江億院士：讓私家車免費充電，不是沒有可能

江億在“科學四十人”現場分享

一輛私家車每天大部分時間都停在車位上，它的電池卻可能成爲未來電力系統最重要的儲能資源之一。

中國工程院院士、清華大學建築節能研究中心主任江億指出，隨着風電、光伏成爲主體電源，中國未來可能需要150億千瓦時以上的儲能容量，而現有儲能規模遠遠無法填補這一缺口。相比之下，上億輛電動汽車攜帶的電池，潛在儲能容量可達100億千瓦時。電動汽車有電池卻缺少接口，建築有閒置的配電容量卻缺少儲能，兩者恰好可以互補。

江億提出，通過“一位一樁、即停即接”和雙向有序充放電，讓私家車在停放期間參與建築和電網互動，可以爲電網提供巨大的靈活性調節資源。真正的障礙已不是技術和經濟性，而是體制與政策。

在8月5日《知識分子》《賽先生》主辦的“科學四十人”活動上，江億發表了題爲《車—房—網：破解儲能瓶頸的突破口》的主旨演講。以下內容根據演講整理。

撰文｜江億

未來新能源體系的建設絕不是某一個行業的事情，需要全社會共同努力，才能真正推動能源革命。

這輪能源革命的一個重要特點，是風電、光伏將成爲主導能源。到2035年，中國風電、光伏裝機容量將達到36億千瓦；到2060年，可能達到80億千瓦，提供全國70%以上的電量。

這將改變傳統電力系統“源隨荷動”的運行方式。風電、光伏具有明顯的波動性。以一天內的發電曲線爲例，風光發電量雖然可以與負荷所需電量大致相等，但白天的發電功率可能達到同期負荷功率的5倍，到了晚上卻可能沒有出力。因此，必須依靠巨大的儲能容量和接口容量，平衡風光發電與用電負荷，實現新能源消納。

究竟需要多大規模的儲能？各方都在測算。我們的仿真結果顯示，未來可能需要150億千瓦時甚至更多的儲能容量，以及80億千瓦的接口功率。

這些儲能資源需要同時佈置在電源側和負荷側。遠方集中式風電、光伏需要在電源側就地配置儲能，儲能容量約爲30億-50億千瓦時，接口功率約爲40億千瓦；與此同時，大量分佈式電源還需要在近鄰負荷側配置儲能，所需儲能容量約爲100億千瓦時，接口功率約爲40億-50億千瓦。

也就是說，電源側與負荷側要共同承擔儲能任務，“兩邊一塊抬轎子”。電源側可以依靠大型抽水蓄能、壓縮空氣儲能、重力儲能和集中式電化學儲能等方式；負荷側所需的儲能規模更大，約佔總需求的三分之二。負荷側的儲能資源從哪裏來？一個非常重要的來源就是電池。

截至2025年底，包括抽水蓄能和集中式電化學儲能等在內，中國已經建設了約10億千瓦時儲能容量。儘管投入巨大，這一規模也只相當於未來終端儲能需求的約10%；如果按照歐陽老師給出的測算，佔比甚至不到5%。未來二三十年，如果還要完全依靠傳統方式補足其餘絕大部分儲能需求，難度極大。

相比之下，電動汽車擁有規模龐大的車載電池。假設純電動汽車保有量能達到1.5億輛，其中私家車1億輛，按照50千瓦時的可用電池容量計算，總容量就是50億千瓦時。其餘5000萬輛商用車的電池容量更大，以平均每輛車100千瓦時計算，總容量也是50億千瓦時。兩者合計可以形成100億千瓦時的儲能容量，是目前集中式儲能容量的10倍，這是現成擺着的資源。

更長遠來看，到2050年，私家車保有量可能達到3億輛，僅私家車車載電池的潛在儲能容量就可以達到150億千瓦時。如此巨大的儲能資源已經存在於車輛之中，關鍵是如何利用起來。

