储能技术在交通领域的应用与发展趋势

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，北京 100038）

随着我国汽车保有量的不断攀升，传统化石能源消耗需求将持续增长，发展电动汽车将有效缓解与日俱增的能源消耗压力，对我国经济社会的可持续发展具有十分重要的战略意义。电动汽车大规模接入电网后，既可作为电力系统消费侧的分布式储能设施，帮助分布式可再生能源发电的接入，调节电网用电负荷，又可作为分布式电源向电网反向提供电力，为电网提供调峰调频、旋转备用等辅助服务，实现电力系统的削峰填谷。电动汽车储能与电力系统的结合，将在提高电网的运行的稳定性和经济性、促进智能电网发展的同时，降低电动汽车使用者的出行成本，促进其推广和应用，最终实现交通能源的电力化。

1 政策综述

我国电动汽车发展政策从科研投入、产业化发展、法规标准制定等多角度出发，对研究机构、汽车企业、能源企业、消费市场等多个环节予以激励与扶持，对我国电动汽车技术和产业化发展起着重要的促进作用[1]。

2009年，财政部和科技部发布《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》决定[2]，在北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作，以财政政策 鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用节能与新能源汽车，对推广使用单位购买节能与新能源汽车给予补助；2010年，财政部等4个部委又发布了《关于扩大公共服务领域节能与新能源汽车示范推广有关工作的通知》[3]，将示范城市的数量扩大到了25 座。

2010年5月底，财政部、科技部、工业和信息化部（工信部）、国家发展和改革委员会（国家发改委）开始在上海、深圳、杭州、长春、合肥和北京开展私人购买新能源汽车补贴试点工作[4]。补贴按电池容量以3000 元/kW·h 给予补助，插电式混合动力乘用车最高补助5 万元/辆；纯电动乘用车最高补助6 万元/辆（表1）。

表1 六城市私人补贴比较Table 1 Private EV subsidies

2010年10月，国务院出台《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》[5]，将新能源汽车列入到了七大战略新兴行业。目标是到2020年，动力电池模块比能量达到300W·h/kg 以上；纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量超过500 万辆；充电设施网络满足城际间和区域内纯电动汽车运行需要，实现规模化商业运营。

2011年12月，国家能源局发布《国家能源科技“十二五”规划》[6]，提出开展分布式电源、储能装置、电动汽车充电站等接入技术的研究。此外，国家能源局已颁布了《电动汽车非车载传导式充电机技术条件》、《电动汽车交流充电桩技术条件》和《电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议》等电动汽车充电设施能源行业标准，这些标准将与工信部牵头制定的有关电动汽车电池标准文件相对接。

2012年6月，国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012―2020年）》[7]，目标为到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50 万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200 万辆、累计产销量超过500 万辆；要求试点城市因地制宜建设慢速充电桩、公共快速充换电等设施；鼓励成立独立运营的充换电企业，建立分时段充电定价机制；积极试行个人和公共停车位分散慢充等充电技术模式，确定符合区域实际和新能源汽车特点的充电设施发展方向，探索新能源汽车作为移动式储能单元与电网实现能量和信息双向互动的机制，首次提出了电动汽车作为电网储能单元的概念和发展方向。

2013年2月，国务院发布《能源发展“十二五”规划》[8]，提出增强电网对新能源发电、分布式能源、电动汽车等能源利用方式的承载和适应能力；加强供能基础设施建设，为新能源汽车产业化发展提供必要的条件和支撑；在北京、上海、重庆等新能源汽车示范推广城市，配套建设充电桩、充（换）电站、天然气加注站等服务网点；着力研发高性能动力电池和储能设施；到2015年，形成50 万辆电动汽车充电基础设施体系。

