电动汽车智能充电的创新前景（4.​商业模式和监管前景）

4.     商业模式和监管前景

电动汽车的广泛采用需要新的商业模式来开发EVSE（电动汽车供应设备）。本节概述了电子移动参与者的战略定位，重点是基础设施。

4.1    电移动市场参与者

电移动性市场包括以下几个部分：

• 电动汽车销售：虽然大多数轻型汽车是通过租赁方式销售的，但公共交通工具需要考虑公共采购。

• 移动服务：这些服务包括电子汽车共享、多式联运、车队管理、电动移动服务提供，以及越来越多地收集和分析来自司机、车队经理和充电站的数据。

• 电动汽车的电力销售：包括电力零售以及收费基础设施供应商的转售。

• 充电基础设施的安装和维护。

• 充电站操作（智能充电/数据管理/计费）。

• 电漫游：这是充电服务的互操作性以及区域/国家充电独立性的关键。

• 高级的电网服务，如聚合和V2G（新兴的）。

来自流动性和能源领域的许多传统参与者和新参与者都活跃在这个新兴市场中。除了特斯拉——其集成移动公司的愿景搅拌改变行业——新的独立供应商包括电汽车共享服务提供商（例如，禅宗汽车和蓝色），专用充电站开发人员，运营商，数据管理器，电子漫游平台提供商，以及供应商和聚合商先进的电网的服务。

汽车制造商正在寻找进入电移动汽车市场的新途径，并通过专注于减少里程焦虑来增强人们对该产品的信任。能源公用事业公司在评估向充电基础设施安装和运营的转变，以及提供新的智能能源服务时，不仅寻求为充电点供电，还寻求销售“千瓦时”的替代品。甚至石油和天然气行业的能源公司也在准备向可持续流动性转变。

这些参与者之间的跨价值链合作伙伴关系在这个市场中越来越典型。他们在这个价值链中寻找可行的商业模式，捕获并为客户提供价值。图21总结了最重要的商业模式类型（Laurischkat等人，2016年）和在每个领域中活跃的市场参与者的例子。

最发达的商业模式是电动汽车的销售，以及移动性和收费服务，详见附件3。

图21：电移动性价值链中战略参与者的定位概述

4.2    电动汽车-电网连接系统的业务模式

电动汽车-电网关系上的几种商业模式正在开发中，但尚未完全商业化或广泛推广，包括智能能源服务、电动汽车灵活性聚合、电池交换和二次生活电池使用。

智能能源服务提供商和聚合器

通过将大量资源聚集起来并在批发或辅助服务市场上销售其能源和/或能力来监测和控制大量资源的商业模式已经逐渐成熟，以适应更大的负荷和分布式发电。然而，电动汽车电池的聚集和提供电动汽车可以向市场提供的服务尚未完全商业化。

然而，人们对这种模式的兴趣正在增加。不仅是公用事业公司，还有几家大型汽车制造商和收费服务公司都在投资于能源管理和聚合服务。例如，e汽车果汁平台（由Enernoc收购，由Enel拥有）可以聚集分布式存储设施，包括但不限于电动汽车电池，以提供电网平衡和能源管理服务。

然而，电动汽车灵活性与其他灵活性来源的盈利能力和竞争力仍然是一个关键问题：

• 首先，系统的价格价差可能会降低——例如，白天太阳能光伏发电，可能不会再次上升如果有足够的灵活性系统（低价格价差预计在德国和西班牙日前市场，但高预计在英国市场（Schucht，2017））。

• 第二，来自辅助服务的收入可能不能在所有市场上提供足够的灵活性。与第3节中提到的试点项目的高估计不同，来自其他市场的研究可能揭示出低得多的价值。例如，德国的计算是基于2015年初级和二级控制的市场成交量为2.65亿欧元，假设有1000万辆电动汽车的可用性为90%，即每辆电动汽车每年为29欧元。值得注意的是，对这些服务的需求目前被限制在660兆瓦，这1000万辆电动汽车将代表大约3万兆瓦的产量，从而使价格更低。

• 最后，电动汽车将与其他类型的分散的灵活性，如需求响应资源，以及使用过的电动汽车电池本身竞争。二级电动汽车电池将会很便宜，并且今天已经被汽车制造商部署。

电动汽车案例在地方一级可能更为强大，从而使中低压电网扩建项目的规模最小化。然而，这一潜在的商业案例需要为电动汽车驾驶员和服务提供商进行货币化。如上所述，目前情况并非如此，因为缺少缓解配电网拥堵的地方灵活性市场。

