电动汽车_V2G技术_的节能减碳价值研究

(浙江工业大学政治与公共管理学院,浙江杭州310023)

【摘要】V2G（Vehicle-to-grid）是电动汽车与智能电网间的双向互动技术，随着低碳交通的提出和发展，V2G技术将成为新能源汽车中最具发展前景的领域。本文就V2G技术双向互动、高效协调、互利共赢等特点做了全面介绍，对电动汽车（V2G技术）促进CO2减排、整合可再生能源、平衡电网峰谷等一系列节能降碳作用进行研究，并分析了V2G如何为电动汽车车主创造经济效益。最后，文章从技术创新、终端市场培育、导向等方面对V2G技术的发展将引领一场传统汽车工业的低碳进行阐释。【关键词】V2G技术；电动汽车；节能降碳；经济效益【中图分类号】F062.4【文献标志码】A【文章编号】1003-0166(2012)05-0036-05doi:10.3969/j.issn.1003-0166.2012.05.008在应对气候变化的国际环境下，减少温室气体排放已经成为人类不可推卸的责任。交通运输作为我国高能耗、高污染行业，在气候变化、能源紧缺和能源安全等多重压力下，也不得不开始进行低碳技术的研发与利用。2011年，我国的“十二五”规划明确提出“树立绿色、低碳发展理念”，将新能源汽车列入重点培育发展的“七大战略性新兴产业”，我国新能源汽车将正式迈入产业化发展阶段。最近，《节能与新能源汽车产业规划（2011-2020年）》也即将出台，该规划将对新能源汽车未来10年的发展做出更全面、详细的部署，我国试图以新能源汽车的发展来引领和推动一场传统汽车工业的低碳。作为新能源汽车主要组成部分的电动汽车，集低碳、清洁、高效等多重特点于一身，将在中国面临难得的发展机遇，而先进的“汽车到电网（V2G）”技术也日益成为人们关注的焦点。1势“V2G技术”的特点和发展趋V2G是vehicle-to-grid的简称，翻译为“汽车到电网”，是电动汽车与电网之间的双向互动技术。V2G技术实现了电动汽车与智能电网之间的“智能”沟通和协调连接，从而构建了电动汽车充电的最优化模式：当车载动力电池需要充电时，电网自动为汽车进行充电；当汽车暂停使用时，车基金项目:国家自然科学基金（项目编号：70973113）；浙江省社科联研究课题（项目编号：2010N20）作者简介:欧雯雯叶瑞克浙江工业大学政治与公共管理学院硕士研究生，研究方向:低碳经济与可持续发展浙江工业大学绿色低碳发展研究中心副主任，浙江工业大学讲师，科学技术哲学硕士，研究方向:低碳发展、区域经济、科技研究鲍健强教授，浙江工业大学政治与公共管理学院院长，国际能源经济学会中国委员会常务理事，研究方向:低碳经济与可持续发展36／未来与发展／2012／第5期

