电动汽车与电网协同措施能够在不同应用场景发挥作用,可参与电网调峰、电网调频、配电网阻塞管理以及需求响应和绿电交易 [5-6] 。
风电、光伏等可再生能源发电的随机性和波动性为电力系统供需平衡带来了巨大挑战,电动汽车可以作为分布式电源,或与其他电源、可控负荷等联合调控形成虚拟电厂,提供辅助服务,实现电网系统负荷的削峰填谷与电力实时平衡,并参与电力市场交易。延缓对新建电厂或灵活资源的投资,促进可再生能源消纳。提升电力系统灵活性是实现未来高渗透率可再生能源电力系统的必然选择。
(1)参与电网调峰
电动汽车作为负荷侧灵活资源,有条件参与需求响应市场、特定调峰辅助服务市场和电力现货试点。随着大比例可再生能源接入,电动汽车参与电力系统填谷的需求也不断增加,特别是电动汽车的主要充电时间与风电出力大的夜间(或春节期间)高度重叠,有助于缩小电网峰谷差,促进风力消纳。
例如,华北调峰辅助市场明确允许负荷侧电动汽车(及充电桩)作为市场参与主体,辅助可再生能源消纳。与需求响应市场相比,调峰辅助服务市场对车辆数量和持续时长要求较高,仅有大型负荷集成商(如成规模的充电运营商或电网企业)有条件参与。
(2)参与电网调频
调频是保障电力系统频率变动保持在允许偏差范围内(50Hz±0.2Hz)的重要电力辅助服务手段。虽然目前调频市场空间仅为电网峰值负荷的2%~3%,但未来随着波动性可再生能源接入规模的提升,电网调频需求将持续增长。以往调频服务一般由发电机组提供,且对机组调节速度、调节精度、响应时间等有较高的要求,一般一次调频主动持续一小段时间(秒级),待由自动发电控制(AGC)提供二次调频(分钟级)。参与调频的传统燃煤和天然气发电机组需要频繁调节机组发电出力,因此会影响机组气门、锅炉等系统部件寿命,且参与调频的成本也更高。电化学储能系统由于响应速度快,可以实现精细化控制,与传统火电资源相比,更适用于调频服务,其未来市场前景可期。
(3)参与配电网阻塞管理
随着电动汽车接入配电网的规模不断扩大,其充电时间的叠加或负荷高峰时段的充电行为将会加重配电网的负担,造成配变容量资源紧张,甚至可能带来线路阻塞与区域电力送电能力不足、电压越限等安全问题。同时,由于已有的公共配电网和用户侧配电设施在当年建设时没有考虑电动汽车充电需求,电动汽车的发展使得部分地区的局部配电网产生了增容改造的需求,带来较高的配网建设和扩容成本。作为一类大功率、非线性负荷的设备,电动汽车充电设施布局分散,会产生很高的谐波电流和冲击电压,并存在用户私拉电线和飞线充电等问题,给电网公司配电侧管理带来难题。因此,电动汽车的大规模接入对配电网的安全经济运行造成很大挑战。
另外,电动汽车作为柔性负荷,具有源荷双重身份,通过车网互动可以增强配电网运行的灵活性。通过有序充电、V2G等控制手段可以促进分布式新能源的消纳,进一步提高配电网对电动汽车的承载能力水平。通过动态调节电动汽车的充电和放电,可以均衡配变负荷,提高其容量的利用率,缓解线路电压、潮流越限等问题,延缓配电网的升级改造,提升配电网运行的安全性和经济性。
(4)参与需求响应和绿电交易
由于具有负荷灵活的特点,电动汽车逐渐成为需求响应的重要组成。面对夏季居民负荷显著提升,电动汽车能够在系统负荷峰时不充电或者放电,实现削峰,从而实现迎峰度夏。对比传统需求侧灵活资源,电动汽车的可调节容量大,响应速度快,是一种重要的需求响应可调资源。电动汽车作为灵活负荷资源,已参与了国内部分地区的需求响应试点。目前,部分地区(如江苏)的需求响应可占3%左右的最大用电负荷。在未来,随着用户侧储能等技术的普及,需求响应有望减少10%以上的最大用电负荷。
绿色电力产品是一种全新的、特殊的电力商品。绿色电力交易的开展,短期可以解决各类企业缺乏购买绿色电力途径的问题,中长期可以促进新能源的发展和能源转型,远期将对全社会的绿色生产生活方式,对人们绿色消费、绿色生活、绿色价值理念的培育起到深远的影响。在当前阶段,电动汽车参与绿电交易的实现途径主要为碳排放交易市场和绿证交易市场。碳排放交易市场是指将二氧化碳排放权作为商品进行买卖的市场。由于电动汽车的排放量相对较低,可将未使用的排放额度出售给其他企业,以获得经济回报。绿证交易市场涉及可再生能源发电的相关证书。为促进可再生能源的发展,政府颁发绿色证书给可再生能源发电厂,证明其生产的电力来自可再生能源。电动汽车企业希望消费绿色电力,实现清洁用能,践行社会责任,提升品牌形象和市场竞争力,愿意为绿色电力的环境价值买单。他们可购买这些绿证,以证明其使用的电能源自可再生能源,从而实现参与绿电交易。通过参与碳排放交易市场和绿证交易市场,电动汽车能够为其所消耗的电能源进行认证,促进可再生能源的使用并减少碳排放。这也是实现可持续交通和环保目标的有效途径。