当前，可再生能源与电动汽车的发展已经走到了交汇点。一方面，风电、光伏发电成本持续下降，发电侧平价上网不再遥远，且已有平价上网项目；另一方面，弃风弃光问题虽有改善，但部分地区仍较为严重。而电动汽车作为一种移动储能装置，可以通过有序充电、V2G技术的发展等在为电网提供辅助服务，还可以作为“光储充微电网”的关键组成部分，间接或直接为电网消纳绿色电力做出积极贡献。
电动汽车与可再生能源协同发展是电动汽车与电力系统协同发展的一部分。电动汽车做好同电力系统的协同会有助于可再生能源更好地消纳利用。
总之，电动汽车发展已经驶入了快车道，提前做好电动汽车与电力系统和可再生能源协同发展的顶层设计并提出具体落地的实施建议对于未来电动汽车和电力两个行业的发展都至关重要。
本文立足电动汽车同电力系统以及可再生能源协同发展的关键问题，结合电力行业改革方向，从政府和产业层面提出相关对策建议。希望有关建议能促进电动汽车的快速发展、电力系统的智能升级、可再生能源能源的更好消纳，实现电动汽车和电力系统以及可再生能源的协同发展。
一、电动汽车电力需求测算
1、新能源汽车保有量预测
截至2018年6月，我国新能源汽车保有量约为200万辆。根据中国汽车工程协会2016年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》，预计2030年，新能源汽车当年销量占汽车总销量40%-50%，新能源汽车保有量将大于8000万辆。
2、电力需求预测
2017年全社会用电量为6.3万亿kWh。中国能源研究会2016年《中国能源展望2030》预测2030年全社会用电量将达到8.5万亿千瓦时。
3、假设条件及电动汽车需求预测
假设2030年8000万辆新能源车全为电动乘用车，每车年行驶里程2万公里，每百公里电耗20kWh，则2030年新能源车电耗为3200亿千瓦时，占2017年全社会用电量的5%，占2030年全社会用电量预测值的3.7%。
此外，根据中国汽车技术研究中心《中国传统汽车和新能源汽车发展趋势2050研究》的研究成果，基准情景下，到2050年新能源汽车电能消耗量达到3500亿千瓦时；激进情景下，在2045年达到峰值7500亿千瓦时；随后新能源车保有量饱和，随着电能消耗率继续下降，总电能消耗量到2050年回落至7000亿千瓦时左右，约占2017年中国全社会用电量总量的11.1%。
从以上测算可以看出，未来电动汽车电耗需求总量占比有限，当前和未来的电力系统完全可以支撑电动汽车的发展。
然而在无序充电的情况下，电动汽车同时充电的瞬时功率波动风险仍不容忽视，这使得电动汽车车与电力系统协同的必要性更加凸显。
二、电动汽车与电力系统和可再生能源协同发展面临的挑战
目前电动汽车与电力系统协同发展仍然面临以下几方面挑战：
（1）配电网的升级改造需求尚待深入量化评估
目前配网层面对电动汽车的接纳能力还缺乏系统深入的研究。需要评估未来电动汽车增加到什么程度配网需要改造，以及通过有序充电，能否降低配网改造需求等。
（2）充电桩利用率低造成相关基础设施的浪费
一方面我国充电桩数量快速增长，另一方面却存在公共充电桩使用率低的问题。这一矛盾需要统筹解决。
（3）电动汽车尚未与电网实现互动
除极少车型外，电动汽车目前仅是从电网购电，单纯扮演负荷的角色，远未实现有效互动。而仅作为负荷，则意味着电网承担了更多的调节服务供能，这一服务是单向的。
（4）可再生能源消纳相关政策落地缓慢
由于缺乏强制性，绿证交易发展低于预期。目前国家能源局综合司就《关于实行可再生能源电力配额制的通知》征求意见，有望2019年1月1日实施，这将推动可再生能源的消纳和增加绿证的交易。此外，目前碳排放权市场仍然面临政策环境不确定、制度不健全以及市场体系不完善等问题，导致试点碳市场活跃度不够，全国碳市场建设进度迟缓。
三、电动汽车与电力系统和可再生能源协同发展的技术路径
电动汽车与电力系统和可再生能源协同关键技术或手段主要涉及到：
1、电力需求响应
需求响应是电力需求侧管理的一部分。需求侧管理指的是通过影响用户的用电习惯来匹配电力系统现在或者将来的电能供应能力。需求响应是指当电力市场价格较高或者电力系统的稳定性、安全性受到威胁时，通过调整价格或者实时激励措施，使得用户的用电行为发生变化。
