《自然資源保護協會：2016電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究報告（26頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《自然資源保護協會：2016電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究報告（26頁）.pdf（26頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、 聯系我們自然資源保護協會（NRDC)中國北京市朝陽區東三環北路 38 號泰康金融大廈 1706郵編：100026電話 : +86- 10- 5927 Wilson Hui2016 年 9 月電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究 4電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究致謝此報告由國家發改委能源研究所、國家可再生能源中心、自然資源保護協會合作撰寫。 上海市經濟和信息化委員會、 上海市發展和改革委員會、 上海合煌能源科技有限公司、寶馬（中國）服務有限公司、上汽安悅充電科技有限公司、上海市新能源汽車數據采集與監測研究中心、上海市電力公司對本報告研究提供

2、了數據及信息支持，在此表示感謝。特別感謝上海電器科學研究所阮於東教授、交通大學韓延民教授、美國三益公司（Energy & Environmental Economics） Frederich Kahrl 先生、上海騰天節能技術有限公司張皓先生、自然資源保護協會的 Roland Hwang 先生，Vignesh Gowrishankar 先生和Christina Swanson 博士對報告進行審閱并提出寶貴意見和建議。課題組劉 堅 | 國家發改委能源研究所、國家可再生能源中心金亨美 | 自然資源保護協會唐 莉 | 上海合煌能源科技有限公司自然資源保護協會 項目組游夢娜 李玉琦 劉明明 周曉竺 高

3、天健 秦思妍 米思易 雷澤諾 羅千真 感謝 ClimateWorks Foundation 對本研究的資金支持。1 總結摘要 12 電動汽車發展背景 42.1 電動汽車發展對電力系統的影響 42.2 電動汽車技術分類 62.3 電動汽車與電力需求響應 83 電動汽車充電負荷對上海市電網的影響 93.1 電動汽車數量規模 103.2 充電基礎設施 113.3 上海市電力發展趨勢 123.4 電動汽車充電量需求 15 3.5 電動汽車充電負荷特性 173.6 電動汽車充電對輸配電網的影響 194 上海市電動汽車參與需求響應的潛力及經濟性分析 214.1 上海市需求響應現狀 214.2 電動汽車參與

4、需求響應的潛力 224.3 電動汽車參與需求響應的經濟、環境效益 254.4 電動汽車 V2G 284.5 上海寶馬互聯駕駛研究院電動汽車儲能項目 30目錄5 電力市場及運營模式建議 315.1 電力體制改革與電動汽車 315.2 電動汽車商業運營模式對比 335.3 充電價格體系及其問題 346 研究總結 / 進一步研究建議 356.1 加強有序充（放）電技術研究 356.2 實施聚合式充電負荷調控 366.3 建立反映靈活性資源價值的市場環境 366.4 加快住宅及辦公地點充電設施建設 366.5 研究制定充電價格體系 376.6 研究局限與展望 37附件 38電動汽車發展背景9發展電動汽

5、車是道路交通部門節能減排的關鍵途徑，也是推動我國產業結構轉型的重要動力。國家從科研投入、產業扶持、法規標準、推廣應用等角度制定了一大批電動汽車發展扶持政策，并多次明確 2020 年純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量達到 500 萬輛的發展目標。受政策推動，近年來我國電動汽車市場快速增長，2015 年中國電動汽車銷量超過 33 萬輛，在汽車市場中占比達 1.34%，成為全球最大的電動汽車銷量市場。電動汽車的普及將對電力系統運行帶來多個層面的影響。首先，作為新型用電方式，電動汽車數量的提升勢必增加用電量需求，特別是大量電動汽車集中在電網負荷高峰時段充電將顯著增加電網負荷峰值，從而對系統容量及

6、安全穩定運行提出更高要求；另一方面，若采取有序管理或雙向互動方式，電動汽車也可被視為系統需求響應乃至分布式儲能資源。因此，大規模電動汽車的接入不僅可以降低新建電力基礎設施規模，還可帶來調峰、輔助服務等多種系統應用價值。然而，目前國內對電動汽車在電力系統中的應用潛力研究仍然不足，對大規模電動汽車接入電網后的負荷調節潛力及經濟性缺乏定量分析。因此，本研究以上海市為研究對象，在電動汽車發展預測的基礎上，評估了電動汽車充電負荷對上海市電網的影響，并根據上海市電力系統調峰需求與電動汽車用戶出行特點，分別從電動汽車充電需求及負荷特性、電動汽車充放電調節潛力及經濟性等方面進行了分析：本研究針對上海市電動汽車

