2018电动汽车储能技术潜力及经济性研究报告.pdf

2018年2月课题组刘坚 国家发改委能源研究所、国家可再生能源中心金亨美 自然资源保护协会李岱昕 中关村储能联盟蔺亿 北京市计科能源技术开发公司致谢课题组感谢自然资源保护协会清洁电力项目和ClimateWorks Foundation对本研究的支持。此报告由国家发改委能源研究所、自然资源保护协会、中关村储能联盟合作撰写。特别感谢国家电网电动汽车服务公司江冰董事长、国务院发展研究中心洪涛研究员、清华大学电机系胡泽春副教授、中国电子科技集团公司第18研究所肖成伟研究员、中国科学院电工研究所陈永 研究员、凯盛咨询朱瑶琪女士对本项目提出宝贵意见和建议。电动汽车储能技术潜力及经济性研究研究报告 总结摘要1. 电动汽车发展现状及前景产业现状 电动汽车产业发展前景 电池及充电发展趋势 2. 电动汽车储能应用潜力及成本分析应用潜力技术经济性3. 研究结论与政策建议研究结论 政策建议附件参考资料 126202226目 录126202226本世纪以来，中国经历了快速的道路交通机动化过程。2017年全国汽车销量接近2900万辆，连续九年位居全球第一；汽车保有量超过2亿辆，是2000年的10倍以上。机动车的增长对石油供应和城市空气质量带来了严峻挑战。推动汽车电动化不但对环境产生直接的正面影响，也为能源系统清洁转型带来重大契机。通过有序充电、车电互联（V2G）、电池更换、退役电池储能等方式，大量电动汽车可作为分布式储能，为电力系统提供可观的灵活性资源，进而有效提升电力系统对波动性可再生能源的消纳能力。然而，当前动力电池成本及智能充电技术等仍然是制约电动汽车电力系统储能的重要因素。在对2030年全国电动汽车市场规模预测的基础上，本研究报告对电动汽车储能的应用潜力及经济性水平进行了分析。研究发现：1.快速成长的电动汽车产业已经并将继续成为电化学储能成本下降的首要驱动力。受规模效应的影响，不断扩大的电动汽车产业将加速锂电池成本下降，从而提升其在电储能领域的应用规模。近年来，动力电池成本降速超过固定锂电池储能，考虑到目前电动汽车产业仍处于发展初期，预计未来锂电池成本具有巨大下降空间。2.电动汽车本身也可成为规模可观且经济高效的储能资源。电动汽车可通过有序充电、V2G、电池更换、退役电池储能等方式直接或间接参与电力系统储能运行，实现与固定储能相同或相似的功能。考虑到未来电动汽车较高市场渗透率，预计到2030年，其理论储能规模远超抽水蓄能等其他储能技术路线，有望解决当前困扰可再生能源发展的电力系统小时级平衡问题。3.对比四类电动汽车储能模式，有序充电成本最低，但其储能应用潜力受限于车辆出行强度；V2G储能应用潜力最高，但其市场化推广取决于电池技术进步与成本下降速度；电池更换储能灵活度最高，但仅适用于特定车型。基于上述研究结论，本报告分别就充电商业模式、充电价格机制、综合示范试点等问题提出若干政策建议，以探讨符合中国市场环境的电动汽车储能发展路径。我们认为，随着电动汽车规模不断提升以及电动汽车与电网互动技术日益成熟，电动汽车可依托分布式储能、智能网联等技术与模式创新，与可再生能源一起构建新一代经济高效的智慧能源系统，带动中国能源工业整体变革。总结摘要电动汽车储能技术潜力及经济性研究 1受一系列激励政策带动，中国电动汽车产业发展迅速，现已成为全球最大电动汽车产销及保有量市场，部分本土企业在产能规模及核心技术方面居于全球前列。1. 电动汽车产业电动化已成为当前全球新能源汽车发展的大势所趋。为应对日益严苛的能耗及排放标准，欧美和日本等传统汽车强国近年陆续投放电动汽车产品，技术日臻成熟，市场规模不断扩大。根据国际能源署统计，2016年全球电动乘用车保有量已超过200万辆，电动汽车已成为当前发展最快的新能源汽车技术。德国1、英国 2、荷兰3、法国 4、挪威5、印度6等国及部分汽车企业7 更是提出燃油汽车退出目标，为电动汽车的持续发展营造了有利的政策环境。中国电动汽车推广历程可分为2009- 2012和2012- 2015两期“节能与新能源汽车示范推广工程”阶段及2015年以后新能源汽车规模发展阶段。自2009年财政部、科技部、国家发改委、工信部四部委启动节能与新能源汽车示范推广工作以来，中国电动汽车产业每年呈倍数增长，带动了全产业链建设和市场培育。 