電動汽車是能源互聯(lián)網(wǎng)的五大支柱之一
杰里米·里夫金在著作《第三次工業(yè)革命》中所構(gòu)想的能源互聯(lián)網(wǎng)有五大支柱：一是向可再生能源轉(zhuǎn)型，二是建筑成為微型的發(fā)電廠，三是儲能技術(shù)與建筑廣泛融合，四是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電網(wǎng)成為能源共享網(wǎng)絡(luò)，五是電動汽車融入電網(wǎng)。里夫金所說的電動汽車包括了插電式電動車和燃料電池動力車，他預(yù)測，到2030年，電動汽車充電站和氫能源燃料電動車會普及全球，將為主電網(wǎng)的輸電、送電提供分散式的基礎(chǔ)設(shè)施。還有人預(yù)測，到2040年，75%的輕型汽車將由電動車驅(qū)動。電動汽車的普及將在運(yùn)輸領(lǐng)域掀起淘汰燃油汽車的巨大變革，有力地推進(jìn)能源革命。
電動汽車的普及也將推動能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，掀起能源領(lǐng)域的巨大變革。在里夫金的構(gòu)想中，能源互聯(lián)網(wǎng)是一種依托于可再生能源技術(shù)、通信技術(shù)及自動控制技術(shù)，以可再生能源為主要能量單元，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向信息數(shù)據(jù)的實(shí)時高速交互，涵蓋多類型能源網(wǎng)絡(luò)與交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的新型能源利用體系。處于能源互聯(lián)網(wǎng)中的各個參與主體既是“生產(chǎn)者”又是“消費(fèi)者”。電動汽車作為一種移動式分布式的儲能設(shè)施，未來將與扁平化、分散式、合作化的能源交互網(wǎng)絡(luò)連接在一起，體現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵特點(diǎn)，并成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要支柱。
中國能源革命的實(shí)質(zhì)是可再生能源替代化石能源成為主體能源，最終目標(biāo)則是淘汰化石能源。電動汽車能夠?qū)崿F(xiàn)電能對于終端一次化石能源的高效替代，使交通體系逐漸電氣化，實(shí)現(xiàn)交通體系與電力體系的耦合，隨著電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥稍偕茉礊橹黧w，逐步實(shí)現(xiàn)交通低碳化和近零碳排放。
電動汽車從五方面體現(xiàn)了能源互聯(lián)網(wǎng)的核心特征
移動式分布式儲能的獨(dú)特功能
電動汽車既是交通工具，也是用電設(shè)施，同時也是儲能設(shè)施。以特斯拉model s為例，作為一個交通工具，它的續(xù)航里程可以達(dá)到480千米；作為用電設(shè)施，它連接上普遍的家用交流充電樁，其用電容量為8.8千瓦；作為儲能設(shè)施，它可以存儲85千瓦時的電量。電動汽車在與電網(wǎng)的交互過程中，既可以在電價(jià)低時充電起到電網(wǎng)低谷負(fù)荷的作用，又可以在電價(jià)高企時，向電網(wǎng)送電，參與電網(wǎng)調(diào)峰，從而成為能源互聯(lián)網(wǎng)中的產(chǎn)消者（prosumer）。有研究表明，一般的電動車處于非行駛狀態(tài)的時間大約是96%，在這些時間里它都可以發(fā)揮儲能設(shè)施的作用。按里夫金的估計(jì)，電動汽車提供的電能將達(dá)到美國全國電網(wǎng)電能存量的4倍，在電力價(jià)格高企時，只需把25%的電回輸?shù)诫娋W(wǎng)就可以代替全國所有的常規(guī)發(fā)電廠。
實(shí)現(xiàn)通信設(shè)施全覆蓋
能源與通信的深度融合是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心特征。由于電動汽車和充電樁未來必須實(shí)現(xiàn)通信設(shè)施全覆蓋，確保精確計(jì)量和實(shí)時通信，從而使電動汽車超越其他用電設(shè)施率先實(shí)現(xiàn)能源網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，實(shí)現(xiàn)車輛的位置信息、初始電量、充電需求等信息實(shí)時接入互聯(lián)網(wǎng)。電動汽車作為一種用電設(shè)施以及作為儲能設(shè)施，與其他電力供應(yīng)者和其他電力需求者之間能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時通信，從而構(gòu)筑了能源互聯(lián)網(wǎng)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