7、發展設定了兩種情景，即：常規發展情景下，到 2030年電動汽車年銷量占全部汽車銷量市場的 28%，電動汽車保有量達到 155 萬；高速發展情景下，到 2030 年電動汽車銷量占全部汽車銷量市場的 43%，電動汽車保有量達到 245 萬輛。充電量方面，在常規發展情境下，2030 年上海市電動汽車充電量需求約為 12.4TWh，占當年全市用電量的 7.4%；在高速發展情景下，全年充電量需求約為19.6TWh，占當年全市用電量的 11.2%。負荷特性方面，本研究基于上海市電動汽車數量增速預測及電動汽車用戶出行行為調研，測算了電動汽車充電負荷曲線。結果顯示，在隨機充電情況下，電動汽車充電負荷將顯著提升

8、傍晚電力負荷高峰，且全天峰谷差也將有所增加，從而對電網安全穩定運行造成一定壓力。相比傳統需求側調節資源，電動汽車具有較強的充放電調節能力，特別當電動汽車技術得到普及時，電動汽車可能成為系統最重要的調節資源之一。因此，有序調節電動汽車充電負荷不僅可以降低電動汽車大規模接入對電網安全穩定運行帶來的負面影響，還能提升系統靈活性。由于不同車型的出行特征及車型參數有明顯差異，因此為深入分析上海地區電動汽車行為特征， 本研究分別對當地電動公交車、 電動出租車、 電動私家車、電動公務車、電動物流車等五類車型用戶的有序充電潛力進行了分析。研究顯示，在只考慮電動私家車、電動公務車兩類車型的靈活性調節潛力的情況下

9、，采取有序充電之后，電網高峰負荷有一定程度降低，負荷峰谷差明顯減小，且大部分充電負荷轉移至凌晨負荷低谷時段。1 總結摘要總結摘要1圖目錄圖 2-1 2006-2016 中國電動汽車銷量及市場占比 5圖 3-1 上海市新能源車數量規劃規模 10圖 3-2 2015 年上海市冬、夏典型日負荷曲線 12圖 3-3 2015 年上海電力能源結構細分情況 13圖 3-4 2020 年上海電網全社會用電量水平估計 13圖 3-5 2020 年上海電網最高用電負荷水平估計 14圖 3-6 兩種情景下上海市 2020-2030 年電動汽車銷量及保有量 16圖 3-7 電動汽車充電負荷影響因素 17圖 3-8

10、上海市各類乘用車充電時間概率分布 17圖 3-9 兩種情景下 2030 年上海市夏季電動汽車充電負荷 18圖 4-1 上海市電動私家車、公務車停車及充電時間概率分布 22圖 4-2 兩種情景下電動汽車有序充電調節效果 24圖 4-3 兩種電動汽車發展情景私家車 / 公務車隨機及有序充電負荷 24圖 4-4 電動汽車參與需求響應經濟性分析 25圖 4-5 傳統需求響應資源與電動汽車有序充電響應成本示意圖 26圖 4-6 電動汽車 V2G 成本下降潛力 29圖 4-7 上海寶馬互聯駕駛研究院電動汽車及儲能項目框架示意圖 30 表目錄表 2-1 國內典型插電式混合動力汽車關鍵參數 7表 2-2 國內

11、典型純電動汽車關鍵參數 8表 3-1 電動汽車充電模式 11表 4-1 2030 年電動汽車需求響應下電網負荷 23表 4-2 三類電價情景下電動汽車充電調節效益 27表 5-1 國內典型電動汽車充電樁功率及價格 34充電需求及負荷特性充電負荷調節潛力2電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究3總結摘要電動汽車充電與傳統需求響應資源存在很大差異。對于電動汽車而言，充電需求與出行需求在時間上是分離的，在車輛停駛時段內對電動汽車充電時間的調整并不會明顯影響用戶的出行行為，因此其需求響應的成本相比傳統需求響應資源顯著降低。本研究基于國外電動汽車充電價格彈性的研究成果，分析在上海市采用分時充電電價引導

12、充電行為的效果。研究發現，在有序充電技術成熟的前提下，現行上海市居民分時電價將對電動汽車用戶的充電行為有明顯的影響，即 70% 以上私家及公務車用戶將在負荷低谷時段進行充電。對于電網企業而言，加大電動汽車充電峰谷電價差對降低上海市電網夏季高峰負荷有一定作用；相比之下，考慮到可再生能源發電的滲透率將不斷提升，電動汽車充電的“填谷”的價值更為明顯。對于電動汽車 V2G1而言，由于電池技術仍不成熟，市場環境亦不完善，經濟效益仍然偏低。但從長遠來看，隨著電動汽車產業化加速，規模生產下電池成本有望顯著下降，屆時電動汽車與電網互動不僅能夠帶來可觀的經濟效益，還可實現巨大的社會和環境效益。通過上述分析可見，

