电动汽车与电网互动的商业前景：上海市需求响应试点案例

自 然 资 源 保 护 协 会N AT U R A L R E S O U R C E S D E F E N S E C O U N C I L电动汽车与电网互动的商业前景—上海市需求响应试点案例研究报告2020 年 6 月致谢特别感谢上海电力需求响应中心、上海蔚来汽车有限公司、万帮充电设备有限公司、普天新能源有限责任公司、上海依威能源科技有限公司、北京小桔新能源汽车科技有限公司、上海国际汽车城集团对本研究提供的信息和数据支持。感谢中电联标准中心主任刘永东先生、清华大学电机系胡泽春老师、中科院电工研究所陈永翀老师、国网储能云平台事业部总经理王明才先生、特来电新能源有限公司副总裁兼首席科学家龚成明先生对本项目提出了宝贵意见，也在此表示感谢。课题组成员中国电动汽车百人会车百智库张永伟 朱晋 熊英 刘茜国家发改委能源研究所刘坚自然资源保护协会 清洁电力项目组金亨美 游梦娜 王万兴 刘明明 冯婕茹感谢 ClimateWorks Foundation 对本研究的资金支持。——上海市需求响应试点案例摘 要电动汽车可作为高度灵活的移动储能单元，在调节电力负荷、消纳可再生能源、改善电能质量等方面应用潜力巨大。中国是全球最大的电动汽车市场，在电动汽车与电网互动领域具有得天独厚的条件。近年来，国内多个城市在开展电力需求响应的同时，尝试将电动汽车纳入试点，在车网互动方面做出了积极探索。在各需求响应试点城市中，上海市的车网互动工作具有重要示范意义。一方面上海市电动汽车保有量位居全国前列，交直流及充换电模式种类多样，另一方面上海市在 2014 年成为国家发展改革委指定的首个需求响应试点城市，积累了丰富的需求响应工作经验。本研究根据上海市电动汽车参与电力需求响应的试点结果，针对私人充电桩、专用充电桩以及换电站参与需求响应的效果进行对比分析，发现车辆在不同充换电场所够提供的充电灵活性调节规模各异，各自实现的响应效果也存在较大差别。例如，虽然私人充电桩数量较多，但目前响应率偏低，其需求响应潜力仍有待挖掘。换电站因参与实时需求响应而具有较高收益，但其综合经济性取决于换电站备用电池的裕度。国外有不少推动电动汽车负荷作为电力系统灵活性资源的案例。电力公司实施的分时电价以及充电电价套餐等是较简单的实施模式。在不少案例中，电动汽车充电负荷通过集成商平台，参加电力现货市场竞价。车网双向互动的应用还是在早期阶段，但少数案例已在商业化方面取得良好的效果。不管是哪种模式，国内外案例之间最大区别为市场机制是否到位。虽然国外的很多案例也未必完全实现商业化运营，但市场环境下的商业模式探索从未停止。最后，本研究提出了进一步推动车网互动发展的政策建议，包括：明确电动汽车参与电网互动的市场准入、建立车网互动的市场机制、加快推进车网互动能力建设等。i电动汽车与电网互动的商业前景目 录第一章 上海电力系统发展概况 1 一、 趋势与挑战 1 （一）电力消费和电力结构 1 （二） 负荷峰谷差挑战 2 二、 需求响应试点 3第二章 电动汽车与电网互动的潜力 5 一、 上海电动汽车发展及其对电力系统的影响 5 二、 中国电动汽车与电网互动的现状 5第三章 电动汽车参与需求响应城市试点 8 一、 试点设计 8 （一）背景 8 （二）流程与技术要求 8 （三）激励措施 9 （四）参与方 10 二、 试点结果 11 （一）私人充电桩 11 （二）专用充电桩 13 （三）换电站 15 三、 试点经验 18 （一）三类充电设施参与电力需求响应竞争力对比 18 （二）错峰充电用户参与需求响应的潜力 18 （三）需求响应实施方式 20第四章 国际经验对比 22 一、 基于电力公司分时电价 22 二、 电力市场与需求响应相结合 25 三、 车网互联（V2G） 26 四、 国际案例经验总结 29第五章 政策建议 30ii——上海市需求响应试点案例第六章 下一步工作方向 31附件 1：上海市 2019 年需求侧响应补偿计算方式 32附件 2：需求响应经济性计算方法 33 图表目录图 1 上海市三产与居民用电量（亿千瓦时） 1图 2 上海电力来源（亿千瓦时） 2图 3 上海地区最大峰谷差趋势 3图 4 电动汽车与电网互动关系图 6图 5 私人充电桩填谷响应与平日充电负荷对比 11图 6 专用充电桩削峰响应与平日充电负荷对比 14图 7 换电站响应日与平日充电负荷对比 15图 8 上海市三类充电设施需求响应收益率及应用规模对比 17图 9 需求响应与直接错峰充电效果重合示意图 19图 10 需求响应与智能错峰充电效果重合示意图 20图 11 美国加州 PG&E 电力公司的电动汽车充电分时电价 23图 12 iChargeForward 用户参与度 24图 13 在 iChargeForward 电动汽车与电池梯次利用贡献对比 24图 14 美国南加州爱迪生电力公司西部地区日前竞价与需求响应 25iii电动汽车与电网互动的商业前景iv表 1 中国车网互动的部分试点项目与前景 7表 2 补偿系数规则 9表 3 部分运营商在上海的充电设施布局及报装情况 10表 4 私人充电桩填谷需求响应经济性分析 13表 5 专用充电桩削峰需求响应经济性 14表 6 换电站削峰需求响应经济性 16表 7 内部收益率对响应单价减半的敏感度对比 17表 8 试点案例三类充电设施需求响应竞争力对比 18表 9 全球十大 V2G 项目 26表 10 Parker 项目服务 27表 11 Redispatch 项目服务 28表 12 City-zen 项目服务 28表 13 Smart Solar Charging 项目服务 291——上海市需求响应试点案例第一章 上海电力系统发展概况一、趋势与挑战( 一 ) 电力消费和电力结构2019 年上海市全社会用电量为 1,568 亿千瓦时，近几年上海用电量增长较平稳，2010-2019 年期间用电量年复合增长率为 2.7%，与当地产业结构和发展特点息息相关。从电力消费结构看，第三产业和居民生活用电量增长较快，特别是金融、房地产、商务及居民服务业电力消费贡献突出；工业用电量稳定，占电力消费总量的比例最大；农业用电量在 2019 年占用电量比例不到 0.5%，且逐年下降。来源：上海市统计年鉴，上海市发改委图 1 上海市三产与居民用电量（亿千瓦时）上海市对外来电力依赖程度高，近年来外来输入电量越来越大。2018 年上海本地发电量为 856 亿千瓦时，区外输入量为 855 亿千瓦时。从本地电源装机结构看，上海市内电源装机总量 2,467 万千瓦，其中燃煤机组所占比重最大，超过 60%。市2电动汽车与电网互动的商业前景外电源则形成了 2+X 供给格局：一是安徽煤电，二是三峡和金沙江等西南水电，此外还有江浙核电、抽水蓄能发电等1,2。来源：上海市统计年鉴图 2 上海电力来源（亿千瓦时）( 二 ) 负荷峰谷差挑战近年上海市用电负荷波动性强，且随着市外可再生能源大规模馈入，上海电网调峰压力持续增