定的住宅小區來進行充電的服務,來收取一定的服務費。除此之外,電動汽車納入儲能和分布式發電資源,我們知道這方面的政策已經在制定過程中,其實相對來講里面價格機制也好,市場準入也好,這些政策能使得電動汽車同樣享受的話,電動汽車潛在的價值和商業模式的創新會越來越多,謝謝大家,這是我給大家分享的內容。
責任編輯:仁德財
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