13、隨著電動汽車數量的日益提升，對充電負荷進行有序引導不僅能夠降低大規模電動汽車接入對電網帶來的負面影響，還可使其成為電力系統重要的調節資源。 而如何充分釋放電動汽車在電力系統中的應用潛力， 取決于電力市場環境、有序充電技術、車輛商業運營模式（車輛共享、分時租賃等）、充電基礎設施、充電價格體系等因素：我國現行的電力市場機制對電動汽車的充電引導顯然不足。首先，電力計劃調度無法體現系統靈活性資源的市場價值，有必要結合電力體制改革方向，在建立競爭性的電力現貨市場以取代目前我國現行的計劃調度方式的同時，研究制定反映電動汽車等靈活性調節資源系統價值的市場機制。例如建立以分時段電量交易的集中競價現貨市場，并適

14、當降低電動汽車參與電量與輔助服務市場的準入門檻。隨著我國電力體制改革的深入和新型售電主體的形成，競爭性批發市場勢必將不同時段形成的差異化市場價格傳導至售電側，各售電主體可通過負荷靈活調節技術實現對不同時段電能價值差異的套利，從而激勵售電商和需求響應提供商采用電動汽車等高質量靈活調節資源。目前已建和在建充電設施的監控系統對有序充電的支持水平參差不齊，導致絕大多數電動汽車仍采取“即插即充”的充電模式。隨著電動汽車的規?；瘧?，電動汽車有望作為分布式移動儲能單元在能源互聯網中發揮重要作用。 研究有序充放電技術，可以有效利用電動汽車儲能特性，平抑電網負荷峰谷波動，提高電網接納間歇性可再生能源的能力和運

15、行效率。因此，電網企業、電動汽車及充電設施制造商應協同研究電動汽車有序充（放）電技術，將充電網絡作為配電網、車聯網的有機組成部分，綜合考慮充電設施和電網的規劃、設計、建設和運營，推動電動汽車充電設施與電網協調發展。電動汽車充電具有明顯的分散、隨機、不確定的特點，大量分散的電動汽車隨機充電負荷難以被精確預測和調度，也降低了其電力系統應用價值。引入充電服務商一方面可通過充電運營平臺等信息化手段提高電動汽車充電負荷預測精度，一方面也可通過車聯網等技術對電動汽車充電行為進行合理引導，從而大幅提升電動汽車作為負荷側靈活性調節資源接入系統的置信度。但在具體實踐中，如何實現負荷集成卻仍面臨眾多挑戰。例如：通

16、過什么樣的策略和機制能夠吸引足夠的電動汽車參與集成，并保證車輛與電網的穩定和較長時間連接；聚集車輛在地理位置呈現何種分布，如何有效監測和控制運行信息；如何追蹤每輛車內每塊電池荷電狀態（SOC）以及如何建立包含充電服務商的新型電力市場體制機制。這些問題都需要較長的探索過程。充電設施是電動汽車與電網之間的銜接點， 是決定電動汽車有序接入的關鍵因素。電動汽車的充電模式主要包括慢速充電、常規充電、快速充電、電池更換及無線充電，各種充電模式的發展也受到相應資源的限制，例如快速充電設施大規模建設受到電網容量和基礎設施成本的限制；家庭充電樁受到固定停車位數量的限制；公共充電受到停車時間短的限制。因此，未來電

17、動汽車充電難以單純依賴某一種充電模式，需要實現多種充電模式在不同場景間的互補。本研究發現，從提升電動汽車充電靈活性的角度而言，應優先建設住宅及辦公地點充電設施，與此同時，應加快建設定時充電、智能充電軟硬件設施，為電動汽車用戶參與負荷調控營造便利條件。上海市現行電動汽車充電價格機制仍存在容量電價、電量電價和充電服務費三方面問題。例如，政府已明確要求電動汽車充電價格應參照充電設施所在場所分時 / 峰谷電價執行，但現實操作中，不論是住宅、辦公地點專用充電還是公共停車場充電，充電費用往往依據充電電量收取，固定電價難以有效激勵錯峰充電行為；其次，目前電動汽車充電免收容量電費，而單一的分時電價難以充分反映

18、用戶的容量成本，特別是對于住宅和辦公地點配建的專用充電設施，其負載率相比其他用電負荷設備更低，在滿足相同電量服務的前提下，電動汽車因此承擔了較少容量成本，也不利于平抑集中充電下的尖峰負荷；電能費用方面，現行住宅分時電價對電動汽車充電行為具有一定有序引導作用，但也可能引發新的負荷高峰，且預設的固定分時電價也難以充分發掘靈活性資源的實時調節價值；充電服務費方面，現行的充電服務費執行單一價格上限，但目前交、直流充電設施成本差距巨大，單一價格機制顯然無法形成對快速充電設施建設的有效激勵，也不利于無線充電等新興技術的產業化。因此，電動汽車充電價格機制設計應對容量電費、電能電費及充電服務費進行綜合考慮，最