有利于可再生能源消納
電動汽車充電樁所用的電既可以從電網(wǎng)下載，也可以直接取自太陽能光伏。光伏與充電樁結(jié)合形成光伏充電站，是電動汽車促進(jìn)可再生能源消納的最直接的物理形態(tài)。未來，城市里的停車場與屋頂分布式光伏相聯(lián)通，可以成為光伏充電站的電源。在高速公路上，服務(wù)區(qū)及公路旁邊的光伏電站都可以成為光伏充電站的電源。電動汽車還可以通過綠電直購?fù)七M(jìn)可再生能源消納。
體現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”
國發(fā)[2015]40號文件《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》中強(qiáng)調(diào)，將互聯(lián)網(wǎng)作為生產(chǎn)生活要素共享的重要平臺，最大限度優(yōu)化資源配置，加快形成以開放、共享為特征的經(jīng)濟(jì)社會運(yùn)行新模式。在目前的生活中，Uber和滴滴打車對現(xiàn)有車輛資源實(shí)現(xiàn)開放共享已經(jīng)成為“互聯(lián)網(wǎng)+”的重要典范。能源互聯(lián)網(wǎng)+電動汽車則可以實(shí)現(xiàn)電動汽車在智能化軟件的引導(dǎo)下，整天穿梭在城市的大街小巷，一方面接送乘客，一方面隨時準(zhǔn)備抓住電力市場的賺錢機(jī)會，為客戶提供光伏消納、需求響應(yīng)、應(yīng)急供電、調(diào)峰調(diào)頻等服務(wù)。
激活電力市場
電力市場中的充電樁將是最先實(shí)現(xiàn)分時電價(jià)的用能設(shè)施，未來每一個充電樁、每一個充電站都是一個微型的售電商，它們根據(jù)地理位置、時段、供電資源乃至電網(wǎng)阻塞情況的不同可以設(shè)計(jì)不同的價(jià)格。通過隨處可及的充放換電設(shè)施，電動汽車可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力市場中提供需求響應(yīng)、備用、調(diào)峰、調(diào)頻等服務(wù)，賺取收益。電動汽車將是激活電力市場的最活躍、最重要的增量因素。
電動汽車融入能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)
充放換電設(shè)施
電動汽車充電樁是電動汽車的能量補(bǔ)給裝置，要實(shí)現(xiàn)對車用動力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給。從技術(shù)上分類，直流快充樁充電時間短，在公共充電站應(yīng)用率高，普通交流充電樁充電時間長，適合作為車主在住宅小區(qū)的專用充電樁。充電樁作為市民購電終端，要能實(shí)現(xiàn)計(jì)時、計(jì)電度、計(jì)金額充電等功能，還要實(shí)現(xiàn)用戶用手機(jī)付費(fèi)，這要求充電樁的電量精確計(jì)量功能和通信功能都要十分強(qiáng)大。放電樁則還可以實(shí)現(xiàn)電動汽車向電網(wǎng)送電功能。除對整車進(jìn)行充電的模式之外，還可以將電池與車身分開后充電，也即車電分離。動力電池的充電是在電池架上完成的，通過快速更換設(shè)備將車輛的動力電池取下，并即刻更換另一組動力電池。
基礎(chǔ)通信設(shè)施
與普通用電設(shè)施相比，電動汽車的通信能力要強(qiáng)大很多。普通用電設(shè)施主要是通過電表實(shí)現(xiàn)計(jì)量用電量的功能，有些加裝負(fù)控終端實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷的動態(tài)監(jiān)測。而電動汽車則已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)功能的深度融合，電動汽車的電池管理系統(tǒng)就包括物聯(lián)網(wǎng)芯片，它是實(shí)現(xiàn)電池精確計(jì)量功能的必要環(huán)節(jié)，由于汽車是可移動的，所以物聯(lián)網(wǎng)芯片還采集位置信息。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，電動汽車加裝通信卡就能很方便地實(shí)現(xiàn)接入互聯(lián)網(wǎng)。上海市對所有政府補(bǔ)貼的新能源汽車進(jìn)行監(jiān)測，可以監(jiān)測到每一個電動汽車的實(shí)地位置信息、當(dāng)前電池電量信息、每天每次的行駛里程信息等。特斯拉的電動汽車都加裝物聯(lián)網(wǎng)芯片，采用聯(lián)通3G聯(lián)網(wǎng)，可以通過手機(jī)APP設(shè)定充電時間。通過擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)芯片的功能，電動汽車能夠?qū)崿F(xiàn)與充放電樁的通信、與其他車的通信以及與道路各類設(shè)施的通信，這樣就可以很方便地用軟件對充放電進(jìn)行遠(yuǎn)程管控，未來也能運(yùn)用于自動駕駛，延展出許多功能軟件。