通过政策梳理可以看出，目前科技部主要负责推动电动汽车和动力电池的技术研发；工信部负责电动汽车市场准入管理；国家能源局、工信部、国家电网等参与动力电池储能和充电标准的制定；国家发改委、财政部、工信部等主持电动汽车商业运营、补贴和试点示范工作；国家电网和南方电网公司参与充电基础设施建设。各地的电动汽车的示范试点项目着重以下四方面的研究：①动力电池特性，包括电池类型、容量、充电时间、循环寿命等；②运行规律，包括各种类型电动汽车出行时间、行驶里程、停放规律、充电行为的时空分布等；③充电方式，包括整车慢充、整车快充、电池更换以及不同电能补充方式对应的充电负荷差异；④商业模式，包括整车租赁、电池租赁、里程服务等电动汽车商业运营模式。电动汽车对于电网同时扮演着负荷和电源的双重角色，通过电网与车辆之间信息/能量的双向传输，可以使电动汽车成为负荷侧的储能设施，从而帮助电网实现削峰填谷。此外，通过有序充放电控制，电动汽车储能还可作为：①虚拟调频机组，参与电力市场调频服务；②备用电源，提高电力系统稳定性和安全性；③可再生能源发电储能设施，平滑风电、光伏发电出力。国家对电动汽车的扶持政策也逐渐由单纯车辆“三横三纵”（三纵：混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车；三横：电池、电机、电控）技术研发向能源供应、基础设施建设、商业运营模式与技术研发并举转型。

2 电动汽车技术

动力电池是实现电动汽车储能的核心原件。本 节将就当前动力电池性能、电池材料技术和电动汽 车整车性能参数三方面内容进行综述。

2.1 电池性能

动力电池一般指为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池，主要包括铅酸电池、超级电容器、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池（表2）。铅酸电池技术成熟、成本低、安全性好，但能量密度较低，自放电率较高，一般应用在低速和城市短途电动车上。超级电容比功率较高，充放电速度快、循环寿命长，但能量密度非常低，一般用在混合动力汽车作辅助电源。镍氢电池技术相对成熟，安全性好，是目前混合动力汽车所采用的主要动力电池技术，但镍氢电池目前生产成本仍然较高，自放电率高，很少被应用在纯电动车型上。锂离子电池比能量和比功率都很高，原材料丰富，但作为动力电池应用的技术仍不够成熟，安全性和高成本的问题仍然没有得到很好解决。燃料电池比能量高，能量转化效率高（系统整体效率可达到70%），燃料来源丰富，但制造成本很高且储运非常困难。综合各种电池技术来看，锂离子电池技术是目前各国电池研发的重点。燃料电池在未来具有一定的发展前景，但目前技术仍然很不成熟。此外，动力电池的生产包括配方、电池设计及成组技术，而各大电池企业的差距主要体现在电池设计和成组技术方面，特别是成组技术涉及机械、电子等众多领域，目前电池组寿命往往只有单体电池寿命的1/4，成组技术仍有待提高。

表2 动力电池性能比较Table 2 Battery comparison

2.2 电池材料

电池材料是电池性能的决定性因素。由于锂离子电池技术是当前动力电池的重点发展方向，本文以锂离子电池为例对各种动力电池的材料技术线路进行比较。

锂离子电池的材料包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液。正极材料是锂离子电池中最为关键的原材料之一，直接决定电池的工作性能（表3）。目前锂离子电池常用的正极材料包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料。国外多数电池企业如松下、LG 等主要选择锰酸锂和三元材料，而国内企业更多采用磷酸铁锂。负极材料以石墨和钛酸锂为主。目前负极材料基本实现国产化，产品性能处于国际领先水平。隔膜以聚乙烯和聚丙烯微孔膜为主，动力电池隔膜基本全部采用进口，国产动力电池隔膜还处于样品开发阶段。电解液主要采用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯，基本实现国产化。

表3 锂离子电池正极材料性能比较 Table 3 Lithium-ion battery anode materials

目前在电动汽车中，应用较多的锂离子电池是磷酸铁锂电池，它具有磷氧共价键结构，使氧原子不会被释放，因而热稳定性和安全性较好，同时价格相对更低。这些因素使磷酸铁锂电池成为小型电动汽车和插入式油电混合动力汽车（PHEV）动力电池的首选。然而在锂离子电池中，磷酸锂电池的比能量、比功率以及运行电压相对较低，所以在大型纯电动车应用方面钴酸锂和锰酸锂电池等更具 优势。

总体看来，我国动力电池技术以磷酸铁锂为主要发展方向并已基本形成动力电池产业体系，但仍存在诸如磷酸铁锂电池制造工艺控制困难，批次稳定性差，隔膜材料依赖进口，电池组一致性差，系统循环寿命低和电池管理系统设计不足等问题。