19、終的充電價格既要保持電動汽車相對于燃油汽車的燃料成本優勢，彌補充電基礎設施的初期投資，又要通過價格信號引導電網友好的充電行為，從而有效激發電動汽車用戶參與系統服務，充分發掘電動汽車在電力系統中的應用潛力。充電調節經濟性電力市場環境有序充電技術商業運行模式 1 V2G 是 Vehicle-to-grid（車輛到電網）的縮寫。V2G 描述了電動汽車與電網的關系，即當電動汽車不使用時，車載電池的電能銷售給電網的系統；若車載電池需要充電， 電流則由電網流向車輛。 目前包括美國特拉華大學、太平洋天然氣和電氣公司（PG&E）、Xcel 能源公司、國家可再生能源實驗室（NREL）和英國的華威大學等研究機構都

20、在持續進行 V2G 技術的研發與示范。充電基礎設施充電價格體系電動汽車發展背景52 電動汽車發展背景2.1 電動汽車發展對電力系統的影響隨著經濟持續高速發展和城市化進程的加速，中國已經步入機動化時代，機動車保有量不斷增加。2015 年全國汽車銷量達 2460 萬輛，全國汽車保有量已突破 1.7 億輛1，汽車快速普及導致石油資源大量消耗及嚴重的污染物排放，實現汽車低碳化、電動化、智能化發展刻不容緩。電動汽車作為新一代的交通工具，在節能減排、減少對傳統化石能源依賴等方面具備傳統汽車不可比擬的優勢。作為我國七大戰略性新興產業之一，電動汽車的發展在近年來受到了大力推動。國務院 2012 年出臺的節能與

21、新能源汽車產業發展規劃（2012 - 2020 年）提出，到 2015 年，純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量力爭達到 50 萬輛；到 2020 年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產能力達 200 萬輛、累計產銷量超過 500 萬輛 2。隨后，國家發改委、財政部、工信部以及各地方政府陸續出臺新能源汽車補貼3 , 4、免征購置稅 5、免搖號6、免限行7、充電設施8及充電價格9方面的優惠政策，形成了完善的戰略規劃、行業管理、推廣應用、稅收優惠、科技創新及基礎設施政策扶持體系，有力帶動了我國電動汽車產業的迅速成長。2015 年全國電動汽車銷量達到 33.1 萬輛2，接近 2014 年銷量的

22、4 倍，占全國汽車總銷量的 1.32%。2015年全國新能源汽車保有量達到 58.32 萬輛，其中純電動汽車保有量 33.2 萬輛，相比 2014 年增長317%10。2016 年 1- 6 月，全國純電動汽車銷量 12.6 萬輛，插電式混合動力汽車銷量 4.4 萬輛，同比分別增長 127% 和 162%11（圖 2 - 1）。作為新能源汽車示范推廣城市之一，上海市電動汽車數量近年來呈現高速增長趨勢。根據上海市新能源汽車公共數據采集與監測研究中心的統計，2015 年上海市新能源汽車推廣應用 46507萬輛，其中純電動汽車 10574 輛，占比 22.7%；插電式混合動力汽車 35933 輛，占

23、比 77.3%。2011年至2015年， 全市累計推廣新能源汽車57970輛， 位居全國第一， 其中純電動汽車13794輛，占比 23.8%；插電式混合動力汽車 44176 輛，占比 76.2% 12。隨著電動汽車的大規模普及，其大規模接入將對電力系統的運行和規劃產生不可忽視的影響。首先，電動汽車充電將導致負荷增長，若大量電動汽車集中在負荷高峰期充電，將進一步加劇電網負荷峰谷差，加重電力系統的負擔，對系統運行的可靠性和經濟性產生負面影響。其次，電動汽車用戶用車行為和充電時間與空間分布的不確定性，使得電動汽車充電負荷具有較大的隨機性，加大了電網調度的調控難度。第三，電動汽車充電負荷屬于非線性負荷

24、，所使用的電力電子設備將產生一定的諧波，有可能引起電能質量問題。電動汽車較大的充電功率也會影響配網電壓，并可能導致三相不平衡。第四，在配電網中增加眾多充電設施將改變配電網負荷結構和特性，傳統的配電網規劃準則可能無法適用于電動汽車大規模接入的情景。另一方面，考慮到電動汽車停車時間長、動力電池分布式儲能的特點，電動汽車用戶可結合日益成熟的主動配電網技術，根據電網的運行狀態，如負荷水平、新能源出力、電價等信息，靈活調節電動汽車充電負荷功率，最大限度地減小電動汽車大規模接入對電網產生的負面影響，實現系統負荷的削峰填谷，并向系統提供調頻與備用等輔助服務，從而推動傳統電力系統的“供給跟隨負荷”的運行控制方

25、式逐步向“供給與負荷協同運行”方式轉變。2 其中純電動汽車 24.8 萬輛，插電式混合動力汽車 8.3 萬輛。圖 2 - 1 2006 - 2016 中國電動汽車銷量及市場占比3500003000002500002000001500001000005000001.6%1.4%1.2%1.0%0.8%0.6%0.4%0.2%0.0%銷量（輛）汽車銷量占比（）20062007200820092010201120122013201420152016（1- 6）插電式混合動力汽車純電動汽車電動汽車合計市場占比6電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究電動汽車發展背景72.2 電動汽車技術分類插電式混合

