【长城证券】车网互动行业报告：驭车驰电，电动车时代下的车网互动新纪元.pdf

2024-03-19

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一、电动车时代，车网互动成为维护电网供需平衡的必然之选

1.1、车网互动的定义

车网互动是将新能源汽车通过充换电设施与供电网络相连，构建新能源汽车与供电网络的信息流、能量流双向互动体系，主要包括智能有序充电、双向充放电（V2G）等形式。车网互动可减轻新能源汽车无序充电对电网的影响，实现调整用电负荷、改善电能质量、消纳可再生能源等作用。而 V2G 的应用还可以为电力系统调控提供新的调度资源，避免电网和电源资源的过度投资，同时让新能源汽车用户获得一定的电网能源互动收益，提升新能源汽车整体竞争力。

1.2、车网互动是新能源车规模化接入电网的必然要求

汽车电动化势不可挡。“十三五”以来，国内新能源汽车规模呈现持续高速增长趋势。 2023 年新能源汽车产销分别完成 958.7 万辆和 949.5 万辆，同比分别增长 35.8%和 37.9%，市场占有率达到 31.6%，提前完成“2025 年新能源汽车新车销售占比 20%左右”的目标。截至 2023 年底，我国新能源汽车保有量达 2041 万辆，同比增加 56%；其中纯电动汽车保有量 1552 万辆，同比增加 32%。根据国家电网预测，新能源车保有量 2030 年将突破 1 亿辆，根据中国科学院院士欧阳明高预测，2050 年新能源车保有量将达到 3.5 亿辆。而 2023 年全国汽车保有量也就是 3.36 亿辆，在这个规模下，新能源车将成为我国汽车的消费主体。

1.2.1 新能源车规模化无序充电将给电网带来巨大压力

我们从电网的三个方面来理解这种压力：

① 发电侧

影响电网发用电计划曲线和区域电力平衡。2023 年公共充电桩全年充电量为359.7 亿度，同比增长 68.69%，占全社会用电量比例为 0.4%。2018-2023 年充电量复合增速为 171.81%。按照 2030 年 1 亿辆电动汽车，每辆车 2 万公里这个边界条件来计算，全年总充电量在 4000 亿度，相当于 2021 年三峡电站年发电量的 4 倍。按电动汽车功率 60 千瓦，充电同时率 10%预测，2030 年需要 600GW 电力装机容量去适应电动汽车充电需要。凭空多出如此庞大的电量对电网冲击巨大，对于调度控制也非常困难，且需要巨额新增建设投资。新能源车的无序充电或将破坏其“清洁”能源理念，影响集中式可再生能源的并网与消纳。新能源车是否“清洁”，还应该取决于其充电时的电力来源。如果新能源车的充电需求与新能源发电不匹配，将提高电网峰谷差，造成比燃油车更高的碳排放。从下图可以看出，当风电渗透率为 20%/30%/40%时，电动汽车无序充电带来的二氧化碳减少率为 12%/17%/20%，比传统燃油车的 19%/25%/29%还少。无序充电状态下，电动汽车的负荷时间也与风电不匹配，可能导致更多的弃风。

② 用电负荷

区域峰值负荷持续增加，拉大电网负荷峰谷差，加大电网平衡调节难度。电动汽车的同时充电特性与居民用电规律高度一致，会使区域电网峰谷差由最大负荷的 35%加剧至 55%，发用电计划容易发生偏差，电网调节难度加大。如果单纯通过增容升级线路，会使全社会电力投资翻倍，进而增加终端用户的用电成本。根据国网测算，电动汽车无序充电将导致 2030 年国网经营区域峰值负荷增加 1.53 亿千瓦，相当于区域峰值负荷的 13.1%，负荷峰谷差加剧。国外的情况也相差无几，根据麦肯锡（2018）定量分析，在德国电动汽车渗透率超过 25% 时，本地高峰负荷将增加 30%；在印度，根据布鲁金斯学会预测，2030 年电动汽车充电负荷可能将占全网高峰负荷的 28%-50%。