2.3 整车性能

当前主要的纯电动汽车生产厂商有日产、通用、宝马和特斯拉（Tesla）等。国内主要电动汽车企业包括比亚迪、众泰、万向和奇瑞等。到目前为止，工信部已经就新能源汽车陆续发布了34 批次“节 能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型”。表4列出了目前市场上典型电动汽车的参数。可以看出目前电动汽车单次充电的续驶里程仍然较低，与普通燃油汽车还有较大差距。此外，电动汽车的价格明显高于同档次的燃油汽车。动力电池往往占纯电动汽车整车成本的50%左右，是电动汽车价格高成本的主要原因。

表4 电动汽车参数对比 Table 4 EV parameters comparison

3 电动汽车储能潜力

3.1 电动汽车储能容量

电动汽车的电网储能通过两种途径实现。①电网-车辆（grid to vehicle，G2V）。在这种应用中，车辆与电网的通信是双向的，但是车辆仅作为负荷从电网获得电能，通信只改变其充电速率，并不实现向电网提供电能。②车辆-电网（V2G）。车辆与电网的通信为双向的，电池的充电、放电也为双向，车载电池不仅仅作为负荷从电网充电，同时作为一种设备为电网提供电能。电动汽车大规模接入后，既可作为负荷调节电网负荷特性，也可以作为电源向电网反方向提供电能，从而实现削峰填谷，为电网提供调频、旋转备用辅助服务，改善电网性能，平滑可再生能源发电出力，提高电网的经济效益。同时，电动汽车车主也可以从电网获得收益，降低电动汽车保有成本，促进电动汽车的推广应用。国外在电动汽车V2G 研究方面起步较早，Kempton等[9]分析了电动汽车作为分布式储能设施，通过 协调控制充放电过程，使之在系统负荷高峰时放 电、低谷时充电，实现系统调峰的经济效益。Saber等[10-11]在设定汽车总量、停车场容量、每天充放电频率的条件下，评估了停车场内电动汽车V2G 对降低系统发电成本的作用。相比于传统系统调频电源，电动汽车调频响应速度更快，陆凌蓉[12]计算了电动汽车用于参与系统调频服务的容量。Han 等[13]提出了在满足充电需求约束条件下，引入充放电运营商，通过对电动汽车的充放电功率、时间进行集中控制，分析了电动汽车参与系统调频的控制方法。此外，通过优化充放电控制，电动汽车还可平抑风电、太阳能发电波动，提高可再生能源发电利用率和电网消纳新能源的能力。Lunda 等[14]分析了V2G 对提高风电接入能力和降低CO2排放的作用。赵俊华等[15]建立了考虑电动汽车计入电网和风电机组出力不确定性的随机经济调度模型。Dallinger 等[16]考虑了电动汽车用户随机性下的电动汽车为电网运行提供备用的可能性，研究表明V2G 可以在不损害电池寿命的前提下，为系统提供可靠的备用容量。文献[17]分析了在智能电网环境下，电动汽车可为电网提供无功支持和电压支撑。Kempton 等[18]和Bessa 等[19]研究了电动汽车参与旋转备用、调频等辅助服务的成本和收益，计算结果表明，电动汽车参与旋转备用时具有较高的经济效益。Juul 等[20]通过Balmorel电源规划模型研究了电动汽车作为储能设施提高北欧可再生能源接入规模的优化运行方案。Alagialoglou[21]利用EnergyPlan 优化模型探索了电动汽车V2G 对提高未来丹麦可再生能源发电规模的作用。

美国交通运输部2001年居民驾驶调查数据反映了汽车在24 h 当中行驶里程的平均分布。从早8点到晚7 点的12 h 行驶里程占到了全天行驶总里程的80%以上，而其余12 h 的行驶里程仅占不到20%，其中凌晨0 点到5 点之间的行驶里程只占1.4%。这使得调度电动汽车在夜间负荷低谷时段充电成为可能。图1 中实线代表上海市私家乘用车单日充电时间概率分布。可以看出，电动汽车的充电概率与交通流量分布相同，与停车概率吻合。潜在充电高峰更多集中在夜间等电网负荷低谷时段，为电动汽车提供电力系统调平服务提供了条件。

