江亿院士：让私家车免费充电，不是没有可能

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（来源：知识分子）

江亿在“科学四十人”现场分享

撰文｜江亿

未来新能源体系的建设绝不是某一个行业的事情，需要全社会共同努力，才能真正推动能源革命。

这轮能源革命的一个重要特点，是风电、光伏将成为主导能源。到2035年，中国风电、光伏装机容量将达到36亿千瓦；到2060年，可能达到80亿千瓦，提供全国70%以上的电量。

这将改变传统电力系统“源随荷动”的运行方式。风电、光伏具有明显的波动性。以一天内的发电曲线为例，风光发电量虽然可以与负荷所需电量大致相等，但白天的发电功率可能达到同期负荷功率的5倍，到了晚上却可能没有出力。因此，必须依靠巨大的储能容量和接口容量，平衡风光发电与用电负荷，实现新能源消纳。

究竟需要多大规模的储能？各方都在测算。我们的仿真结果显示，未来可能需要150亿千瓦时甚至更多的储能容量，以及80亿千瓦的接口功率。

这些储能资源需要同时布置在电源侧和负荷侧。远方集中式风电、光伏需要在电源侧就地配置储能，储能容量约为30亿-50亿千瓦时，接口功率约为40亿千瓦；与此同时，大量分布式电源还需要在近邻负荷侧配置储能，所需储能容量约为100亿千瓦时，接口功率约为40亿-50亿千瓦。

也就是说，电源侧与负荷侧要共同承担储能任务，“两边一块抬轿子”。电源侧可以依靠大型抽水蓄能、压缩空气储能、重力储能和集中式电化学储能等方式；负荷侧所需的储能规模更大，约占总需求的三分之二。负荷侧的储能资源从哪里来？一个非常重要的来源就是电池。

截至2025年底，包括抽水蓄能和集中式电化学储能等在内，中国已经建设了约10亿千瓦时储能容量。尽管投入巨大，这一规模也只相当于未来终端储能需求的约10%；如果按照欧阳老师给出的测算，占比甚至不到5%。未来二三十年，如果还要完全依靠传统方式补足其余绝大部分储能需求，难度极大。

相比之下，电动汽车拥有规模庞大的车载电池。假设纯电动汽车保有量能达到1.5亿辆，其中私家车1亿辆，按照50千瓦时的可用电池容量计算，总容量就是50亿千瓦时。其余5000万辆商用车的电池容量更大，以平均每辆车100千瓦时计算，总容量也是50亿千瓦时。两者合计可以形成100亿千瓦时的储能容量，是目前集中式储能容量的10倍，这是现成摆着的资源。

更长远来看，到2050年，私家车保有量可能达到3亿辆，仅私家车车载电池的潜在储能容量就可以达到150亿千瓦时。如此巨大的储能资源已经存在于车辆之中，关键是如何利用起来。

为什么我要特别强调私家车？因为私家车与商用车在提供储能服务方面性质完全不一样。未来两类车辆的总用电量可能相差不大，但充电需求和使用模式完全不同。如果年均行驶约1万公里，私家车平均约10天充一次即可；商用车通常每天都要充电。因此，当前建设的快充、超充和集中式充电站，主要应当服务于商用车。

私家车更适合在住宅或办公场所的停车位上充电，并采用慢充、双向、有序的模式。比如我今天把车停在楼下的快充站开会，30分钟后充满了就得赶紧挪车，不然占着充电位还要收费。但如果停车场每个车位都有双向慢充桩，就可以踏踏实实开会。但出租车不一样，最好5分钟就能充完，马上接着运营。所以，私家车和商用车需要完全不同的充电模式。

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当前，快充和超充争议很大，像“1分钟补充100公里续航”“10分钟补充1000公里续航”，这种补能方式只适合商用车。否则，大量车辆同时超充，电网就崩溃了对吧？换电模式也需要额外配置大量电池，即使备用电池和车按照0.5∶1的比例配置，也不得了。

电动汽车拥有宝贵的电池，却缺少接口、土地和功率。反过来看建筑，现在我们提倡发展“光储直柔”，研究柔性用电。建筑最缺少的就是储能资源，却拥有很大的配电容量和接口资源。但现有居住建筑的年等效满负荷运行时间不到800小时，商业建筑通常为1000至2000小时。也就是说，建筑拥有较大的配电容量，但这些容量在多数时间处于闲置状态。

电动汽车有储能、缺接口，建筑有接口、缺储能，两者正好互补。

因此，应当在住宅和工作地点推动“一位一桩”。这些设施以慢充为主，并提倡“即停即接”，只要车辆处于停放状态，就尽可能与系统保持连接，全年累计连接时间最好超过6000小时。如果私家车平均每天行驶时间不到3小时，全年累计行驶时间约为1000小时。即使车辆连接系统6000小时/年，仍有1000多个小时可以处于既未行驶、也未连接的状态。

同时，车辆何时充电、何时放电以及具体功率，不能仅由车载电池管理系统决定，而应由充电桩结合车辆荷电状态和建筑、电网的调控指令统一管理。车载电池每天充放一次以上，才能充分挖掘资源。双向充电的可用率可达到单向的5-7倍。