③输配电侧

造成局部配网台区重过载等问题，对配电网运营提出更高要求。随着电动汽车快速发展，其保有量不断增大，规模化充电将使电网总负荷“峰上加峰”，负荷波动，谐波、电压损失和三相不平衡等情况加剧。而电动车主充电行为的不确定性，则会加重配电网调度和管理难度，现有配电网络资源紧张，增容困难且费效比不高，电动车规模化充电需求使该情况更加严峻。从图 6 可以看出，当私家车电动化比例超过 50%时，住宅小区、办公场所的配电变压器将面临超载风险。实际上当电动汽车户渗透率在 25%左右且夜间充电同时率高于 20%时，该小区夜间最大用电负荷就已经会接近变压器 80%负载率限值了。而现有的很多老旧居民小区，在设计初期并没有考虑私家电动车的用电负荷，配电设施无法满足电动私家车日益增长的用电需要，如果继续无序安装私人充电桩，将给小区配电系统带来严重安全隐患。

在极端情况下，电动汽车的无序充电也会影响输电网（即主干网），可能造成输电阻塞与区域电力送电能力不足，增加重载输电线路的输送功率。

1.2.2 车网互动应是新型电力系统建设的重要组成部分

新能源车集“源”“荷”一体，V2G 具有平衡电力系统供需的极大潜力。在能源转型和双碳目标的大背景下，风电、光伏等新能源迎来快速增长，由于风电、光伏具有强随机性和波动性，传统电力系统的“源随荷动”调节模式难以为继。另一方面，随着交通、工业的电气化进程不断推进，负荷侧的用电量也在不断攀升，且负荷呈现出多样性、随机性的特征，电力系统供需平衡将面临巨大挑战。新能源车既可作为灵活电源，也可作为可调节负荷，进行 V2G 互动之后，不仅能降低无序充电给电网带来的负面影响，还能为平滑可再生能源带来的电力曲线波动。一方面，新能源车的充电负荷具有时间和空间上的灵活性，可以和供热电锅炉、建筑空调一样参与电力需求响应，扩大可调节负荷整体规模，增加负荷侧的灵活性。另一方面，新能源车还可以借助向电网反向放电功能，作为储能设施或虚拟电厂，提供频率调节辅助服务，缓解风电、光伏发电的波动性。因此车网互动，特别是 V2G 对于新型电力系统建设的意义重大。

电动车的电池动力系统本质上就是一套储能系统，当电动车处于停放状态，其电池将成为待开发的配电网“充电宝”，把海量的“充电宝”通过物联网技术连接到智能聚合平台，形成一个虚拟大负荷。这个虚拟大负荷又可以通过能源互联网以及人工智能技术进行优化调控，在用电低谷时给电动车充电，在用电高峰时电动车给电网放电，并且进一步与未来新能源发电特性匹配，减小电网增容压力。从八款国产主流高续航电动汽车，我们可以看到电池容量在 50kWh-80kWh 之间。以现有水平计算，20 辆电动车储能潜力已经和一个中等规模的用户侧储能电站相当。到 2050 年，我国新能源车保有量达 3.5 亿辆，假设每辆车平均电池容量大于 65kWh，则车载储能容量超过 227 亿 kWh，与 2021 年我国每天消费总电量基本相当。 2030 预计全国新能源车保有量为 1 亿辆,如果 40% 的新能源汽车参与有序充电，最大可提供 5600 万千瓦的调节能力；如果 10%的新能源汽车参与 V2G，最大可提供 8600 万千瓦的调节能力。根据中电联统计，2022 年全国日最大错避峰负荷超过 5000 万千瓦，因此车网互动，特别是 V2G 能调控出来的量对于电力系统是很有意义的。