2009- 2012年，在中央财政购车补助引导和科技计划重点支持下，全国三批25个“十城千辆”试点城市总计推广节能与新能源汽车27432辆。2012年之后，四部委在“十城千辆”工程基础上又将新能源汽车推广应用的示范城市从原来的25个扩大到39个。2013年至2015年9月底，全国39个示范推广城市（区域）又累计推广新能源汽车18.1万辆。2015年全国新能源汽车产量达到33.14万辆，首次超过全部汽车产量的1%，并超越美国成为全球最大新能源汽车市场。到2016年，中国新能源汽车行业进入全面调整升级阶段，全年新能源汽车产量达到51.7万辆，市场规模接近全年汽车产量的2%，保有量超过100万辆，稳居全球新能源汽车最大销量及保有量市场。2017年9月，工信部表示已启动燃油汽车退出时间表研究。同月，工信部、财政部、商务部、海关总署、质检总局联合公布了乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法（“双积分”政策），要求2019- 2020年，汽车企业新售电动乘用车积分占比分别达到10%和12%。截至2017年底，中国已连续三年成为全球最大电动汽车产销市场，电动汽车年销量超过占全球一半。2017年中国电动汽车销量达到77.7万辆，为全球电动汽车总销量55%，是美国市场规模近四倍，占全部汽车销量的比重接近3%，且几乎全部为本土车企生产和销售。截至2017年，全球电动汽车累计销量突破340万辆，中国占比超过50%，率先步入对传统燃油汽车规模替代阶段。充电基础设施方面，目前中国已建充电桩突破45万个，超过欧洲、美国和日本数量总和。可以说中国现已形成完备的电动汽车产业链，在部分动力电池技术路线和充电基础设施方面甚至处于全球领先地位。电动汽车发展现状及前景1包括混合动力汽车、纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车；其中公共领域推广节能与新能源汽车23032辆，私人购买领域推广4400辆。假设私人购买领域车桩比为100:80。其中私人充电桩约24万个，公共充电桩约21万个。（一）产业现状电动汽车储能技术潜力及经济性研究 3 假设纯电动客车车、电动乘用车载电池分别为110千瓦时/辆和38千瓦时/辆；插电式客车、插电式乘用车车载电池容量分别为40 千瓦时/辆和17千瓦时/辆。乘用车在设计和技术特性上用于载客及随身物品，最多不超过9座位；客车用于公共交通和集团运输，乘坐9人以上。 2. 动力电池产业中国动力电池产业规模同样居全球第一，2017年动力电池产能达到200GWh，产量接近40GWh。截止2017年底，全国固定电化学储能装机容量约为389.8MW，仅为全国抽水蓄能装机容量1%，若按平均4小时放电计算，合计储能能力约1.6GWh。2017年全国电动汽车产量为79.4万辆，全国电动汽车保有量超过170万辆，考虑不同车型结构及各类车型电池容量等因素 ，车载动力电池储能能力接近90GWh，远远超过电化学储能容量。表 1 2011- 2017年电动汽车及动力电池累计产量图1 2010- 2017中国电动汽车销量统计2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017电动汽车产量（万辆） 0.84 1.2726 1.75 7.85 34 51.6 79.4电动汽车累计产量（万辆） 1 2 4 12 46 97 177当年电池产量（万千瓦时） 34 43 59 293 1712 2801 3822累计电池产量（万千瓦时） 34 77 136 429 2141 4942 87640 200000 400000 600000 800000 1000000 2010 2011 012 2013 2014 2015 2016 2017 2电动汽车储能技术潜力及经济性研究4（二）电动汽车产业发展前景展望未来，“双积分”政策将持续引导中国汽车工业的电动化进程，酝酿中的禁售燃油汽车时间表将加速市场转型步伐，而决定电动汽车发展前景的根本驱动力源于电动汽车综合性能和经济性水平。虽然目前动力电池成本仍然偏高，但也呈现快速下降趋势，并仍具有较大降低空间。加之目前中国仍处在道路交通机动化阶段，未来机动化与电动化的同步推进将确保电动汽车数量快速增长。本研究采用Bass扩展模型分别针对电动汽车在乘用车、公交车、出租车、物流车领域的渗透前景进行预测（详细过程见附件一），预计到2030年全国各类电动汽车保有量将超过1亿辆（图2）。