V2X能源服务与价值流分析

车辆到一切（V2X）能源服务、价值流及监管政策影响

1. 引言

2017年，全球电动汽车（EV）保有量超过300万台，自2015年以来持续增长近60%。预计近期将保持指数级增长，到2030年全球电动汽车数量预计将达到1.3亿至2.2亿辆（–国际能源署，2018年）。同样在2017年，其成员占据全球电动汽车保有量大部分的电动汽车倡议（EVI）启动了EV30@30活动，设定了到2030年实现所有车辆销售中30%为电动汽车的共同目标（电动汽车倡议，2019年）。

随着电动交通的发展，电力需求也将增加。如果美国的所有轻型车辆都被电动汽车取代，每年将需要额外的1000太瓦时电力，相当于当前美国年度电力需求的约四分之一（Nelder等，2016年）。2016年，全球电动汽车的电力需求为54太瓦时，大约相当于希腊的年度能源需求。

由电动汽车充电引发的电力需求问题将在很大程度上取决于电动汽车渗透率。新英格兰地区最近的一项模拟研究表明，25%电动汽车渗透率将导致峰值需求增加19%，这将需要对发电、输电和配电能力进行大量投资（Nelder等，2016年）。显然，无管理的电动汽车充电在长期来看不是一个经济选择，因此车到万物（V2X）技术的发展可以成为解决未来高电动汽车渗透率下日益严重问题的一种方案。

然而，V2X仍是一个正在发展的技术领域，在公众和政策领域几乎无人知晓。即使是在电动交通领域工作的专业人士和学者中，V2X仍然相对陌生（Kester等，2018年）。这导致相关研究仅关注V2X概念的一个方面，通常只考虑一种市场产品，便对V2X的整体可行性得出结论，而未考虑其全部潜在价值或完整的运行能力（Bishop等，2013年；Mullan等，2012年）。此外，科学文献中普遍存在V2X术语误用现象，混淆含义，造成混淆。

2. V2X概念解释

2.1. V2X拓扑结构

车辆到一切（V2X）是一个统称，用于解释利用电动汽车（EV）电池在非使用期间提供能源服务并从电池资产中获取附加价值。V2X服务旨在通过动态单向（V1X）或双向（V2X）充电控制，使电池资产产生收入，从而为电网带来效益，减少/削平/转移建筑和家庭的峰值能源消耗，或为负载提供备用电源。能源服务是指将这种动态充电控制以聚合的灵活容量形式出售至批发市场和辅助服务市场，为系统运营商及其他相关方在电网的技术运行中提供迫切需要的灵活性。V2X拓扑结构涉及所采用的电气连接和运行模式，可分为车辆到电网（V2G）、车辆到建筑（V2B）、车辆到家庭（V2H）、车辆到负载（V2L）。

尽管迄今为止大多数研究工作都集中在已有充分记录和定义的车辆到电网概念上，但V2X应被理解为包含V2G在内的所有拓扑结构。少数研究曾提及车辆到车辆（V2V），但由于这一术语与车辆到负载（V2L）重复，现已不再使用。此外（诺埃尔等人，2019）提出了一种车辆到社区（V2C）拓扑结构，其中聚合型电动汽车在配电网侧连接，为住宅社区提供服务，类似于社区储能或社区太阳能；但我们在此并未纳入V2C，将其留给未来的研究。最后（皮尔，2019）对V2X技术进行了简明综述，进一步探讨了我们目前未涉及的基础设施考虑。

提及车辆到一切（V2X）时，隐含的意思是任何服务都将在车辆主要用于出行之外提供，即车辆停驶时提供，而车辆停驶时间已被证明超过其资产寿命的90%（吴等人，2010）。聚合的V2X资源的储能容量取决于多个因素，主要是电动汽车的电池组容量以及由电动汽车供电设备（EVSE）和车辆车载充电机共同决定的有效充电速率。对于聚合型V2X资源而言，另一个关键参数是为可靠提供特定储能容量所需的车辆数量。

2.1.1. 储能容量 Energy capacity in

现代电池包在商用车辆中的容量范围为16至100千瓦时，质量能量密度范围为89至260瓦时/千克¹（在电池单体级别（丁等人，2019年）。技术发展旨在近期将质量能量密度提升至350瓦时/千克¹，并有望进一步提高800瓦时/千克¹适用于新型锂‐空气技术，如果电池组重量保持不变，则可能实现高达230千瓦时的电池组（卡诺等人，2018）¹。然而，由于电动汽车电池的研发主要集中在车辆续航里程和能源效率上，而非总储能容量，因此未来电池组容量将主要由用户驾驶需求决定。因此，我们预计每个消费者驾驶细分市场都将存在一个最大最优电池容量，这将导致单个V2X容量的上限，但该上限对大多数V2X服务所需的车辆数量参数影响较小。