1.3 V2G 模式是更卓越的能源管理方案

车网互动的两种方式中，从经济性、安全性、运营效率三方面来看，V2G 都是更能满足电网供需平衡的能源管理方案。有序充电（V1G）仅能调节电动汽车的充电时间和充电功率，并不承担向电网放电的功能，调控手段相对单一，比起 V2G 来说经济效益不明显。帝国理工大学在英国电力环境下，用 100 万辆电动车做了三种不同充电方案年度增量成本的测算。 ① 无序充电：每年+598 万英镑增量成本，来自发电侧的新建资本支出增加、配电侧的加固资本支出增加和发电效率较低导致运营支出增加。 ② 有序充电（V1G）：每年+102 万英镑增量成本，来自发电侧的新建资本支出小幅增加、运营支出小幅增加、配电侧无加固资本支持。 ③ 双向充放电（V2G）：每年-883 万英镑成本，来自发电侧和配电侧支出同时减少，V2G 进行频率响应，降低运营支出。从运营效果上也可以看出，有序充电虽然能减少系统过载的风险，但相比 V2G，负荷曲线仍然不够平滑，且峰值靠近过载线。在安全性、经济性方面，V2G 都更胜一筹。在住宅小区中，电动车比例 100%时，即使只有 10%的电动车参与 V2G，峰值负荷也低于配变限值。如果达到 20%的参与率，峰值负荷几乎是无序充电的一半，显著地减少了电网压力。所以采用 V2G 的车网互动方式，具有更强的调节能力，更大的调节潜力，随着电动车规模的逐年扩大，不需要很高的参与比例即可发挥电网调节作用。

根据中国能源报，以一辆 70 度电的纯电车为例，其续航约为 600 公里，每天常规通勤距离为30-60 公里，仅消耗5-10 度电，如果利用V2G技术售出50 度电，用峰时1 元/kWh、谷时 0.3 元/kWh 电价计算，车主每次可获利 35 元。达到 1000 次换电，即可获利 3.5 万元，2000 次可获利 7 万元。

2、海外 V2G 项目现仍处于试点阶段，多种商业模式并存

2.1 海外从 1995 年至今有过百案例，集中于欧美

V2G 技术最早由美国落基山研究所首席科学家 Amory Lovins 在 1995 年提出概念原型, 特拉华大学 William Kempton 教授对其进一步发展。2008 年美国第一次在 PJM 市场上进行了真实的频率响应测试，2012 年美国、德国、日本第一次在示范项目上验证 V2G 技术的可行性，2016 年丹麦的“Parker”项目作为第一个完全商业化运行的 V2G 项目启动，2017 年尼桑针对 V2G 的 LEAF 车型累计售出 4000 多台，2020 年意大利开展了目前全球最大的 V2G 试点项目，涉及 700 辆电动车的参与。

据 V2G Hub 网站不完全统计，截至 2024 年初，全球有 131 个 V2G 试点示范项目，分布在 27 个国家和地区，主要集中在欧洲和北美。欧美国家的示范项目大多对电动汽车向电网放电以提供调频、备用、消纳新能源等服务的能力进行了技术与商业模式上的验证；而亚洲国家则更多地是对 V2B 或 V2H 进行验证，且其中日本最具代表性。从时间线来看，2018-2021 新增项目较多，其中 2018 年增加了 26 个，为新增项目最多的一年。

2.2 50%以上项目为试验证明性质，集中探索削峰填谷等三大服务方向

根据 v2g hub 统计，全球有 55.8%的 V2G 项目为概念试验证明，17.7%的项目为小规模商业试验，只有 8%的项目做到了一定的商业采购服务的程度。可以说全球的 V2G 项目目前仍处于验证和试点阶段。

一个 V2G 试点项目中可能提供多种服务，试点服务内容包括了时间平移（削峰填谷）、频率响应、配网服务、备用服务、价格套利、旋转备用等，其中削峰填谷服务数排行第一，和频率响应、配网服务数合计占比超过 71%，是全球 V2G 试点项目的主要探索方向。