需求响应主要手段包括分时电价、实时电价、直接负荷控制。对于电动汽车来说，三者都有适用的场合。电价是引导手段，是否响应的主动权完全在用户；在用户许可或设定的情况下（比如设定某个时段、或者高于/低于某个电价时），电网企业可以进行直接负荷控制。
即使是仅考虑电动汽车用电（不考虑V2G），电动汽车仍可以通过增加在用电低谷时段充电、减少在用电高峰时段充电来进行需求响应。
2、V2G技术
电动汽车入网（VehicletoGrid，V2G）技术就是电动车辆的能量在受控状态下实现与电网之间的双向互动和交换，是智能电网技术的重要组成部分，应用V2G和智能电网技术，电动汽车电池的充放电被统一部署，根据既定的充放电策略，在满足电动汽车用户行驶需求的前提下，将剩余电能双向可控回馈到电网。
V2G的实现方法有四类：集中式（对一定区域内的电动汽车进行V2G统一管理）、分散式（在分散区域的单体或少量电动汽车V2G）、基于微网模式（电动汽车作为微网一部分，先在微网层面内部平衡，然后微网再同电网互动）、基于换电模式（服务于换电式电动汽车的换电站同电网进行互动）。微网内的集中管理和在微网内的换电站也可归于基于微网的模式。
3、微电网技术
微电网是由微型分布式电源、负荷、储能和控制装置组成，能够自我平衡、灵活调控，与外部电网并网运行或独立运行的微型供电系统。微电网最早由美国90年代提出，最早是为了解决供电可靠性问题，而欧盟和日本则将微电网作为高渗透率分布式可再生能源并网的一种解决方案。
电动汽车作为微网的一部分，可以充分发挥其储能特性的优势。未来的微电网是“高比例可再生能源+储能+电动汽车+其他用能”的风光储充一体化微电网。在这样的微电网内，电力供需双方首先在微网层面实现平衡，然后再同大电网交互，减少了大电网平衡调节的成本，增强了电网消纳可再生能源的意愿。
通过以上各种技术或手段，可以大幅提高配网的灵活性，而配网灵活调节能力的提升将增加大电网的灵活调节能力，从而有助于消纳大型可再生能源电站产生的绿电。
电动汽车与电力系统和可再生能源协同示意图如下所示：
图 电动汽车与电力系统和可再生能源协同示意图
来源：中国能源网研究中心（China5e）
四、电动汽车与电力系统和可再生能源协同发展的政策建议及政策工具
1、构建支撑电动汽车发展的绿色能源供给体系
在相当长的时期，电动汽车主要依靠电网供电的局面难以改变，因此需要从整体上促进增加整个电网的绿色电力供给。提高电网绿电比例、促进绿电消纳的政策工具包括可再生能源电力配额制、可再生能源电力绿色证书、跨区域可再生能源电力现货市场等。
（1）可再生能源电力配额制
具有约束性的可再生能源电力配额制的实施对于提高全网绿电比例至关重要。2018年11月13日，国家能源局综合司发布了征求《关于实行可再生能源电力配额制的通知》意见的函，而此前已经征求两轮意见。该文件要求，“对电力消费设定可再生能源配额”。对各省级行政区域规定的应达到的最低可再生能源比重指标为约束性指标，按超过约束性指标10%确定激励性指标。
（2）可再生能源电力绿色证书
2017年1月18日，国家发展改革委、财政部、国家能源局发布《关于试行可再生能源绿色电力证书核发及自愿认购交易制度的通知》，可再生能源电力绿色证书（简称“绿证”）自愿认购随之开启。然而由于缺乏强制性，绿证销售情况并不尽如人意。随着可再生能源电力配额制对绿证的作用进行了明确（绿证对应的可再生能源电量等量记为配额完成量），预计在该政策实施后绿证的销售情况会大幅改观。
（3）跨区域富余可再生能源电力现货市场
2017年8月15日，国家电力调度控制中心、北京电力交易中心有限公司发布关于《跨区域省间富余可再生能源电力现货试点规则（试行）》的公告。该规则要求，跨区域现货交易市场的卖方主体为送端电网内水电、风电和光伏等可再生能源发电企业。买方主体为受端电网企业、大用户、售电公司和火电企业。参与跨区域现货交易的全部为水电、风电和光伏等可再生能源发电企业，通过跨区域现货交易，充分利用通道资源和全网调节能力，提高电网整体可再生能源消纳水平。随着这一试点成功经验的推广以及全国各区域电力现货市场的逐步建立，可再生能源消纳能力将进一步提升。
2、加快实现全网范围内的源网荷储智慧互动
