電動汽車是能源互聯網的五大支柱之一

　　杰里米·里夫金在著作《第三次工業革命》中所構想的能源互聯網有五大支柱：一是向可再生能源轉型，二是建筑成為微型的發電廠，三是儲能技術與建筑廣泛融合，四是利用互聯網技術的電網成為能源共享網絡，五是電動汽車融入電網。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，將為主電網的輸電、送電提供分散式的基礎設施。還有人預測，到2040年，75%的輕型汽車將由電動車驅動。電動汽車的普及將在運輸領域掀起淘汰燃油汽車的巨大變革，有力地推進能源革命。

　　電動汽車的普及也將推動能源互聯網的發展，掀起能源領域的巨大變革。在里夫金的構想中，能源互聯網是一種依托于可再生能源技術、通信技術及自動控制技術，以可再生能源為主要能量單元，能夠實現雙向信息數據的實時高速交互，涵蓋多類型能源網絡與交通運輸網絡的新型能源利用體系。處于能源互聯網中的各個參與主體既是“生產者”又是“消費者”。電動汽車作為一種移動式分布式的儲能設施，未來將與扁平化、分散式、合作化的能源交互網絡連接在一起，體現能源互聯網的關鍵特點，并成為能源互聯網的重要支柱。

　　中國能源革命的實質是可再生能源替代化石能源成為主體能源，最終目標則是淘汰化石能源。電動汽車能夠實現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，實現交通體系與電力體系的耦合，隨著電力系統轉變為以可再生能源為主體，逐步實現交通低碳化和近零碳排放。

　　電動汽車從五方面體現了能源互聯網的核心特征

　　移動式分布式儲能的獨特功能

　　電動汽車既是交通工具，也是用電設施，同時也是儲能設施。以特斯拉model s為例，作為一個交通工具，它的續航里程可以達到480千米；作為用電設施，它連接上普遍的家用交流充電樁，其用電容量為8.8千瓦；作為儲能設施，它可以存儲85千瓦時的電量。電動汽車在與電網的交互過程中，既可以在電價低時充電起到電網低谷負荷的作用，又可以在電價高企時，向電網送電，參與電網調峰，從而成為能源互聯網中的產消者（prosumer）。有研究表明，一般的電動車處于非行駛狀態的時間大約是96%，在這些時間里它都可以發揮儲能設施的作用。按里夫金的估計，電動汽車提供的電能將達到美國全國電網電能存量的4倍，在電力價格高企時，只需把25%的電回輸到電網就可以代替全國所有的常規發電廠。

　　實現通信設施全覆蓋

　　能源與通信的深度融合是能源互聯網的核心特征。由于電動汽車和充電樁未來必須實現通信設施全覆蓋，確保精確計量和實時通信，從而使電動汽車超越其他用電設施率先實現能源網與物聯網和互聯網的深度融合，實現車輛的位置信息、初始電量、充電需求等信息實時接入互聯網。電動汽車作為一種用電設施以及作為儲能設施，與其他電力供應者和其他電力需求者之間能夠實現實時通信，從而構筑了能源互聯網的堅實基礎。

　　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下載，也可以直接取自太陽能光伏。光伏與充電樁結合形成光伏充電站，是電動汽車促進可再生能源消納的最直接的物理形態。未來，城市里的停車場與屋頂分布式光伏相聯通，可以成為光伏充電站的電源。在高速公路上，服務區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推進可再生能源消納。

　　體現“互聯網+”

　　國發[2015]40號文件《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》中強調，將互聯網作為生產生活要素共享的重要平臺，最大限度優化資源配置，加快形成以開放、共享為特征的經濟社會運行新模式。在目前的生活中，Uber和滴滴打車對現有車輛資源實現開放共享已經成為“互聯網+”的重要典范。能源互聯網+電動汽車則可以實現電動汽車在智能化軟件的引導下，整天穿梭在城市的大街小巷，一方面接送乘客，一方面隨時準備抓住電力市場的賺錢機會，為客戶提供光伏消納、需求響應、應急供電、調峰調頻等服務。

