你猜怎么着,一辆私家车每天大部分时间都停在车位上,但它的电池却可能成为未来电力系统最重要的储能资源之一。
江亿在8月5日的“科学四十人”活动上做了一个题为《车—房—网:破解储能瓶颈的突破口》的主旨演讲。其实,真正的想法很简单:风电、光伏会成为主体电源,未来中国需要大量储能来平衡波动。到2035年,风电和光伏的装机将达到36亿千瓦;到2060年,可能达到80亿千瓦,能提供全国70%以上的用电。让人头疼的是,发电曲线每天都会起伏,白天一段时间功率可能是夜间的几倍甚至十倍,没办法靠常规发电量来完全覆盖。于是就需要巨大的储能和接口容量来对接风光发电和用电需求,才能把新能源“消纳”下来。
要把储能做成现实,规模到底有多大?仿真给出的答案是,未来可能需要150亿千瓦时甚至更多的储能容量,接口功率约80亿千瓦。这些储能资源不能只放在一端,得两头都来。电源侧和负荷侧要同时部署:远方的集中式风电、光伏要在电源侧就地配置30-50亿千瓦时的储能,接口功率40亿千瓦左右;与此同时,大量分布式电源也要在近邻负荷侧配置储能,容量约100亿千瓦时,接口功率40-50亿千瓦。也就是说,电源侧和负荷侧要“共同抬轿子”。
从技术口径看,电源侧可以用抽水蓄能、压缩空气储能、重力储能和集中式电化学储能等方式。负荷侧的储能规模更大,约占总需求的三分之二。那负荷侧的储能从哪来?一个非常重要的来源就是电池。
截至到2025年底,中国已经有大约10亿千瓦时的储能容量,包括抽水蓄能和集中式电化学储能等。投入虽然大,但这规模仅相当于未来终端储能需求的约10%,如果按一些测算,甚至不到5%。二三十年后,如果还要靠传统方式填补剩余的储能缺口,难度会非常大。
这时,电动汽车的车载电池成了另一座“大宝库”。假设纯电动车保有量达到1.5亿辆,其中私家车1亿辆,按50千瓦时的可用容量估算,总容量就是50亿千瓦时。再加上5000万辆商用车,按每辆车100千瓦时计算,总容量也有50亿千瓦时。两者相加正好是100亿千瓦时,是目前集中式储能容量的十倍左右——现成摆在那儿的资源。
未来更长远的趋势是到2050年,私家车保有量可能达到3亿辆,仅私家车车载电池的潜在储能容量就会达到150亿千瓦时。问题的关键不是有了这么多电池,而是怎么利用起来。
为什么要特别强调私家车?因为私家车和商用车在储能服务上的需求和模式其实截然不同。未来两类车辆的用电总量差不多,但充电需求和使用节奏完全不同。私家车大多一年可能才需要10次充电,跑起来的时间也不长;商用车则几乎每天都要充电。所以快充、超充和集中式充电站,应该主要服务于商用车。私家车则更适合在住宅或办公场所的停车位上充电,走慢充、双向、有序充放的路子。
现在的争论点也很清楚:如果把车都拉去“快充”,电网就容易出问题,甚至会拖垮车辆和电池寿命;换电模式虽然可行,但要配置大量的备用电池,成本会很高。私家车确实拥有大量储能,但它却缺少接口、土地和充放电功率的开放性。建筑端则恰好相反,拥有丰富的配电容量和接口资源,但储能资源却往往短缺。于是,车与房就成了彼此的稀缺补充:车载电池有储能,建筑有接口与容量。
因此,应该在住宅和工作场所推进“一位一桩”的慢充、双向、即停即接的模式。也就是说,只要车辆停在位,就尽量让它与系统保持连接,全年累计连接时间最好超过6000小时。你如果每天驾驶时间不多,全年仍有大量时间处于“停着但连着”的状态。充电与放电的时机与功率,不能单凭车载系统决定,而要由充电桩结合车辆状态和电网调控统一安排。每天的充放都不必停留在单向,双向充放的潜在收益,可以让资源被充分挖掘。
为了推动这套模式,江亿提出“免费充放”的思路:如果一辆车全年能与系统连接6000小时以上,给系统提供储能服务,就可以免收车主的充电费用。放电不从中获利,充电也不收费,避免计量、计价的繁琐,让车网互动的好处不被经由中间环节消耗掉。通过简化规则,慢慢形成一种“免费开车”的充电文化。
至于担心的电池寿命,研究也给出乐观答案:单向有序充电有助于降低荷电状态和充电深度,延长寿命;双向充放电虽然会有额外的循环衰减,但通过合理策略,寿命不低于无序充电的情形。
从经济角度看,这笔账也并非空想。以一辆70千瓦时的电池为例,在电力低谷时充入50度电,若年行驶1万公里,日均约需7度电。扣除行驶消耗和充放损耗,仍可向外放出约36度电,等效储能效率约72%,与抽水蓄能的效率相当,但新增投资要少很多。并且,车辆十几年后即使电池衰退,整车也会报废,对车主的直接经济利益并无影响。
在风电、光伏大规模接入的阶段,白天或许会出现大量富余电力。若只有单向充电桩,车载电池吸收富余新能源的能力还是有限;若大规模普及双向充电桩,资源就会非常可观。按前述估算,未来车载电池能够提供的储能容量达100亿千瓦时以上,是当前储能资源的10倍,足以成为破解新能源体系储能瓶颈的重要突破口。
不过,车辆接入后,具体的充放时机和功率,最终还是要由充电桩的管理系统决定。末端充电桩怎么知道电网此刻需要什么?五年前我们就和华北电网做过相关尝试,国家电网的分部也在研究。思路是:根据电网的实时运行,计算出每度电对应的碳排放责任因子Cr,并且每15分钟更新一次。Cr越高,越鼓励充电越晚放电;Cr低时则相反。这样就能让充电在碳强度较低的时段进行,在碳强度较高时段放电,和风光发电的波动相匹配。
清华建筑节能研究中心早在多年前就尝试了这样的路径:在屋顶光伏下给教职工的车辆充电,鼓励他们继续保持连接,并对连接时间长的车主给予奖励。经过分时电价优化后,典型日用电费下降约14%;基于Cr信号调控后,日累计碳排放下降约19.3%。类似的案例还有青岛特来电总部大楼:地下停车位由机器人接入,车辆进出由系统统一调度,整栋楼仿佛装上一座规模巨大的储能电池,与建筑光伏合力实现零碳运行。太原武宿国际机场三期改扩建也在用同样的思路:全域光伏、机场地面车辆统一调度,车载电池成为储能资源的一部分。
总之,发展电动汽车并不仅仅是减少燃油和尾气那么简单,更是要把它变成新型电力系统的分布式储能资源。私家车不应以超充为主力充电方式,因为那会对电网造成冲击、侵占土地,且不利于普惠。相反,在现有停车位安装慢充和双向充电设施,既方便车主、降低用车成本,又能让车载电池得到更充分、有效的利用,成为支撑新型电力系统的一大支柱。
我的汇报就写到这里。未来还有很多问题需要政策、机制和制度层面的打磨,技术和经济性并非最大的阻碍。你也可以把这件事留在心里,看看自己家里的车是不是也有机会变成一座小型储能站。