图1 充电概率曲线 Fig.1 Charging probability profile

2007年中国轻型民用车辆的年均行驶里程为26910 km[22]，日均行驶里程为73.7 km。但这一统计未按照用途分类。例如，家庭轿车的年行驶里程可能不足15 000 km。本文按每辆电动汽车容量24 kW·h每日平均行驶里程50 km、每百公里电力消费12.5 kW·h 计算，则电动汽车每日充电需求为4 kW·h，单次充电可满足6 d 的行驶需要。假设电动汽车占到全北京市500 万辆机动车保有量的10%，则每天充电总需求量大约为200 万kW·h，仅占2011年全市全社会用电量的0.89%。图2中阴影部分代表北京市50 万电动汽车夜间充电对电网负荷的影响。可以看出，利用夜间低谷时段对电动 汽车进行充电，则可在对电网运行影响很小的情况下，为电网提供储能容量，减小电网日夜峰谷负 荷合差。

图2 北京市50 万电动汽车夜间充电的电网负荷曲线Fig.2 EV charging load profile

根据《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》和《国家电网公司电动汽车充电设施典型设计》，每个交流充电桩充电接口提供AC220V、16A/32A 的交流供电能力，最高输出功率可达 7 kW。以每辆电动汽车单日充电需求4 kW·h 计算，单日充电34 min 即可满足出行需要。可见，虽然电动汽车的充电需求较高，但在短期内充电能耗占电网负荷的比重不会太大。通过慢速充电和换电池等方式对电池充放电进行综合管理，将有效将电动汽车充电对电网的影响限制在可以承受的范围之内。

由于电池放电对电池的使用寿命影响很大，所以根据目前的动力电池技术水平，G2V是发展重点。电动汽车应用于储能，具有其自身的优势。首先，车辆绝大部分的时间处于停泊状态，可用作储能的空间很大，特别是对于出租、物流、环卫、邮政和电动公交车，运营路线较为固定，停泊地点集中，储存能量容量大，优势将更为明显。但电动汽车作为储能设备使用，也存在劣势，如电动汽车在任何时候都必须保持必要的充电水平，以满足其运输功能，这也意味着，电网运营者不能完全不受控制的将电动汽车作为存储设备使用；电池给电网提供电力将影响电池的使用寿命；作为储能设备使用时，车辆的维修和保养费用也将受到影响。此外，电动汽车要想在储能领域有所发展，还需要解决技术上的一些难题，如车辆-电网间通信技术、单体电池充放电一致性和电池寿命问题、动力电池回收和 循环利用问题等。

目 前动力电池储能已经广泛应用于电动自行车、电动摩托车等交通工具。随着动力电池技术的突 破 ，高能量密度和大功率的动力电池将逐渐应用在小型乘用车、大中型客车和货车，其储能应用也将由满足传统交通能源消费和电网“填谷”，逐渐发展到电网功率调频、可再生能源发电储能、能量时移等更广领域（图3）。

图3 电动汽车储能前景Fig.3 EV Energy storage projection

3.2 分布式可再生能源储能

除服务电力系统输配电外，电动汽车还可作为分布储能元件与分布式可再生能源结合，构建发、输、用一体化微电网集成应用。考虑到光伏发电时间，与分布式光伏结合的电动汽车充电设施适宜建设在工作场所、车辆公交接驳站及公共停车场。以某地夏季典型单日发电量计算，光伏发电时间从早6 时开始，直到中午12 时达到峰值，到晚8 时停止出力，全天发电时间合计为15 h。按建筑并网系统全国平均1250年发电小时数计算，平均每天光伏满发时间大约为3.4 h，发电高峰集中在早10 时到下午3 时左右。而典型工作日工作场所和公共停车场停车时间从早9 时到持续到晚5 时，完全覆盖典型日的光伏满发时间段（图4）。按照150 W/m2光伏电池板和80%有效利用面积（考虑光伏阵列的间距）估算，100 m2光伏电池板平均单日发电量为40.8 kW·h，可满足10 辆电动汽车的充电需求，即平均10 m2光伏电池板即可满足每辆电动汽车电力需求。

