目前，人类社会发展过程日益增长的能源需求与环境污染、资源短缺的矛盾不断加剧。电动汽车的推广应用对于能源系统绿色转型具有重要意义。然而，我国发电结构仍以火电为主，极大地限制了电动汽车绿色替代的效果，电动汽车如何与能源协同发展成为社会关注的重点。作为国家电网有限公司的智库机构，国网能源研究院结合我国新能源领域发展现状以及车网智能互动新近研究成果，分析了电动汽车与能源协同发展实现途径的实施基础与相关实践情况，指出了以新能源发电比例提升、电动汽车与电网互动为两大重点的电动汽车与能源协同发展实现途径，并提出了电动汽车与能源绿色化协同发展的可行建议。
绿色化汽车革命
伴随着动力电池、物联网、人工智能、5G和无人驾驶等技术的迅速发展，以电动化、智能化和共享化叠加融合的汽车产业蓬勃发展，能源系统是支撑电动化进程的关键基础设施，电动汽车与能源系统协同发展成为重要课题。所谓电动汽车与能源系统协同发展，一是能源系统建设和运营升级，支撑电动汽车快速、便捷和绿色充电，实现绿色化的汽车全面电动化;二是电动汽车参与电网互动调节，发挥削峰填谷作用，促进新能源消纳，推动能源绿色转型。可见，绿色化是汽车电动化的根本出发点和内在要求，是协同发展的重心所在。我们必须抓住绿色化这个关键点，以实现电动汽车与能源的协同发展。
由于我国传统发电结构的高排放，以及可再生能源发电会出现间歇性和波动性问题，以绿色化为特征的电动汽车与能源协同发展过程中仍有诸多障碍亟待清除。立足能源结构转型与商业模式创新，深入分析电动汽车与能源协同发展的主要障碍，探讨电动汽车与能源协同发展的实现路径，最终结合我国能源领域的实际情况，提出合理的协同发展建议，具有重要意义。
电动汽车与能源协同发展的障碍
当下，资源短缺和环境污染的现状成为人类社会发展面临的难题。交通运输业作为燃油消耗的主要行业和污染性气体排放的主要来源，急需实施节能减排措施，防止环境污染的进一步加重。电动汽车以电力代替燃油，能够减少燃油消耗与污染性气体排放，是缓解能源与环境压力的重要手段。我国政府将电动汽车相关产业作为战略性新兴产业，近年来在全国范围内加快推进汽车的全面电动化进程。2018年，中国新能源汽车销售量达126万辆，保有量达299万辆。预计2020年销售量达200万辆，保有量有望超过660万辆。2030年汽车电动化率可达到50%，将为电网提供巨大的储能和调节资源，是潜在的电网资产。但是，当前我国电动汽车充电方式仍以无序充电为主，与电网互动的技术应用和商业模式创新仍处于探索和试点阶段，难以有效发挥电动汽车移动储能的调节作用。电动汽车与电网互动，成为绿色化汽车革命的必然选择。
与此同时，当前我国的发电结构仍以火电为主。截至2018年底，全国全口径发电装机容量19亿kW，火电发电装机容量占比59.2%。2018年全国全口径发电量6.99万亿 kW·h，火电发电量占比70.4%。以化石能源为主要原料的发电结构使得绿色化汽车革命仍面临挑战。按照70%火电发电量比例估算，2018年销售的126万辆电动汽车仅相当于38万辆零排放汽车。2018年燃油汽车销售近2 800万辆，若燃油经济性提高10%，相当于280万辆零排放汽车，是当年电动化替代效果的7～8倍。在传统发电结构下的电动汽车绿色化替代效果十分有限，为电动汽车与能源绿色化协同发展造成巨大障碍。提高清洁电力比例，成为绿色化汽车革命的必然选择。
电动汽车与能源协同发展的实现路径
推进电动汽车与能源绿色化协同发展的根本途径是提高电动汽车绿色充电比例。我们可从两条路径进行，一是开展新能源发电比例提升行动，二是进行电动汽车与电网互动探索。
1. 新能源发电比例提升行动
近年来，我国新能源发展的总体情况良好。2018年，新能源发电新增装机容量6 622万kW，装机规模同比增长22%，占全国电源新增装机容量的54%，13个省份新能源装机容量占比超过20%;同年，新能源发电量占总发电量的比例达到7.8%，10个省份新能源发电量占全社会用电量的比例超过10%，在政策作用及市场选择下，新能源发电装机持续向消纳情况较好的地区转移。截至2018年底，我国新能源发电累计装机容量3.6亿kW，占全国电源装机容量的19%，首次超越水电。