产业发展载电池中的余电返销给电网。通过“在用电波谷时段充电，在用电波峰时段售电”这一高效的充放电策略，不仅可以平衡电网供电，还能使电动汽车用户作为电力供应者而获得经济收益，如图1。V2G系统的运行过程的进行是自动的、智能化的，并体现出双向互动、高效协调和互利共赢等特点。是将处于停驶状态并且数量足够多的电动汽车接入智能电网，将其作为可移动的分布式储能装置，在满足电动汽车用户行驶需求的前提下，将剩余电能回馈到电网。的准确性和速度。1.3互利共赢：高效的充放电策略使汽车用户、电网和汽车企业共享利益V2G技术最吸引人的一个特点是，能够将电池的充放电进行统一部署，利用“在用电波谷时段充电，在用电波峰时段售电”这一高效的充放电策略，使电动汽车用户、电网企业以及汽车企业共享利益。对电动汽车用户而言，在实行浮动电价的前提下，选择在低电价时给车辆充电，在高电价时将电动汽车储存能量出售给智能电网，利用其中的价差来获得现金补贴，降低置换电动汽车的使用成本；对于电网公司而言，电动汽车可作为可移动储能装置和调峰系统，在电力供应富余时充电，提高电力的利用效率，在用电紧张时放电，缓解用电压力，延缓电网建设投资，提高电网运行效率和可靠性；对于汽车企业而言，目前面临着电动汽车短时间内不能大量普及的困境，一个重要原因就是电动汽车的成本过高，V2G技术的使用则能使电动汽车的使用成本有效降低，降低电动汽车用户的负1.2高效协调：聚合技术为V2G发挥快速调峰功能提供了条件所谓信息聚合技术就是在传输数据的同时对数据进行处理、传输与融合并行的一种技术，它的实体形式1.1双向互动：智能电网为实现汽车被称为聚合器。一般来说，传统的调峰、调频对自动发电量控制信号很难在短时间内做出准确地响应，要求电网调度有更大的响应功率储备裕度。担，反过来必然会推动电动汽车的大力发展，汽车企业也将迎来新的发展契机。与电网的交互奠定了基础所谓智能电网，即电网的智能化，它建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，快速响应电力市场和企业业务需求，为用户提供可靠、经济的电力服务。用户与电网进行的自适应交互，即信息的高效获取和传递是智能电网最具特色的功能。通过高度集成的信息系统，一方面可以全面监控电网动态，掌握电力设施运行状况；另一方面，可以双向传输电网和电力用户之间的智能数据，实行动态的浮动电价制度。因此，V2G系统可以最终实现客户需求、电网状态、车辆信息、计量计费等信息在电动汽车与智能电网之间的交互传递，实现了电网与汽车之间的双向互动。这种双向互动既有用户与电网的交互，又有用户与车辆的交互。有赖于智能电网的信息传递功能，在V2G系统中，能量可以双向、实时、可控、高效地在汽车和电网之间流动。在受控状态下，电动汽车不仅可以作为电力消费体，还能在电动汽车闲置时可作为绿色能源为电网提供电力。具体来说，就V2G系统中，每辆电动车可以理解为一个智能电网的分布式储存单元，在用电高峰时段放电，以替代调峰电厂的作用。显然，单辆电动汽车的动力电池却远远无法满足调峰的需要，但由信息聚合技术联合起来的众多电动汽车却可以做到。由于信息聚合技术能对数据进行准确处理和传输，2“V2G技术”的节能降碳作用以及所带来的经济效益V2G作为一种构建电动汽车与智能电网之间互动关系的技术，具有重要的社会价值和深远的战略意义。首先，电动汽车使用的规模化，能够直接降低汽车使用周期内的CO2以及其他污染物排放，有效缓解目前城市空气污染问题；其次，通过V2G技术能够整合可再生能源，平衡电网峰谷负荷与空载，从而提高能源使用效率。最后，V2G技术还能够让电动汽车通过调峰而获取可观的经济效益。V2G系统就能够对调频、调峰命令做出快速而准确的响应，从而减少功率储备裕度。从V2G对调峰指令的反应速度来看，通过信息聚合技术，具有双向功率调节功能的电动汽车车载动力电池对调峰信号的反应速度快达1/20秒，而传统调峰电源如火电厂在接到调峰信号后，则需要一定的启动时间，响应时间则可能需要30秒、1分钟，或长达几分钟。通过信息聚合技术，可以使分散的资源规模化，从电网角度来看，就好像只有一个单独实体参与提供服务，大大提高了V2G系统响应电网调峰指令2.1扩大电动汽车规模，促进CO2减排传统汽车碳排放是人类碳排放的主要来源之一，据科学家的测算，全球汽车每年向大气层排放的CO2约为40多亿吨，占人类碳排放总量的20%，已经超过了工业领域的排放量，而以电力驱动的电动汽车则是实现交通低碳化的关键技术之一。37/未来与发展／2012／第5期