2.1.2. 有效充电速率The effective charge rate

由向车辆供电的电动汽车供电设备（EVSE）和向电池供电的电动汽车车载充电机的组合限制决定。在美国，EVSE已根据充电功率实现标准化：一级充电为1⁄4 1.44 – 3.3千瓦车载单相交流电，二级充电为1⁄4 3.3 – 14.4千瓦车载单相或三相交流电，三级充电为1⁄4 14.4 – 240千瓦非车载直接直流充电。欧洲的标准发展路线类似，规定了三种充电等级：普通充电为1⁄4 3.7千瓦单相交流电，中等充电为1⁄4 3.7 – 22千瓦单相或三相交流电，高功率充电为1⁄4大于22千瓦，并额外区分两种类型，一种用于三相交流电，另一种用于直流连接（法尔沃等人，2014）。

然而，电动汽车供电设备（EVSE）的充电功率通常受限于电动汽车内部的车载充电机。车载充电功率也被称为接受率，在当前的电动汽车中，其范围通常为3.3至19.2千瓦。例如，一辆汽车可能连接到可提供7.7千瓦功率的二级电动汽车供电设备，但该车辆的车载充电机对电池组的最大充电/放电功率仅为6.6千瓦，因此有效充电速率为6.6千瓦。相反，如果车载充电机最高可接受19.2千瓦，但连接的是同一台二级充电设备，则有效充电速率将受限于电动汽车供电设备，仅为7.7千瓦。因此，在选择用于车辆到一切（V2X）资源的车辆类型和电动汽车供电设备时，理解有效充电速率非常重要。

2.2. 车辆到负载（V2L）

V2L是最简单且规模最小的拓扑结构，指单个电动汽车电池向负载提供能源的任何情况。V2L的主要设想应用场景是在电网断电时提供应急备用能源，或作为农村地区等电网连接有限场所的能源来源。V2L可为医院或研究中心的关键设备供电、驱动外部电子设备，甚至可在露营、建筑工地、音乐会、聚会及其他电网连接有限的场所中用于娱乐性非紧急用途，充当发电机使用。

尽管车辆到负载提供了最易获得且最易识别的价值，但具有讽刺意味的是，它却在学术领域受到的关注最少。其中一个关键的研究领域将是V2L的经济价值评估。支付意愿（WTP）和接受意愿（WTA）研究在电力系统设计和能源经济学中被广泛用于确定停电损失价值（VoLL）。VoLL是一种社会经济指标，用于衡量因停电导致经济活动损失所产生的货币损失，或换句话说，是客户为避免停电而愿意支付的最高电价（欧盟委员会, 2017；Schr€oder 等, 2015）。

关于停电损失价值（VoLL）的研究表明，不同用户群体的价值存在差异，其中工业/商业领域的范围从每千瓦时几€到超过€ 250/kWh不等，各国之间也存在巨大差异，欧盟成员国为每千瓦时几€，而美国和新西兰则超过€ 250/kWh。对于住宅领域的私人用户，其值范围为每千瓦时几€至€ 45/kWh（Schr€oder 等，2015）。然而显而易见的是，即使是保守的VoLL估算值，与美国居民平均电价0.13美元/kWh（€ 0.11/kWh）以及欧盟成员国居民电价（范围为€ 0.10/kWh至€ 0.31/kWh）相比，仍构成显著的价格差距，从而体现出V2L的巨大价值潜力（欧盟统计局，2019；美国能源信息署，2019a）。

最近使用更细粒度的社会经济数据的研究指出，在燃料贫困人群、电动汽车早期采用者以及居住在农村地区的人群中，停电损失价值（VoLL）高于平均水平（Electricity North West，2018），这些地区正是V2L技术的天然适用场景。V2L技术可能在农村地区发展更快，或在仍严重依赖柴油发电机的地区（如阿拉斯加、夏威夷及其他孤岛电网）加速应用，因为在这些地区，尽管技术成本较高，但由于柴油燃料及其运输成本高昂，仍具备竞争力（国际可再生能源机构，2015；美国国家可再生能源实验室，2013）。V2L仍是一个极具前景的研究领域，因为技术障碍基本不存在，未来的发展将集中于现有能力的应用。

2.3. 车辆到家庭（V2H）

V2H是下一个复杂度最低的拓扑结构，包括优化家庭能源消耗或使用一辆或多辆电动汽车作为应急电源住宅备用电源。V2H将连接至中央枢纽/家庭能源控制器运行，可能与屋顶太阳能结合使用，并可选配小型电池储能，如特斯拉Powerwall以及日产’的V2H生态系统中所见（日产汽车公司，2018；特斯拉公司，2019）。举例而言，一辆充满电的特斯拉Model S，配备100千瓦时电池组，即使有效充电速率仅为2千瓦，也可为美国普通家庭提供超过70小时的电力消耗，或为欧盟普通家庭提供约10天的电力，这一明确的价值解释了当今多种商业产品的存在。