电动汽车V2G的实现有助于提升微网乃至全网范围内源网荷储智慧互动的水平，而全网范围内源网荷储智慧互动水平的提升对于电动汽车的发展也将有极大的促进作用，二者相互促进。相应政策工具如下：
（1）分时电价/实时电价
分时电价可以引导电动汽车用户进行有序充电（在未来V2G的场景中，则为有序充放电）。目前商业停车场部分企业的充电桩已经实施分时电价政策。而不论否实施分时电价，电费以外的服务费都是固定的，这在一定程度上降低了分时电价的引导效果。未来的分时电价可以考虑对服务费也进行浮动。
实时电价有赖于电力现货市场的建设。电力现货市场主要包括日前、日内和实时的电能量和备用等辅助服务交易市场。实时电价波动幅度较为频繁、峰谷差价格会更反应供需情况，这会更好地激励电动汽车同电网的互动。2017年9月5日，国家发改委办公厅和国家能源局综合司联合发布《关于开展电力现货市场建设试点工作的通知》，选择南方（以广东起步）、蒙西、浙江、山西、山东、福建、四川、甘肃等8个地区作为第一批试点，2018年底前启动电力现货市场试运行（部分试点延期）。
（2）增量配电网改革
电动汽车V2G有赖于配电网的配合，而增量配电网改革使得配电网更加市场化的运作成为可能，因此电动汽车V2G可以在增量配电网领域进行提前布局和试点。增量配电网指新增区域的配电网、以混合所有制方式增容扩建的配电网、以及除电网企业存量资产外，其他企业投资、建设和运营的存量配电网。2016年《有序放开配电网业务管理办法》明确用户智能用电、优化用电、需求响应等是增量配电网运营者可以提供的增值服务之一。
3、通过创新商业模式促进电动汽车同电力系统的协同
车电分离的发展模式是未来重要的发展方向之一。车电分离包括两个层面，即物理层面和商业模式层面。物理层面主要指换电模式，商业模式层面主要指电池分开管理（不要求电池物理上可随时更换），其所有权可以属于第三方公司。换电模式具有便捷（3分钟换电）、相对于快充延长电池寿命、对电网负面影响小等优点。
（1）对成立电池投资运营管理平台公司的必要性进行研究
成立第三方的电池（及充放电系统）投资运营管理平台公司将极大促进车电分离的大规模发展。该类公司覆盖电池投资、运营、管理、回收等各个环节，是相对垂直一体化的公司。除物理层面的换电，非换电汽车的电池也可纳入此类公司的管理范畴。
然而车电分离模式的主要挑战是各类公司持有电池资产的意愿不高。这就要求政府对于成立电池投资运营管理平台公司的必要性进行研究。
（2）探讨对换电模式的电池进行合理补贴的方式
目前国家和部分地方政府对电动汽车有补贴，但是对于换电模式下的电池并无补贴。这无疑增加了换电站的成本。可以考虑对换电站的电池进行补贴，为防止骗补，可以根据换电站的用电量来确定，即进行电量补贴。
4、建立提供公共服务的充电服务体系
为避免一个品牌的充电桩、换电模式的电池只服务于同一品牌，政府可以引导将充电桩、电池纳入公共管理，让相应设施为尽量多的汽车品牌进行服务。而充电桩、换电模式的标准化有利于加速建立这一公共服务体系，而且有利于电动汽车和电网智慧互动的早日实现。因此，建议政府对充电桩、换电模式的标准化进行顶层设计。
此外，为更好地为所有品牌电动汽车的用户提供更好的服务，建议推动龙头企业平台数据共享，在各运营企业信息平台基础上，加快推动国家级服务平台整合发展，为新能源汽车用户提供更加智能便捷的充电服务。
5、试点先行
电动汽车同电力系统和可再生能源的协同发展是一项长期的工作，可以在部分地区先行开展试点，总结经验。
（1）开展有序充电试点
在电动汽车已有较好发展的地区，开展电动汽车有序充电试点。目前北京、上海等大城市电动汽车保有量相对较多，可探讨在部分城区率先开展试点。措施包括拉大充电峰谷价差、降低谷段充电服务费、减免谷段停车费等。
（2）开展换电模式试点
优选北京、上海等电动汽车保有量较大的城市，开展换电模式的先行先试，总结经验，供未来全国推广。
（3）开展光储充一体化项目试点
在分布式光伏发展较好的地区，开展光储充一体化项目试点。分布式光伏利用前四大省份为浙江、山东、江苏、安徽，其中，山东不仅是分布式光伏应用大省，还是低速电动汽车制造大省。
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