不同的商业模式正在进行试验，不同的参与者在电动汽车电网网络的不同部分看到了其专业知识的协同作用。

单向V1G可由充电点管理器处理。如果是远程执行，这可以通过软件即服务（SaaS）结构实现，该结构可以管理站点上的许多充电点和其他负载。或者，它可以在充电基础设施内本地实现（例如，本地EV-PV同步）。

V2G和二次电池的运行需要聚合器。最初的“利基”能源服务提供商和聚合商模式将发展成为一个能源服务平台提供商，结合多种VGI收入流和其他能源产品和服务。将智能能源服务/家庭和建筑能源管理（智能充电，V2X）与V2G相结合，作为更大的分布式能源组合以及二次电池的一部分，这将是司空见惯的，而不是像现在这样专注于特定的应用

虚拟电厂运营商Next Kraftwerke和电动汽车（EV）聚合器和智能充电平台提供商Jedlix已启动了一个国际试点项目，该项目使用电动汽车电池向荷兰输电系统运营商TennET提供二次控制储备。通过将电动汽车连接到Jedlix平台，Jedlix可以协调用户的充电偏好，并与电动汽车建立实时连接，确保电动汽车充电正常。根据充电偏好，每个EV可以提供正控制储备或负控制储备。Jedlix将能够结合用户偏好、汽车数据和充电站信息，提供可用容量的连续预测。然后，NextKraftwerke在TenneT的招标过程中使用该信息采购电网服务（NextKraft werke，2018）。

目前的VGI主要基于专有解决方案（如AutoGrid或Nuvve）开发商向公用事业和车队（有时由OEM运营）提供的充电管理软件。能源服务平台提供商模式不再是B2B，而是集成软件并提供一系列B2C服务。Enel和Nissan的案例研究（方框12）分别从效用和OEM角度说明了这一新兴的商业战略。

但能源服务平台也可以被其他平台和其他子行业的其他参与者整合。例如，集成了能源管理的智能建筑“即服务”正在获得关注，从居住者、聚集和VGI收集数据返回电网可能是下一步，即使不是当前的重点。这一领域目前由电子巨头（施耐德电气、西门子、松下）主导。西门子正在一个研究项目中使用其建筑自动化系统Desigo，该项目将电动汽车集成到建筑的能源管理中（西门子，2017年）。

方框12：未来能源服务平台提供商：ENEL和NISSAN战略

除了开发充电基础设施以及家庭和公共充电的捆绑服务外，Enel还投资开发了一个可接入的直流V2X家庭充电站，该充电站的充电和放电功率为10 kW。Enel参与了各种试点项目——例如，在与英国日产的试点中，他们扮演了充电点电力供应商、充电软件供应商以及聚合商的角色。

在这一试点中，电动汽车客户以电费减少的形式获得补偿，以换取电网服务的提供，并且由于智能能源服务，他们通过增加本地产生的太阳能的自耗和节省网络费用，在本地优化其消费。Enel将购买的二氧化二钒电力整合到其更大的综合辅助服务组合中，从而在不直接控制的情况下，为因个别车辆时间表可能出现偏差而产生的不确定性提供了“缓冲”。Enel由输电和配电系统运营商支付，并与客户共享价值。

Enel最近通过子公司Enernoc收购了eMotorWerks的JuiceNet平台（Enel，2017），该平台将进一步提高公司提供智能能源服务（电动汽车光伏存储）的能力。当家用太阳能屋顶系统的电力最充足时，它可以安排电动汽车充电。此外，通过JuiceNet，电动汽车、V2G充电站和其他存储设施也可用于响应网络信号，聚合充电和放电活动，以在需要时平衡电网中的电流。

汽车制造商日产（Nissan）也将综合灵活性的价值化视为额外的收入来源。2018年1月，日产推出了一种新的太阳能发电和储能系统，供英国国内使用（日产，2018年）。这家汽车制造商声称，其解决方案将允许英国房主提高现场光伏的自耗率，并将能源账单削减66%。超过88万户英国家庭已经安装了太阳能电池板，市场正在增长。这款新产品是日产与伊顿合作开发的第二代电动汽车电池xStorage Home的进一步扩展。

