歐陽明高院士：上億輛電動汽車，如何成爲電網的“充電寶”
歐陽明高教授在“科學四十人”現場
隨着新能源汽車保有量持續增長，數以千萬計的電動汽車可能給電力系統帶來什麼？
最新官方數據顯示到今年6月底中國新能源汽車保有量已近5000萬輛。多家機構預測2030年中國電動汽車保有量將達上億輛。
一方面，高功率充電設施快速增加，大量車輛在相近時段集中充電，會給城市電網帶來巨大壓力；另一方面，分散在城市中的車載電池也可能成爲規模龐大的儲能資源，通過車網互動（Vehicle-to-Grid）技術在用電低谷充電、用電高峯反向放電到電網，車主還能通過這種模式來賺錢。
在8月5日《知識分子》《賽先生》主辦的“科學四十人”圓桌活動討論會上，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表示，電動汽車保有量大幅增長，必然推動充電行爲從無序充電走向有序充電，並進一步走向車網互動。今後五年將是車網互動產業的啓動期，隨着新能源汽車和可再生能源繼續增長，車載電池有望成爲中國分佈式短時儲能的重要載體。以下內容根據現場演講整理。
演講｜歐陽明高
我今天演講的題目是《新能源革命與車網互動》。在人類歷史上，當前是第三次能源革命，且本次能源革命國際公認主要由中國引領，它的內涵就是通過可再生能源減少化石能源，以各種電池替代熱機，以風光發電減少煤，以電動汽車減少石油消費。
從電源側來看，要構建“源-網-荷-儲”一體化新型電力系統。國家能源局指出，2030年中國非化石能源的發電量要達到50%。去年，習主席宣佈2035年風電光伏裝機達到36億千瓦的目標。按我們的估算，2035年前中國風電、光伏和水電發電量將達到7.5萬億千瓦時，屆時總髮電量應在15-16萬億千瓦時，可再生能源的發電量佔比有望達到50%。
從電網側來看，國家規劃2030年初步建成主電網、配電網、微電網一體化的新型電網。我認爲，中國電力運行調度將經歷類似電信領域，從傳統的固定式電話人工插接到手機通訊的智能互聯的技術變革。因爲用戶側低壓接入層將形成基於智能微電網的低碳能源系統市場化藍海，它不僅會自發自用，也可以與電網互動，既是負荷也是電源。
在用戶側，新能源汽車與鋰離子動力電池相互促進，加速終端電氣化。新能源汽車帶動了新一代鋰離子電池動力及儲能電池發展，鋰離子電池的技術突破又推動新能源汽車市場爆發式增長。電池續航從早期的100多公里到當前1000多公里，比能量持續提升，成本最高降低了90%。同時，中國電動車市場滲透率不斷攀升突破60%，預計2030年將至少達到80%。到2030年，預計電動汽車保有量將達到1.1億-1.6億輛，2040年進一步增至3億-4億輛。
在這種背景下，車網互動將成爲現有配電網在風光佔比不斷增加的情況下，解決充電容量的關鍵路徑。國家明確提出，到2030年，中國充電基礎設施將實現倍增發展，總量達到4000萬個。目前，部分新推出的超快充設施已進入兆瓦級。1兆瓦相當於1000千瓦，如果1萬輛汽車同時以1兆瓦的功率充電，總負荷將達到1000萬千瓦，而北京的最大用電負荷也僅爲2500萬至3000萬千瓦。所以電動車保有量大幅提升，必然倒逼充電行爲從無序充電到有序充電再到車網互動。
電動車的總體用電量不大，我估計2030年後用電量將低於算力中心。但問題關鍵在於電動車集中充電的負荷過高。以北京爲例，如果未來有500萬輛電動汽車，晚上回家後同時充電，即使每輛車的充電功率只有1千瓦，總負荷也將達到500萬千瓦；如果達到10千瓦，總負荷就是5000萬千瓦，電網根本無法承受。
圖源：Unsplash
因此，電動汽車充電必須從無序走向有序。有序充電可以大幅降低集中充電形成的峯值負荷；如果進一步實現車網互動，在用電低谷時充電、用電高峯時向電網放電，還可以削減電網的峯值負荷。
車網互動的內涵實際上非常廣泛，目前國家也在推動全面普及有序充電，並擴大車網互動的應用。V2G是車跟電網，V2V是車跟車，V2B是車跟建築，V2mG是車跟微網。通過車網互動，電車充電可以免費，甚至還可以賺錢，電動汽車將成爲具有資產價值的產品，不僅僅是消費品。
