新能源与电动汽车协同发展战略研究+总报告摘要

新能源发电与电动汽车 协同发展战略研究

国家发展和改革委员会能源研究所

国家可再生能源中心

清华大学

Energy & Environmental Economics

能源基金会

2017年7月

课题组长

王仲颖国家发展和改革委员会能源研究所，副所长

国家可再生能源中心，主任

课 题 组

刘 坚国家发展和改革委员会能源研究所，国家可再生能源中心，博士赵勇强国家发展和改革委员会能源研究所，国家可再生能源中心，副主任胡泽春清华大学电机系，副教授

欧训民清华大学中国车用能源研究中心，副教授

吴广磊清华大学电机系，研究员

袁杰辉清华大学中国车用能源研究中心，博士

Frederich Kahrl Research Fellow,Energy & Environmental Economics. Inc.

Ouyang Jasmine Research Fellow,Energy & Environmental Economics. Inc.

能源基金会项目组

芦 红清洁电力项目组，可再生能源项目主任

龚慧明交通项目，主任

王 曼清洁电力项目组，可再生能源项目经理

致谢

此项研究受能源基金会资助，由国家发展和改革委员会能源研究所、国家可再生能源中心、清华大学及美国E3公司（Energy & Environmental Economics.Inc.）合作撰写。中国电动汽车百人会、中国汽车工程学会、北京理工大学、苏州工业园区管委会、星星充电、中关村储能联盟对本课题提供了部分数据及信息支持，在此表示感谢。

新能源发电与电动汽车协同发展战略研究

摘 要

研究背景

新能源与电动汽车行业均为我国战略性新兴产业，也是推动能源革命的核心内容。目前我国已是全球最大风电、太阳能发电及电动汽车推广应用国家，新能源与电动汽车的发展有力推动了中国能源转型与产业升级，但市场高速发展的同时两者也面临着日益严峻的挑战。随着大量风电、太阳能发电接入电网，部分地区出现了大规模弃风、弃光现象。与此同时，由于当前中国电源结构以火电为主，在中国大规模发展电动汽车一直存在全生命周期内是否环保的争议。但随着两者规模化发展，新能源发电与电动汽车存在巨大协同发展潜力。首先，电动汽车的有序接入将提高电力系统对波动性可再生能源电力的消纳能力，减少弃风、弃光电量，降低发电成本及污染物和碳排放水平；其次，对电动汽车充电负荷的有序引导将降低电力系统负荷峰谷差，提高发电机组运行效率，节约发电容量投资及燃料成本；第三，电动汽车灵活充放电可作为系统辅助服务资源，降低系统辅助服务成本；第四，对电动汽车充电进行有效管理将一定程度避免或延缓输配电投资成本。总而言之，两者协同既可降低新能源限电，又可降低电动汽车综合排放，还可显著提高电力系统运行效率和经济效益，实现多方共赢发展。

因此，在现有分别针对新能源或电动汽车与电网之间互动关系研究的基础上，本研究报告基于中国能源、交通政策体系与产业发展环境，从电力供需两侧变革和电力系统整体优化层面出发，深入分析新能源发电与电动汽车之间的关联，量化评估新能源发电，特别是大规模波动性的风电、光伏发电与电动汽车协同的技术潜力，系统研究两者协同发展经济性，展望两者协同发展的前景，提出推动协同发展的路线图、价格政策、市场机制、产业协调及基础设施布局等相关政策建议。

II

新能源发电与电动汽车协同发展战略研究

协同潜力和途径

研究报告分别从规模、时间、模式、布局四个因素，逐一分析了风电、光伏发电与电动汽车之间的协同潜力。研究发现，2016年全国弃风电量可满足超过1000万辆电动乘用车全年充电量需求。按照2030年全国电动汽车保有量达到8000万辆的预测，电动汽车每年充电需求将达到4100亿千瓦时，理论储能容量达到7亿千瓦/55亿千瓦时，其功率储能容量约为目前全国抽水蓄能装机总量的27倍。高比例发展情景下，2030年风电、光伏发电装机分别达到10亿和11亿千瓦，风电和光伏日均发电电量将达到99.5亿千瓦时，则仅电动乘用车的有效储能容量即可满足49%波动性可再生能源日发电量的存储。未来大规模风电、太阳能发电对系统平衡的最大挑战是日内2~4小时调峰需求，而电动汽车充放电功率、时间和电池储能容量可充分提供电力系统的日内调峰资源。然而，若不对电动汽车充电进行管理或引导，电动汽车充电负荷非但无法帮助可再生能源发电并网消纳，反而会导致电力系统调峰压力增加，进而加剧可再生能源弃电问题。若采取有序充电、车辆与电网双向互动（V2G）、退役电池储能等并网方式，该电动汽车储能潜力可得到充分释放，电力系统对可再生能源的消纳能力将显著提升。布局方面，虽然中国可再生能源发电与电动汽车呈反向布局的特点，但不构成阻碍两者协同发展的根本制约。此外，随着中东部分布式光伏、分散式风电大规模发展，特别是各类“光伏+”将更加贴近终端用户电力消费场景为两者协同提供了巨大空间。

图1对2030年京津唐地区两种可再生能源发展情境下电动汽车减少弃电的效果进行了对比。

率

电

限

图12030年津京唐地区电动汽车协同减少可再生能源弃电效果

III

新能源发电与电动汽车协同发展战略研究

IV 不难看出，若不对电动汽车充电进行管理或引导，在电动汽车快速发展的情况下，京津唐电

网的调峰压力将明显增加，从而加剧当地可再生能源弃电压力。相反，若根据发电侧出力特性，对车辆充电进行有序引导，弃风、弃光水平将明显降低。相比之下，在近中期可再生能源发电常规发展规模下，仅凭车辆有序充电的方式即可有效实现系统降低弃电的目标。而当中长期可再生能源发电占比进一步提高后，有必要采取V2G或退役电池储能的方式以保持较低的可再生能源弃电水平。总之，单一有序充电虽可明显提升可再生能源并网率，但仍存在一定弃电，采用V2G可进一步降低弃风率，但完全消除弃风仍需增加退役电池储能等方式。从推进时序而言，近中期电动汽车有序充电可有效降低可再生能源弃电水平；未来随着可再生能源发电在电源侧渗透率不断提升，有必要采用V2G或退役电池储能方式以充分挖掘电动汽车灵活性调节潜力。

电力系统协同效益

在电力系统层面，本研究显示在高比例可再生能源发展情景下，电动汽车与电网互动可为京津唐电力系统带来57-170亿元/年的能量价值。若进一步考虑电动汽车带来的避免发电及输配电容量、提供辅助服务及减少温室气体排放等方面价值，则电动汽车产生的系统综合效益将明显大于其灵活运行成本，特别是分时电价下的电动汽车有序充电在近中期是性价比最高的协同方案（图2）。

图2 2030年京津唐地区高比例可再生能源情景电动汽车系统价值