国际上开展车网协同试点的目标可总结为：一是利用提供电网服务的收益，降低电动汽车全生命周期的成本，提升电动汽车推广的规模数量；二是在保障电网系统安全、稳定运行的前提下，利用电动汽车作为电网资源，减少电网、电源和固定式储能设施的投资。海外 V2G 试点项目覆盖了几乎所有可能的应用场景，从局部配网优化到全网应用。

2.3 海外 V2G 项目参与主体多，试水多种商业模式

海外 V2G 项目参与主体类型多元。海外 V2G 项目的市场主体包括电动汽车租售企业、双向充放电设施供应商、电力公司、车网互动平台运营商、高校及科研单位、政府机构等。以英国为例，典型的 V2G 市场化运行模式中，车网互动平台运营商处于核心地位，是整个需求侧管理的通信中心，通过与电动车供电设备和电动车的通信来平衡每辆汽车的技术能力。电动汽车供应商、充放电设施供应商和电网公司都可以在车网互动平台上进行交易匹配。当接收到来自电网公司的需求响应服务时，车网互动平台可以开展用户参与调频辅助服务、节能服务等运营活动，连通车端和网端的能源响应和传输渠道。

海外 V2G 试点项目往往不由某一家企业单独发起，而是由上文中多个企业共同发起，建立起协同合作的生态圈，促进车-桩-网各主体在技术研发上的共同合作，并且可以降低单个主体承担的前期投资成本。

通过试水多种商业模式，多个海外 V2G 项目的经济性已获验证。比如英国 Sciurus 项目的单台车桩参加 V2G 服务的年平均收益达 340 英镑，调频响应服务可将单车年收益提高至 513 英镑；英国 powerloop 项目通过租赁 V2G 电动车来售卖套餐，相较无序充电，单个客户每年最多可减少 840 英镑的成本；丹麦 Paker 项目验证每辆电动汽车在北欧区域电力市场中的年调频收益非常可观，介于 1759 欧元-2486 欧元之间，具备商业推广的潜力。此外还有荷兰、英国、美国尝试的通过充电桩来引导 V2G 商业运行的模式。比如荷兰 80%的公共充电桩加载智能有序充电功能，可以随时被激活，不仅支持电动汽车用户在不绑定任何充电运营商的前提下，在任一公共充电站实现“即插即充”，也能够广泛地支持智能有序充电，延缓配电网增容投资，并在可再生能源发电时段参与消纳；英国政府的电动汽车家庭充电计划（UK Electric Vehicle Homecharge Scheme）规定，自 2019 年起，只有支持有序充电的充电桩，才有资格获得政府补贴支持；美国佛蒙特州的电网企业提出，只要车主允许电网企业控制 Powerwall 储能设施和车辆充电，并提供电网服务，该电网企业将为特斯拉车主支付安装 Powerwall 储能设施和充电桩的费用。电网企业则通过有序充电或者 V2G 方式赚取电价峰谷差或获得电力市场收益，填补前期设备投入。

2.4 海外 V2G 项目试点中常见问题

虽然欧美等国在V2G项目上试点的时间很长，在调频服务试点上已经有了一定的成熟度，在车-桩-网高频次、高时间精度的通信协议也得到验证，但试点过程中也遇到了一些常见的问题。比如私家车客户的出行行为差异大、用户侧资源接入配电网困难、技术和标准难以统一等，对应的解决措施有：和负荷聚合商合作，从私家车之外的营运车辆入手、严格审核后允许用户侧资源并网、尼桑三菱开始支持商业化 V2G 产品等等。

3、国内 V2G 应用方兴未艾，重磅顶层政策加速产业发展

3.1 国内车网互动项目由电网企业主导，V2G 项目尚在起步期

2018 年以来，国内多个省市开展了电动车参与电网辅助服务和需求响应的试点验证。和海外的发起方不同，我国是由国家电网、南方电网公司等电网企业主导，组织车企、桩企、充电运营商联合开展了有序充电、电动汽车参与需求响应、源网荷储协同互动、虚拟电厂等示范项目。其中公共充电桩通过聚合商平台，已实现参与分钟级调峰的功能验证；具备联网功能的私人充电桩在华北、上海等地已完成参与电网填谷的可能性验证；部分换电站通过聚合参与了电网调峰，其中部分还接入电网参与了调频。国内目前针对有序充电的研究较丰富，而关于 V2G的研究和试点应用尚处于起步阶段，与国外差距仍较大。