2017年10月，日产宣布与OVO Energy合作推出一款新产品，将OVO的VNet功能与日产的xStorage Home系统相结合，为购买最新日产聆风的私人客户开发OVO SolarStore和V2G产品（OVO Energy，2017）。

第二生命存储应用

回收使用过的电动汽车电池的另一种方法是对其进行翻新，并将其用于固定应用。二次电池解决方案还可以提供储能服务。当电池容量下降到70-80%时，需要更换电动汽车电池，也就是说，当电池不再足以行驶日常里程，但仍处于良好状态，可以用作储能系统时。

这为电池提供了长达10年的寿命延长，目前的价格令人信服，据信约为每千瓦时150欧元（180美元）（Reid，2016年）。根据应用情况，它可用于低价格期间的电网到电池（G2B）预充电和高价格期间的电池到电网（B2G）放电。相比之下，雷诺Zoe的二次电池可以提供与两辆特斯拉Powerwall相同的动力，而且价格要低得多。

表14总结了使用二次电池进行固定存储的利弊。

除了试点项目，一些原始设备制造商已经开始利用回收电池的再销售。通过提供固定存储，具有大型电池制造能力的汽车公司可以减少电动汽车销量波动的风险，减少库存，提高制造利用率，并在首次使用后将电池货币化。基于二次电池的住宅客户的几种产品（智能家居优化）已经在市场上销售，而更先进的应用正在演示阶段（表15和方框13）。

表14：二次寿命电池存储的优缺点

表15：二次存储产品的例子和汽车制造商的演示

方框13：二次电池储存的充电项目

ChargeForward项目于2015年至2016年间进行，涉及位于加利福尼亚州旧金山湾区的Pacific Gas&Electric（PG&E）和BMW。目标是展示电动汽车参与需求响应活动的潜力。为此，宝马公司被要求通过在旧金山对100辆宝马i3汽车进行延迟充电，并从一个由重复使用的电动汽车电池构成的二次寿命固定电池系统向电网供电，在接到要求时向宝洁公司提供100千瓦的电网资源。

该计划证明了宝马汽车在209次需求响应活动中的成功调度。车辆贡献了20%的目标功率减少，电池提供了剩余的80%（图22）（宝马和PG&E，2017年）。在该计划的第二阶段，宝马一直在利用PG&E的预测，开发电动汽车充电与可再生能源发电的能力（Pyper，2018）。

图22：宝马和PG&E项目：目标车辆性能（100 kW）

电池交换站可以以类似的方式用于各种应用。研究表明，尽管电池交换站的充电行为将受到电动汽车车队（如出租车）的多次电池交换需求的极大影响，每天会交换几次电池，但不断增长的电动汽车车队和电池交换站可能会限制负载波动和峰谷负载差异（Rao等人，2015）。

4.3    车辆电网整合法规：电力市场

随着技术成本的大幅下降，电动汽车采用的障碍正在逐步降低。然而，部署和扩展配备有与电网智能交互的电动汽车充电基础设施，仍然是电动汽车革命以及最大化与基于VRE的电力系统的协同作用的关键。为了将新的VGI商业模式从试点推向全面部署，智能能源服务提供商和聚合商需要能够叠加价值，将电动汽车纳入其需求响应计划，这可能与车队管理特别相关。

车网集成的市场设计与监管

如果没有动态价格信号形式的适当激励措施，智能充电将不会“仅仅发生”，如果没有从多个收入流中“叠加收入”的可能性，V2G将无法实现，从而在系统和地方层面提供灵活性，如前所述，如图12和图23所示。

没有运行良好的电力市场，这是不可能的。如今，竞争激烈的批发和零售市场并不总是存在，即使在新兴的电子交通市场也是如此。在一些国家，存在批发电力市场，但竞争性平衡/辅助服务市场和零售市场往往缺失——也就是说，它们仍然是由输电系统运营商集中执行的监管服务。

应避免二氧化二钒充电的双重征税，即车辆充电费和向电网注入电力的费用。税收和电网费用应仅适用于为驾驶目的转移的净能源。

图23：可叠加的可能EV收入流

聚合器业务模型有助于将电动汽车用作灵活性的来源。为了使电动汽车电力供应服务在批发水平上可行（例如，提供调峰和辅助服务），必须交易至少1 MW至2 MW的容量。这将需要大约500辆电动汽车的集合。

