南方电网的能源棋局上，蔚来换电扮演什么角色？

2 月 26 日，南网储能科技与蔚来能源签署协议，将充换电站、储能站、可调负载等聚合资源连接到虚拟电厂平台，推动换电站作为分布式储能在虚拟电厂项目上的应用。

蔚来换电站是国内首个智慧微电网型分布式换电设施，可透过换电订单预测、实时评估充电负载可调节范围，透过 5G 专用切片技术，秒级响应虚拟电厂调控指令。

可以说蔚来在换电上多年的坚持，终于等到电网更加深入的合作。

在这次和南网的合作里我们可以看到几个细节：

• 蔚来在电力能源领域的持续发力；
• 推动虚拟电厂落地配合国家电力市场化改革；
• 为什么电网喜欢 NIO Power。

01

蔚来长久以来参与电网的历史

NIO Power高级副总裁沈斐曾在蔚来APP上，发表过一篇《每一个蔚来换电站，都可以是一座虚拟电厂》，讲叙NIO Power在这几年的尝试。

一直有一个疑问就是：「为什么只有蔚来在真实且大规模的做基础设施建设？」

电动车企业想要做补能其实是有「捷径」的，但唯独蔚来是将技术、基础设施硬件、整车都当作一个整体去推动的，当然还有另一家是特斯拉。

带着这样的疑问，我们结合国家能源战略，去看蔚来的战略部署，得到的答案是：蔚来在配合国家实现新型电力系统的建设。

在南网和蔚来的合作声明里也强调了：「推动换电站作为分布式储能在虚拟电厂项目上的应用。」

这里面有一个比较不太容易懂的概念是：分布式储和虚拟电厂。

虚拟电厂

虚拟电厂（Virtual Power Plant，下面简称 VPP）是沈斐一直以来的梦想，他的专业是「电网」，在入职蔚来之前研究能源互联网。

「电动车与电网之间，有很多生意可做。」

这是沈斐时常挂在嘴边的的一句话，这位蔚来电池管理副总裁是蔚来做能源生意的关键人物。

「电网很特殊，像一个天秤一样，发电和用电要随时平衡。车有了电池之后，可以与电网形成互通，当电网电多的时候，你就给它多充一点；电少的时候，让车给它补一点。」

蔚来上海总部大楼停车场，就有 15 个双向充电桩试点，特点是：「能充能放」。

「晚上用 0.3 元的电充好，带到公司给公司用，公司是 1.3 元一度电，一天赚个午饭钱。」

此概念是随着电动车发展出现的 V2G(Vehicle to Grid)，是 VPP 其中一个应用场景。

在聊 VPP 之前，有很多人会把它跟分布式能源（Distributed Energy Resources，DER）搞混。

其实二者有天壤之别，分布式能源包含小型发电设备，如太阳能板、分布式风机、储能装置和公共电网链接的系统。

分布式能源可实现能源梯次利用、弥补电网的稳定性和对环境改善。

但它本质的缺点在于 「不可控和随机波动性。」

在装机过多缺乏统筹的能源管理系统（Energy Management Systems，下文用简称 EMS），当同时将多余电力馈入电网(比如中午满载)，反而会造成电网的安全和可靠性问题。

VPP 在于它拥有可控的 EMS，将原本分布在不同地区的分布式能源，用通讯技术统筹，如同发电厂般调度，却不拥有实体，因此被称为：「虚拟电厂」。

VPP 是能源互联网中，重要的能源聚合形式，随着中国将碳达峰与碳中和列为十四五政策重点，大力发展绿电，VPP 是调节绿电不可或缺的发展重点。

VPP 与中国能源发展关系

想要看清电动车为什么在中国发展这么快，就需要看清楚 VPP 的作用，因为 VPP 的底层逻辑是跟着国家能源战略在走，因此，看 VPP 和中国能源的发展关系，可以映射出为什么蔚来一直热衷于做基建，一个原因是：解决车辆补能的问题。