产业发展与传统燃油汽车相比，电动汽车具有更高的能源利用效率，对传统燃油汽车和电动汽车“从矿井到车轮”能量效率分析表明，电动汽车的能源利用效率比传统燃油汽车高出46%以上。更值得关注的是，应用V2G模式的电动汽车由于动力装置的区别，以电动机取代燃油机，使用清洁的二次能源电能为汽车提供动力，在行驶过程中并不会产生CO2排放，即使我们考虑到电力生产过程的C02排放，相较于传统汽车而言，纯电动汽车也具有13%～68%的碳减排潜力，而混合动力电动汽车的碳减排能力也能达到30%，如图2。网所面临的瓶颈日益显现出来。不仅技术尚未完全成熟，且投资规模巨大。V2G的一项重要功能是帮助可再生能源导入电网，将分散的、暂时不用的可再生能源收集在车载电池上，等电网又需要时再整体返销出去。2009年3月，素有“风车王国”之称的丹麦在博恩霍尔姆岛创建了智能电网的检证项目，将岛上每个家庭的电动汽车作为一个个终端接入电网，作为家庭储电设备使用。在风力强，风电发电能力超过日常用电需要时，电动汽车作为储电设备存储一部分电力；而在风力弱，发电能力满足不了用电需要时，电动汽车就作为供电设备使用，成为风力发电的补偿。目前丹麦全国风力发电已经占总电V2G技术能在用户和电网之间搭建实时信息交流的平台，通过让电动汽车参与削峰填谷的方式来提高电网的效率。在用电高峰、供电紧张的白天，电动汽车可作为良好的分布式调峰设备，集体为电网供应蓄电池内的余电，代替调峰电厂起到平衡电网峰谷负荷的作用。同时，电动汽车不仅能够有效缓解用电高峰时电网的压力，避免产生输电阻塞、电力短缺等现象，还由于其更贴近用户，在能量转换后就可以进行高效利用，能有效避免远距离输电带来的输变电损失和输热损失，综合利用率可高达2.2整合可再生能源，实现电力来源排放水平减排潜力75%~90%[5]。而在用电低谷、供电充足的夜间，电动汽车就可以选择充电模式，集体存储电能，解决传统电网所100806040200传统燃油汽车3013*-68*1007032HEVBEV面临的电能空耗的现象。以广东省为例，电网在夏季的平均峰谷负荷可达2000万kW以上，谷电就能满足600万辆电动车夜间充电的需求。通过V2G技术的应用，不仅能平衡电网峰谷负荷，还能使发电厂所供应的电能得到充分利用，从而提高电网稳定性和高效性。注：以传统燃油汽车CO2排放水平作为基准测算，*煤电情景（假设电能完全来自煤炭发电）**天然气情景（假设电能完全来自燃气发电）图2电动汽车与燃油汽车减排潜力比较[1]清洁、多元化我国的能源消耗以煤炭为主，“高能耗、高污染、高排放”，2010年，我国煤炭消费量在一次能源消费结构中所占比例为76.49%，碳排放量高达157420万吨[2]。在电力生产方面，我国目前也主要以火力发电为主，电力部门的CO2排放问题异常严重。随着能源消耗的逐步加快，只有大力发展可再生能源，才能满足未来经济发展对能源的需求。但是，可再生能源资源分散、存储困难，以新能源和可再生能源为主的小型发电装置，如光伏发电、风力发电等，往往具有功率输出的随机性和波动性的特点。以风电为例，截至2009年底，我国1/3的风电机组处于闲置状态，而所建风力发电厂中的60%以上能量都因为不够稳定而不能接入电网，造成资源的极大浪费[3]。传统的解决方法是采取、隔离来处理分布式电源。然而，随着新能源的急速扩张，电力的20%。可见，V2G技术对可再生能源的整合应用，为清洁的可再生能源的充分利用创造了条件，也使电力来源更加的多元化，对能源结构的低碳化产生积极的作用。2.4效益利用最优充放电模式，获取经济V2G的最优充电状态是在用电波谷时段充电，在用电波峰时段返销给电网，通过峰谷价差，获得经济效益，这也是V2G技术最为吸引人眼球的地方。根据美国特拉华大学的一项研究，美国人每天平均行驶35英里的车程，一辆汽车将被车主使用10年，总共将行驶127750英里的路程。首先，汽车成本核算。在美国，花2.3平衡电网峰谷负荷，提高电网稳定、高效性近年来，随着社会用电量的急剧增加，全国累计发电装机容量也逐年上升。与此同时，城市电网也面临着日益严重的峰谷差问题，北京和上海等城市的峰谷差率就已经高达40%~39000美元可以把普通车辆改装成V2G电动汽车，或者可以选择以首付为9000美元，利率为6%，84个月付清的方式购买全新的V2G电动汽车。该研究通过对汽油动力汽车、（非插入式）混合动力汽车以及eBox电动汽车的比较得出，电动汽车的整体运营成本比汽油动力汽车要低40%。其次，汽车收益核算。美国上班族的汽车处在停泊状态的时间平均是22个小时，这为电动汽车参与调峰提供了充足的时间条件。根据美国PJM公司2008年9月15日当天的电动汽50%[4]。一方面，由于大城市用电高峰持续增长，迫使电力企业不断新建发电机组，以满足用电高峰的需求；另一方面，夜间的用电低谷则会导致大量谷电的浪费，而电力企业的各种调峰填谷技术方案也往往面临着能源效率低、设备损耗大或投资额高等问题。例如，抽水蓄能电站，能源效率仅有70%左右，而且对地理位置要求较高；而蓄能效率较高的电池蓄能电站38／未来与发展／2012／第5期