光伏充電站
光伏充電站也已經(jīng)從概念轉(zhuǎn)化成了實(shí)物。北京市首個太陽能光伏公共充電站，位于北京CBD地區(qū)華茂中心停車場。其太陽能電站裝機(jī)容量目前為25千瓦，充電樁共有100臺。雖然光伏充電站所發(fā)電量遠(yuǎn)不能滿足這么多充電樁的用電需求，但該部分光伏發(fā)電直接銷售給電動汽車，其電價(jià)和服務(wù)費(fèi)合計(jì)可達(dá)1.37元/千瓦時。這個價(jià)格使光伏可以不需要國家補(bǔ)貼就能實(shí)現(xiàn)盈利，這對于城市發(fā)展光伏具有非常重要的意義。
無線充電
無線充電技術(shù)利用電磁感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)以無線方式對電動汽車進(jìn)行電量補(bǔ)給。電磁感應(yīng)器埋在地下，電動汽車上安裝接受器，車開上去自動充電，車離開后，又自動關(guān)閉。2014年9月，國內(nèi)第一條新能源汽車大功率無線充電公交商用示范線在湖北襄陽正式啟動并投入運(yùn)營。此次投入運(yùn)行的公交車無線充電裝置總功率為60千瓦，每分鐘可充6千瓦時電。該條線路單程距離為17千米，理論上充4分鐘就可跑完單程。襄陽這條線是由中興通訊股份有限公司與東風(fēng)汽車公司聯(lián)手打造的。對公交系統(tǒng)而言，無線充電有這樣幾個優(yōu)勢：一是電動大巴車的電池續(xù)程里程不必那么高，可以大大降低電動大巴的費(fèi)用；二是不再需要中午安排時間充電，提高大巴車的使用效率；三是不再需要集中式的大型充電站，而是利用各個公交車站的充電設(shè)施實(shí)現(xiàn)分布式充電，大大減輕了對電網(wǎng)的影響；四是公交車站的上下車停靠車位經(jīng)過改造就可以實(shí)現(xiàn)無線充電，克服了集中充電站用地難的問題；五是無需人工插拔充電槍，不受泥沙和水浸的影響，安全性明顯提高。無線充電技術(shù)首先在行駛路線基本固定的公交線路上實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)用，并有望向小型乘用車領(lǐng)域擴(kuò)展。
無人駕駛技術(shù)
除了谷歌公司著名的無人駕駛汽車已經(jīng)進(jìn)行幾年的路測之外，近期國內(nèi)的宇通公司和百度公司分別表示取得了巨大突破。2014年8月29日，宇通公司研發(fā)的自動無人駕駛大客車在鄭州—開封的城際快速路上，在其他車輛、行人正常通行的全開放環(huán)境下行駛32.6千米，途經(jīng)26個信號燈路口，全程無人工干預(yù)。2015年10日，百度公司的無人駕駛車實(shí)現(xiàn)城市、環(huán)路及高速道路混合路況下的全自動駕駛。該車往返全程均實(shí)現(xiàn)自動駕駛，并實(shí)現(xiàn)多次跟車減速、變道、超車、上下匝道、調(diào)頭等復(fù)雜駕駛動作。無人駕駛技術(shù)的意義不僅在于駕駛者省去了操控汽車的煩擾，而且使未來汽車自己去充電和換電成為了可能。
多元價(jià)格利好電力現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場
電動汽車可以接在工商業(yè)客戶、居民客戶等各類負(fù)荷的末端，享受不同電價(jià)。由于電動汽車是可移動的，當(dāng)其數(shù)量很大時，目前的分類定價(jià)制迫切需要改變。電動汽車充電樁因其精確計(jì)量功能和發(fā)達(dá)的通信功能，可以實(shí)現(xiàn)一樁一價(jià)，而電動汽車充電業(yè)務(wù)恰恰是培育多元化電力現(xiàn)貨價(jià)格體系的溫床。
光伏供電的充電樁
城市樓宇屋頂?shù)姆植际焦夥话銇碚f只占樓宇總負(fù)荷的一小部分，但天亮到9時上班之間的時間里樓宇負(fù)荷很小，周末時間寫字樓的負(fù)荷也很小。這些時間段屋頂光伏如果采用余量上網(wǎng)模式，其上網(wǎng)電價(jià)大約是0.4元／千瓦時左右，如果這段時間以優(yōu)惠的價(jià)格鼓勵電動汽車充電，那么就會雙贏。這段時間的充電未來還會鼓勵換電模式。