车辆到家庭（V2H）通过能源优化所产生的价值在很大程度上取决于区位因素，例如居民电价结构和电价。电价可分为按电量计费（含或不含净计量）和按容量计费两种类型。这两种结构可全天24小时一天统一适用，也可根据时段变化而有所不同，例如分时电价（TOU）或高峰/非高峰设计（Schittekatte 等，2018）。因此，车辆到家庭（V2H）可通过两种方式优化能源支出：1）通过削平家庭用电曲线以降低高峰电力需求，从而减少容量费用；或 2）利用分时电价（TOU）结构以及电价波动，调整家庭能源消耗以最小化能源成本。此外，还有讨论提出制定专门的电动汽车电价，鼓励在傍晚时段电力需求较低时充电，以减少弃风和火电厂停机（King 和 Datta，2018）。总之，车辆到家庭（V2H）具有明确的价值主张，已获得行业支持，是迄今为止商业化发展程度第二高的V2X拓扑结构。

2.4. 车辆到建筑（V2B）

车辆到建筑（V2B）的运行模式与车辆到家庭（V2H）类似，但规模更大，可能仅使用几辆电动汽车或聚合整个车队，以优化建筑或场地（微电网）的能源消耗。由于V2B面向商业和工业建筑，其效益更为显著，并且通过聚合，V2B技术可达到对电网具有重要意义的容量。

开辟了V2H无法触及的其他途径。工业和商业用户不仅面临更高的容量费用，还因大感性负载导致的线路相位不平衡而被收费，这会增加线路功率损耗并需要昂贵的校正措施。

这些容量费用，也称为需量电费，可能占月度工商业电费账单的一半以上，但却仅由建筑负荷的几次短暂峰值引起。根据最新的2017年数据，美国平均年度工商业电费在6,671美元至11,647美元（5,857欧元至10,226欧元）之间，美国平均年度工业电费在40,680美元至491,749美元（35,715欧元至431,729欧元）之间（美国能源信息署，2019b）。因此，即使V2B资源仅减少几kW的峰值，也能带来显著的成本节约，从而以较低的容量和时间投入提供有价值的服务（加德里和纳赛拉伊，2015；皮尔，2019）。

功率因数校正（PFC）、无功功率控制（RPC）和电压调节（VR）均为用于改善电能质量并从而最小化电力系统线路损耗的校正措施。被动方法（如使用电容器组）虽然简单但成本较高，而主动方法则利用电力电子设备动态调整无功功率输出。电动汽车可通过以不同目标运行其电动汽车供电设备（EVSE）来提供这些服务：通过向电网提供无功功率以达到参考功率因数（PFC），通过向/从电网提供或吸收无功功率（RPC），或根据电网状况提供/吸收无功功率以改善节点电压水平（VR）（谭等人，2019年）。然而研究表明，电压调节可能是最具影响力的服务，且电动汽车充电可在对配电网影响最小的情况下有效运行（克内佐维奇等人，2014年）。

这些扩展的效益不仅限于客户，由于规模效应，电网运营商也能从工商业峰值负荷的降低和功率因数的改善中获益。据V2B集成报告，其他附加考虑因素还包括减少碳排放、基础设施资本成本延期以及运行成本的降低（许和林，2016年）。这些直接和衍生的效益也伴随着复杂性增加，因为功能完备的V2B服务需要连接到建筑或中央能源系统控制，而这些系统可能不具备与更大电网的通信能力。V2B通过工商业成本节约以及提供对电网具有重要意义的容量资源来实现重大且切实的经济效益，这些资源可进入能源市场，具体将在V2X价值流一节中进一步阐述。

2.5. 车辆到电网（V2G）

V2G是最为人熟知的V2X拓扑结构，指的是利用电动汽车电池以一种或多种能源服务的形式与电网互动并为电网提供价值（Kempton and Tomic, 2005）。尽管V2G被理解为具备双向充放电能力，而V1G则涉及单向充电控制，也被称为智能充电。这两种运行模式都需要先进的通信和控制系统，能够接收信号并根据实时电网状况作出响应，通过调节充电功率（V1G）或同时调节充放电功率（V2G）来实现。V2G具有最大的整体收益潜力，可直接进入批发电能和辅助服务市场，但由于需要具备对电网具有重要意义的容量并响应实时电网状况，因此构成了最复杂的拓扑结构。因此，车辆到电网服务由聚合商协调大量个体车辆，或通过运营车队来提供。

尽管V2G相较于V1G资源可使可用容量大约增加一倍，并具有更高的收益潜力，但当前的启用成本（单向到双向电动汽车供电设备基础设施的边际成本）仍然较高，这表明缺乏可用的商业产品和技术成熟度（坎贝尔，2014；Thingvad等，2017；王等，2016）。然而，成本趋势令人鼓舞，因为V2G的使能成本从€2014年的44,953欧元下降到€ 2018年的4,805欧元，降幅达9.4倍，接近90%，并随着技术发展将继续下降（坎贝尔，2014；EV咨询公司，2018）⁴。此外，为了实现车辆到电网服务，有效充电速率需达到二级充电（6.6千瓦）或更高，因为较低的充电速率需要过多的车辆才能满足能源市场的最低容量投标要求，目前少数可用的V2G电动汽车供电设备商业产品已集中在10– 15千瓦的范围。

