一、道路交通與能源體系融合發展已有頂層戰略
道路交通和能源行業同是國家戰略性、基礎性產業。《中共中央?國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》明確提出,要加快推進低碳交通運輸體系建設,積極發展非化石能源。深入推進交能融合發展,因地制宜依托交通基礎設施開發風、光等可再生能源,加快運輸裝備新能源與清潔能源推廣應用,推動道路交通和能源行業融合低碳發展轉型升級,將助力交通行業由能源“消費者”向“產銷者”轉變,支撐國家“雙碳”戰略目標。
推動道路交通和能源深度融合發展,是兩大行業發展方式的重大革命。《交通強國建設綱要》強調,要加速交通基礎設施網、運輸服務網、能源網與信息網絡的融合發展,優化交通能源結構。在2023年12月國家發改委等部門聯合發布的《關于加強新能源汽車與電網融合互動的實施意見》中指出,要大力培育車網融合互動新型產業生態,有力支撐高質量充電基礎設施體系構建和新能源汽車產業高質量發展。深入挖掘交能融合發展蘊含的減污降碳綜合效益,是可持續發展愿景下道路交通發展的新方向,對于推動交通產業經濟發展、加快建設交通強國、高質量構建現代化綜合立體交通體系意義重大。
二、道路交通與能源體系現狀及發展趨勢
1.汽車保有量穩步提升,新能源汽車保有量快速增加。
我國汽車行業正在加速向新能源轉型,傳統燃油車保有量預計2025~2030年達峰。2021~2023年我國汽車保有量分別為3.02億輛、3.19億輛、3.36億輛,新能源汽車保有量分別為784萬輛、1310萬輛、2041萬輛,新能源汽車的年均復合增速(61.3%)顯著高于汽車整體水平(5.5%)。預計2025年、2030年、2035年我國汽車保有量分別為3.6億輛、4.2億輛、4.9億輛,其中新能源汽車保有量分別為4000萬輛、1億輛、1.6億輛。2025~2030年傳統燃油車保有量或將達到峰值3.2億輛,新能源汽車實現對傳統燃油車的加速替代。
2.能源需求不斷攀升,新能源供給占比快速增加。
隨著能源消費總量及燃油車保有量達峰,道路運輸能源消耗將由汽柴油需求轉向電力需求。2021~2023年,我國能源消費總量分別為52.4億、54.1億、57.2億噸標準煤,原油對外依存度保持在72%左右。預計到2025年、2030年,我國能源消費總量將達到58億、59億噸標準煤;2035年,我國能源消費總量基本達峰,約為60億噸標準煤。2021~2023年,我國道路運輸能源消費總量分別為3.1億、3.7億及4.4億噸標準煤,預計2025年、2030年、2035年將下降為4.0億、3.7億及3.3億噸標準煤。
新能源裝機規模保持快速增長,供電占比持續穩定提升。2021~2023年,我國發電裝機容量分別為23億、26億及29億千瓦,其中新能源發電裝機容量分別為11億、12億及15億千瓦。預計到2025年、2030年、2035年,我國發電裝機容量將達到34億、46億及59億千瓦,其中新能源發電裝機容量將達到20億、28億及40億千瓦。2021~2023年,全國發電量分別為8.4萬億、8.5萬億及9.3萬億千瓦時,其中新能源發電量占比分別為32%、31%、34%。預計到2025年、2030年、2035年,全國發電量將達到10.4萬億、13.1萬億及15.9萬億千瓦時,其中新能源發電量占比將達到35%、37%及39%。
3.儲能規模持續擴大,新型儲能需求快速增加。
近年來,我國儲能總裝機規模高速增長,以鋰電、氫儲為主的新型儲能將成為驅動儲能總裝機規模向上的核心增量。
2021~2023年,我國儲能總裝機規模分別為45.8GW、67GW、86.5GW,年均復合增長率約37%,其中傳統抽水蓄能分別占比86.2%、79.3%、59.4%,新型儲能裝機規模分別占比12%、16.4%、24%,新型儲能新增裝機能量分別為4.9GWh、7.9GWh、46.4GWh。預計2025年、2030年、2035年,我國儲能累計總裝機規模分別為160GW、250GW、330GW,新型儲能累計裝機規模分別為59GW、120GW、180GW,裝機能量分別為122GWh、255GWh、381GWh,抽水蓄能累計裝機規模比重或縮減至45%。針對新型儲能,預計2025年、2030年、2035年電化學儲能累計裝機規模分別為25GW、36GW、66GW,鋰電池仍占主導地位,鈉離子電池、液流電池為輔;中大規模長時氫儲能累計裝機規模為30MW、140MW、630MW,體量仍較小,2060年有望達到120GW。