即使市场已经到位，其设计也需要发展，监管也需要调整，为电动汽车电网服务的估值提供激励，包括：

• 调整不同批发市场的市场门槛和准入条件：即使在明确允许聚合准入的市场中，主要电网服务的最低容量和可用性要求仍适用于大型发电厂。

• 避免对电网的存储进行双重充电，这会对二氧化二钒和二次电池造成惩罚：欧盟立法者已经将向电网注入的费用视为一个障碍，而所谓的清洁能源计划（CEP）建议将其移除。

• 应更新禁止在没有供应商的情况下从电网转售电力的过时法规，以说明电动汽车。

允许电动汽车电池为电力系统提供不同的服务，从而实现服务和收入的叠加。

在配电层面，当地电网运营商通常不允许通过加固铜板以外的方式来管理其电网中的拥堵。对智能电网和智能电表的投资将是至关重要的，尽管世界各地尚未开始投资。发展本地灵活性市场对于智能充电对配电网优化和消除配电瓶颈的贡献具有货币价值。除了利基应用之外，目前几乎任何市场都不是这样（但CEP也建议解决这一问题）。需要鼓励配电系统运营商使用电动汽车充电器作为分布式能源，而不是建造新的线路/变压器容量。

最终，电动汽车驾驶员能够为批发/平衡市场以及分销层面提供灵活性。投标中的当地价格信号和位置信息将使这一点成为可能。

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；因此单个EV不能在电力系统所需的时间段内提供这些服务。然而，当电动汽车聚集在一起时，它们可以相互补充，从而形成一个具有快速响应和在所需时间段内提供服务能力的虚拟电厂。

动态定价计划，激励智能充电和与VRE的协同效应

在零售层面，价格并不总是被允许根据系统中的供应和需求而波动。这不仅是一个技术问题，也是一个政治敏感问题，在那些管制电价的国家，有时会将电价维持在低于市场价值的水平。即使事实并非如此，“固定”利率往往更受欢迎，即使是在自由化的零售市场，因为消费者很容易理解。然而，由于价格不变，因此没有任何鼓励智能充电的因素。

激励智能充电的定价/费率计划是一种很好的做法，已经在几个国家引入。这些计划基本上将电动汽车分类为单独的负荷类别。通常，高峰时段和非高峰时段之间的价格差异大于传统使用时间电价中的价格差异。目标是确保电动汽车在非高峰时段充电，不会对高峰需求造成影响。主要在美国的一些公用事业公司已采用电动汽车家庭充电费率，与白天相比，夜间的充电费率降低了95%（BNEF，2017e）。

一些公用事业/零售商也开始提供“绿色电动汽车充电”计划，以利用28-40%的电动汽车车主也拥有家庭太阳能，而普通人群中只有1%的太阳能普及率（Shahan，2017）。例如，明尼苏达州的Great River Energy允许会员客户使用100%的风能为其电动汽车提供燃料，而无需额外支付高于标准和非高峰费率的费用（Deloitte，2017）。英国的OVO Energy为电动汽车车主提供100%的可再生能源，用于车辆和家庭（OVO Energy，2018）。

英国监管机构Ofgem也发起了一场关于调整家庭和小型企业受监管网络收费的辩论，这些家庭和小型公司希望在高峰时段消耗更多电力，并提出了2022年的改革建议（Holder，2018b）。

标准化

目前，只有极少数充电站（家庭和公共）启用智能电网（Deloitte，2017），很少有汽车允许使用V2G。电动汽车普及率的提高将进一步增加对充电基础设施的通用标准以及充电站、配电网和电动汽车之间的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，也是实现电动汽车与各种充电基础设施和计量的经济高效连接的关键。

出于这些原因，标准化对于促进电动汽车和充电基础设施的普及及其与电网的互动至关重要。国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）在全球范围内发布了若干规范，并将其转换为超国家和国家版本。图24综合了电动汽车的主要国际规范及其应用领域。

针对轻型电动汽车发布的IEC 61851-3系列侧重于交流和直流导电电源系统、电池交换系统和通信的要求。IEC、ISO及其当地代表的工作是一项持续的活动。现有规范定期更新，以跟上电动交通的发展，新规范正在制定中。除了官方标准之外，私人行为者已经（或目前正在）制定了一些协议，试图通过伙伴关系建立工业标准。这通常可以实现更快的标准化，即使多个行业标准可能共存。充电站的不同参与者之间的通信尤其如此。