V2G概念还吸引了大量的商业关注，推动了许多初创公司（NUUVE、EMotorWerks）的发展，以及在硬件和生态系统开发方面的大量投资（意大利国家电力公司、日产能源、ChargePoint），并获得了汽车OEM厂商的广泛参与（雷诺‐日产‐三菱联盟、标致雪铁龙集团、本田、宝马、Transpower、大众、丰田等）。一份近期的市场报告指出，全球至少有50个正在进行的V2G研究项目处于试点或商业化阶段，使V2G成为最商业化发展的拓扑结构（EV咨询公司，2018）。

3. V2X价值流框架

我们从价值流的角度展示了车辆到一切（V2X）的经济潜力，其价值可来源于批发电力市场，通过产品或机制的使用实现；也可通过与公用事业公司和电网系统运营商的互动，在延缓资本成本以及提高现有网络资产利用效率方面提供价值；或通过与客户的互动，为住宅/商业/工业消费者提供成本节约和可靠性方面的价值。

术语 价值 被有意选用，而非 收入，以允许更广泛的定义范围，因为在许多情况下，能源市场监管尚未充分发展或跟上步伐，无法制定出能够反映新技术所能提供的全部效益的适当补偿机制。V2X价值流框架还旨在最终纳入环境社会方面的因素，例如CO2排放减少、延长电池寿命、减少空气污染/城市噪音以及福祉。在本次初步迭代中，我们主要关注在能源行业中已具备可识别货币化途径的V2X价值流，将环境社会因素留待未来研究。在未来碳市场或能源市场中的碳定价变得重要时，这可能会构成V2X所能提供的额外效益，但我们仍将价值流框架限定于当前的监管环境。

此外，本文提出了价值流框架，用于对车辆到一切（V2X）所能提供的全部能源服务进行分类，明确每种V2X拓扑结构可提供的服务类型，并识别各价值流的价值来源，同时对其经济规模提供一定见解。最后，该价值流框架并非旨在确认或否定整体经济可行性，因为每种V2X拓扑结构的可行性将取决于项目特定和地理位置因素。

3.1. 价值流识别

3.1.1. 假设V2X energy ser

这些服务由不同大小的锂离子电池组的技术能力决定。由于底层技术相同，车辆到一切（V2X）具有与锂离子电池储能系统（BESS）相似的特性，只是规模较小。多个试点项目已证明其技术运行符合系统运营商的性能要求（布莱克，2014；肯普顿等，2009），因此第一个关键假设是，V2X能够提供与BESS大多数相同的服务。

我们基于拉扎德（Lazard）的储能平准化成本（LCOS）分析以及美国能源信息署和国家实验室报告（加农等，2015；拉扎德，2018，2017；桑迪亚国家实验室，2015；美国能源信息署，2018）构建了V2X价值流框架。这些方法已广泛识别出电池储能系统（BESS）可进入的潜在市场，并对BESS的经济性以及普遍的锂离子技术趋势进行了扎实的实证评估。正如最新发布的LCOS 4.0版（拉扎德，2018）中重申的，关键趋势包括成本下降幅度超出预期，同时大多数应用场景下的项目经济性得到改善。LCOS 4.0报告指出，在批发电力市场运行的锂离子电池储能系统（BESS）的资本成本介于1,140至1,814美元/千瓦之间，相比过去五年资本成本下降了28%，从2018年到2022年期间的复合年增长率（CAGR）为‐8%。该成本范围也与美国能源信息署对2018年新进入市场的电池储能系统估算的1,857美元/千瓦相吻合（美国能源信息署，2019c）。

电池储能系统（BESS）具有成本竞争力，实际上在某些市场已经比联合循环燃气轮机（CCGT）和煤炭等传统辅助服务来源更便宜（拉扎德，2015）。结合澳大利亚’的快速频率响应辅助服务（FCAS）市场、加利福尼亚’的批发电力市场（CAISO）以及PJM’的频率调节服务的最新经验来看，锂离子电池储能仅凭价格竞争力就将继续抢占市场份额（澳大利亚能源市场运营商，2018；李，2017；帕金森，2018）。因此，第二个关键假设是，V2X将主要与锂离子电池储能系统（BESS）在市场上竞争，我们不再进一步考虑其他技术。最后，如后文V2X监管问题 部分所示，许多有利于V2X的市场规则也将惠及电池储能系统（BESS）以及其他受容量限制的分布式能源资源（DER）。我们推测，V2X与 BESS将表现出竞合行为：在能源市场上竞争，但在推动能源市场监管改革方面合作。

3.2. V2X价值流

3.2.1. 基于功率与基于能量的服务We introduce a key distinction 能源与功率（或

容量）相关的价值流，因为这些对电池退化成本有重大影响，并显著影响任何能源受限资源的可行性。正如（Thompson，2018）和（ Uddin等，2018）所探讨的，非智能的长期能量吞吐（充放电）对锂离子电池寿命具有明显的负面影响。这些寿命影响非常显著，以至于如果不充分理解电池退化的复杂性并加以管理，几乎任何大规模能量吞吐的车辆到一切（V2X）服务都将因成本过高而难以实施。