不断扩大的市场需求伴随电池生产规模效应，将有力推动电池成本快速下降，为电动汽车参与电力系统储能带来巨大机遇。（三）电池及充电发展趋势动力电池容量和智能充电水平是影响电动汽车储能潜力最为关键的两个影响因素。1. 动力电池容量快速提升通过整理近期上市的腾势（400）、北汽EU400、上汽荣威ERXEV400等车型数据不难发现，较老款车型新上市电动车型动力电池容量有较大增加。北汽EU 400在保持售价与老款EU 260基本持平的情况下，采用了孚能三元材料锂电池，电池容量达到54.4千瓦时（+31.4%），能量密度达到125Wh/kg，标定续航里程360公里（+38.5%），60km/h等速行驶工况下续驶里程可达到460公里8；秦2017款图 2 电动汽车保有量变化趋势0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 车辆保有量（万辆）电动用户 燃油用户 电动汽车储能技术潜力及经济性研究 5表 2节能与新能源汽车技术路线图动力电池技术进步2020年 2025年 2030年动力电池系统 单体比能量达到300W-h/kg 单体比能量达到400W-h/kg 单体比能量达到500W-h/kg系统寿命达到10年单体成本达到1元/W-h；系统成本达到1.3元/W-h单体成本达到0.8元/W-h；系统成本达到1元/W-h单体成本达到0.6元/W-h；系统成本达到0.8元/W-h能量存储技术 高容量锂离子电池材料技术 锂二次电池材料技术 新体系电池材料技术高比能、高安全锂离子电池技术宽温度、长寿命、全固态锂电池技术全新材料体系电池技术高精度、高可靠性电池管理技术低成本、高集成化学电池管理技术新型电池电池管理技术高比能、安全电池总成技术 电池总成与集成车身、底盘一体化技术自动化制造工艺及装备技术 数字化、智能化制造技术插电式混合动力车型电池组容量达到17千瓦时（较2015款车型提高31%），纯电动续航里程达到100公里（较2015款车型提高43%）9。表2为节能与新能源汽车技术路线图中动力电池技术分阶段发展目标，到2030年动力电池单体比能量 将达到500瓦时/千克，是目前水平的2倍以上 10。 单位质量储电量。2. 智能充电技术日益完善充电是电动汽车储能的关键环节。在国外已经有车厂通过添加简单程序，方便用户灵活控制充电时间。例如，特斯拉的车载屏幕可以进行延时充电设置，在客户输入的时间开始充电，而手机可以远程终止充电，并设置充电电量。而通用汽车的Volt，在美国能根据用户预设的出行时间，计算出需要充电的时长，然后根据预先导入的所在地的电费价格，优先选择电价低谷时段进行充电。客户只需要根据提示进行操作，就可以在车辆屏幕上查到充电时长、电量和费率等信息。此外，在充电设施一侧，添加简单的软件程序即可以实现智能充电。例如在充电APP上实时提示充电费率的变动并鼓励客户在谷时进行充电，对于谷时充电客户给予一定奖励等措施，这些都将极大地提高用户体验11。在国内，特来电开发的CMS主动柔性智能充电系统在保留充电桩基础功能的基础上，将控制、保护、显示及计量集成到箱式变电站，内含高压配电、变压器、调度单元和智能充电模块、CMS充电管理模块，不仅把插卡、收费、人机对话功能转移到手机APP和互联网云端，同时通过检测区域内电网负荷、待充电车辆数量、电池荷电状态以及用户充电时间需求，智能分配充电功率，以优化的柔性电流输出对电池进行充电12，从而在提升充电效率的同时降低充电运营成本。6电动汽车可通过有序充电、车电互联、电池更换及退役电池储能四种方式实现电力系统储能价值，下面分别就各种方式进行介绍。2电动汽车储能应用潜力及成本分析1. 有序充电虽然在有序充电下电动汽车无法向电网或负荷直接放电，但仍可通过改变充电时间（电力需求响应）的方式参与电网削峰填谷，实现“虚拟储能”作用。电动汽车有序充电的储能功率取决于车辆的充放电功率，其储能电量取决于车辆能效及出行强度。如若平均每辆车年均行驶里程为1.5万公里，则1亿辆电动汽车日均充电需求（理论可调节充电电量）超过6亿千瓦时（详细计算过程见附件二）。2. 车电互联车电互联(V2G)储电能力主要受电池容量影响。当前电动汽车动力电池容量普遍有限，电池续航能力以满足道路出行为主，车辆参与V2G将加速电池老化，给用户带来极高成本。