　　激活電力市場

　　電力市場中的充電樁將是最先實現分時電價的用能設施，未來每一個充電樁、每一個充電站都是一個微型的售電商，它們根據地理位置、時段、供電資源乃至電網阻塞情況的不同可以設計不同的價格。通過隨處可及的充放換電設施，電動汽車可以借助互聯網技術在電力市場中提供需求響應、備用、調峰、調頻等服務，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網的技術基礎

　　充放換電設施

　　電動汽車充電樁是電動汽車的能量補給裝置，要實現對車用動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給。從技術上分類，直流快充樁充電時間短，在公共充電站應用率高，普通交流充電樁充電時間長，適合作為車主在住宅小區的專用充電樁。充電樁作為市民購電終端，要能實現計時、計電度、計金額充電等功能，還要實現用戶用手機付費，這要求充電樁的電量精確計量功能和通信功能都要十分強大。放電樁則還可以實現電動汽車向電網送電功能。除對整車進行充電的模式之外，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。

　　基礎通信設施

　　與普通用電設施相比，電動汽車的通信能力要強大很多。普通用電設施主要是通過電表實現計量用電量的功能，有些加裝負控終端實現對負荷的動態監測。而電動汽車則已經實現了物聯網和互聯網功能的深度融合，電動汽車的電池管理系統就包括物聯網芯片，它是實現電池精確計量功能的必要環節，由于汽車是可移動的，所以物聯網芯片還采集位置信息。在物聯網技術的基礎上，電動汽車加裝通信卡就能很方便地實現接入互聯網。上海市對所有政府補貼的新能源汽車進行監測，可以監測到每一個電動汽車的實地位置信息、當前電池電量信息、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網芯片，采用聯通3G聯網，可以通過手機APP設定充電時間。通過擴展物聯網芯片的功能，電動汽車能夠實現與充放電樁的通信、與其他車的通信以及與道路各類設施的通信，這樣就可以很方便地用軟件對充放電進行遠程管控，未來也能運用于自動駕駛，延展出許多功能軟件。

　　光伏充電站

　　光伏充電站也已經從概念轉化成了實物。北京市首個太陽能光伏公共充電站，位于北京CBD地區華茂中心停車場。其太陽能電站裝機容量目前為25千瓦，充電樁共有100臺。雖然光伏充電站所發電量遠不能滿足這么多充電樁的用電需求，但該部分光伏發電直接銷售給電動汽車，其電價和服務費合計可達1.37元/千瓦時。這個價格使光伏可以不需要國家補貼就能實現盈利，這對于城市發展光伏具有非常重要的意義。

　　無線充電

　　無線充電技術利用電磁感應技術實現以無線方式對電動汽車進行電量補給。電磁感應器埋在地下，電動汽車上安裝接受器，車開上去自動充電，車離開后，又自動關閉。2014年9月，國內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營。此次投入運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汽車公司聯手打造的。對公交系統而言，無線充電有這樣幾個優勢：一是電動大巴車的電池續程里程不必那么高，可以大大降低電動大巴的費用；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施實現分布式充電，大大減輕了對電網的影響；四是公交車站的上下車停靠車位經過改造就可以實現無線充電，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。無線充電技術首先在行駛路線基本固定的公交線路上實現商業運用，并有望向小型乘用車領域擴展。

　　無人駕駛技術

　　除了谷歌公司著名的無人駕駛汽車已經進行幾年的路測之外，近期國內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境下行駛32.6千米，途經26個信號燈路口，全程無人工干預。2015年10日，百度公司的無人駕駛車實現城市、環路及高速道路混合路況下的全自動駕駛。該車往返全程均實現自動駕駛，并實現多次跟車減速、變道、超車、上下匝道、調頭等復雜駕駛動作。無人駕駛技術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。