26、動力汽車上海市目前在售的電動汽車以插電式混合動力技術為主，占 2015 年電動汽車總銷量的 77.3%。插電式混合動力電動汽車（PHEV）可使用外部電網充電，并可單獨依靠電池就能滿足短途出行（如 50 公里 / 次）需要。當動力電池電量耗盡后，仍然可像傳統混合動力汽車一樣開啟車載內燃機繼續工作。插電式混合動力汽車的主要優點包括：相比傳統混合動力汽車有更長的純電動行駛距離，可以滿足一般通勤等日常出行需求。在長途出行情況下，車輛則使用內燃機提供能量，方便性與傳統汽柴油車相同。PHEV 與純電動車同樣可利用晚間用電低谷時段為動力電池充電，利用儲存電力減少發動機抵消運轉，改善發電機組運行效率，節省燃料

27、，降低化石能源依賴和石油進口，減少溫室氣體及污染物排放。插電式混合動力汽車的工作模式一般分為兩個階段：（1）電量消耗模式（Charging Depleting Mode，CD）在電池組充滿電（SOC（剩余電量）=100%）后的初期行駛階段，車輛完全依靠電池電量行駛，電池組 SOC 波動下降，電量不斷消耗，直到達到預設值（如SOC=50%）為止。（2）電量保持模式（Charging Sustaining Mode, CS）在電池組電量降低到一定水平（如 SOC=50%）后，車輛進入混合動力模式，此時發動機與發電機共同工作，SOC 基本保持在穩定水平。在純電動汽車市場化發展初期， 充電設施和充電網

28、絡不健全， 純電動汽車充電不便，進而限制了純電動汽車的出行半徑。 插電式混合動力汽車使用傳統內燃機為車輛續航，彌補了電池續航能力及充電設施不足的缺陷， 是一條較為實際可行的過渡型技術路線。插電式混合動力汽車技術上與純電動汽車已較為接近，但由于純電里程要求較短，搭載電池容量較小，相較長續駛里程純電動汽車成本優勢明顯。表 2 - 1 國內典型插電式混合動力汽車關鍵參數純電動汽車純電動汽車是指單純從車載儲能裝置（車載動力電池、超級電容、飛輪電池）獲得電力， 以電機驅動的車輛。 根據車速的不同， 可將純電動汽車分為低速純電動汽車 （小于 40km/h），中低速純電動汽車（40 - 70km/h），中高

29、速電動汽車（70 - 100km/h）和高速純電動汽車（大于 100km/h）。根據用途的不同，純電動汽車還可分為純電動轎車、純電動客車、純電動貨車、以及一些特殊用途車輛（包括郵政用車、環衛用車、物流車輛、工程用車、高爾夫球車、游覽車等）。由于純電動汽車完全由電能驅動，電作為唯一能源載體可實現一次能源多元化，減少甚至擺脫對石油的依賴，且純電動汽車在使用階段沒有任何溫室氣體排放。此外，分散的動力電池具有電力系統分布式儲能的應用潛力，有助于提升電力系統低碳高效運行能力，促進電力系統智能化轉型。然而，純電動汽車目前還存在一些技術問題，首先是動力電池的比能量（單位質量電池能量）低，導致其單次充電下續駛

30、里程較短。第二，充電時間過長，導致車輛的機動性能較差。第三，動力電池成本較高，成為長期制約（純）電動汽車技術推廣的瓶頸之一13。電動汽車技術類型直接影響車輛對電力系統的影響。目前電動汽車技術包括四大類：1，混合動力汽車（HEV），其動力電池容量較小，主要用于提高發動機能效及制動能量回收；2，插電式混合動力汽車（PHEV），其動力電池可直接通過外部電網充電；3，純電動汽車（BEV）不安裝發動機，車輛完全由動力電池驅動；4， 燃料電池汽車（FCV），通過氫燃料電池發電驅動車輛。傳統混合動力汽車無需充電，與電網沒有直接聯系，燃料電池汽車成本較高，目前推廣數量較少。因此，以下研究將主要圍繞插電式混合動

31、力汽車和純電動汽車展開。電機功率（kW）發動機功率（kW）電池容量（kWh）純電動續航（km）百公里電耗（kWh/100km)BMWi 3 Plug-in125282015013.3BMW 530Le plug-in hybrid7017711.45819.7BYD 秦110113137018.6BYD 唐11015118.48023.0Prius Plug-in60734.42319.1上汽榮威 Plugin550678011.85820.3電動汽車發展背景98電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究電動汽車將為電力需求響應的發展起到重要的推動作用：首先，電動汽車是電力的新生消費，電動汽車的