怎么支撑这个模式？我认为就是“免费充放”。如果一辆车全年连接系统超过6000小时，利用车载电池为系统提供储能服务，就可以免收车主的充电费用。车辆放电不另外获得收入，充电也不需要付费，避免复杂的计量、计价，防止车网互动产生的效益最终被大量中间环节消耗。通过简化，建立起免费开车的新充电文化。

每日充放电是否会影响电池寿命？研究结果表明，单向有序充电可以降低电池的平均荷电状态和充电深度，有利于延长寿命；双向充放电虽然会增加循环衰减，但通过合理控制充放电策略，电池寿命可以不差于无序充电。

这笔账是否划算？假设一辆电池容量为70千瓦时（度）的汽车，在电力低谷时充50度。按每年行驶1万公里计算，平均每天行驶所需电量约为7度。除去车辆行驶消耗和约7度的充放电损耗，还可以向外放出约36度电量。这一过程等效储能效率约为72%，与抽水蓄能的效率大致相当，但新增投资低得多。

此外，车辆使用十几年以后，就算电池好，整车也将报废，不会影响车主的经济利益。

未来大比例风电、光伏接入以后，白天可能出现大量富余电力。如果只有单向充电桩，车载电池吸收富余新能源的能力仍然有限。如果大规模建设双向充电桩，资源就十分可观。按照上面估算，未来车载电池可以提供100亿千瓦时以上的储能容量，是当前储能资源的10倍。这可能成为破解中国建设以风电、光伏为主体的新型电力系统过程中储能瓶颈的重要突破口。

车辆接入以后，究竟什么时候充放电，以及对应功率，都由充电桩的管理系统决定。但末端充电桩怎么知道电网此时需要什么？五年前，我们已经与华北电网开展过相关尝试，目前国家电网多个分部也在研究这件事。即根据电网每时每刻的运行状况，可以计算出一度电所对应的碳排放责任因子（Cr），并且每15分钟更新一次。

Cr的定义是电力用户每使用一度电所需承担的碳排放责任，在不同季节、不同时间和地区都有差异：高的时候，一度电对应的碳排放接近1.5千克；低的时候，只有约0.1千克。Cr信号可以传递至末端充电桩，引导电动汽车在低值时充电、高值时放电，以配合风光发电的变化。

从这个思路出发，清华大学建筑节能研究中心在好几年前就装了几个充电桩，并利用屋顶光伏为教职工的车辆充电。以前都是充完就驶离，我们则鼓励他们继续保持连接，并对连接时间较长的车主给予奖励。后面车主慢慢地就形成了新的习惯，车载电池就成为了我们的储能资源。基于分时电价优化车辆充放电后，典型日运行电费降低14%；基于Cr信号调控后，典型日累计碳排放降低19.3%。

青岛特来电总部大楼的地下一层建有立体自动泊车停车位。车辆到达后，机器人会将车辆运送到停车位，并自动接入充电设施；直到车主下班离开，车辆才断开连接。车辆何时充电、何时放电以及如何调度，都由充电系统决定。

这相当于为整栋建筑配置了一座规模巨大的储能电池，再结合建筑自身的光伏系统，使大楼成为了零碳建筑。

太原武宿国际机场三期改扩建工程也是一个例子。机场规划建设全域光伏，年发电量约1.27亿千瓦时，超过机场约1.16亿千瓦时的年用电量，但发电和用电在时间上并不匹配，因此需要大量储能。机场空侧用于运输货物、牵引飞机等作业的车辆均为电动车，而且严格按照调度指令运行。将车辆行程、停放位置与充电桩的布局和管理统一起来，就能把车载电池转化为储能资源，推动机场实现零碳运行。

发展电动汽车是中国能源革命的重大工程之一，不仅可以减少对燃油的依赖、消除尾气排放，更重要的是，可以为新型电力系统提供规模巨大的储能资源。

但是，私家车不应将超充作为主要充电方式。大规模发展私家车超充，不仅可能对电网形成巨大冲击、影响电池寿命，超充站还需要占用宝贵的城市土地。超充更适合为高频运营的商用车辆服务。

相比之下，在既有停车位安装慢充和双向充电设施，无需额外占用土地，就能为车主提供更便利的充电服务，降低用车成本。更重要的是，可以为新型电力系统提供宝贵的分布式储能资源，使车载电池得到更加充分、有效的利用。

从技术和经济角度看，这是一件可行的事情。但应该通过怎样的政策、机制和手段推动它真正落地？这个问题我已经呼吁了很多年，目前依然困惑于如何推进。

真正困难的不是技术，也不是经济性，而是机制、体制和政策。

我的汇报就到这里，谢谢大家。

江亿，中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任。2020年，他提出“光储直柔”技术路径，通过整合光伏发电(光)，储能系统(储)，直流配电(直)和柔性用电(柔)四大技术模块，实现建筑能源的高效低碳利用。光储直柔2021年写入国务院碳达峰行动方案，2024年获“十四五”国家重点研发计划系列项目支持。

“科学四十人”是智识学研社(北京市海淀区智识前沿科技促进中心，“知识分子”“赛先生”出品方)发起的科技交流公益项目，围绕前沿科学与技术、产业、社会、政策的交叉议题开展思想碰撞，此前讨论议题包括AI与能源、AI for Science、AI医生、青年科学家成长瓶颈、科研范式、科研评价、国际大学排名等。