电动汽车智能充电展望2050

图S8总结了电动汽车通过智能充电为电网提供灵活性的演变过程。到2030年，如果雄心勃勃的政治目标和智能充电能力的可用性能够促进电动汽车的市场接纳，电动汽车的灵活性可能会显著提高。2030年至2050年间，将有200千瓦时（kWh）电池、行驶里程可达1000公里的汽车上路。然而，它们的部署规模将取决于这些电池的重量和成本，因为对这些范围的需求仍然有限。

600千瓦的超高速充电可能最终会实现，但仍将在有限的范围内使用。到2050年，“移动即服务”（mobility－as －a－service）和自动驾驶汽车将扰乱移动能力，并极有可能使系统可用灵活性的增长趋于平缓。共享车辆的停车时间可能会减少，主要集中在城市郊区的中心地带，从而降低了平衡太阳能的灵活性。

图8：2030年和2050年电动汽车灵活性和可再生能源整合的演变

政策重点

除了部署更多的可再生能源，各国还需要制定雄心勃勃的交通目标。除了一些国家已经制定的动性目标和二氧化碳标准外，还可以考虑制定交通运输方面的二氧化碳减排目标。

为电动汽车引入（尚未到位的）临时激励措施，有助于启动电动汽车市场。随着直接的货币激励随着当地环境和需求的变化而逐步取消，非货币激励最终应该会变得更加普遍。

新兴电动汽车市场的政府和地方当局也应为智能充电基础设施设计激励措施。例如，在英国，从2019年7月起，只有使用“智能”技术的家庭充电点才有资格获得电动汽车家庭充电计划下的政府资助。（RECC，2019）。所有政府都应该处理复杂的市场细分，比如超高速充电和多单元住宅。

监管重点

需要解决的关键监管问题包括：首先实施使用时间电价，然后最终实施电动汽车充电的动态价格，允许电动汽车参与辅助服务市场，实现价值叠加，避免双重收费。

首先，适当的价格信号是实现智能充电的关键因素。向电动汽车用户发出价格信号，将使电动汽车充电需求转向非高峰时段，并与可再生能源的可用性相匹配。如果没有收到相应的价格信号，客户将无法匹配他们的电动汽车充电与VRE发电相匹配。提高自动化将使驱动程序和服务提供者都能够管理这个系统。一些零售商，主要在美国，已经采用电动汽车家庭充电收费，与白天相比，在夜间提供高达95％的充电率（BNEF， 2017e）。

电动汽车用户的零售电价必须反映实际的电力结构——也就是说，当以接近零的边际成本获得充足的VRE时，批发电价较低，以便电动汽车在这些时刻尽可能多地充电。动态定价和配电网电价的更新将是必要的，以向车辆发出充放电的最佳时刻信号（在V2G的情况下）。要实现这一目标，必须在全球范围内建立起正常运转的批发和零售市场，即使在排名前十的电子移动市场，如今也不是这样。零售价格监管往往是一个高度政治敏感的问题。

其次，只有一个单一的收入流可能不足以特别为V2G提出商业理由。换句话说，电池将不得不通过服务于多个应用程序来“堆积”收益，为系统级和本地提供服务，如图S4所示。要实现这一点，除了动态定价之外，还有许多先决条件。在许多地方，缺乏竞争性的平衡／辅助服务市场，地方电网运营商不被允许通过加强电网以外的方式来管理电网的拥堵。合并后的电动汽车将需要进入这些市场，并同时进入几个市场。

对电动汽车智能充电收取过高的费用，可能会阻碍提供全系统利益的使用。这可以通过双重征税来实现，比如收取车辆充电和向电网供电的费用，以及在使用V2G技术向电网供电时向电网收费。

法规应允许电动汽车电池为电力系统提供不同的服务，鼓励服务和收入的叠加。但V2G的双重收费需要避免。税收和电网收费只适用于为驾驶目的而转移的净能源。

商业模式

商业模式需要考虑电力系统的需求（向电力系统提供服务的报酬）以及车主的需求（机动性和保持车辆和电池的状况）。因此，必须监测诸如充电速度、电动汽车电池的健康状况、潜在的电池寿命缩短等参数。在确定智能充电业务模型时，应该考虑这些因素。例如，提供运营服务将要求电池“随叫随到”，同时仅凭可用性就能获得稳定的收入。另一方面，电价套利需要重复充放电，这大大降低了电池寿命。

电动汽车电池可以提供一些辅助服务所需的快速响应，但其功率容量有限；因此，一辆电动汽车无法在电力系统所需的时间内提供这些服务。然而，当电动汽车被聚合在一起时，它们可以互相补充，从而形成一个虚拟的发电厂，具有快速响应和为所需时间提供服务的能力。

聚合器业务模型促进了EVs作为灵活性来源的使用。至少1～2兆瓦的容量可进行交易，以使电动汽车电力供应在批发水平上可行。这需要聚集大约500辆汽车和它们的充电站。

虚拟发电厂运营商Next Kraftwerke和电动汽车（EV）聚合器及智能充电平台提供商Jedlix启动了一个国际试点项目，利用电动汽车电池向荷兰输电系统运营商TenneT交付二级控制储备。Jedlix将能够结合用户偏好、汽车数据和充电站信息，提供对可用容量的连续预测。然后，NextKraftwerke在TenneT采购电网服务的投标过程中使用该方法（NextKraftwerke， 2018）。

技术重点

在开发智能充电的同时，应考虑到每个电力系统的特殊性。智能充电策略可能会有所不同，这取决于主导电力系统的VRE电源及其发电概况。

智能充电的增量效益在太阳能系统中尤其显著。通过改变充电方式，使其更好地与太阳能光伏发电相一致，并通过实施V2G，可以在系统级和地方电网级集成更多的太阳能，从而减少对配电网的投资需求。为了补充太阳能，电动汽车充电必须在中午进行，这也意味着充电站必须设在电动汽车车主白天停车的工作场所和其他商业场所。员工可以在办公室使用免费的可再生能源充电（然后在家使用可再生能源充电V2H）。为此，应该在商业建筑中推广预布线和智能充电器。

风力发电更具有地区特异性。在一些地区，即使电动汽车以不受控制的方式充电，这些风电出力曲线也可能与电动汽车充电负荷曲线匹配得很好，因为风可能在晚上吹得更多，而在晚上电动汽车往往在充电。在这样的系统中，重点应该主要放在夜间的家庭充电和动态调整以适应风力发电的变化。

随着移动即服务的增加以及最终转向全自动汽车（主要在城市地区），这些战略将需要进一步调整。电动汽车仍将主要是一种运输工具，只会作为“系统的电池”发挥次要作用。这不仅将推动无线充电等新技术的发展，还将把充电从家庭／办公室转移到集线器。必须仔细研究电动汽车灵活性的可用性的影响——与基于个人电动汽车所有权的运输系统相比，未来基于共享自动驾驶汽车的系统可能会降低这种灵活性。

此外，目前只有很少的充电站（家庭和公共）支持智能电网（Deloitte， 2017），很少有汽车支持V2G。不断增长的电动汽车普及率将进一步增加对充电基础设施共同标准的需求，以及充电站、配电网和电动汽车本身之间互操作解决方案的需求。互操作性不仅是避免充电基础设施供应商锁定的关键，而且还可以使电动汽车与不同的充电基础设施和计量设备实现经济有效的连接。

通信协议必须标准化，而V2G充电站和控制系统必须是可互操作的。

表S2：按城市类型收费需求