相反，智能的考虑退化的V2X提供方式已被证明即使在大能量吞吐量情况下也能延长电池寿命，这是一种有价值的次要效益（Uddin等，2017）。总体而言，导致电池荷电状态（SOC）变化较小的V2X服务将比引起较大SOC波动的大能量吞吐量服务具有更低的退化成本。同样，能够维持温度依赖的最优SOC设定点的V2X服务也会减少电池退化。因此，那些不含能源成分或需要较少能量吞吐量的基于功率的价值流对于V2X的发展至关重要。

首个基于功率的服务是频率调节（FR），其本质上源于充放电功率灵活性，即能够快速调整充电功率以跟随系统运营商的电网信号。由于调节信号通常设计为在合同期内实现净能量交换为零，因此频率调节可以在最优SOC点附近提供，而不会引起较大的SOC波动。资源充足性（RA）或容量支付是为了开发新容量、维持高于预测的未来峰值需求的安全裕度而设立的补偿机制。对于车辆到一切（V2X）而言，缓解未来系统峰值负荷的能力可以通过中断充电（V1G/V2G）从而降低需求，或在高峰时段向电网放电（V2G）从而增加供应来实现。资源充足性（ RA）或容量支付可成为稳定且高收益的价值流，并按功率（美元/千瓦每月或每年）而非能源进行补偿。类似地，网络延缓机制则是在配电和输电网中特定的容量受限位置发展容量（或在高峰时段缓解负荷的能力），以避免基础设施投资和扩建。

剩余的基于能量的V2X服务必须在其聚合或独立资源的储能容量范围内，与其相应的退化成本保持平衡。因此，由于可能导致成本过高的电池退化，非旋转或三级储备等大能量吞吐量服务未被纳入V2X价值流框架。优先获取基于功率的价值流不仅在减少退化方面具有重要意义，而且还能更好地实现价值流叠加。

3.2.2. 叠加价值流Currently BESS assets are

能够提供多种同时进行的能源服务，从而获取多重收入流，但迄今为止大多数V2X经济分析仅基于一项能源服务来评估其可行性。我们提出的一个重要观点是，V2X价值流需要像当前BESS运行一样进行叠加。从实际角度看，这意味着V2X资源可以在一年内用于提供多种同时的服务（例如，每年X小时用于频率调节，同时提供资源充足性和需求响应（DR））。在这方面，加州独立系统运营商（CAISO）近期关于多用途应用的监管规定体现了市场发展的趋势，并将在接下来的V2X监管问题 部分中进行探讨。

3.3. 年度价值流估算

车辆到一切（V2X）能源服务、价值流及监管政策影响

4. V2X监管问题

4.1. 聚合商参与能源市场的模块化框架

在电力市场中，由于不存在完美的市场设计，能源服务的定义必须不断更新以纳入新技术（Glachant and Perez, 2009），因此需要事后治理方案来纠正诸如车辆到一切（V2X）等不可预见的问题或创新。已有研究表明，多个批发电力市场的现行市场规则尚不充分，需进行修改，以更好地接纳聚合商提供的分布式能源资源（DERs），如V2X和电池储能系统（BESS）（Codani et al., 2016；Eid et al.,2016）。车辆到一切（V2X）能源服务完全依赖于聚合，因此为了分析三种形式的进入壁垒，我们借鉴了（Borne 等，2018a）关于聚合商参与能源市场的市场准备度的分析框架，并将其适配于V2X情境。该模块化框架在表2中进行了总结，并在图4中以决策树的形式表示。我们将在以下章节中解释该模块化框架在V2X中的应用，但需指出，所有政策建议也将同时惠及电池储能系统（BESS）及其他小规模分布式能源资源。

4.2. 模块A：关于聚合的规则

4.2.1. 技术区分某些市场规则歧视

通过 outright 禁止能源来源聚合，对 V2X 资源进行歧视，从而 ipso facto 排除小容量资源（V2X、DER 和 BESS）参与批发市场。规则歧视可能基于技术类型，或当电网的发电部门被视为仅供电资源时（例如，没有用电单元的概念）。这种歧视也可能基于与输电网的电压等级连接，通过限制聚合资源可提供的容量，或优先考虑特定非聚合型市场单元。监管机构可在本模块中采取行动，消除准入行政壁垒，以允许能源资源聚合。

4.2.2. 配电系统运营商（DSO）之间的互操作性As there are a growing number of DSOs in developed energy ma

市场中，为确保聚合的可行性，新进入者必须能够跨多个配电系统运营商聚合单元。这对于每天可能在不同配电系统运营商之间移动的 V2G聚合单个车辆尤为重要，而对通常受限于特定场所或微电网（由单一配电系统运营商服务）的V2G车队而言则不那么重要。

4.2.3. 聚合方法论Two methods of aggregation

在（Codani等，2016年）中确定了两种聚合方式：遥测和金融聚合。遥测聚合允许聚合商合并经济报价和功率流，并利用优化算法进行能量调度，这些算法会考虑组合资源的特性（例如车辆到一切（V2X）的容量限制以及维持最佳SOC设定点的需求）。相反，金融聚合仅允许对经济报价进行聚合。在此情况下，能量调度完全由系统运营商控制，可能导致过度使用违反V2G或V2B资源的SOC约束。因此，为了促进V2X更广泛地参与，聚合方法论应采用远程计量方式，由聚合商控制经济报价和能量调度。