32、大規模接入帶來了大量潛在電力需求，推動了終端能源消費的電氣化和信息化。第二，電動汽車配備充電數據監控及計量裝置，用戶可通過車載電腦安排充放電計劃，通過車載通訊系統與充電設施通訊，以滿足充放電信息的監控、計量和交易，降低了需求響應通信、計量基礎設施投入。第三，隨著低碳交通等概念的興起，車輛租賃、車輛共享等新生商業模式不斷涌現，電動汽車集成運營商為需求響應市場供了競爭實體。第四，電動汽車集成運營商的引入，將整合終端用戶、電力零售商、配電網等不同市場參與者的角色，有助于協調各利益相關方之間復雜的利益分配機制設計問題。第五，電動汽車用戶對充電價格的接受程度相對較高，其價格上限可類比傳統燃油成本，較大的

33、電價調節空間為開展需求響應奠定了基礎。綜上所述，融合新興商業運營模式的電動汽車有望成為需求響應的龍頭，進而帶動能源互聯網的發展。續航里程（km）電機功率（kW）電池容量（kWh）電池容量（kWh/100km）北汽 EV2002005330.415.2 日產啟辰晨風175802413.7 騰勢3008647.515.8 江淮 iEV51705023.313.7 眾泰知豆15218159.9 榮威 e50170522212.9 比亞迪 e6400908220.5 表 2- 2 國內典型純電動汽車關鍵參數2.3 電動汽車與電力需求響應3 電動汽車充電負荷對 上海市電網的影響 電動汽車的普及將對電力系

34、統運行帶來多層面的影響。首先，作為新型用電方式，電動汽車數量的提升勢必增加用電量需求，特別當大量電動汽車在電網負荷高峰時段同時充電，將顯著增加電網負荷峰值，從而對電力系統發輸容量及安全穩定運行提出更高要求；另一方面，若采取有序管理和雙向互動的方式，電動汽車也可被視為電力需求響應乃至分布式儲能資源。此時，大規模電動汽車的接入不僅可以降低新建電力基礎設施的投資成本，還可實現負荷削峰填谷、輔助服務等多重電力系統應用價值。目前，插電式混合動力汽車（PHEV）和純電動汽車（BEV）都具備與電網進行互動的潛力。國內外科研領域近年來也對電動汽車并網對電力系統的影響展開了多方面的研究：1）電動汽車充電負荷對電

35、力系統的影響。電動汽車充電負荷涉及電動汽車用戶的用車行為、停車行為、充電時間、充電方式、車型種類等多種因素。由于目前電動汽車發展仍處初期，針對電動汽車用戶的數據收集較為有限，研究一般通過建模仿真分析電動汽車充電電量和負荷特性。目前研究主要基于電動汽車數量規模預測或假設，在考慮電動汽車用戶行為及電網運行的前提下，分析電動汽車充電對用電負荷、電網經濟運行調度、電能質量、配電設備等方面的影響 14，15 ，16，17 。 2）電動汽車儲能在電力系統中的應用。電動汽車充電不僅提升了電網負荷，基于系統運行環境的電動汽車有序充電將幫助電網平抑高峰負荷、提高系統運行效率、降低系統容量投資成本及提高系統運行靈

36、活性等18，19 ，20，21 。此外，電動汽車的動力電池還可作為分布式儲能單元，通過向電網或其他用戶反向饋電，進一步提高電動汽車在系統中的應用價值 22，23，24。目前的研究主要包括電動汽車有序充電控制和電動汽車與電網互動（vehicle to grid，V2G），也有文獻稱為單向 V2G 和雙向 V2G。 3）電動汽車充放電成本效益研究。電動汽車有序充電及儲能的實際應用效果取決于電池充放電成本及其對電力系統服務的收益。目前這方面的研究集中在電動汽車參與電力市場輔助服務和需求響應的經濟性分析25，26 ，27 ，28 ， 29。本研究基于國內外相關研究基礎，以上海市為研究對象，分別從電動汽

37、車充電需求及負荷特性、電動汽車充放電調節經濟性、電力市場環境、商業運行模式、充電設施及充電價格等五個方面對電動汽車在電力系統的應用價值進行了分析。11電動汽車充電負荷對上海市電網的影響 10電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究3.2 充電基礎設施電動汽車的充電模式主要包括慢速充電、常規充電、快速充電、電池更換及無線充電。國家能源局 2012 年 3 月 1 日起實施了四項電動汽車充電接口和通信協議。根據其中的電動汽車傳導式接3.1 電動汽車數量規模電動汽車數量規模上限取決于當地車輛銷量及車輛總需求。上海是國內首個采用車牌指標拍賣控制機動車總量的城市，近年來每年新增小客車總規模在 35 萬輛

