车网互动（V2G）技术的发展历程与未来趋势

来源：中国电力新闻网 时间：2022-07-05 17:29

深圳供电局有限公司电力科学研究院直流配电研究所副所长 赵宇明

　　在“四个革命、一个合作”能源战略背景下，我国能源体系正在经历以“碳中和、碳达峰”为导向的深刻转型，电动汽车的大规模推广已经成为我国能源领域在转型阶段的必然趋势。然而，大规模电动汽车的接入，将会对我国电网的发展造成广泛而深刻的影响与挑战。在当前阶段，迫切需要一种经济、高效的“车—网”互动方式来实现电动汽车行业与能源行业的进一步发展。

　　车网互动（V2G）技术的重要意义

　　纵观电动汽车与电网的融合的发展历程，由无序到智能化，由粗放到精细是显著的发展趋势。充电行为的管理先由无序充电过渡到有序充电（V1G），最后向车网互动（V2G）进行演变。作为电动汽车与电网进行双向能量和信息交互的理想范式，V2G技术在近年来得到广泛关注。与其他智能充电概念不同，在V2G概念中，电动汽车不仅可以从电网吸收能量，还被赋予了在必要时刻根据电网指令向电网回馈能量的能力。从电网角度出发，这种双向信息—能量交互能力赋予了电网更高的灵活性，使其能以更加经济、安全、稳定的方式接纳更多电动汽车负荷和可再生能源出力。长期来看，V2G有力促进了我国能源结构由化石能源向可再生能源的过渡，助力于碳达峰碳中和远景的实现。立足于电动汽车行业发展的角度，V2G的实现为参与该项目的车主带来了可观回报，增加了车主对于电动汽车的购买意愿，间接促进了电动汽车的普及和行业的增长。

　　基于上述优势，V2G技术得到了国家的重点关注和大力扶持。在“十四五”期间，我国对于电动汽车行业的全面发展进行了重大而深刻的战略布局。2020年发布的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035）》中指出：新能源汽车要与能源、交通、信息通信等领域高度融合，协调发展。实现“车—路—桩—网—云”之间的高效互联互通，保障各环节的安全性和经济性。该规划尤其指明了要“加强新能源汽车与电网（V2G）能量互动。鼓励地方开展V2G示范应用，统筹新能源汽车充放电、电力调度需求，综合运用峰谷电价、新能源汽车充电优惠等政策，实现新能源汽车与电网能量高效互动，降低新能源汽车用电成本，提高电网调峰调频、安全应急等响应能力。”

　　车网互动（V2G）技术的演进历程

　　新能源汽车与电网互动的技术的历史最早可追溯至20世纪90年代。V2G的基本概念于1995年由美国落基山研究所的首席科学家Amory Lovins首先构思，并于1997年被美国特拉华大学的Kempton团队进一步完善。该团队在2005年首先对V2G的成本和收益进行了评估，并证明了V2G技术实施的可行性和经济性。

　　自基本设想被提出以来，V2G技术一直处于电动汽车和能源行业的聚焦点。全球范围内的产学研领域均在探索其产业化实现的可能性。

　　V2G的产业化探索始于2012年的美国特拉华大学的eV2gSM，其验证了V2G技术辅助新能源消纳的可行性。经过多年发展，美国的V2G产业开始了商业化的探索。Nuuve公司是该领域的先行者。该公司已经在北美、新加坡、英国、日本等国相继开展了V2G技术的试点运营。

　　近年来，全球V2G示范项目立项数呈快速上升趋势。其中，美国欧洲在本轮V2G技术研究和商业化应用实践中，占据主导地位。迄今，全球已经立项的V2G工程已达80余项。上述典型工程的实践成果证明，V2G技术已经具备大范围实施的技术条件和经济可行性，且在电网削峰填谷、需求侧响应、调频辅助服务等重要领域具备潜力。

　　相较于国外，受限于我国电力市场的市场化程度，我国在V2G领域的进展较为缓慢；近年来，随着我国对于电动汽车行业的重点关注和大力扶持，由电网牵头的多个V2G试点示范项目在全国十四的省市得到全面铺开，对V2G技术进行了技术验证和商业模式探索，其中，北京市中再大厦项目作为全国第一座V2G商业化运营项目目前已成功实现盈利；我国在该领域的产业化进程显著加快。

　　车网互动（V2G）所面临的挑战

　　尽管我国V2G技术的商业化方面进行了大量尝试，并取得了显著成果。在V2G技术的成熟商业化道路上，仍然存在技术层面、经济层面、社会层面的多维度挑战。

　　1.技术层面

　　技术的成熟是V2G商业化的首要前提，其大规模商业化发展仍然要电池化学、控制调度算法、通信等多领域的技术突破。具体到V2G应用层面，在电池老化、充电设施资产折旧评估，EV参与调度的聚合方法，和智能化通信的产业标准等方向都存在着技术难点和产业痛点。

　　参与V2G活动会加剧电动汽车电池的退化，为车主带来更换电池的经济损失。V2G老化成本目前依然没有成熟的计算方法。充放电深度、参与调度时长、电池容量和寿命等因素均会对电池的老化过程施加作用。电池退化会抑制车主参与V2G的积极性，降低V2G的普及率。