4.3. 模块B：定义能源产品的规则

4.3.1. 投标结构（大小、增量、时间粒度、类型）

4.3.1.1. 报价规模。目前批发电力市场的最低报价规模差异很大，从 PJM电网公司（PJM）的100千瓦到欧洲多个市场的10兆瓦及以上（ Andersen等，2010）。该最低报价规模将决定提供聚合的V2X资源所需的车辆数量。如果最低报价规模设定过高，由于需要协调过多实体， V2X资源的实施将变得极为复杂，并导致每辆车的整体收入降低。100 辆有效充电速率为每辆车10至15千瓦的车辆可提供1兆瓦的V2G资源， 但若最低报价规模高于此值，由于阈值效应，V2X资源将无法进入市场。

4.3.1.2. 投标增量和时间粒度。此外，最小出价规模增量和时间粒度可能构成市场准入壁垒。如（Borne 等，2018b）所示，作者展示了在假设最低出价为1兆瓦的情况下，不同的投标增量和时间粒度对V2G车队规模的影响。表3下表显示了为实现每辆车年收入€ 50（仅在家拥有3千瓦充电条件）所需的车队规模受投标结构的影响情况。

如表3所示，一周的时间粒度使V2G资源无法参与辅助服务市场，而将高峰/非高峰改为4小时粒度，则可使所需聚合车辆数量减少1,000辆。同样，继续从1兆瓦调整为0.1兆瓦最小增量，可进一步减少350辆车辆，从而使50辆的车队即可提供辅助服务尽管以最低充电速率（3千瓦）接入。此外，研究显示，对于具备更高充电速率（22千瓦）接入能力的车队而言，只要时间粒度为4小时，无论投标增量大小如何，仅需17辆车辆即可满足1兆瓦最低出价要求。

4.3.1.3. 投标类型：简单投标与复杂投标。最后，投标是简单还是复杂会影响聚合的V2X资源的最优性。当系统供需易于匹配时，简单投标较为有效，其形式为针对24小时一天的按小时或多小时区块给出的价格‐数量对。在可再生能源（RES）渗透率高且需求灵活的系统中，复杂投标正变得越来越重要，因为它允许市场参与者在投标中指明时间上的相互依赖关系（纽霍夫等，2015年）。以西班牙为例，该国允许在投标时附带最多四项复杂条件（欧米，2018年）：

1.) 不可分割性：所有带有此条件的投标必须整体匹配（以消除因边际内市场出清导致的部分功率调度）。2.) 最低收入：只有在保证供应商能够收回其指定的最低收入的情况下，带有此条件的投标才会被接受用于市场出清。3.) 计划停止条件：该条件允许由于最低收入条件而未被匹配的投标被视为简单投标。4.) 生产能力或负荷梯度：投标可以规定在两个连续的小时调度时段之间能量变化的最大向上或向下差异。

特别是最低收入和负荷梯度等复杂条件对车辆到一切（V2X）具有重要意义，可使聚合商在成本得到保障的情况下更好地规划车队调度，同时避免因系统运营商要求的能量调度而对V2X资源造成过度压力。监管机构可通过制定市场规则，以更好地纳入车辆到一切（V2X）、电池储能系统（BESS）和分布式能源（DERs），例如将最低报价规模尽可能降低（100千瓦），最小投标增量尽可能减小（100千瓦），时间粒度至少为4小时（按小时或15分钟间隔更佳），并允许复杂投标，从而实现更优化的聚合型投标。

4.3.2. 功率与能量平衡V2X and BESS would great

通过明确能源服务所需的能量吞吐量或功率强度，可显著受益。建立更完善的服务利用率指标，并按能量吞吐量对能源服务进行排名，将有助于V2X资源更好地管理基于功率和能量的价值流所带来的风险和电池退化成本权衡（参见表1）。为此，已有提议要求系统运营商维护新的能源统计数据，但在实践中仍 largely缺失。

第一个是调度与合同比率 ðRd c Þ，最初由（Kempton and Tomic, 2005）提出，用于衡量被调用的能量（实际调用的能量数量）与合同约定的能量数量之间的比例。类似地，我们定义了调用率ðC r Þ，用于跟踪某项能源服务在一段时间内的调度调用频率，这对于需求响应和旋转/其他应急备用具有参考价值。我们还定义了一个频率调节‐能量不平衡统计指标ðFR i Þ，用于频率调节，衡量全年内的能量不平衡情况，换句话说，即在合同期内净能量不为零的时间点。

4.3.3. 实时预留距离 This parameter defines how long i

在交付之前，能源服务的采购就已经完成，这可能需要数天、数周或数月。或甚至长达数月的周期。显然，所需服务预留时间越提前，V2X聚合商在可提供容量方面就必须越保守，因为需要预测移动资源的行为。较长的采购时间也会对其他间歇性可再生能源（风能和太阳能）的投标能力产生负面影响，因其长期预测能力不完善。因此，较短采购时间的市场（小时前或实时）将能够更准确地估算聚合容量，并促进V2X、分布式能源和可再生能源的更多参与。