产业发展车参与电网服务的净收益记录，平均每小时每兆瓦净收益为49.87美元，聚合器服务费用大约为收入的1/3，V2G电池功率为20kW，50辆电动车相当于1兆瓦，计算可得，每辆车每小时V2G收入为0.67美元（49.87美元×（1-1/3）/50＝0.67美元）。通过10年的运行，电动汽车可以获得的总收入为53801美元（0.67美元×22小时×365天×10年=53801美元）。通过成本———效益分析比较可得，在汽车维护和行驶成本方面，电动汽车要比汽油动力汽车相对低其他一些机构也涉足了V2G的研究，如美国国家可再生能源实验室、美国太平洋电力公司等[7]。V2G技术的深入发展，将引领起一场别开生面的传统汽车工业的低碳。性能产品，如比亚迪等。同时，在电动汽车研发上具有较多专利和设计储备优势的外资企业也开始积极投身中国的汽车市场。但是，跟传统常规汽车相比，由于商业化模式尚未形成，市场上电动汽车还存在着价格普遍偏高的问题，这也使得V2G技术3.1提研发技术创新是发展V2G的前随着电动汽车的不断推广以及智能电网建设工作的不断展开，V2G技术越来越受到社会的关注。虽然，在经历了“八五”期间的国家科技攻关项目、“九五”期间的国家重大科技产业工程项目和“十五”期间的电动汽车重大科技专项3个阶段之后，中国在电动汽车技术领域取得了一系列的科研成果，但是V2G技术目前仍处于研究的起步阶段，仍然面临着诸多问题，如智能电网建设工作才刚刚起步，这是制约V2G发展的首要原因；配套的基础设施建设相对较为滞后，没有建成一个便捷的充电网络和终端电力及信息交换设备；电动汽车的电池技术和使用寿命也有待提高等。因此，在短期内，电动汽车以及的发展前提堪忧。因此，在将V2G技术的智能充电过程融入商业化运作理念的同时，首先要及时激发终端消费者的购买热情，培育电动汽车的终端市场。目前，已经有很多国家在电动汽车市场推广上制定并实施了大力度的、持续的补贴措施。在具体安排上，除了补贴和税费减免之外，还可考虑建立与汽车能耗和污染排放挂钩的长效税收机制，增加传统燃油汽车的使用成本，激发消费者购买和使用电动汽车的积极性。40%左右。如果将V2G模式的净收益也考虑进去，那么电动汽车的优势就更加明显，如表1。正如美国学者LeonardJ.Beck所说，“实质上，从V2G服务上取得的收入就可以支付车辆的一切款项。因此，买方不仅无需付费就可以获得全新的电动车，还可以享受无需维修以及低燃料价格的好处。”3.3障支持导向是普及V2G的保由于当前我国技术发展水平、成本、配套设施和市场接受度等因素，我国电动汽车的发展将可能在很长一段时期内仍处于萌芽期，这个阶段需要持续的扶持和投入。同时，也有一些专家认为，虽然目前业界对V2G技术的运用都难以达到商业化表1各种类型汽车运行10年成本及收益比较[6]汽油动力汽车混合动力汽车汽车购置或改装价格(美元)汽车运营成本(美元)电动汽车发展电动汽车的热情高涨，但恐怕不久后会出现热情消退、后续跟进乏力的状况，因此的坚持将成为产业1610025380n/a414802309022044n/a45134390001510753801306发展的基石。反观日本电动汽车发展的成功，我们可以发现日本长达V2G模式总收益(美元)净开销(美元)40年的扶持和投入意义非凡。对于我国来说，自“八五”期间将电动汽车列入国家科技攻关项目开始，我国在电动汽车发展的道路上已经行进了十余年。目前，促进电动汽车技术发展与产业化的规划已颇具雏形：一方面，2009年3月颁布的《汽车产业调整和振兴规划》从国家层面首次提出了“新能源汽车战略”，推出了支持研发、补贴示范、规范产业、鼓励消费等方面的相关；另一方面，部分地方已经开始积极落实，推动技术示范和产业化进程。”我们有理由相信，未来几年，中国新能源汽车发展将步入一个崭新的阶段。3运用“V2G技术”推进传统汽的水平。为了克服各种技术难题，促进V2G技术的成熟及电动汽车的发展，要进一步增加对研发的支持力车工业的低碳自从智能电网的相关工作启动以来，V2G技术便开始越来越受到关注。但是，目前还只有少数机构开始涉足这个领域。美国是V2G技术的领头羊，2009年，美国总统奥巴马在底特律汽车工业基地说，让汽车插到电网上，石油时代必须在我们这代结束！同年，中美两国发表《中美联合声明》，启动中美电动汽车倡议，把电动汽车提升到国家间战略合作的高度。美国已经对V2G技术进行了诸多前瞻性的研究和实验，到目前为止美国已有20多个城市在开展V2G试点，度，合理的协调和引导企业的创新行为，并重视电动汽车专业人才的培养。3.2础终端市场培育是应用V2G的基汽车工业的“低碳”，实际是一次电动汽车大规模代替传统汽车的过程，一定程度上依赖于电动汽车在汽车销售总量中所占的比例。可以说，电动汽车的产业化是V2G大规模投入运用的基础。目前，我国一部分本土企业依托电池技术的优势，已经推出能与国外领先厂家匹敌的高□39/未来与发展／2012／第5期