图4 电动汽车储能与光伏发电互补Fig.4 EV storage and PV generation integration

根据测算，目前我国可安装太阳能系统的屋面面积约为185 亿平方米，光伏分布式发电的最大装机潜力达22亿千瓦，若以20%的屋面安装光伏系统计算，光伏系统安装量可达4.4亿千瓦，平均单日发电量为14.96亿千瓦时，可满足3.74 亿辆电动汽车的充电需求。此外，新型动力电池技术也为电动汽车分布式储能与分布式可再生能源发电的集成提供了条件。例如，钛酸锂负极动力电池安全性好，快速充电性能好，循环寿命可达数万次。将钛酸锂电池最初20%的寿命应用在电动汽车上，以满足车辆快速充放电需求；将钛酸锂电池后期80%的寿命应用于充电站的电能储存，晚上利用廉价电力给充电站的电池充电，白天利用充电站的钛酸锂电池给电动汽车的钛酸锂电池充电，在避免对电网的大功率冲击的同时，提高充换电站运营的经济性。

对于风电，大规模并网功率时域波动造成电网调峰能力不足。电动汽车作为分散式的储能装置，可以成为一种新的电网可调度资源，若能够对充电行为加以引导，在电网负荷低谷和风电发电高峰进行充电，便能够与风电协同调度，减小等效负荷曲线峰谷差，在减少负荷低谷时段的弃风的同时，降低了电网单位电量的碳排放水平。

美国Grid Point 和Better Place 公司分别提出了风电与电动汽车充电协同调度的构想，并且已经开始与电力公司合作开发电动汽车充放电调度软件，成为智能电网的一项重要应用。丹麦更是组织大学、研究所和能源技术公司在丹麦Bornholm 岛上开展EDISON项目，旨在研究电动汽车并网及优化其与风电相互作用。于大洋[23]对我国华北电网和西北电网的仿真分析也表明，调度电动汽车充电来抵消负荷下降而风电出力上升的功率不平衡，消纳过剩风电，技术上可行。随着电动汽车接入规模增加，其改善负荷特性、消纳过剩风电的效益也相应增加，帮助实现风电与电动汽车储能资源之间的协同互补，提高可再生能源并网的效率。与光伏发电不同，风电满发时间往往在夜间，而夜间往往也是电动汽车充电需求相对较高的时间段，相对于集中开发的风电项目，离网型分布式风电机组容量较小，从几百瓦到几十千瓦不等。以10 kW 风电机为例，若所在城市年有效发电小时数为1000 h，则平均每天有效发电小时数为2.74 h，平均单日发电量为27.4 kW·h，可满足近7 辆电动汽车的充电需求。

4 充电设施

电动汽车充电设施是衔接电动汽车和未来智能电网的重要环节。充电设施的选择直接决定了电动汽车的充电方式、充电行为的时空分布和电动汽车的运营模式。如何选择充电设施组合，以最少的成本满足未来大规模电动汽车充电和电网储能需求是电动汽车市场化的关键。

电动汽车充电设施可分为交流充电桩、充电站和换电站三类（表5）。交流充电桩一般系统简单，占地面积小，安装方便，可安装在电动汽车充电站、公共停车场、住宅小区停车场、大型商场停车场等室内或室外场所，操作使用简便。按照《国家电网公司电动汽车充电站指导意见》，交流充电桩提供 AC 220 V/5 kW 供电能力。由于交流充电桩的输出功率有限，充电时间长（一般为6～8 h），所以一般作为慢速充电方式。相比于直流快速充电方式，交流慢速充电对电池的损害较小，有利于延长电池的使用寿命，且无需建设充电站，只需在小区或公共停车场安装充电桩即可，建设快、占地面积小且施工简单。

实现动力电池在电网中的储能功能，除了建设充电设施相关硬件之外，还需要电池管理系统（BMS）的支持。BMS 是监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），对蓄电池系统充电、放电过程进行有效管理，保证电池安全运行的电子装置。BMS 通过实时监控电池的电压、电流和温度等参数，依据电池的当前状态和电池的使用方法，得到电池的最大允许充电电流；而充电机依据BMS 提供的最大允许充电电流，进行电流的调节，实现不同的充电方式，避免出现过充电、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地提高电池存储能力和延长循环寿命。在放电过程中，BMS 通过实时检测温度、估算动力电池的剩余电池容量（SOC）及时发出告警，避免出现过放电、过热等情况。由于动力电池的充放电特性在很大程度上取决于电池电解液的温度，所以BMS 的另外一个重要作用是在电池的充放电过程中将电池组的温度保持在正常的工作温度变化范围内。此外通过BMS，还可将当地可再生能源发电、电网负荷、电动汽车接入量和充电负荷等数据整合起来，帮助实现动力电池作为电网储能的实时调节功能。