根据《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》，2020年底，全国新能源发电装机容量达到3.9亿kW以上，占电源总装机比例达到29%，其中风电装机容量2.1亿kW以上，太阳能发电装机容量1.6亿kW以上。
综合以上我国新能源发展的总体情况与未来规模布局，新能源发电比例提升行动主要从以下四个方面出发进行实施。
(1)技术创新：在新能源设备技术创新领域，强化新能源出力预测、柔性变电站、交直流配电网和电网侧储能等新能源技术应用，积极开展专题研究、科技研发和工程示范并积极进行国际合作，提升新能源电力生产、供应的可靠性。
(2)电网建设：建设新能源重点送出工程和省内输电通道，提升跨省跨区通道输电能力，推动抽水蓄能电站建设，凭借远距离输电技术与储能技术解决新能源并网和输送问题，促进新能源并网、输送和消纳。
(3)调度运行：有序放开发电计划，深挖火电调峰能力，促进新能源电力生产。推动调峰辅助服务市场建设，加强风光水火联合优化运行，最大限度利用抽水蓄能电站，加强省间电网调峰互济，建立区域旋转备用共享机制，优化运行控制和检修安排，为新能源灵活存储、可靠供应和及时消纳提供保证。
(4)市场交易：在电力市场化改革背景下，新能源市场交易是近期新能源发电比例提升行动工作的重点。
1)积极组织省间交易。持续增加新能源消纳电量：2018年，完成新能源省间交易718亿kW·h，同比增长46%。“三北”地区通过加强省间交易，增加新能源消纳电量226亿kW·h。
2)持续扩大跨区现货交易规模。在跨区域富余新能源现货交易试点工作基础上，持续扩大跨区域富余新能源现货交易规模。2018年，组织新能源跨区现货交易电量70亿kW·h，同比增长21%。
3)创新新能源交易品种，开展新能源与水电打捆外送交易、新能源发电权交易、新能源直接交易以及新能源与抽水蓄能电站省间交易。2018年，首次开展新能源与水电打捆外送交易，完成西北新能源打捆外送交易电量3.4亿kW·h;完成新能源发电权交易电量188亿kW·h，同比增长58%;完成新能源直接交易电量304亿kW·h，同比增长49%;开展西北新能源与华中抽水蓄能电站省间交易，多消纳西北新能源电量4.2亿kW·h，同比增长73%。
2. 电动汽车与电网互动探索
电动汽车是能源互联网重要的灵活性要素资源之一，主要具有3大重要属性：承接了传统交通工具的交通属性;具有与智能设备广泛互联的互联网属性;电动汽车与电网的深度耦合使其具有了能源属性。以上属性决定了电动汽车对能源互联网实现多能互补、优化协调和清洁低碳发展具有重要支撑作用。
基于电动汽车的诸多特性，围绕客户侧能源生产消费新形态、新需求，构建涵盖电动汽车、储能和分布式电源等新型能源服务业务的智慧能源服务体系，将电动汽车融入智慧能源系统，开展电动汽车有序充电、绿色电力交易，实现电动汽车与家庭储能、电网设施之间的能量管理，可实现充便宜电、充绿色电的目标。同时，通过“源-网-桩-车”多层次互动，合理调度私人电动汽车有序充电、公共停车场智能充电以及激励多种车辆智能充电来优化利用配电网容量，优化充电设施布局，提升充电设施运营效益，促进清洁能源消纳，推动绿色化汽车革命。建设智慧能源服务体系，着重从车网互济、电池循环利用等方面开展工作，以实现电动汽车与电网灵活互动为目标，挖掘电动汽车与电网相互服务的潜力。
(1)构建车网智能互动(V2G)云平台。深入车网智能互动云平台建设，推进多应用场景的试点建设与商业化推广，积极打造引导和激励电动汽车用户参与电网多元化辅助服务的商业化运营模式，以V2G业务进一步挖掘电动汽车能源属性价值，增强车联网平台用户粘性，提升用户活跃度，提高电网资产利用效率。将大数据分析、机器学习技术应用于云平台中，基于电动汽车用能数据实现用户差异化画像。云平台遵循日前预测、日内调整的原则制定电动汽车充电策略，最终达到定制化V2G服务、精准化平滑负荷以及高效化能源管理的目的，全面推动电动汽车产业持续发展。
(2)建成充电电量聚合交易平台。建设基于车联网的绿电交易系统，打通电力交易平台与车联网平台的信息共享融合通道，支撑电动汽车充电桩准入注册、绿电交易和市场结算，实现供应侧、需求侧聚合优化和双向互动。探索实现电动汽车充电桩参与绿色能源交易示范应用，以市场化交易方式消纳新能源。基于V2G技术与信息技术，精准分析用户出行意愿以及充放电倾向并制定充放电激励方案，合理组织电动汽车向电力用户送电交易，缓解迎峰度夏期间、负荷尖峰时段用电需求。