爲什麼我要特別強調私家車？因爲私家車與商用車在提供儲能服務方面性質完全不一樣。未來兩類車輛的總用電量可能相差不大，但充電需求和使用模式完全不同。如果年均行駛約1萬公里，私家車平均約10天充一次即可；商用車通常每天都要充電。因此，當前建設的快充、超充和集中式充電站，主要應當服務於商用車。

私家車更適合在住宅或辦公場所的停車位上充電，並採用慢充、雙向、有序的模式。比如我今天把車停在樓下的快充站開會，30分鐘後充滿了就得趕緊挪車，不然佔着充電位還要收費。但如果停車場每個車位都有雙向慢充樁，就可以踏踏實實開會。但出租車不一樣，最好5分鐘就能充完，馬上接着運營。所以，私家車和商用車需要完全不同的充電模式。

圖源：Unsplash

當前，快充和超充爭議很大，像“1分鐘補充100公里續航”“10分鐘補充1000公里續航”，這種補能方式只適合商用車。否則，大量車輛同時超充，電網就崩潰了對吧？換電模式也需要額外配置大量電池，即使備用電池和車按照0.5∶1的比例配置，也不得了。

電動汽車擁有寶貴的電池，卻缺少接口、土地和功率。反過來看建築，現在我們提倡發展“光儲直柔”，研究柔性用電。建築最缺少的就是儲能資源，卻擁有很大的配電容量和接口資源。但現有居住建築的年等效滿負荷運行時間不到800小時，商業建築通常爲1000至2000小時。也就是說，建築擁有較大的配電容量，但這些容量在多數時間處於閒置狀態。

電動汽車有儲能、缺接口，建築有接口、缺儲能，兩者正好互補。

因此，應當在住宅和工作地點推動“一位一樁”。這些設施以慢充爲主，並提倡“即停即接”，只要車輛處於停放狀態，就儘可能與系統保持連接，全年累計連接時間最好超過6000小時。如果私家車平均每天行駛時間不到3小時，全年累計行駛時間約爲1000小時。即使車輛連接系統6000小時/年，仍有1000多個小時可以處於既未行駛、也未連接的狀態。

同時，車輛何時充電、何時放電以及具體功率，不能僅由車載電池管理系統決定，而應由充電樁結合車輛荷電狀態和建築、電網的調控指令統一管理。車載電池每天充放一次以上，才能充分挖掘資源。雙向充電的可用率可達到單向的5-7倍。

怎麼支撐這個模式？我認爲就是“免費充放”。如果一輛車全年連接系統超過6000小時，利用車載電池爲系統提供儲能服務，就可以免收車主的充電費用。車輛放電不另外獲得收入，充電也不需要付費，避免複雜的計量、計價，防止車網互動產生的效益最終被大量中間環節消耗。通過簡化，建立起免費開車的新充電文化。

每日充放電是否會影響電池壽命？研究結果表明，單向有序充電可以降低電池的平均荷電狀態和充電深度，有利於延長壽命；雙向充放電雖然會增加循環衰減，但通過合理控制充放電策略，電池壽命可以不差於無序充電。

這筆賬是否划算？假設一輛電池容量爲70千瓦時（度）的汽車，在電力低谷時充50度。按每年行駛1萬公里計算，平均每天行駛所需電量約爲7度。除去車輛行駛消耗和約7度的充放電損耗，還可以向外放出約36度電量。這一過程等效儲能效率約爲72%，與抽水蓄能的效率大致相當，但新增投資低得多。

此外，車輛使用十幾年以後，就算電池好，整車也將報廢，不會影響車主的經濟利益。

未來大比例風電、光伏接入以後，白天可能出現大量富餘電力。如果只有單向充電樁，車載電池吸收富餘新能源的能力仍然有限。如果大規模建設雙向充電樁，資源就十分可觀。按照上面估算，未來車載電池可以提供100億千瓦時以上的儲能容量，是當前儲能資源的10倍。這可能成爲破解中國建設以風電、光伏爲主體的新型電力系統過程中儲能瓶頸的重要突破口。

