工程经济学

浅谈电动汽车参与V2G 的最优峰谷电价

郑兴

（上海海事大学 热能与动力工程，2011级 201110122026）

摘 要：V2G （Vehicle-to-grid ）是电动汽车与智能电网间的双向互动技术，在分析电动汽车放电成本和效益的基础上，给出了电动汽车放电电价定价的上下限。设计了一套能够影响电动汽车冲放电行为的最优峰谷分时电价方案，达到车主的满意度。以京津唐电网为例，得到了电动汽车允放电的最优峰谷电价和对应时段，算例验证了所提方法的有效性。

关键词：电动汽车;电动汽车与电网互动;峰谷电价;电价方案;满意度

1 引言

V2G(vehicle-to-grid)指电动汽车通过充放电设施在必要时向电网放电，可为电网运行提供调峰、调频等服务。而在能源危机及环境污染的大背景下，电动汽车因零污染,低噪音等特点，获得越来越多关注。 然而我国尚未实施基于竞争模式的电力市场，本文针对V2G 的削峰填谷作用，提出一种在我国电价体制下确定电动汽车参与V2G 的最优峰谷电价方法。以京津唐电网为算例，对未来电动汽车参与V2G 的峰谷电价进行了仿真计算和分析。

2 V2G 峰谷电价的定价

2.1 电动汽车的充电电价

由于电动汽车的充电功率较普通的家用电器功率大，一般需要专门的充电设施。对充电设施运营商而言，电动汽车充电电价c P 按工商业用电进行定价。

2.2 电动汽车的放电电价

2.2.1放电电价下限

电动汽车参与V2G ，其合理的充放电行为能够为电网节省投资和运营成本，应当确定合理的放电电价（d P ）给予补偿。以下基于成本效益分析确定d P 的下限min d P 和上限max d P 。 设V2G 的年成本为year T ，其中固定成本为year F ，可变成本为year V ，则有 year T =year F +year V

年固定成本主要包括V2G 的年建设成本、运营成本和维护成本。其中建设成本主要包括安装充放电装置、双向电能计量装置、控制系统成本等。可变成本year V 由下式计算: year V =（e c C P +）year E ?

式中:c P 为电动汽车的充电电价;e C 为V2G 削峰填谷的单位电能成本;year E 为年放电电

量。e C 由下式计算:

e C =E C +L C

式中:E C 为电动汽车充放电过程中的电能损失成本;L C 为充放电过程中的电池寿命损耗折算成本(元/(kw ?h))。其中，E C 由下式计算:

E C =c P ?)11(-?d

c ηη 式中:c η为电动汽车充电效率;

d η为电动汽车放电效率。综合式可得

year T = year F +year L d

c c E C P ?+?)ηη（ 显然，放电电价的下限值min

d P 即为参与V2G 放电的成本电价。设电动汽车参与V2G 放电折合的成本电价为d C ，记y

e a r F /year E 为V2G 固定成本折算成单位电量成本的价格

f C ，得电动汽车参与V2G 放电电价的下限值:

min d P =d C =f C +

d

c c ηη+P +L C 2.2.2 放电电价上限

电动汽车参与V2G 的放电电价不应超过放电时刻电网的销售电价sales P ，即

dmax P ≤sales P

需要说明的是，在负荷高峰期间，可能部分电量的购电电价高于销售电价。V2G 放电价格的上限可根据具体情况进行调整，本文暂不考虑此情况。

对于低谷时段有

d C >sales P

低谷时段电动汽车一般不会向电网放电，其中d C 为V2G 的成本电价。

3 V2G 峰谷时段的划分

综合文献可知2010-2020年我国私家电动汽车数量将大规模上升，这里只研究私家电动汽车。

对北京私家车与美国纽约私家车出行出发时间分布数据进行对比，如图1所示。

图1 居民小汽车出行出发时间分布

Fig. 1 Starting time distribution of residents' car trips

由图1可见，私家车出行出发时间的早高峰点为07:00，晚高峰点为17:00。对北京市车辆通勤出行情况进行了调查，得出上班出行高峰时段为07:00-09:00，下班出行高峰时段为17:00-19:00。

4 算例分析

4.1 参数设置

4.1.1 季节典型工作日负荷曲线

以我国京津唐地区为算例，分析预测2020年该地区V2G 的最优峰谷电价。京津唐地区日基本负荷具有明显的季节特性，将其分为“春、夏、秋、冬、全年”5组进行统计和分析。

根据负荷历史数据，除去双体日、重大节假日及异常数据后，求取上述五组典型工作日负荷曲线。根据对京津唐2020年常规负荷峰荷的预测值，按照2010年四季峰荷与全年最大峰荷的比例值，等比例计算2020年四季的典型工作日负荷曲线。