三、道路交通與能源體系融合發展有其必要性
1.新能源電力體系具有間歇性、隨機性、波動性。
以新能源為主體的新型電力系統將逐步成為供電主體,但是新能源發電在很大程度上有依賴自然資源的特性。一是新能源發電具有間歇性,光伏發電和風力發電受到光照強度、風力大小等自然條件的直接影響,電力供應易出現間斷;二是新能源發電具有隨機性,由于天氣變化、設備狀態等多種因素的影響,實際發電量與預測值存在偏差;三是新能源發電具有波動性,發電出力在不同時間尺度上顯著變化,如在不同時段,新能源發電量可能會有較大的波動。新能源發電的間歇性、隨機性和波動性是其固有的特性,使得新能源電力的預測、調度和利用變得更為復雜和困難。
2.新能源汽車對電網負荷影響持續增加。
首先,新能源汽車市場規模快速擴大,增長的充電需求和大功率充電樁將加大電網負荷。根據預測,2030年我國新能源汽車保有量約1億輛,充電樁保有量約4500萬個,發電裝機容量為46億千瓦。在無充電功率限制情況下,充電樁合計充電功率約28億千瓦,新能源汽車同時充電功率可達3.2億千瓦,充電對電網的負荷占比將達到10%左右。此外,無序充電現象也加劇了電網負荷的波動。電動汽車充電的時間和功率具有不確定性,大量用戶在高峰時段進行充電,電網將出現“峰上加峰”的現象;電動汽車接入電網的位置和容量也存在隨機性,充電設施分布不均,局部電網可能面臨較大的供電壓力。
3.儲能連接道路交通與能源體系的作用尚未體現。
儲能可有效提高電網穩定性、優化充電體驗、實現電網側削峰填谷。隨著新能源汽車市場快速增長,儲能作為源-網-荷-儲的重要一環,將承擔連接電網和新能源汽車的穩壓器和蓄水池的作用,在電力不足時補充電能,為新能源汽車提供穩定的充電環境。根據預測,2030年我國新能源汽車同時充電功率可達3.2億千瓦,電化學儲能累計裝機規模為36GW,電化學儲能放電功率占新能源汽車充電功率的比例為11.25%,其規模尚不能平衡電力供給和新能源汽車充電需求。
4.數據在源-網-荷-儲-車-樁-碳中的作用越來越強。
隨著交通與新型電力系統融合發展,形成源-網-荷-儲-車-樁-碳多要素協同發展,新模式、新場景、新成果不斷涌現,各環節數據信息海量發展。在系統運行方面,數據在發電設備實時監測、用電負荷精準預測、儲能設備高效運行、充電設施優化布局、碳足跡全生命周期管理等各方面將起到重要決策作用,進而推動以電力為核心的交通能源體系實現多種能源的高效轉化和利用。在系統管理方面,數據可以幫助相關部門更好地開展頂層設計、財政補貼等,助力源-網-荷-儲-車-樁-碳智慧融合發展。
四、道路交通與能源體系融合發展的四大目標
1.逐步實現道路交通行業“雙碳”目標。
目前新能源汽車僅實現了能源應用端的低碳化,而能源生產端仍以火力發電為主,占比66%,生產端電能并未實現低碳生產。推進交能融合發展,逐步形成新能源汽車與能源耦合聯動機制,將實現道路交通用能從生產端到應用端的低碳化。
2.推動新能源汽車可持續發展。
隨著新能源汽車保有量逐年增加,電網面臨的負荷沖擊逐年加大,若不能滿足日常充電需求,會影響消費者對新能源汽車的購買意愿。通過交能融合,可提升能源利用效率,降低電網負荷壓力,為新能源汽車提供穩定可靠的充電環境,保障新能源汽車產業可持續發展。
3.實現新能源汽車智能有序高效補能。
現階段新能源汽車的無序充電不但會影響自身充電功率,還可能導致新能源供電設施失能失效。據測算,如果2030年新能源汽車無序充電,會導致國網公司經營區域峰值負荷增加1.53億千瓦,相當于區域峰值負荷的11%左右。因此,亟需通過大數據調度以及峰電谷電價格機制等調節方式,引導新能源汽車從無序充電向智能有序充電發展。未來,隨著V2G等交能融合項目的示范應用推廣,將實現智能有序高效補能。
4.推動源-網-荷-儲-車-樁-碳的智能化、數字化。
以智能化、數字化等新質生產力賦能源、網、荷、儲、車、樁、碳各端,可釋放能源數據要素價值潛力,實現發電側與用電側的高效調節與精準匹配,有效提升能源數字化智能化發展水平,實現源-網-荷-儲-車-樁-碳全鏈條多能互補與科學用能。