但随着电池容量的增加和循环寿命的提升，电动汽车续航能力将逐渐超过日常交通出行需求，此时V2G的价值将快速显现。该电池容量临界点因用户出行需求而异，并可根据动力电池全寿命周期及单次充电续航里程等指标进行衡量。本研究基于动力电池全生命周期续航里程推算电动汽车用户参与V2G所需达到的车载电池容量：目前国家没有规定具体的报废年限或公里数，实际乘用车报废周期集中在10-20年之间，以平均周期15年、日均行驶40公里为例，则全生命周期累计出行里程为22万公里。考虑到有限的电池循环寿命，电动汽车用户参与V2G存在一定心理障碍。本文假设当电池全寿命周期可支持的续航里程超过30万公里时，电动汽车用户或将考虑V2G。换而言之，若电动汽车百公里电耗15千瓦时维持不变，当平均动力电池容量达到50千瓦时且循环寿命达到900次时，我们可考虑V2G的理论储能潜力。（一）应用潜力电动汽车储能技术潜力及经济性研究 73. 电池更换电池更换为电动汽车电能的快速补充提供了可能。由于车辆与电池实现了分离，电池更换模式最大程度释放了车载电池的储能潜力，从车辆卸载的电池可以根据电力系统的调峰需求随时进行充放电，此时动力电池储能类似于固定电池储能电站。对于电池更换而言，每两次电池更换之间允许有较长的等待时间，使卸载电池可以兼顾电网调节需求和电池寿命进行充放电，在将电池储能价值最大化的同时，尽可能地延长电池使用寿命。电池更换模式下电动汽车的理论储能潜力取决于用于更换的备用电池容量。目前重庆力帆已开展电动汽车电池换电及储能运行，其移峰能源站采用分箱式换电技术，可对近16000块电池同时充电，一座能源站每天可以为2000辆电动汽车进行换电13。4. 退役电池随着车载动力电池寿命终结，退役电池有望通过梯次利用的方式间接参与电网储能。预计到2020年中国将产生25亿只，约52万吨废旧锂离子电池14。通常而言，电池容量降低到原始容量的80%以下后就无法满足车用动力电池的要求，这意味着退役电池的储能潜力不容忽视。图 3动力电池退役流程对于退役动力电池，根据其电池容量和寿命特点可以采取不同处置方法，主要包括：1. 梯次利用，将退役动力电池用于其他性能要求较低的领域；2. 循环利用，将退役电池的重金属、化学材料及副产品进行分解提取。2012年国务院节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）中明确提出：“要制定动力电池回收利用管理办法，建立动力电池梯级利用和回收管理体系，明确各相关方的责任、权利和义务”。本文根据电动汽车销量及保有量增速预测，对退役动力电池的数量及储能规模进行了预测，计算过程见附件二。基于上述四种电动汽车储能方式，最终得到2017、2020、2025、2030年全国电动汽车储能理论应用潜力。其中，电动汽车车辆规模采用第一章2030年全国1亿辆电动乘用车的预测结果，其他关键假设包括：2017年基年电动乘用车平均电池容量为36千瓦时，并以每年2%速度提升；车用电池平均服役年限为10年，退役时间节点电池容量保持率为80%；车辆能效维持在0.15千瓦时/公里不变，基年日均行驶里程为40公里。图4为2017- 2030年四类电动汽车储能方式理论储能规模预测结果，其中有序充电（SC）规模相对偏低，日均可调节量为947GWh；车电互联（V2G）规模最高，理论储能容量达到5075GWh。由此可见，随着电动汽车的普及，电动汽车具有巨大储能应用潜力，以V2G为例，若2030年风电、光伏发电装机量分别达到10亿千瓦，电动汽车储电容量完全可与大规模可再生能源形成协同，对电力系统小时级平衡及可再生能源消纳起到重要的支撑作用。电动汽车 电池回收 资源循环 电池回收拆解 储能检测、重组电动汽车储能技术潜力及经济性研究8（二）技术经济性除通过有序充电参与电力需求响应，其他各类电动汽车储能方式目前都涉及电池老化成本，但随着动力电池成本的快速下降，电动汽车储能的经济性将显著提升。本节将从成本、价值两方面分别对四类电动汽车储能的经济性水平进行分析和对比，从而评估未来各类技术市场接受度并预测商业化时间点。1. 成本分析研发与示范是影响各类储能技术早期发展阶段成本下降的主要因素，但随着储能进入商业化应用阶段，产量规模和制造业成熟度将是驱动现有技术成本下降的主要动力。本章在梳理近年来动力电池及各类固定电池储能技术成本变化的基础上，采用经验曲线分析方法预测未来各类储能技术成本变化。