4.1.2 电动汽车参数设置

对我国2015年、2020年电动汽车保有量的预测及对我国2025年、2030年私家车保有量的预测，结合2010年京津唐地区私家车数量629.13万辆可对京津唐未来私家电动汽车数量进行推算。本文按2020年京津唐地区私家电动汽车数量s N 为350万辆计算。

对未来电动汽车的发展难以预测，这里以比亚迪e6和日产聆风(Leaf ）2种电动汽车的参数为基础，假设2020年2种类型车辆的比例为1:1，即n =2，42,1,1045.174?==s s N N （辆）。其中角标1为比亚迪e6,2为日产聆风。按照官方公布的“普通充电”模式，计算得；KW P h KW Q h KW km S KW P h KW Q C kWh c 3;24);/(762.4;10;602,21,11,1=?=?==?=)/(667.62,1h KW km S KWh ?=

4.1.3 电价和时段参数设置

根据北京市电网峰谷分时销售电价及《电力工业“十一五”规划滚动研究综述报告》中对于我国电价每年涨幅5.0%的估计，假设北京电价涨幅与全国一致，可计算得到北京2020年夏季工商业销售电价，)k /118

.3),/(9501.0cv h W P h kW P cp ?=?=（元元。非夏季销售电价，)k /(118

.3),/(089.1h W P h kW P cp cv ?=?=元元。 假设用户只能选择两个出行高峰时段之外的时间进行充放电，根据北京地区私家车出行高峰统计，可得]19,17[][],9,7[],[1,010==e e m m t t t t 。

4.1.4 电动汽车放电需求模型参数拟合

以居民对汽车燃料的消费数据估算居民对于电动汽车“燃料”一一电能的消费情况。根据北京市2004-2010年城镇居民按收入水平的人均、家庭消费情况统计信息整理得到按照收入水平划分的人均家庭年可支配收入、消费支出、交通支出、车用燃料零配件支出、其他支出的统计数据。假设2020年私家电动汽车的购买者为中等、中高、高收入家庭，对数据进行拟合，计算2020年其相关收入、消费情况，如表1所示。

表1 2020年北京市家庭平均日消费情况

Tab. 1 Average household daily consumption of Beijing in

根据模拟计算可得家庭基本日消费总支出basic E 为273.8元，可得各项商品基本消费支出分别为13.54和260.3元。

4.1.5 放电电价下限计算

根据研究，V2G 的年固定成本为90美元，约为567.4元(按1美元=6.305 2元计)。电网保

证满足用户谷电时段充满电的需求，对于2014年充电电价即为谷电电价0.431元/

)h kW ?（。取充放电效率为92%，则电动汽车充放电的电能损失成本E C 为0.078 22元/

)h kW ?（。电动汽车参与V2G 的电池寿命损耗折算成本L C 为0.41元/)h kW ?（，得V2G 削峰填谷的单位电能

成本为0.482 2元/

)h kW ?（。假设每辆电动汽车每天平均参与V2G 进行放电的时间为2h,可得V2G 固定成本折算成单位电能固定成本的价格f c 为0.074元/

)h kW ?（，得放电电价下限dmin P 为0.993 2元/

)h kW ?（。 假设此价格涨幅与全国涨幅保持一致，则可计算得到2020年非夏季放电电价下限为2.509元/

)h kW ?（，夏季放电电价下限为2.346元/)h kW ?（。 4.1.6 放电电价上限计算

京津唐地区的峰电充电电价sales P = 3.118元/

)h kW ?（，即dmax P 为3.118元/)h kW ?（。综上，峰电放电电价允许的定价区间为:非夏季2.51≤≤d P 3.12))/((h kW ?元，夏季

2.35≤≤d P

3.12))/((h kW ?元。

5.2 仿真结果与分析

5.2.1 无放电情况下的充电电价时段确定

以全年平均情况为例，进行寻优，可得到最优谷电充电时段为23:00-07:00，四季峰谷时段寻优结果与全年结果一致，为23 :00-07:00。

5.2.2 电动汽车放电的情况

分析“允许所有电动汽车放电”情形，以全年综合情况为例。最优放电电价2.7元/(kW ?h)，峰电放电电价时段19:00-21:00，谷电充电电价时段21:00-07:00。综合以上结果，可得该地区2020年V2G 最优分时电价方案，如表2所示。

Tab.2 Optimal Time of Use Price for V2G in Beijing-Tianjin-Tangshan region in year 2020

6 结论

本文建立了以满足用户充放电时间、充放电需求等为约束条件的电动汽车与智能电网互动的最优峰谷电价模型。在建模过程给出了电动汽车放电电价定价的上限和下限，进行峰谷时段划分，参数设置等。

对所提出的优化模型，以津京唐电网情况为算例进行了仿真分析，计算了未来(2020年)实行V2G的最优峰谷电价和对应时段。结果表明，实施V2G可有效降低电网的日负荷，从而提高电力系统的效率，并可使电动汽车用户获益，达到车主的满意度。

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