　　多元價格利好電力現貨市場和輔助服務市場

　　電動汽車可以接在工商業客戶、居民客戶等各類負荷的末端，享受不同電價。由于電動汽車是可移動的，當其數量很大時，目前的分類定價制迫切需要改變。電動汽車充電樁因其精確計量功能和發達的通信功能，可以實現一樁一價，而電動汽車充電業務恰恰是培育多元化電力現貨價格體系的溫床。

　　光伏供電的充電樁

　　城市樓宇屋頂的分布式光伏一般來說只占樓宇總負荷的一小部分，但天亮到9時上班之間的時間里樓宇負荷很小，周末時間寫字樓的負荷也很小。這些時間段屋頂光伏如果采用余量上網模式，其上網電價大約是0.4元／千瓦時左右，如果這段時間以優惠的價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。

　　電網供電的充電樁

　　電網公司也需要制定差別化的電價以調控城市內不同地區、不同時段的充電規模。在傍晚6~9時之間，由于光伏發電停止，而晚上又是居民用電高峰，電網公司的負荷壓力很大。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格，避免其搶負荷，加劇電網壓力。對于城市里的重載變壓器區域，對電動汽車充電設置較高的價格，以避免變壓器被燒毀；而在輕載變壓器區域，可以對電動汽車充電設置優惠價格，鼓勵電動汽車前來充電。

　　與商業地產融合的充電樁

　　在停車場、餐廳、賓館等處與商業地產融合的充電樁有可能采用特殊的充電服務戰略，比如免費策略。市場還能夠為電動汽車參與電力輔助服務提供多元價格。應急供電首先可以為電動汽車開出較高的價格。當用電客戶出現故障停電事故，或計劃停電卻又迫切需要應急供電的時候，他們可以不再像以前那樣要求電力公司開發電車前來保供電，而是用“互聯網+”的方式邀請若干電動汽車前來接上充放電樁，提供應急供電。顯然，客戶能夠為此付出遠高于市場電價的費用。由于這個費用遠低于客戶建設第二回路、第三回路的費用，電動汽車為客戶提供備用也會有越來越多的市場需求。市場會為阻塞電價開出遠高于普通電價的價格，這也是電動汽車可以發揮作用的場合。隨著電池成本的快速降低，電動汽車參與調峰調頻等利潤空間也會逐漸顯現。

　　電動汽車融入能源互聯網的四個層次

　　第一個層次是實現車樁匹配。這個層次主要是近十年左右，在電動汽車和充電樁資源數量不斷增長的狀況下，基于互聯網匹配充電車輛和充電樁資源，使電動汽車實現方便快捷的充電。 

　　第二個層次是繁榮電力市場。這個層次的基礎是城市分布式光伏的大規模發展和售電市場的放開。電動汽車基于互聯網，充分利用電力市場的實時電價政策，選擇合適電價的充電設施進行智能充電，其效果是車主的用電成本更加優化，電動汽車作為低谷負荷為電網削峰填谷并起到需求響應的作用，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。這個層次所需要的關鍵技術是儲能成本的大幅度快速下降。此時，電動汽車向電網或用電客戶送電在合適的價格下具有了經濟性。在繁榮的電力市場中，電動汽車借助互聯網軟件參與輔助服務，向電網公司、售電公司以及終端用電客戶提供應急供電、需求響應、備用、調峰、調頻等服務，賺取收益，電動汽車可以成為實現能源共享的最活躍的要素。

　　第四個層次是實現智能集成。這個層次的關鍵技術是無人駕駛技術的成熟和推廣。汽車可以實現無人駕駛狀態下自行到達充電樁自主充電，可自主到達換電站更換電池，也可以對車主以外的其他人進行定點接送。在強大的互聯網軟件的支持下，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，同時靈活地選擇充放換電，并通過參與電力現貨市場和輔助服務市場向電網和用電客戶收取服務費。電動汽車的作用是實現智能集成，成為能源共享經濟的旗手，成為能源互聯網的最佳標志性代表。

　　注：本文刊載于《中國電力企業管理》（綜合）2016年2期，作者系清華大學能源互聯網創新研究院政策研究室主任