图 4 2017- 2030年电动汽车储能理论应用潜力注：SC: 有序充电，每日储能电量（GWh/天）取决于电动汽车日均充电需求，储能功率（GW）取决于各类电动汽车额定充电功率；V2G：车电互联，储能容量（GW-h）取决于电动汽车车载电池容量，储能功率（GW）取决于各类电动汽车额定充放电功率；BS：电池更换，储能容量（GW-h）取决于用于换电的备用电池容量，储能功率（GW）取决于换电站内充放电设备的额定功率；RB：退役电池储能，储能容量（GW-h）取决于梯次利用电池容量，储能功率（GW）取决于退役电池储能电站内充放电设备的额定功率。SC V2G BS RB SC V2G BS RB SC V2G BS RB SC V2G BS RB电动汽车储能技术潜力及经济性研究 91）有序充电与电力需求响应类似，电动汽车有序充电的成本很大程度上受用户参与意愿度的影响。用户参与有序充电存在行为成本，不同种类电动汽车用户存在较大成本差异。与传统用电负荷不同，电动汽车充电与用车行为并不同步，在车辆停驶时段调节充电时间不会对用户出行带来显著影响，其参与需求响应的行为成本相对较低。总体而言，出租车、共享车等运营车队参与有序充电的行为成本较高，私家车参与有序充电的行为成本较低；公交、物流车辆在运营高峰时段有序充电的行为成本偏高，在运营低谷及夜间参与有序充电的行为成本较低。2）车电互联除车辆行驶所需电能外，V2G可将动力电池剩余电能反送电网，从而实现与固定电池相似的储能作用。但与有序充电不同，电动汽车V2G涉及车载充放电机或新型电机控制器的硬件升级，因而会带来较为明显的新增投资。与固定电池储能系统类似，储能单元（动力电池）成本是V2G经济性的重要影响因素。动力电池系统成本由电芯、BMS、箱体、电器件及其他附件组成，其中电芯和BMS为电池系统成本的主要构成部分，占电池系统成本80%以上，其规模化生产对成本下降起到重要作用。经过数年发展，得益于新能源汽车产销量的持续提高，企业规模化生产、单体能量密度的提高以及动力电池管理系统的成本优化，动力电池系统生产制造成本也在逐年降低。图 5 固定电池储能与四类电动汽车储能方式成本结构有序充电成本分析在NRDC2016年出版电动汽车在上海市电力系统的应用潜力研究中有详细分析。nrdc/Public/uploads/2016-12-03/5842ced68d55f.pdf（1）投资成本电动汽车储能技术潜力及经济性研究10国产第一代纯电动汽车动力电池系统在2013年开始量产，采用磷酸铁锂电芯，系统单价高达4.8元/Wh，其中除模组外系统材料和制造成本约为1.8元/Wh；第二代动力电池系统在2015年底量产，电芯开始改用三元材料电池，因能量密度提升电芯成本显著下降，系统单价为2.5元/Wh，其中除模组外系统材料和制造成本为0.7元/Wh；第三代动力电池系统于2017年量产，单位瓦时电芯成本进一步下降，系统单价约1.6元/Wh，其中除模组外系统和材料成本为0.3元/Wh。从2013到2017年，成本下降了约三分之二。随着电芯能量密度提升和系统设计的优化，动力电池制造成本还将不断下降，2020年纯电动汽车电池系统单价有望降至1元/Wh15。2016年共有196家BMS配套企业，国内企业产品装机量达49.5万辆，占比95.8%。随着BMS出货量扩大，BMS价格也在持续下降，以乘用车为例，2016年BMS出货价格在1万元/套左右，比2012年下降50%。2020年BMS价格有望控制在3000-5000元/套。3）电池更换电池更换的投资包括换电与充放电设施投资，以及额外备用电池投资等。由于换电设备和电池充电设备属于交通部门的已投入成本，因此本研究主要聚焦因电池参与储能所新增的电池老化及放电设备的投入，其中电池参与储能服务的老化成本可纳入可变运维成本，放电设备成本主要考虑功率转换装置中新增的逆变器成本。这与V2G情况相似，不同点在于V2G车辆属于分散接入，而电池更换所需的充电和放电设备可以集中安装和集中运行，因此就单位千瓦投资而言，电池更换模式中的新增功率元器件投资相对更低。图 6 2014- 2020年纯电动及插电式混合动力汽车电池成本中国锂电池产业发展现状从配套量来看，2016年磷酸铁锂电池为主力配套电池，配套量达到203.32亿千瓦时，占比72%。