表5 各国充电设施标准 Table 5 Charging standards

电动汽车充电站作为大功率用电负荷，如任由其无约束地使用，会增大电网调峰的困难，对电网带来冲击。采用更换电池的方式，由充电站统一合理安排时段对更换下来的电池组进行充电，可帮助电网削峰填谷。解决散热问题的快速充电设施可以类比目前加油/气站的模式建设。但由于快速充电模式下电动汽车与电网之间连接时间较短，所以在快速充电方式下电动汽车与电力系统间进行双向能量流动就相对较少。与快速充电站有所不同，电池更换模式下电池更换站中的备用电池可在电力系统需要时作为电力系统备用和辅助服务资源[26]。

由于前期充电系统标准的缺失和利益相关方的博弈，我国充电配套设施建设发展较为缓慢。截止目前，25个示范城市共计建成170 座充换电站，6264个充电桩。根据2013年发布的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划（摘要）》，我国到2015年将在20个以上示范城市和周边地区建成由40 万个充电桩、2000个充换电站构成的网络化供电体系，以满足电动汽车大规模商业化能源供应需求，纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量1%左右。

我国充电设施建设和运营主体主要包括国家电网、南方电网、中国普天、中国石油和中国石化。电网公司拥有电源和输配电优势，并参与充电接口、充电桩和充电站标准的制定，占据了大部分充电桩和充电站市场。

按照国家电网公司“十二五”电动汽车智能充换电服务网络发展规划的编制，国家电网公司按能够满足100 万辆电动汽车电能供给需要，提出智能充换电服务网络建设运营模式，即“换电为主，插充为辅，集中充电，统一配送”，通过智能电网、物联网和交通网的“三网”技术融合，实施信息化、自动化和网络化的“三化”管理，实现对电动汽车用户跨区域全覆盖的同网、同质和同价的“三同”服务到“十二五”末建成2900 座充换电站和54 万个交流充电桩。国家电网将结合我国电动汽车充换电需求分布特征，以国家示范应用推广试点城市为重点，优先保障私人购买新能源汽车补贴试点城市及“十城千辆”试点城市对充换电基础设施建设的需求，建设智能充换电服务网络。选择环渤海地区与长三角地区作为示范区域，建设区域智能充换电服务网络。

此外，南方电网将建设充电站500 座以上，充电桩10 万个以上；中国普天则与中海油合资成立普天海油新能源动力有限公司，专门运营电动汽车能源供给网络，通过在车载电池、充电桩上安装监控模块，实现从车辆运行、充电管理在内的智能管理体系；中石化和中海油则具有加油站的网络优势。

各地方也陆续出台了电动汽车基础设施建设规划。按照《“十二五”北京市电动汽车智能充换电服务网络发展规划》（北京电力公司，2011），到2015年底，北京市将建成由6 座大型集中充电站、256 座充换电站、210 座小型配送站组成的电动汽车充换电三级服务网络，建设充电桩4.2 万个，服务车辆能力达7.13 万辆。上海市发改委制定了《关于促进上海新能源汽车产业发展的若干政策规定》（上海市人民政府，2009），提出加强新能源汽车充电站配套设施的规划和建设；有关配套设施建设纳入本市相应专业系统规划，对配套设施的设备投资给予不超过20%且不超过300 万元的资金支持。在深圳，到2015年全市充电站数量达到150 座、其中公交充电站66 座，社会充电站84 座，充电桩数量达到227500个。此外，深圳市人民政府下发《关于住宅区和社会公共停车场加装新能源汽车充电桩的通告》（深圳市人民政府，2010），决定在住宅小区按停车位的5%建充电桩，在社会公共停车场按10%的比例建充电桩；深圳供电局业已同深圳市13.82%的小区签订了《绿色社区联盟合作协议》，将按一定比例在签约小区内建设充电桩。

目前丹麦EDISON 计划[27]正着重对包含大量低电压（230 V）的住宅楼和办公区分布式充电站、快速充电站与电池更换站的充电设施构架进行研究。快速充电站和电池更换站可以弥补分布式充电设备短时电力补充的不足。可见，分布式充电是一种常规的电动汽车充电构架，而快速充电站和电池更换站则被视为分布式常规充电的辅助方案。国内整车企业主张充电模式，电网企业主张换电模式，而从推广应用的现状看，充电模式仍然是基础设施建设的主流[28]。