4.3.4. 价值流叠加（多用途应用）与电池储能系统（BESS）一样，车辆到一切（ V2X）可在运行中提供多种 s

由于这些资源固有的灵活性，可同时提供多种能源服务。然而，几乎所有市场、电价机制和双边合同条款都是基于资源一次仅提供一种服务的假设而设计的，因此缺乏足够的语言或规则来支持多用途应用（ MUA）这一范式转变的概念。在这方面，加利福尼亚（加州独立系统运营商）的最新发展可能为其他批发电力市场提供借鉴（加州公用事业委员会，2017年）。

最近采用的规则将能源服务（价值流）指定为可靠性服务或非可靠性服务，如表4所列。此外，加州独立系统运营商已指定多用途应用的三类：1）时间差异化多用途应用，2）容量差异化多用途应用，以及3）同时多用途应用，旨在引入必要的监管术语，并制定11项管理多用途应用的规则，以允许来自多种服务的收入，前提是这些服务是“具体且可测量的” （加州公用事业委员会，2017年）。显然，时间差异化多用途应用仅在具有足够精细时间粒度的市场中才可行，以便实现全天的多用途使用。

11项规则的基本原则涉及能源服务提供的连接与方向、可靠性优先/排他性原则以及服务透明度，我们将在下文进行总结：

能源连接服务
服务可以提供给其互连的领域或更高级别的电网领域，但不能反向提供（用户连接 →全部，配电连接 →输电，输电连接 →仅输电）。
然而，所有连接点的资源均可进入批发电力市场或提供资源充足性，前提是其不受物理位置限制。

可靠性优先/排他性
对于任何投标容量，必须优先考虑可靠性服务而非非可靠性服务。
同一容量不得同时承诺用于多项可靠性服务，且一项可靠性服务的提供不得干扰另一项可靠性服务的技术要求。因此，排他性原则默认多个可靠性服务在时间和容量上均有所区分。

透明度
违规处罚在服务定义中明确说明。
资源必须申报除当前征集外提供的其他服务。
任何可测量单元都必须能够被清晰区分和测量。

这些准则对车辆到一切（V2X）和电池储能系统（BESS）的经济性具有重大影响，并积极推动其实现全部潜力，同时维护网络准入原则，这是大多数自由化市场的基本准则。

4.3.5. 产品对称性Product Symmetry r

涉及辅助服务市场以及频率调节/备用和备用裕度的采购。存在两种类型的调节/备用产品：1）上调产品——增加发电或减少用电（即提供正备用）；2）下调产品——减少发电或增加用电（即提供负备用）。

上调和下调监管/备用构成不同的操作，能够提供上调监管/备用的资源具有更高的内在价值，然而并非所有市场都对这些产品进行区分。大多数进行区分的市场允许分别对上调和下调供应进行投标；而未作区分的市场仅允许对称投标，即供应商必须提供相同数量的下调和上调备用。

强制的产品对称性限制了新市场参与者的进入，正如（汤普森，2016）和（赛斯‐马林，2012）所探讨的那样，研究表明风能可通过削减方式经济地提供向下备用容量，但由于预测不准确以及次优发电带来的效率损失，无法提供向上备用容量。类似地，V1G能够比大多数其他传统电源更快地响应并提供向下备用容量；然而，若强制要求对称性地提供向上备用容量，则会将其排除在市场之外。V2G同样可能受到限制，并且必须全天提供可用向上备用容量或向下备用容量中的较小值。

4.4. 模块C：定义补偿的规则

4.4.1. 支付性质（管制型与市场化解决方案及强制性与自愿性服务提供）

存在不同的补偿机制，例如管制电价或市场化方案（按报价付费和统一定价），这些机制适用于能源服务提供，且可基于强制性或自愿性报价实施。采用管制电价通常与强制性服务提供相关联，并适用于特定的市场参与者（通常是大型生产商）。即使规则允许新进入的聚合商提供服务，其选择仍由行政规则决定，导致聚合商无法与现有参与者进行有效竞争。这最终导致市场低效率以及市场势力的行使，因为能源服务的采购并非基于成本。

对于市场化方案，统一定价会激励参与者按服务边际成本进行出价，从而为短期和长期提供高效的定价信号。而按报价付费机制则激励参与者尽可能地出价尽可能高地低于预期的出清竞价，这可能导致出清价格上涨并侵蚀用户利益（布拉特尔集团，2017年）。自愿服务报价允许聚合商根据车队规模和行为基于时间效率进行竞价。因此，采用统一定价竞价机制和自愿服务报价的市场化方案能够实现更加公平和具有竞争力的报酬。

4.4.2. 绩效奖金If a resource offers add

额外的灵活性、更快响应时间，或一年中更高比例的时间可用性，均构成附加价值，应据此获得相应补偿。然而，由于市场规则和服务定义一直基于大型热力发电的技术限制，许多批发市场尚未设定性能奖励，以反映快速响应资源的价值。明确界定的性能指标以及对达到或超过这些指标的资源进行补偿的方法，是基于绩效监管（PBR）的基本组成部分，已被证实能够提高市场效率，同时释放新能源技术的全部潜力。