38、左右，到 2015 年底，全市機動車保有量達 334.04 萬輛 3，其中汽車 291.08 萬輛，較上年凈增 29.53 萬輛，小型載客汽車達 247.42萬輛，其中私家車占比 83.82%，每百戶家庭約擁有 52 輛私家車30。目前在上海市場上銷售的電動汽車生產企業達到 33 家，車型達到 64 種，電動汽車產品全面推向市場。在滬牌免費等政策的驅動下，上海市新能源車輛銷量增長迅猛。2015 年全市推廣應用新能源車輛 46507 輛，同比增長 3倍多，其中電動乘用車 42227 輛，包括私人車新增 29085 輛，租賃車新增 4194 輛，公務車新增8292 輛。尤其是在 2015 年 12

39、 月份，受企業年末推廣力度加大、區縣購車補貼政策到期等因素影響，電動汽車銷售出現爆發式增長，當月汽車上牌量超過 1.4 萬輛，其中電動乘用車約 1.3 萬輛。在售后網絡布局方面，上海市已建成維護網點 131個，其中乘用車 80 個，商用車及專用車 51 個。截止 2015 年底，全市共累計銷售各類電動汽車57666 輛，其中新能源乘用車約 51754 輛。根據上海市電動汽車充電基礎設施專項規劃(2016 - 2020)，到 2017 年上海市電動汽車總數將達到 13.1 萬輛，其中電動私人車 85000 輛，電動公務車24000輛， 電動公交車將達到4700輛 ；到2020年上海市電動汽車總量

40、將達到26.3萬輛，其中電動私人車 172000 輛，電動公務車 49000輛，電動公交車將達到 8000 輛31。上海市電動汽車發展規劃如表 2 - 1 所示?？?標準規定32 ， 我國的充電模式分為慢速充電 （充電模式 L1），常規充電（充電模式 L2），快速充電（充電模式 L3），如表 3 - 1 所示。充電模式額定電壓（V）額定電流 （A） 充電功率（kW）適用場所L1單相交流 220163.5住宅L2-1L2-2L2-3單相交流 220327住宅、辦公地點、公共停車場、公交場站三相交流 3803212.2三相交流 3806424.3L3直流 600300180高速公路服務區各種充電模

41、式都有其對應的應用領域，例如慢速充電和常規充電適合在居民小區、商業地區公共停車場推廣建設，而快速充電適合在高速公路沿線服務站推廣建設。各種充電模式的發展也受到相應資源的限制，例如快速充電設施大規模建設受到電網容量和基礎設施成本的限制；家庭充電樁受到固定停車位數量的限制；公共充電受到停車時間短的限制。因此，未來電動汽車充電難以單純依賴某一種充電模式，需要實現多種充電模式在不同場景間的互補。截至 2015 年底，上海市已建各種充電樁共計2.17 萬個，其中住宅建設的私人充電樁超過 1.65萬個，機關、企事業單位專用充電樁約 0.32 萬個，公交、物流專用樁約 0.08 萬個，社會公用充電樁約 0.

42、12 萬個。然而，目前充電設施建設受到停車場地不足的制約。上海市中心城區停車矛盾突出，居住類夜間停車缺口比例達 52%，特別是早期建設的居住區，停車矛盾尤為嚴重。目前上海市各充電設施建設運營單位都各自開發了自主運營的平臺，支付手段多樣，但在全市范圍內未形成統一的公用充電設施信息服務平臺，缺乏統一、易識別、開放、便捷的支付平臺。根據上海市電動汽車充電基礎設施專項規劃（2016 - 2020），上海市規劃構建覆蓋全市的充電設施服務網絡與充電設施服務走廊，滿足各類地區新能源車輛發展與使用的基本需求。至 2020年，全市新能源車輛充電樁規模至少達到 21.1 萬個。未來充電設施發展將以自（專）用為主，

43、公用為輔、快慢結合，逐步在市域范圍內形成以住宅小區、辦公場所自用、專用充電設施為主體，以公共停車場、獨立充電站等公共充電設施為輔的充電服務網絡，并形成城際高速公路為軸線的公共充電設施服務走廊，其中自用、充電設施以慢充為主，專用充電設施采用快慢結合方式，公共充電設施以快充為主。為鼓勵社會資本對充電設施建設的投資，上海市計劃對專用、公用充換電設備，給予投資及運營補貼4。4 30% 的財政資金補貼；公交、環衛運營補貼 0.1 元 / 千瓦時，并設補貼上限。表 3 - 1 電動汽車充電模式圖 3 - 1 上海市新能源車數量規劃規模租賃車公務車物流車公交車環衛車客車私人車2000001600001200

44、0080000400000銷量（輛）201720203 包括二/三輪摩托車。13電動汽車充電負荷對上海市電網的影響 12電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究3.3 上海市電力發展趨勢上海的電力能源結構相對單一，其中火電由煤電、燃油、燃氣以及綜合利用燃料組成。圖 3 - 3 為 2015 年上海本地電源結構，其中包括 65% 的燃煤機組、26% 的燃氣機和 3.6% 的燃油機組。此外還有綜合利用火電的機組，這些機組主要是將城市垃圾焚燒、有機垃圾填埋氣發電等環保用途的電源。5 2014 年 7 月 26 日（周六）日用電量為 4.52 億千瓦時，7 月 30 日（周三）用電量為 5.08 億千