三元材料电池配套量约为磷酸铁锂电池的1/3；锰酸锂电池配套量为9.62亿千瓦时，占比不足4%。碳酸锂、超级电容和镍氢电池配套量合计占比约1%。工信部电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸和汽车用动力电池编码（征求意见稿）将车用动力电池分为圆柱、方形硬壳、方形软包三大类。受3C电芯市场的影响，锂电池领域方形软包仍以42.3%的产量占据最大市场。目前动力电池领域方形硬壳电池以19.67GWh的配套占据将近70%市场，方形软包市场份额为11%。纯电动汽车 插电式混合动力汽车2014 2015 2016 2017 2018 2019 20205.5 4.8 2.51.6 13 2.3 1.56.05.0 4.03.0 2.01.00.0元/ Wh电动汽车储能技术潜力及经济性研究 11经验曲线是一种表示生产单位时间与连续生产单位之间的关系曲线。经验曲线效应是六十年代末由布鲁斯亨得森在波士顿顾问集团 （BCG）首次提出的，BCG在七十年代的研究观察了不同行业的经验曲线效应发现数量每翻一番，代价值（包括行政管理、营销、分配、 制造）下降一个常量百分比。目前纯电动汽车与插电式混合动力汽车所用动力电池成本有所差异。当前纯电动汽车的动力电池系统成本为2- 2.5元/瓦时，而插电式混合动力电池汽车电池成本为2.5-3元/瓦时。但考虑到未来插电式混合动力汽车动力电池容量提升及电池模组化发展趋势，本研究过程中采用纯电动汽车历史成本数据。学习曲线成本方法预测的成本下降极限为电池材料成本，锂电池材料中碳酸锂、镍盐、钴盐、锰盐、铜、铝等价格受市场波动影响较为明显。根据Bloomberg Professional Online数据估算，镍钴锰酸锂电池材料成本在47-56美元/千瓦时之间；另据美国能源部储能联合研究中心（JCESR）2017年 “Lowering the Bar on Battery Cost” 估算，镍钴锰、镍钴铝、磷酸铁锂电池材料成本在50-60美元/ 千瓦时之间。4）退役电池动力电池的利用应遵循先梯级利用后再生利用的原则。电动汽车对车载动力电池的容量、比能量等性能参数有较高要求，当动力电池性能难以满足车用标准时必须对电池进行更换。从电动汽车上退役的动力电池通常还保有相当容量保持率，可应用在对能量密度要求不高的固定储能应用场景。对退役动力电池进行梯次利用将有助于降低电动汽车用户及电力系统的储能成本，让较高的储能成本能够在较长的使用寿命中在一次、二次用户中进行分摊。然而当前退役电池梯次利用存在一定成本问题。梯次利用所涉及的回收、拆解、检测、集成都会对退役电池梯次利用经济性产生影响。同时，随着动力电池市场规模不断扩大，新电池成本及价格将快速下降，继而对电池梯次利用市场竞争力产生威胁。5）固定化学储能及抽水蓄能固定化学储能和抽水蓄能是当前最主要的电动汽车储能对标技术。随着产业规模的快速扩大，化学储能是当前成本下降最快的储能技术之一，而抽水蓄能是当前规模最大、技术最为成熟的大型储能技术。化学储能方面，我们选择锂离子电池及铅碳电池作为对标技术；抽水蓄能方面，我们按地域选择若干典型项目收集成本数据。本研究采用经验曲线的方法预测各类储能成本下降趋势，并通过分析历史数据（累计产量及成本）得出各类技术经验曲线（详见附件三）。历史数据来源包括学术文献、专家访谈、行业研究报告、产业新闻、储能数据库等。研究对以往全球储能领域经验曲线研究成果进行了梳理，并针对国内情况对其进行了更新。储能技术成本因技术种类、应用场景、应用规模不同而异16。因数据资源约束，本研究主要围绕用户侧展开，涵盖的技术种类包括动力电池、储能用锂电池、铅碳电池及钒液流电池。本研究认为经验曲线更适合在储能电池Pack层面的成本趋势预测，而功率转换装置PCS、EPC及运维成本相对固定，因此本文将在各类储能电池Pack成本预测的基础上，统一测算其他成本因素的影响。本研究采用非线性回归分析拟合动力电池累计产量与投资成本的关系。回归方程采用幂函数形式17。预测不确定性通过预测均值的标准误差表示，即经验率预测95%置信区间范围为1.96。图7为各类储能技术投资成本下降经验曲线结果。目前抽水蓄能成本最低，单位储能投资约770元；铅碳电池成本略高，为900元/千瓦时；电动汽车动力电池与储能用锂离子电池成本相近，在1550-1600元/千瓦时之间。