产业发展参考文献bp.com/statisticalreview．［3]李瑾，杜成刚，张华．智能电网与电动汽车双向互动技术综述［J]．供用电，2010（3）．［4]北京市．北京市“十一五”时期电力发展规划［Z]．2007-05-［5]LeonardJ.Beck．V2G-101［M]．U-niversityofDelaware，2009．［6]LeonardJ.Beck．V2G-101［M]．U-［1]贝恩公司，气候组织．低碳技术市场化之路———电动汽车［R]．2010：niversityofDelaware，2009．［7]李瑾，杜成刚，张华．智能电网与电动汽车双向互动技术综述［J]．供用电，2010（3）．11．［2]BP世界能源统计年鉴2011［EB/OL]．（2012-03-02）.http://www.05．AStudyoftheEnergyConservationandCarbonReductionValue

ofElectricVehicles

OUWen-wen，YERui-ke，BAOJian-qiang

(CollegeofPoliticsandPublicAdministration,ZhejiangUniversityofTechnology,HangzhouZhejiang,310023,China)

Abstract:V2G（Vehicle-to-grid）isatwo-wayinteractivetechnologyBetweenthesmartgridandelectricvehicle.Withthedevelopmentoflow-carbontransport,V2Gtechnologywillbecomethethemostpromisingareasnewenergyvehicles.ThisarticledescribesfeaturesoftheV2Gtechnology:two-wayinteraction,efficientcoordination,andmutualbenefit.Anditre-searchestheelectricvehicle（V2Gtechnology）forcarbonReduction,integrationofrenewableenergy,andBalanceofgrid’speaksandvalleys.AndalsoanalysistheeconomicbenefitsofV2Gforownersabouttechnologyinnovation,terminalmarket,andgovernmentguidance.Keywords:V2GTechnology;ElectricVehicleEnergy;ConservationandCarbonReduction;EconomicBenefitsCLCnumber:F062.4Documentcode:AArticleID:1003-0166(2012)05-0036-05doi:10.3969/j.issn.1003-0166.2012.05.008ofelectricVehicle.Finally,thisarticlediscussesthatthedevelopmentofV2Gtechnologywillleadalow-carbonrevolutionofthetraditionalautomotiveindustry（上接第17页）DevelopingPuzzledomandSuggestionsforE-BankingofCityCommercialBanks

ZHAI

Yi-bo1.2

(1.Post-doctoralresearchcenterofBeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;2.Post-doctoralresearchstationofBankofTianjin,Tianjin300201,China)Abstract:Withthedevelopmentofinformationtechnology,electronicbankinghasalsobeenanunprecedentedgrowthandhasbecomethemostimportantpartofthemodernbank.Inthedomesticfinancialmarket,e-bankinginrecentyearshasbeendevelopingrapidly.However,asthethirdlevelofdomesticbanks,citycommercialbanksinrecentyears,helpedbyfavorablesituationofdomesticfinancialmarketshasbeenrapiddevelopment.Butinitswhole,itscompetitivenessisstillweak,anditse-bankingdevelopmentinmoredelay.Thisisclearlyunabletomeetthefiercemarketcompetition.There-fore,tomeettheirdevelopmentneeds,citycommercialbanksneedaclearunderstandingtheimportanceoftheelectronicbankingforitsownsurvival.Theyneedidentifythegapbetweenthemselvesandtheadvancedbanks,andtotakeactivemeasurestocontinuouslyimprovethedevelopmentofitselectronicbanking.Keywords:ElectronicBankingCLCnumber:F832SuggestionsCityCommercialBanksArticleID:1003-0166(2012)05-0013-05Documentcode:Adoi:10.3969/j.issn.1003-0166.2012.05.00340／未来与发展／2012／第5期