①我国第一个规模化电动汽车有序充电示范工程“郑州世纪家园示范站”于2018 年7 月建成投运，随后北京、南京、上海、广州等地均开展了居民区有序充电站的推广建设。 ②2020 年 6 月，北京中再中心车网互动示范站投运，是全国第一个商业运营的 V2G 充放电站，有 12 个充放电双向桩。 ③2021 年 4 月，我国最大的工业园区 V2G 商业化示范站在保定长城工业园区建成投运，园区内共布局 50 个 V2G 充电桩。 ④2023 年 8 月，国内规模最大的 V2G 试验在国网无锡供电公司车网互动验证中心完成，配置了 50 台 60kw 的 V2G 直流充电桩，实验数据显示，50 台新能源车的反向送电功率接近 2000kw，送出的电量可满足 133 户居民一天的日常用电。

3.2 对比国际，我国 V2G 行业发展阻碍的异同

我国的 V2G 起步晚于欧美国家，虽然可以借鉴欧美经验，以负荷集成商为合作对象，避免在项目试点中进行过度投资。但对比国际，我国 V2G 项目试点不仅需要解决同样的电池衰减影响、配网设备改造、V2G 电动汽车缺乏这些问题，还需要面对国内特有的电力市场机制、充电标准兼容性等挑战。比如：①电力市场机制不完善，准入门槛高，辅助服务市场主体以发电设施为主，用户侧资源不在其中。现货市场仍在建立初期，区域市场改革方向差别较大。 ②终端用户峰谷电价机制不完善，部分地区没有居民、工商业的峰谷电价，且受充电服务费、转供电加价影响，峰谷电价传导不畅。 ③车-桩-网的交互控制技术不明确，标准体系没有贯通。 ④互动能力有待提升，海量分布式车网互动资源聚合调控技术有待突破。 ⑤电网企业的信息安全要求很高，目前的开放程度不足以支撑规模化电动车灵活资源参与快速响应的辅助服务。

3.3 多种电力市场试点开放参与，为规模化 V2G 运营增加盈利来源

电能量市场和电力辅助市场是电动车 V2G 运营必不可少的交易场所，当下电动车还无法直接作为市场主体参与绿电交易，通过充换电桩负荷聚合商参与绿电交易仍处于试点阶段，但已有地方加速推动相关机制出台。

①电能量市场

目前山东、广东、山西等省份正加速推动电动车、虚拟电厂等新兴市场主体参与现货市场。2022 年 5 月，广东实现首个虚拟电厂参与电力现货市场获得盈利；2022 年 6 月，山东明确提出虚拟电厂可作为独立市场主体参与市场交易，山西提出虚拟电厂规范入市方案。

②需求响应市场

上海已有电动车、虚拟电厂、储能参与需求响应，开展侧重楼宇负荷资源的虚拟电厂全域综合响应。

③辅助服务市场

华北已将车网互动充电桩资源正式纳入华北电力调峰辅助服务市场并正式结算；北京地区可控电动车为山西电网、蒙西电网提供调峰资源；南方区域辅助服务市场也为电动车聚合调频服务提供者参与南方区域调频辅助服务市场开放对应准入许可。

④区域电力交易市场

已有区域电力交易市场目前以试点的形式存在，承担零售侧的电力商品交易。区域市场的出现为 V2G 的盈利提供了新思路，通过与其他分布式资源的就近交易，可以进一步降低用户侧用电成本、增加充电桩安装容量，同时保证地区级、城市级、园区级配电网络的电力平衡。