但就成本下降趋势来看，动力电池及储能用锂离子电池成本下降速度更快，2012年两者成本约5000元/千瓦时左右，是同期抽水蓄能投资成本的8倍；而2017年仅为2倍左右。动力电池经验率最高达到30.1，抽水蓄能、储能用锂离子电池、铅碳电池经验率分别为17.4、9.7和5.3。按此成本降速预计到2030年（超过1亿辆电动汽车累计产量），动力电池成本可下降至0.3元/瓦时，在各类电化学成本储能技术中成本最低。虽然大规模生产同样会极大降低其他电池技术（如，铅碳电池、全钒液流电池等）成本，但其市场需求对产量的拉动存在较大不确定性。就经验率95%置信度看，抽水蓄能成本拟合不确定性较高为+-26%；动力电池成本拟合不确定性最低，为+-4%（计算过程见附件三）。电动汽车储能技术潜力及经济性研究12图 7 储能投资成本经验曲线（2）平准化度电成本（LCOS）分析固定储能成本一般可从投资成本和全生命周期成本两种角度出发。投资成本由功率转换单元（PCS）、储能单元及周边系统（BOP）组成，其中PCS成本一般以功率衡量（元/千瓦），储能单元成本一般以能量衡量（元/千瓦时）， BOP成本可由功率、能量或根据不同技术以固定成本衡量。对于实际的储能项目投资，全生命周期成本更加具有现实意义。全生命周期包含所有固定及可变运维、退役部件更换、拆除回收及初始投资成本（Ccap）。全生命周期成本可通过平准化方式表示，如元/年或元/千瓦时等，其中能量成本是否计入在内在不同研究中有所差异。前文成本分析主要聚焦投资成本，完整的经济性评估包括如循环寿命、转换效率等其他因素。平准化储能成本（LCOS）可更直观对比各类储能技术的全生命周期成本差异（表3）。因此本文采用LCOS的方式对比各类技术的经济性。在一些研究中LCOS可纳入日历寿命、放电深度等指标，但由于缺乏相关数据，本报告中不考虑上述因素。注：1. 电池80%，PCS15%，其他附件15%；2. 集中式充电设备PCS成本0.7-0.8元/瓦；3. 分散式充电设备PCS成本1元/瓦；4. EPC（并网接入、设计勘察、建设施工）占总投资5%；5. 不考虑人工、土地费用。抽水蓄能钒液流电池动力电池固定锂电池铅碳电池电动汽车储能技术潜力及经济性研究 13表 4 储能和三类电动汽车储能LCOS成本结构表4 为固定储能和三类电动汽车储能LCOS计算所涵盖的成本元素。其中，电池成本适用于全部四种储能模式，在具体计算过程中体现在可变运维。车电互联与电池更换成本结构较为相似，两者都需要新增逆变设备以及产生额外的电池损耗，而固定锂电池储能需要完整的双向功率转换设备。四类储能模式的功率转换设备存在集中式和分散式差异，且退役电池储能的成本元素相对较、成本也相对较高。表 3 储能平准化成本（LCOS）评估因素LCOS反映 LCOS不反映平准化成本影响因素 电池模组、BMS、热管理、PCS等设备投资成本 EPC成本 储能充放电效率 固定、可变运维成本 储能循环寿命 不同应用场景储能成本差异（放电深度、日历寿命） 储能应用价值（固定峰谷差）储能平准化成本 固定锂电池 车电互联 电池更换 退役电池储能投资成本功率转换PCS(C)逆变装置(D)逆变装置(C)监测重组及PCS (C)电池 电池 电池 10%初始投资运维成本固定运维成本可变运维成本注：C: 集中式安装；D: 分布式安装。图8为平准化成本（2018-2030年）预测结果（计算过程见附件四），图中黑色点划线分别代表固定锂电池、V2G、电池更换以及退役电池储能单位充放电1千瓦时的平准化成本，LU 95%对应的蓝色区域代表高电池投资成本及低电池投资成本预测下，LCOS上限与下限变化范围，灰色部分国内典型峰谷差价（本文采用0.8元/千瓦时）。对比四类电动汽车储能LCOS可见，固定电池储能虽然初期成本较低，且可能较早进入峰谷差平价（低电池成本情景），但后期成本下降速度较慢，若单纯依赖储能行业市场需求，其成本下降速度不足以使其平均平准化成本在2030年前实现峰谷价差平价。电动汽车储能技术潜力及经济性研究14图8四类储能模式平准化度电成本（2018- 2030）对于V2G，除常规成本因素外，电动汽车用户的参与意愿同样影响到其实际应用。不同于固定电池储能，V2G车型动力电池涵盖交通运输和电力系统储能两层应用，其综合经济性和市场接受度受两方面因素共同影响。本研究假设动力电池优先服务于交通出行，当其单次充电续航里程和全生命周期续航里程同时能够满足交通出行需要时，其电力系统储能应用价值开始体现。