5. 结论与政策启示

5.1. V2X拓扑结构

所有车辆到一切（V2X）拓扑结构都在以不同的速度同步发展，尽管彼此之间存在差异。技术成熟度不足以及缺乏竞争仍然是使能硬件方面的主要问题，整体而言，车辆到一切（V2X）仍被视为一项新兴技术，最近才从研究实验室和示范项目逐步迈向商业应用领域。然而，与电池储能系统（BESS）相比，车辆到一切（V2X）的资本成本显著降低，且自2014年以来双向使能成本已下降了90%，随着车辆到一切（V2X）的发展，这一成本可能将继续下降。各类拓扑结构之间的界限可能模糊不清，但通过关注聚合、连接或控制点，并明确运行效益的来源，便可轻松识别它们（参见图1）。

我们以一个由100辆电动汽车组成的车队为例，该车队在动态响应电网特性的过程中提供有功和无功功率，但通过建筑中央能源控制中心进行控制，目标是最小化场所有感负载（功率因数校正）并平抑电力需求曲线。这种情况属于车到建筑（V2B）拓扑结构，尽管与电网存在交互，但其控制/连接点位于建筑端，运行目的是使建筑或场址受益。同一车队也可根据电网状况调整其有功和无功功率输出，电网状况被聚合商转换为控制信号。聚合商对该车队进行调度，运行目标是为配电网提供电压调节（VR），以维持节点电压水平，并降低特定区域的峰值负荷。第二种情况则构成车到电网（V2G）拓扑结构，因为车队的运行是为了电网的利益。

5.2. V2X价值流框架

我们提出V2X价值流框架，用于对车辆到一切（V2X）所能提供的全部能源服务进行分类，指明每种拓扑结构可提供的服务类型，并识别能源行业中价值的来源（见表1）。在图2 和图3 中进行的V2X价值流潜力的元分析显示，与大多数先前研究结果相矛盾的是，被研究不足的价值流——账单管理、资源充足性和网络延缓——相比常被研究的能源套利和旋转备用具有更大的经济潜力。全球范围内V2G提供配电系统运营商（DSO）服务的情况较少，这似乎源于DSO服务成熟度不足（监管政策），而非V2G技术能力的限制（EV咨询公司，2018）。

V2X的经济可行性必须进行分析，并仅应用于分析所进行的市场背景因地缘特殊性导致结果不可转移而显得尤为重要。区分能源和基于电力的服务具有重要意义，V2X经济估值应基于叠加价值流。V2X价值流潜力的荟萃分析结果显示，总体而言，基于功率的价值流在各市场中通常表现出最高的收益潜力，凸显了V2X部署的明确机遇。因此，仅基于单一市场中单一价值流对V2X可行性做出普遍否定或肯定的结论是片面的，因为相同的服务或服务组合在具有更有利特征的不同市场中可能盈利。我们提出此项元分析，用以指明V2X未来潜力的发展方向。

另一个关键发现是，由于资本成本过高，电池储能系统（BESS）在住宅领域、微电网以及部分商业领域的大多数应用场景被认为在经济上不可行。这可能表明，车辆到一切（V2X）在这些细分市场中提供账单管理、需求响应和无功功率支持服务存在巨大机遇。此外，车辆到一切（V2X）带来的其他效益，如增强可再生能源整合与出力稳定、减少温室气体排放以及通过更好的能源管理降低可再生能源削减，具有显著且可验证的社会价值，但其货币化在很大程度上取决于能源政策和监管。

5.3. V2X监管问题

尽管我们同意（Kester等，2018年）的观点，即V2X技术主要是市场驱动的产物，但我们对此立场进行修正，强调V2X是市场在监管机构设定的环境约束下发展出的产品。如果监管机构不积极采取行动改变规则，我们预测V2X的行业发展将仅限于那些所需投资最少、复杂性最低的应用场景。这种受限的发展趋势反映了当前市场环境，（EV咨询公司，2018）的研究表明，由于监管限制，智能充电（V1G）已足以满足许多能源服务需求，而V2G目前仅在特定场景中具有价值，例如地理位置敏感的区域、存在过剩太阳能容量的地区，以及高峰定价或需量电费较高的市场。

监管措施不足将限制交通领域电气化所带来的全部环境和经济效益。因此，交通电气化以及与能源领域的融合必须成为监管政策中隐含的目标。我们讨论了监管政策如何更好地纳入车辆到一切（V2X），从而提出三个总体目标：第一，消除能源资源聚合的行政障碍；第二，制定规则，以（a）允许聚合商更广泛、更高效地进入能源市场，以及（b）通过制定技术中立的能源服务定义来实现这一目标；第三，设计公平的补偿机制，激励参与者披露其成本，同时确保他们所获得的补偿能够反映其所提供服务的全部价值。这些政策建议不仅有利于车辆到一切（V2X），也有利于电池储能系统（BESS）和其他分布式能源资源（DER）。总之，车辆到一切（V2X）是能源行业的一项创新性发展，其作为解决21世纪最紧迫能源问题的一系列方案之一的有效性，不仅由市场驱动，也由监管政策驱动。