3.4 顶层设计出台，明确的阶段性目标加速 V2G 应用走向成熟

2024 年 1 月，国家发改委、国家能源局、工信部及国家市场监督管理总局联合发布《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》（以下简称《意见》）。《意见》明确了几个发展目标：①2025 年底前力争建成 5 个以上示范城市及 50 个以上双向充放电示范项目；②参与试点示范的城市 2025 年全年充电电量 60%以上集中在低谷时段、私人充电桩充电电量 80%以上集中在低谷时段；③2030 年车网互动实现规模化应用，力争为电力系统提供千万千瓦级的双向灵活性调节能力。实际上近年来，对于 V2G，从国家层面到省级、市级都在不断出台政策。2024 年初四部委联合发布的《意见》可谓是正式吹响了 V2G 行业冲锋的号角，不仅对 2025 年、2030 年都提出了明确的阶段性目标，有效调动地方政府、电网对 V2G 项目落地的积极性，而且《意见》对核心技术、标准体系、市场机制、示范项目场景、充换电基础设施和电网支持都做了详细的指引，明确了车企、桩企和电网企业各方责任，为下一步 V2G 从试点验证向大规模商业化运营开展提供了有力的遵循。

4、车网互动市场广阔，看好和电网深度合作的负荷聚合商

2025/2030/2050 年我国新能源车保有量预计达 4000/10000/35000 万辆，车载储能容量预计达 26/65/228 亿度。2023 年我国新能源车保有量为 2041 万辆，自 2018 年以来复合增速为 40%，以此估算 2025 年新能源车保有量为 4000 万辆，每辆车平均电池容量为 65kWh，对应车载储能容量为 26 亿度。以此类推 2030、 2050 年的数据估算。

2025/2030/2050 年车网互动充电桩新增量预计分别为 1140/8000/25000 万台。截止 2023 年 12 月，全国充电桩累计数量为859.6 万台，同比增加65%，车桩比为 2.4:1。根据工信部此前提出的“2025 年实现车桩比 2:1，2030 年实现车桩比 1:1”，2025 年预计我国新能源车保有量为 4000 万台，对应充电桩保有量应为 2000 万台，缺口为 1140 万台。根据 2024 年初四部委发布的《意见》，原则上新建充电桩统一采用车网互动的智能有序充电桩，因此这 1140 万台的新增假设全部来自于车网互动充电桩。以此计算 2030、2050 年的车网互动充电桩新增量。国内规模化车网互动的参与主体主要有：电网企业、负荷聚合商、电动汽车用户以及充电桩/电动汽车这样的硬件制造商。 ①电网企业是车网互动服务的主要购买方，也是车网互动的主导参与者。 ②负荷聚合商是车网互动服务的提供者，从国内外的试点经验来看，由于电动车用户个体无法直接和电网达成协议且不好操控，需要由负荷聚合商对大规模的电动车进行聚合，以充分发挥电动汽车的分布式储能作用。整车企业、充电运营商、充电桩制造商、第三方服务平台都具有作为负荷聚合商的潜力。 ③随着车网互动的推进，充电桩、电动汽车都面临着升级换代，生产新产品或是按需改造原有产品，都将催生出新的需求。而充电桩的升级对运营也提出了更高的要求，叠加新能源车规模持续扩大，充电桩运营前景广阔。

看好和电网深度合作，或是有平台优势的负荷聚合商。对比不同类型充电桩的调控特性，物流车换电站、公交车快充站、写字楼/工业园区/商场慢充站、居民小区慢充站是相对更能参与电力交易的场所。四部委发布的《意见》也提出，要优先打造一批面向公务、租赁班车、公交等公共领域车辆的 V2G 示范项目。因此整车企业、充电桩制造商的场所适用性比较弱，充电运营商和第三方服务平台更能满足未来的 V2G 示范项目负荷聚合需求。而充电运营商所用的电一般向当地物业公司采购, 很多充电桩运营商不能通过分时电价获得直接的电费收益；运营商从物业处购电的价格略高于销售电价，调价空间不足。所以和电网深度绑定，能获得购电优惠的负荷聚合商有望凭借价格优势快速抢占市场。

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