2017年国内新售电动汽车单次充电续航里程普遍达到300公里以上，基本可满足用户日均出行需求；以电池容量30千瓦时、充放电循环寿命1000次、车辆能效0.15千瓦时/公里计算，可累计支持电动乘用车续航约20万公里。考虑到技术进步驱动电池容量及循环寿命等参数提升的效果，预计到2025年新售电动汽车动力电池可普遍达到30万公里的累计续航能力，届时V2G将开始得到实际应用，其LCOS在0.33-1.09元之间，平均成本降速下LCOS为0.57元，低于典型地区峰谷价差水平。电池更换成本下降轨迹与V2G十分相似，主要差异在于因集中安装功率转换装置而降低的投资成本，该储能模式的峰谷差平价时间也因此在四种模式中出现最早（约2022年）。退役电池储能成本需要基于动力电池初始购置成本测算。因缺乏历史数据，本文退役电池储能平准化成本预测的起始时间为2021年，其成本下降轨迹呈现先快速下降，后明显趋缓的态势，反映出其初期购置退役电池成本低的优势和后期梯次利用成本降速偏慢的特点。从LCOS看，退役电池储能的峰谷差平价时间为2025年，此后成本下降速度相当有限。电动汽车储能技术潜力及经济性研究 152. 价值分析（1）价值种类与传统电力需求响应及储能技术类似，电动汽车的电力系统应用价值包括提供发电容量、提供发电能量（包含减少可再生能源弃电）、提供辅助服务及避免（或延缓）输配电投资价值，且各类价值水平因各地区发电装机结构、用电负荷、输配电设施等因素的影响而不同，因此本文试图通过定性分析的方式讨论每种价值的特点。1）发电容量价值为满足不断增长的高峰用电负荷，电力系统需要新建发电容量。若可利用电动汽车起到与增加发电容量相同的效果，便可通过计算新增发电容量的成本来衡量电动汽车的发电容量价值。发电容量成本一般包含初始投资成本、金融成本、固定运行和维护成本等。电动汽车的发电容量价值在于在发电资源受限的情况下，转移充电负荷（改变充放电策略）所起到的削减尖峰负荷的效果。由于潜在的发电容量不足时间往往比较有限（一般在数小时到100小时/年以内），因此发电容量价值一般可用单位千瓦年化成本来衡量（如元/千瓦年）。电动汽车是否能够提供容量价值往往取决于发电容量稀缺度。当预期发电容量不足时，调节电动汽车充放电可起到减少系统发电容量投资的作用；反之，当预期发电容量过剩时，车辆所能提供的发电容量价值则几乎完全集中在降低边际发电容量的可变运行成本环节。换而言之，当本地发电容量与送入输电容量之和大于高峰负荷与规划备用容量之和时，对应年份的边际发电容量价值可视为零。因此，不同年份发电容量价值不尽相同，以每年单位千瓦的价格来衡量当年可避免的发电容量的价值需要将其现值以一定折现率转换成年度均化价值。2） 发电能量价值能量价值指某时段提供额外电能量服务或减少电能量需求所节省的成本。节省的成本一般包含燃料成本、可变运维成本及某些情况下可再生能源弃电成本。市场情景下，电动汽车的能量价值可由不同时段批发电价的差异得以反映，也可通过边际发电成本计算；计划调度下，能量价值往往通过成本最低调度方式下电能的影子价格或影子成本计算。在存在可再生能源弃电的电力市场中，减少弃电的价值常常通过负电价来衡量，即发电商为减少弃电而愿意支付的价格。在非市场的计划调度环境中，减少弃电的价值还取决于补贴等因素。3）辅助服务价值本研究所指的辅助服务价值包括保持电网频率及电压等系统稳定性价值。从成本的角度看，它包括可变成本和提供该类服务的机会成本。中国日内电力供需平衡往往被认为是辅助服务范畴，在电力现货市场国家绝大多数日内平衡服务在电能市场中实现。凭借有序充电或V2G等方式，电动汽车也可实现正向调频、负向调频、备用等辅助服务。4）输配电价值输配电成本包括投资输配电容量及输配电系统线损成本。电动汽车的输配电价值可通过衡量削峰填谷减少输电容量及线损获得的收益得到，其中减少输配电容量的价值一般可通过推迟输配电容量投资的年化容量价值（如元/千瓦年）测算。电动汽车储能技术潜力及经济性研究16表 5 电动汽车储能产生的价值及对应利益相关方（2）充电价格政策国外越来越多电力公司推出了专门针对电动汽车车主的优惠电价。通过优惠电价政策，电力公司鼓励用户选择非高峰时段进行充电，有效地控制并利用电动汽车充电负荷。充电价格政策的落实到位不仅可以降低电动汽车对电力系统的潜在负面影响，更可以帮助电力公司在竞争性电力