目前，車用磷酸鐵鋰電池容量衰減至70%前，一般可以完成約3000次滿充滿放循環，日曆壽命爲10-15年。按單次續航500公里計算，500次循環即可滿足一般家用轎車10-15年的使用需求，總行駛里程最高可達25萬公里，按照單車電池包容量70千瓦時計算，仍有約2500次循環富餘。
車載電池可利用剩餘循環次數參與儲能和電力交易，也就是所謂的“炒電”，全生命週期內的累計交易電量可接近15萬度。按每千瓦時價差0.1元計算，收益約爲1.5萬元；價差達到0.5元時，收益可達7.5萬元。這是一個全生命週期的概念，平均到每次交易的收益並不高。目前部分試點補貼高達每度4元，但這一水平不會長期維持。
我重點說一下大家擔心的電池壽命與安全問題。車網互動如果採用雙向脈衝，可以使鋰的分佈更加均勻，抑制析鋰，從而改善快充的特性。另外雙向脈衝還可以加熱電池，改善其低溫性能。如果將電池工作的倍率、脈衝頻率和週期控制在適當範圍內，車網互動不僅不會加速電池衰減，在一定程度上還可以起到保護電池的作用。
在安全調控方面，充電是電池安全事故較易發生的環節。如果車輛在快充後繼續停放參與V2G，可以通過技術手段較爲精確地判斷電池是否發生析鋰。由於析鋰是誘發電池安全事故的重要因素，及時識別可以有效防範安全風險。
一般來講電池的循環是有消耗的，但是實際上目前電池擁有循環壽命和日曆壽命。電池的循環壽命通常有較大富餘，日曆壽命往往是不夠的。現在電車在充滿電後長時間停放，這是對電池日曆壽命最不好的一種狀態；在車網互動模式下，電池可能更多地保持在半電狀態，反而有利於延長日曆壽命。
接下來談談車網互動的應用推廣。目前，車網互動應用大致可以分爲三類場景。
第一類是“點”上的園區場景。工業園區通常聚集了大量電動汽車，可以將車載電池作爲分佈式儲能資源，並與光伏、儲能變流器（PCS）等設施協同運行。我們目前已經在一些工業園區開展了示範應用。
第二類是“線”上的交通場景。快充電站會對電網形成較大沖擊，可以通過光儲充一體化降低對大電網的容量需求。在同時設有重卡換電和乘用車快充設施的場站，可以利用重卡換電電池爲乘用車充電，減少從大電網集中取電，既降低容量費用，也減輕對電網的衝擊。
第三類是“面”上的建築場景。分佈式光伏在郊區較容易推廣，可以在屋頂鋪設光伏，利用電動汽車儲存和消納光伏發電，儘量減少從電網取電，由此形成房-車-網一體化系統。在城市建築中，除了車網互動，還可以將建築用能和節能納入其中，最終形成綜合智慧能源管理平臺。
最後作一個總結。目前，車網互動已經納入國家戰略，規模化示範工程也已啓動。2025年，四部委在上海等全國9個城市開展城市級V2G規模化應用試點，我的團隊參與了其中5個城市的相關工作。
展望未來，“十五五”規劃提出，到2030年，車網互動功率達到5000萬千瓦。按照每輛車10千瓦的功率計算，相當於約有500萬輛電動汽車參與車網互動。我認爲，V2G有望逐步成爲中國分佈式短時儲能的主要載體。中國城市以高層建築爲主，很難像美國一樣在家庭中普遍安裝儲能牆，更現實的方式是利用地下車庫中的電動汽車進行儲能。
隨着電動汽車保有量增長，車載電池的總容量也將迅速上升。保守估計，2030年中國將有1億輛電動汽車，車載電池總容量達到65億千瓦時；到2050年，按3.5億輛計算，車載電池總容量將達到250億千瓦時。當前中國每天的用電量約爲250億-280億千瓦時，這意味着在應急情況下，屆時全部車載電池儲存的電量大致可以滿足全國一天的用電需求。
今後五年仍將是車網互動產業的啓動期。到2030年，按照5000萬千瓦的互動功率和2小時的儲能時長計算，車網互動的儲能容量約爲1億千瓦時。同期，固定式電化學儲能容量可能達到20億千瓦時，中短時儲能需求約爲36億千瓦時，其餘需求則主要由抽水蓄能等方式滿足。
2035年將是一個關鍵節點。屆時，車網互動儲能容量可能增至6億千瓦時，固定式電化學儲能容量約爲34億千瓦時，中短時儲能需求約爲54億千瓦時。2035年以後，車網互動規模將迅速上升。到2040年，隨着固定式儲能增速放緩，車網互動儲能容量可能超過40億千瓦時。
這就是我給大家的報告，我們團隊也馬上要出版一本書《中國新能源革命》，關於新能源的各方面都會講到。謝謝各位！
編輯：戴晶晶