此外，建设充电设施的土地资源极为紧缺，特别是大面积建设快速充电站需要大量的城市土地资源。在对充电设施建设的规划中，可考虑公交充电站与公交场站合建，而社会公共充电站则大部分需重新单独征地。

5 商业模式

引入电动汽车商业模式创新将有助于电动汽车作为电网储能设施的应用。电动汽车商业模式指的是电动汽车的购买和使用方式。我国现有的电动汽车商业模式在2009年启动的25个“十城千辆”示范城市项目开始逐渐摸索和发展。目前国内电动汽车商业化运作主要有三种模式，分别是以电池租赁为代表的深圳普天模式、以整车租赁为代表的杭州分时赁模式和以整车购买为代表的合肥定向购买模式。深圳普天采用的电池租赁模式目前主要应用于公交领域。普天公司作为电动汽车服务提供商先购买电动公交车，然后将车和电池分开销售给公交公司，公交公司只需支付裸车（不含电池）的价格，电池以租赁的方式交付公交公司使用并由普天公司对其行驶状况、充电状况、电池状况进行实时监控，以实现电池充电的统一规范化管理。杭州采用分时租赁模式，“Event 分时自主租车系统”在大学科技园、工业产业园、大学、及居民社区设立租车点，分时租赁模式具有灵活便利的优点。合肥市江淮集团则采用向内部员工和供应商销售电动汽车的方式。定向销售模式适用于用车线路固定，用途相对单一，充电地点固定的消费者（如政府公务用车、集团员工等），定向销售车辆便于通过充电桩集中充电，弥补了动力电池容量不足的缺陷。

对比各种商业运营模式，消费者购买裸车并向电池运营商租赁电池，无需一次性承担电动汽车高昂的价格。由于电池运营商统一负责电池充换服务，便于电动汽车动力电池作为可预测的大规模储能设施，实现电网在电力需求低谷时对电池组进行充电，在电力需求高峰时电池组向电网进行放电。

6 电价政策

以一辆13 千瓦时/百公里的电动汽车为例，参考北京市居民0.49 元/千瓦时的电价水平，百公里充电成本为6.37 元，而目前燃油经济性10 升/百公里的燃油汽车的燃料成本为80.5 元，充电费用是燃油费用的7.9%。电动汽车的电费成本明显低于传统燃油汽车的燃料成本。

但我国各地峰谷电价目前大多浮动在3∶1 左右，全国峰谷电差比较大的区域有北京、天津、湖北、河南等地，相比美国、日本等发达国家动辄达10∶1 的差额费率相比有较大的差距。较小的峰谷电价差不利于电动汽车作为储能设施的推广。

由于电动汽车还处于早期市场培育阶段，电动汽车保有量低，政府目前并没有对电动汽车充放出台统一的电价政策。

目前实际操作中，有条件的电动汽车购买者可以直接利用家用电源接口为电动汽车充电，也可以购买充电桩，并委托小区物业部门协助接入电网，这两种情况下电动汽车充电价格将参照当地的居民电价水平执行。对于不具备自行接入电网条件的消费者可以申请由当地电网公司出面协调，协助安装充电设施并接入当地配电网，此种情况下，消费者则需要按照商业电价的标准缴费。

对于电动汽车反馈电网的送电价格，还没有出台相应政策，应制定鼓励电动汽车储能的电动汽车充电电价机制。储能应用的大规模发展依赖于电价政策。在电动汽车充电行为引导方面，应进一步鼓励夜间电力负荷低谷时段充电，并将电动汽车充电电量与居民用电电量分开计量，考虑提高电动汽车用户居民电价中阶梯电价的计量门槛。

7 结论及政策建议

在国家能源安全和城市环境污染的双重压力下，发展电动汽车作为未来汽车产业发展的主导方向，已被广泛认同为解决我国能源与环境问题的重要途径。而实现这一革新的关键是电池储能技术的进步。作为新能源汽车的核心部件，动力电池储能不但可以利用清洁的可再生能源为车辆提供动力，还将为电力系统提供巨大的储能潜力。在近中期，电动汽车储能将主要作为电力系统的“填谷”手段，以减缓交通部门对石油需求的增长速度。随着动力电池性能的提高，V2G 和分布式可再生能源发电等智能电网技术不断成熟，电动汽车将逐渐释放其储能潜力，成为未来灵活电力系统的关键组成部分。