(3)建设绿色交通和光储充电站。整合区域内光伏发电、储能单元、电动汽车及其充电设施等多种资源，形成一体化智慧运营发展体系。遵循该体系，合理利用有限的屋顶、空地空间，通过能量存储与优化配置实现本地化能源生产与用电负荷的基本平衡，可根据需要与大电网灵活互动使用，降低社区和充电站的用能成本。
(4)动力电池梯次利用。构建电池全生命周期运行监测机制，促进电池梯次利用。打造贯穿车主、储能用户、回收商和电池厂商的电池循环利用生态圈，减少处理废旧电池的资源、能源消耗并降低废旧电池所带来的环境危害。推广以退役电动汽车电池回收、重组和再利用为核心的动力电池梯次利用技术，提高动力电池和电动汽车环保性能，实现环境可持续发展。
(5)氢燃料电池汽车商业化应用。逐步健全我国氢能和氢燃料电池产业链，加速燃料电池系统对柴油机系统的替代，推进氢燃料汽车在载重货车和公路客车等长途运载领域商业化应用，在弃风弃光严重、电价优势明显等具备条件的地区打造新能源电制氢，以车载氢燃料电池系统、固定氢燃料电池系统提升新能源系统的储能、供能灵活性以及绿色能源消费水平。
电动汽车与能源协同发展建议
从新能源电力比例提升和电动汽车与电网互动两个主要方面，我们提出了如下发展建议：
1. 新能源电力比例提升建议
(1)加强顶层设计。在国家层面实现能源电力在全国范围统一规划、统一平衡;严控东部地区新增煤电规模，为清洁能源腾出市场空间。
(2)加快推进火电机组灵活性改造。进一步降低火电年度计划电量份额，减少火电年度计划约束。
(3)完善促进新能源消纳市场机制。落实可再生能源消纳保障机制，通过市场手段打破省间壁垒，争取更多省份放开市场主体的购电选择权;在西北、华北地区推广调峰辅助服务市场，完善火电调峰补偿机制。
(4)规范燃煤自备电厂建设和运行管理。并网燃煤自备电厂与公用电厂同等管理，服从电网统一调度，承担电网调峰义务和相应社会责任;在新能源消纳困难、装机明显冗余的地区，严禁新建燃煤自备电厂。
2. 电动汽车与电网互动建议
(1)建立电动汽车与电网互动标准体系。制定电动汽车与充放电设施信息通信协议、电动汽车充放电通用技术要求等标准，实现高可靠性、高稳定性、高兼容性的信息交互方式和数据模型。
(2)探索电动汽车参与需求响应市场机制和激励机制。建立需求响应分时电价/实时电价机制，探索建立电动汽车参与需求响应的市场化交易机制，推动电动汽车与电网互动商业化运营。统筹考虑经济激励和社会激励，推动电动汽车与电网互动。
(3)完善电动汽车参与的现货市场交易机制。在电力现货市场运行之前，建立针对电动汽车聚合电量的峰段电量和谷段电量市场化交易机制，促进清洁能源消纳，逐步建立电动汽车参与的现货市场交易机制。
(4)出台政策支持清洁能源电制氢技术应用，完善氢能管理理念和审批体制。出台政策推广新能源电制氢技术应用，不再将氢能作为危化品管理，赋予氢能能源主体地位，推动燃料电池汽车配套产业发展，促进燃料电池汽车商业化应用。
助力电动汽车与能源协同发展
针对电动汽车与能源协同发展这一课题，国网能源研究院展开了深入研究，我们总结的建议囊括了源、网、荷、储等电力系统重要环节，为电动汽车与能源协同发展起到了全面的指导作用。
通过分析电动汽车推广在实现节能减排中的重要意义和我国以火电为主的传统发电结构对电动汽车推广应用效果的限制，明确提出了以绿色化为核心的电动汽车与能源协同发展构想。结合我国新能源推广建设、新能源电力市场交易发展现状以及车网智能互动新近研究成果，归纳出了以新能源发电比例提升行动、电动汽车与电网互动为两大重点的电动汽车与能源协同发展实现途径。结合新能源领域发展现状，从宏观角度对提升新能源电力比例提出了传统火电机组升级改造，规范燃煤自备电厂建设和完善新能源市场机制的有关建议。同时，从商业与服务机制制定角度对电动汽车与电网互动提出了建立互动标准、完善市场交易机制和氢能管理体制的建议。
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