車輛接入以後，究竟什麼時候充放電，以及對應功率，都由充電樁的管理系統決定。但末端充電樁怎麼知道電網此時需要什麼？五年前，我們已經與華北電網開展過相關嘗試，目前國家電網多個分部也在研究這件事。即根據電網每時每刻的運行狀況，可以計算出一度電所對應的碳排放責任因子（Cr），並且每15分鐘更新一次。

Cr的定義是電力用戶每使用一度電所需承擔的碳排放責任，在不同季節、不同時間和地區都有差異：高的時候，一度電對應的碳排放接近1.5千克；低的時候，只有約0.1千克。Cr信號可以傳遞至末端充電樁，引導電動汽車在低值時充電、高值時放電，以配合風光發電的變化。

從這個思路出發，清華大學建築節能研究中心在好幾年前就裝了幾個充電樁，並利用屋頂光伏爲教職工的車輛充電。以前都是充完就駛離，我們則鼓勵他們繼續保持連接，並對連接時間較長的車主給予獎勵。後面車主慢慢地就形成了新的習慣，車載電池就成爲了我們的儲能資源。基於分時電價優化車輛充放電後，典型日運行電費降低14%；基於Cr信號調控後，典型日累計碳排放降低19.3%。

青島特來電總部大樓的地下一層建有立體自動泊車停車位。車輛到達後，機器人會將車輛運送到停車位，並自動接入充電設施；直到車主下班離開，車輛才斷開連接。車輛何時充電、何時放電以及如何調度，都由充電系統決定。

這相當於爲整棟建築配置了一座規模巨大的儲能電池，再結合建築自身的光伏系統，使大樓成爲了零碳建築。

太原武宿國際機場三期改擴建工程也是一個例子。機場規劃建設全域光伏，年發電量約1.27億千瓦時，超過機場約1.16億千瓦時的年用電量，但發電和用電在時間上並不匹配，因此需要大量儲能。機場空側用於運輸貨物、牽引飛機等作業的車輛均爲電動車，而且嚴格按照調度指令運行。將車輛行程、停放位置與充電樁的佈局和管理統一起來，就能把車載電池轉化爲儲能資源，推動機場實現零碳運行。

發展電動汽車是中國能源革命的重大工程之一，不僅可以減少對燃油的依賴、消除尾氣排放，更重要的是，可以爲新型電力系統提供規模巨大的儲能資源。

但是，私家車不應將超充作爲主要充電方式。大規模發展私家車超充，不僅可能對電網形成巨大沖擊、影響電池壽命，超充站還需要佔用寶貴的城市土地。超充更適合爲高頻運營的商用車輛服務。

相比之下，在既有停車位安裝慢充和雙向充電設施，無需額外佔用土地，就能爲車主提供更便利的充電服務，降低用車成本。更重要的是，可以爲新型電力系統提供寶貴的分佈式儲能資源，使車載電池得到更加充分、有效的利用。

從技術和經濟角度看，這是一件可行的事情。但應該通過怎樣的政策、機制和手段推動它真正落地？這個問題我已經呼籲了很多年，目前依然困惑於如何推進。

真正困難的不是技術，也不是經濟性，而是機制、體制和政策。

我的彙報就到這裏，謝謝大家。

江億，中國工程院院士、清華大學建築節能研究中心主任。2020年，他提出“光儲直柔”技術路徑，通過整合光伏發電(光)，儲能系統(儲)，直流配電(直)和柔性用電(柔)四大技術模塊，實現建築能源的高效低碳利用。光儲直柔2021年寫入國務院碳達峯行動方案，2024年獲“十四五”國家重點研發計劃系列項目支持。

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“科學四十人”是智識學研社(北京市海淀區智識前沿科技促進中心，“知識分子”“賽先生”出品方)發起的科技交流公益項目，圍繞前沿科學與技術、產業、社會、政策的交叉議題開展思想碰撞，此前討論議題包括AI與能源、AI for Science、AI醫生、青年科學家成長瓶頸、科研範式、科研評價、國際大學排名等。

編輯｜戴晶晶