45、瓦時電力消費和電源結構上海電網整體負荷水平一直居于中國前列，最近幾年在電網的建設方面逐步趨于飽和，負荷水平基本保持穩定33。從上海電網的典型負荷曲線可以歸納出上海電網負荷水平的兩個典型特性，第一是電網日負荷的峰谷差較大，第二是年度負荷水平基本穩定，冬夏負荷水平差距較小。這說明上海居民和第三產業負荷比重較大，與人員活動的規律有很強的相關性。上海電網的年度負荷水平呈現冬高峰和夏高峰，其中夏高峰對電網安全的影響較大。上海電網周末的負荷變化規律與工作日的相差不大，工作日與周末的用電量總體相當5?？傮w而言，上海電網用電量較為平穩的特征充分體現了上海的產業結構和發展特點，由于第三產業占比較高，金融、服務業

46、占社會經濟總量的比重顯著上升，人口總量也基本保持平衡，因此用電量呈現平穩的特點?！胺e極引入外部清潔能源、減少本地機組排放”是近年來上海電力能源發展的核心策略，但同時也給本地電網調度運行和管理帶來前所未有的挑戰。近年來，上海電網消納我國西南水電來電容量持續上升并達到 1200 萬千瓦，外來清潔電力的受電比例在部分時段高達 70%。大規模清潔電力饋入疊加上海特大城市電網峰谷用電特性，上海本地機組調停壓力因而顯著增加，電網強饋入、弱開機格局形成34，提升需求側靈活性調節能力勢在必行。用電需求預測近年來，上海市用電需求增速逐步趨緩。根據上?！笆濉彪娏σ巹濐A計，2015 年上海電網最高負荷可以達到

47、3700 萬千瓦，年度用電量可以達到 1715 億千瓦時，但 2015 年上海電網實際最高負荷 2982 萬千瓦，用電量也僅為 1405 億千瓦時，與規劃水平差距較大。根據中經網的統計數據，可繪制出上海電網歷年用電量曲線，并基于歷史數據對 2020 年和 2030 年的用電量數據進行估計（圖 3 - 4）。圖 3 - 2 2015 年上海市冬、夏典型日負荷曲線來源：上海合煌科技，2015.上海市電力負荷（MW）2015 年 7 月 30 日2015 年 12 月 15 日30000280002600024000 22000 20000 18000160001400012000100000123

48、456789101611171218131922142023152124圖 3 - 3 2015 年上海電力能源結構細分情況燃煤燃氣 燃油 綜合利用風電 單位：MW8723.6%743.13.1%563.352.3%1560664.7%631826.2%圖 3 - 4 2020 年上海電網全社會用電量水平估計20012006 20112016電量（億千瓦時）2500 2000 1500 1000 5000 本地發電量 全社會用電量“十二五”規劃預計 用電量增長趨勢15電動汽車充電負荷對上海市電網的影響 14電動汽車在上海市電力系統中的應用潛力研究從圖中可以明顯看出上海市全社會用電量已經出現了趨

49、于飽和的勢頭，而且 2015年上海第二產業用電量同比下降 1.4%，出現 40 年來的首次負增長，所以用飽和趨勢對上海市的用電量進行預估相對合理。直接對數據進行二次擬合可以預計 2016 年全年上海市用電量增速不會超過 1.6%，而且增長率將逐年下降，按此水平預計 2020 年上海用電量約為 1458 億千瓦時。將 2020 年的用電量預測值作為負荷自然增長的規律估計依據，年度平均增長率大約為 0.7%，則 2030 年上海市的年度用電量大約為1560 億千瓦時。最高負荷的情況與用電量指標相似，由于國家經濟轉型和用電供需形勢的變化，上海電網最高負荷在經過“十一五”期間的高速增長后，在“十二五”

50、期間的增速已經放緩，因此可判斷未來 5 年內到 2020 年，上海電網的最高負荷增長速度將進一步放緩，并逐步趨于飽和（圖 3- 5）。根據上海市統計局公布的數據35，雖然 2015 年上海電網負荷達到歷史最高水平，但是從 2011 年開始上海電網最高負荷一直呈現震蕩的趨勢，且已偏離電上海市“十二五”電力規劃中最高負荷的預計。若按照指數規律對飽和趨勢進行預測，到2020 年上海電網最高負荷為 3040 萬千瓦，到 2030 年上海電網最高負荷為 3290萬千瓦。用電需求增速放緩雖然一定程度上降低了供電容量需求，但也意味著上海市本地系統調節空間進一步縮小，導致外來清潔能源電力與本地電源之間的矛盾更