为了实现单向智能充电（V1G），充电站应包括以下功能：

• 充电系统允许一定程度的控制，包括充电电流的变化：从可编程继电器（本地开环控制）到具有电流调制设施的充电点，包括具有开放充电点协议（OCPP）通信的简单充电点（充电站获取电网容量信号）和远程启动/停止。

  虽然当今的许多充电站无法改变充电电流，但OCPP的实施（其规范充电站和充电站运营商之间的交换）应该有助于克服这一问题。此外，智能充电运营商与电动汽车用户、一些电表和聚合器之间的通信可能是合适的。OCPP和其他最重要的协议（开放式清算所协议（OCHP）、开放式互连协议（OICP）、开放充电点接口（OCPI）、在线证书状态协议（OSCP）和开放式自动需求响应（OpenADR））如图25所示，以及它们在通信链中的位置。它们与一些官方规范相结合。

• 能量测量系统：电流钳或智能电表或其他具有自动读数和数据传输功能的电表。

• 对于闭环能源管理：充电点和能源管理之间的通信——具有标准（例如Zigbee、Modbus、蓝牙）或专用协议的本地解决方案，或充电点平台控制的远程解决方案（例如OCPP）。

• 用户界面：充电点上的本地屏幕、远程网络或移动应用程序，供电动汽车用户和/或站点管理员使用。

图25：电动移动通信协议概述

标准化还将促进V2G和V2X技术的推广（目前接口成本比单向智能充电高3-5倍）。这种更复杂的智能充电形式需要：

• 双向充电站：目前只有有限的（分布式）充电基础设施可供商业使用（例如，Nichicon、IKS、Magnum Cap）。

• 可以放电（不仅仅是充电）的汽车：大多数V2X计划都在实施非车载解决方案（位于（非）充电点的AC/DC转换器）。这是因为日本CHAdeMO协会发布了第一个双向（充电/放电）通信协议，作为其DC充电协议的扩展，该协议由例如日产和三菱实现。全球层面的标准化工作正在IEC/ISO 15118 Ed2车载放电解决方案的背景下进行（预计在2019年完成）。CHAdeMO协会基于日本V2H指南的非车载解决方案也作为IEC 61851-23/24 Ed2（电动汽车传导充电系统）的一部分进行了标准化。车载排放已在开发中，或分别由雷诺和比亚迪提出。这将允许更广泛地使用V2X，因为更低的成本和更广泛的交流充电点可能会额外用于放电。然而，这将需要对充电解决方案进行一些技术调整，以使其符合IEC/ISO 15118标准，还需要电动汽车携带额外的部件，这将增加车辆的成本和重量。

• 了解车辆充电状态的标准化方法：目前尚不可用，这使得智能充电和V2X更加复杂。解决方法是存在的，例如使用车辆供应商的专有应用程序，但需要部署专门的智能充电软件连接器。

• IEC 63110：目前正在开发中，该国际标准定义了电动汽车充放电基础设施管理协议。这是一组电动道路车辆和电动工业卡车标准，致力于OCPP通信标准的规范化和其他国际标准（如CCS、CHAdeMO）的兼容性。

• IEC 61850定义了智能设备和变电站的通信协议。它尚未在车辆上实施。该标准的更新正在起草中，将实现更标准化的智能充电和V2X。

   

这些标准的国际认可将是这项技术在最发达的欧洲和美国市场推广的关键，在这些市场上，大多数新的充电站都已使用这项技术购买。例如，在荷兰，Living Lab智能充电的合作伙伴（325个城市、Allego、ChargePoint、EVBox等）同意仅为新的公共站点安装智能充电站。较旧的加油站正在逐步改造，以实现智能化。2017年11月，共有7500个智能充电就绪（半）公共充电点，并对另外7000个智能充电备用点进行了招标（Living Lab smart charging，2017）。在其他市场，情况大多并非如此。

在世界其他地区（如印度），将需要实施全球电动汽车标准（或基于全球标准的国家标准）（Ghatikar等人，2017）。

如果必要的功能越来越多地集成到充电站和车辆中，如果制定标准的共同行动到位，到2030年，智能充电将从承诺变成现实。