電網(wǎng)供電的充電樁
電網(wǎng)公司也需要制定差別化的電價(jià)以調(diào)控城市內(nèi)不同地區(qū)、不同時段的充電規(guī)模。在傍晚6~9時之間，由于光伏發(fā)電停止，而晚上又是居民用電高峰，電網(wǎng)公司的負(fù)荷壓力很大。從售電策略的角度，這段時間有必要給電動汽車充電定較高的價(jià)格，避免其搶負(fù)荷，加劇電網(wǎng)壓力。對于城市里的重載變壓器區(qū)域，對電動汽車充電設(shè)置較高的價(jià)格，以避免變壓器被燒毀；而在輕載變壓器區(qū)域，可以對電動汽車充電設(shè)置優(yōu)惠價(jià)格，鼓勵電動汽車前來充電。
與商業(yè)地產(chǎn)融合的充電樁
在停車場、餐廳、賓館等處與商業(yè)地產(chǎn)融合的充電樁有可能采用特殊的充電服務(wù)戰(zhàn)略，比如免費(fèi)策略。市場還能夠?yàn)殡妱悠噮⑴c電力輔助服務(wù)提供多元價(jià)格。應(yīng)急供電首先可以為電動汽車開出較高的價(jià)格。當(dāng)用電客戶出現(xiàn)故障停電事故，或計(jì)劃停電卻又迫切需要應(yīng)急供電的時候，他們可以不再像以前那樣要求電力公司開發(fā)電車前來保供電，而是用“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式邀請若干電動汽車前來接上充放電樁，提供應(yīng)急供電。顯然，客戶能夠?yàn)榇烁冻鲞h(yuǎn)高于市場電價(jià)的費(fèi)用。由于這個費(fèi)用遠(yuǎn)低于客戶建設(shè)第二回路、第三回路的費(fèi)用，電動汽車為客戶提供備用也會有越來越多的市場需求。市場會為阻塞電價(jià)開出遠(yuǎn)高于普通電價(jià)的價(jià)格，這也是電動汽車可以發(fā)揮作用的場合。隨著電池成本的快速降低，電動汽車參與調(diào)峰調(diào)頻等利潤空間也會逐漸顯現(xiàn)。
電動汽車融入能源互聯(lián)網(wǎng)的四個層次
第一個層次是實(shí)現(xiàn)車樁匹配。這個層次主要是近十年左右，在電動汽車和充電樁資源數(shù)量不斷增長的狀況下，基于互聯(lián)網(wǎng)匹配充電車輛和充電樁資源，使電動汽車實(shí)現(xiàn)方便快捷的充電。
第二個層次是繁榮電力市場。這個層次的基礎(chǔ)是城市分布式光伏的大規(guī)模發(fā)展和售電市場的放開。電動汽車基于互聯(lián)網(wǎng)，充分利用電力市場的實(shí)時電價(jià)政策，選擇合適電價(jià)的充電設(shè)施進(jìn)行智能充電，其效果是車主的用電成本更加優(yōu)化，電動汽車作為低谷負(fù)荷為電網(wǎng)削峰填谷并起到需求響應(yīng)的作用，以及有效消納城市分布式光伏的作用。
第三個層次是參與輔助服務(wù)。這個層次所需要的關(guān)鍵技術(shù)是儲能成本的大幅度快速下降。此時，電動汽車向電網(wǎng)或用電客戶送電在合適的價(jià)格下具有了經(jīng)濟(jì)性。在繁榮的電力市場中，電動汽車借助互聯(lián)網(wǎng)軟件參與輔助服務(wù)，向電網(wǎng)公司、售電公司以及終端用電客戶提供應(yīng)急供電、需求響應(yīng)、備用、調(diào)峰、調(diào)頻等服務(wù)，賺取收益，電動汽車可以成為實(shí)現(xiàn)能源共享的最活躍的要素。
第四個層次是實(shí)現(xiàn)智能集成。這個層次的關(guān)鍵技術(shù)是無人駕駛技術(shù)的成熟和推廣。汽車可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛狀態(tài)下自行到達(dá)充電樁自主充電，可自主到達(dá)換電站更換電池，也可以對車主以外的其他人進(jìn)行定點(diǎn)接送。在強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)軟件的支持下，車輛除了接送車主出行外，整天穿梭在城市中，為乘客提供專車服務(wù)，同時靈活地選擇充放換電，并通過參與電力現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場向電網(wǎng)和用電客戶收取服務(wù)費(fèi)。電動汽車的作用是實(shí)現(xiàn)智能集成，成為能源共享經(jīng)濟(jì)的旗手，成為能源互聯(lián)網(wǎng)的最佳標(biāo)志性代表。
注：本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（綜合）2016年2期，作者系清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院政策研究室主任