目前我国电动汽车储能的发展还受到多方因素的制约。除继续动力电池研发投入之外，相关主管部门需要在产业发展规划、标准制定、与可再生能源发电的衔接、基础设施、商业运营模式和市场培育等环节加大扶持力度。

（1）电动汽车与可再生能源充分衔接 电动汽车中长期发展规划需要设定阶段性发展目标，确定政策框架，保证持续稳定的扶持政策。此外，电动汽车节能减排效果直接取决于电力生产能耗及排放强度。当前中国的发电结构仍以煤炭为主，单纯推动电动汽车产业发展而忽视与可再生能源发电的衔接，将导致大量的温室气体排放和环境污染。政府应协调能源主管部门、电力企业、地方政府、可再生能源发电和电动汽车企业，加快充/换电站与分布式发电设施同步建设和协同运行研究，研究制定合理的充放电电价，以鼓励电动汽车对可再生能源的本地利用。地方政府应结合当地可再生能源发展规划，因地制宜地制定电动汽车产业发展指导意见和产业发展规划，在研发、生产、示范和市场等多方面为电动汽车与可再生能源协调发展提供支持和引导。对可再生能源发电已达到一定比例的地区，应将电动汽车列入当地新能源发展战略、低碳城市及低碳交通发展规划，促进电动汽车与可再生能源产业的同步发展。

（2）电动汽车及基础设施标准 电动汽车发展规划及政策及行业标准的制定依赖于政府与产业界（如电网企业、科研机构、生物液体燃料生产商、整车及零部件厂商）的沟通和协商。多方参与将使规划、政策和标准更加务实可行，并有助于最终的贯彻落实。目前电动汽车基础设施标准尚在制定中，各地的基础设施规划和建设缺乏通盘考虑，各地充电设施不兼容和重复建设问题严重。政府应鼓励电力企业与电动汽车企业展开合作，结合可再生能源发电和智能电网相关技术，尽快统一和完善电池及基础设施建设标准。

（3）商业和运营模式创新 在充电设施建设和商业模式方面，电力企业为首的基础设施建设及充电服务运营企业应寻求多方合作，探索商业模式创新，推动基础设施建设，以鼓励电动汽车作为分布式储能设施的应用。在基础设施建设初期，应对家用充电桩、停车场充电桩、快速充电站和电池更换站进行统一规划，明确电力公司、市政部门、住房建设部门、房地产开发商、物业管理公司和专业电池运营商的职能。基础设施运营企业应与所在地政府及当地积电力公司配合，积极组织电动汽车与可再生能源发电和储能、智能电网和微电网项目相结合的电动汽车示范项目，通过商业模式创新促进电动汽车与电网基础设施及本地可再生能源发电资源的整合。目前我国自备车库并不普及，充分利用现有的供电系统，在居民及办公场所集中地区的地下车库集中建设220V/330V低速充电桩将大大降低充电基础设施建设成本。在快速充换电设施建设方面，可以由中石油、中石化、中海油、电池厂、汽车厂、电力部门等利益有关方联合，组成电动汽车运营公司，消费者可租赁、换用电池并支付服务费，减少电动汽车用户的初期投资成本负担。运营公司通过使用夜间的低谷廉价电力，合理租赁制度和租金，逐步形成成熟的电动汽车运营商业模式，将是实现电动汽车规模化储能的重要保障。

（4）完善补贴机制 在电力系统和充电设施建设的同时，应注重电动汽车的早期市场培育。除了当前补贴和税费减免之外，可将电动汽车纳入能耗和污染排放挂钩的长效税收机制，以鼓励可再生能源在电动汽车中的大规模应用。目前正在研究的环境税、机动车征收的排污税、能源税以及以能源税为基础的碳排放税等税收机制，都能够增加传统燃油汽车的使用成本，激发电动汽车所有者采用可再生能源发电的积极性。在充电价格方面，可综合考虑电动汽车储能所带来的填谷及环境效益，在电动汽车示范城市适度拉大峰谷分电价差，鼓励电动汽车用户低谷充电行为，通过价格信号引导电动汽车参与电力系统的削峰填谷。另外，政府对基础设施建设补贴对引导民间资本参与基础设投资和培育电动汽车的早期市场将起到关键作用。

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