　　由于单台电动汽车提供的灵活性有限，在V2G实施中需要对大量可调度车辆进行统一调度管理。如果使用集中式的协调控制模式，对网络中的发电机组、电动汽车、新能源出力进行集中调度，虽然能够实现资源的全局协调。然而当需要进行实时调度的车队规模的增长会导致这种调度架构的计算规模和通信需求快速增加，往往无法在期望时限内提供最优调度决策。

　　在V2G过程中，EV将通过无线网络与本地调度设备进行信息流的双向交互，上传其相关状态或者进行费用结算。而无线通信易遭受多种网络安全攻击这些信息可能会暴露用户的身份、住址、行车轨迹、电池状态等隐私数据。这些信息如果被破解或蓄意利用，可能会造成车主的身份信息被篡改或伪造，对车主的生命财产安全造成威胁。

　　2.经济层面

　　目前V2G行业中的各利益实体的商业模型目前尚未有成熟框架。成熟的商业模型不仅可以揭示企业盈利的基本原理，阐明企业行为背后的逻辑以及其在竞争时采用的战略逻辑，还可以促进行业的健康有序发展。由于V2G领域包含大量独立的经济实体，如车企、电池制造方、车主、发电公司、电网、聚合商、公共交通公司等，传统的商业模式可能无法直接或完全应用于V2G等新兴领域。因此，V2G的商业应用急需对整个产业链的商业模型进行顶层设计，以规范行业的有序发展。

　　V2G技术的广泛应用对现有电力市场框架提出了新的要求。作为电力市场中的新兴业务，V2G交易的市场规范与法律监管体系的建设均处于起步阶段。从市场的角度来看，V2G本质上是一种储能资源。然而，现有电力市场机制对于该类型资源的接纳能力十分有限。以调频辅助服务市场为例，现行的以可调度容量作为交易标的框架中，V2G服务的响应速度没有得到重视；另外，目前的辅助服务市场准入门槛较高，导致很多容量较少的V2G服务无法进入市场，造成了一定程度的资源浪费。

　　3.管理层面

　　从社会资源整合方面看，V2G产业的进一步发展需要多个产业和部门的协力推进。这些利益主体涵盖了整个电动汽车产业链：上游的电池制造商、EV制造商、充电器制造商以及下游的电网公司、充电站运营商、电动汽车聚合商、公共交通运营商等。这些利益主体存在相异的利益诉求、盈利目标、融资渠道，且相互独立运行。如何打破不同学科、不同行业、不同主体间各自为政、互不信任的困境，建成惠及多利益主体，制造的多元化收入利益共享机制，是当下V2G产业发展亟待解决的重要问题。

　　在当前背景下，社会对V2G技术的认知水平较低，且存在较大偏差。大部分车主对于购买具备V2G能力的汽车，签订V2G服务合约的持观望态度，参与热度较低。V2G技术的进一步发展也需要推进相关知识的普及，消除车主的疑虑，增进其对V2G收益的期望。

　　车网互动（V2G）的发展趋势

　　随着我国能源体系向着碳中和碳达峰战略目标的不断转型以及电动汽车行业在我国新能源领域布局下的蓬勃发展；V2G技术作为车网融合的有力抓手和理想范式拥有着广阔前景以及极高的应用潜力。展望未来，在车网互动技术体系不断发展，能源系统迈向低碳体系的不同阶段里，V2G技术可以逐步实现包括新能源消纳，建立基于关键领域新技术的综合能源服务和构建低碳能源系统的各阶段产业目标：

　　首先，可再生能源的大规模消纳是碳中和实现的必经之路。但风电、光伏等可再生能源具备时空分布的随机性和间歇性。利用车网之间的双向互动的灵活性，可以实现降低可再生能源出力不确定性对电网造成的冲击，提升电网可再生能源消纳水平和能源使用效率，间接减少能源供给端和消费端的碳排放；

　　其次，新兴技术应用与车网互动融合逐步深化。云计算、物联网、人工智能、5G、区块链等新技术的发展对V2G的商业化应用有着显著的推动效果。在以上新兴技术的加持下，在未来，V2G将改变传统的价格引导模式，向数字化、智能化、平台化的远景过渡；

　　第三，车网融合构建低碳能源体系。通过在电力系统—充放电基础设施—电动汽车三者之间建立双向互联关系，形成融合共生的全新低碳能源生态关系和盈利模式；将EV车主参与V2G调控的经济激励方式从目前的直接激励模式过渡到市场驱动模式，进而全面取消直接激励政策在低碳能源推广中的驱动力，通过以奖代补、碳配额交易和新能源汽车积分交易等机制构建充分竞争的市场环境实现对V2G服务潜力的充分挖掘。

　　第四，构建成熟V2G技术体系是一项涉及信息互动，能量互动的多领域融合系统性工程；在发展的不同阶段，需要构建不同的服务体系以应对不同阶段的产业目标。能源系统各单元基于V2G技术建立先进的绿色智能电网架构，可以实现“车—路—桩—网—云”之间的高效互联互通，从而进一步提高可再生能源渗透率，全面拥抱能源系统低碳转型过程中的挑战与机遇；通过科学设计的充电服务体系，稳步推进技术和商业模式发展，最终打造出具有我国特色的，具有清洁低碳，安全高效等特征的现代能源系统。

责任编辑：周小博　 投稿邮箱：网上投稿