另一个则是我们今天要聊的：蔚来能源战略的大环节「互联网能源」。

先来看看几个和能源相关的细节：

一，促进绿色电的利用率

绿电因为具有不确定性及不可预测性，才会被电网称为「垃圾电」，对电网可靠与安全性是很大的挑战。

那就有了一个问题，为何绿电会被称为垃圾电？

我们的常识里光、风、水电能都是绿色能源为何有这种反常识的认识呢？接着往下看。

鸭子曲线（Duck curve）

鸭子曲线是以光伏发电为主的绿电会遇到的问题。

这是美国加州 2016 年 10 月 22 日的用电曲线，蓝线是加州电力负载，橘线是电力负载减去灰线（光伏发电）和风电的净负载，蓝色跟橘色曲线合起来看起来像只鸭子，所以叫「鸭子曲线」。

太阳能是种间歇性能源，白天尤其是中午时段，是光伏发电最强的时刻，太阳一下山，发电量骤减，此时是下班时刻，各种家电打开，正需用电，就会造成问题。

一个地区的光电占比越高，鸭肚子越大或鸭脖子越细(傍晚用电)，造成的电力调度问题就会越大。

中午发电如果超过用电量，要设法消耗；傍晚则要快速将电能缺口补上，以免大停电。

美国是用天然气发电调节，燃气机组启动快速，适合短时间内填补电力缺口。然而美国是天然气生产大国，多到可以出口，中国则要进口，此方法不适用中国，况且中国的光伏发电跟用电不在同一地。

中国光伏发电主要区域在西部，跟东部有时差，因此鸭子曲线的问题较小，主要是光伏发电受天气影响很大，并且峰值时段集中，没法稳定供给，依然要靠储能调节。

随着西电东送和北电南送的特高压逐渐完成，光伏利用率有显著提升，然而要更有效利用，储能的大规模应用必不可少。

垃圾电之王：风电

如果说光伏是垃圾电，那风电就是垃圾电中的霸主，堪称垃圾电之王。

光伏跟风电一样有间歇性，但风电比起光伏更为随机，对电力潮流的冲击更大。

光伏至少可以参考太阳的运行规律，风电虽然能归纳出季节特性，但风力忽大忽小、时有时无，起伏更为剧烈，此谓之随机性。

光伏发电时间与负载高峰正相关，开发利用较方便，风电晚上大、白天小；早晚大、中午小，跟负载高峰反着来，此谓之逆调峰。

可以看到陆基型的风电，尤其是设立在中国西部沙漠地带的风电站，发电高峰在夏季，冬季不强，跟离岸风电相反。

逆调锋明显，晚上的发电量比早上多，中午时段最低。

因为风电的特性，造成电网很大压力，近年来已经好几次国外大停电主因是风电。

比如：

• 2016 年 9 月 28 日，南澳大停电；
• 2019 年 8 月 9 日，英国大停电。

造成城市重大民生事故，皆是电网受天气影响电压不稳，风电并网受电压扰动脱网，产生连锁反应大停电。

这就是为什么，南澳大停电造就了南澳全力推进 VPP，主要合作厂商是特斯拉。

先盖南澳大电池站（Battery farm），一个 100 MW/129 MWh 的大型储能电站。

再补助住户安装 Powerwall，由于南澳本来家庭安装太阳能比例就高，这种分布式能源，已对电网形成压力，由特斯拉建立 VPP，可以有系统的调节，减缓电网压力。

英国大停电使英国重视储能的发展，一方面 2020 年英国修改容量市场规则，让储能更容易参与容量市场竞价；另一方面推动兴建大型储能电站的计划。

不管光伏或风电，皆需储能调节，否则容易造成电网极大压力，甚至大规模停电，也因此被称为垃圾电。

VPP 可以视为一个大型的分布式储能电厂，帮助电网调峰、调压、调频，这就是我们在一些能源大佬嘴里经常听到的「削峰填谷」。

而成立 VPP 本就需要储能装置，推动 VPP 等于促进储能发展，又能加快电力市场发展，可谓一举两得。

这里面有一个细节，单纯推进锂电储能，对于企业成本要求和资源的利用率都提出里更高的要求，用沈斐的话说就是：换电站做储能是顺手做了，充电站做储能是特意去做。

所以换电站天然产生了应用场景，从文中提到的例子，换电站能做到以下几件事：

有序充电

当前充电桩的盲目建设，只能解决「充」的问题，不能解决「电」的问题。

随着电动车的渗透率快速提升，电动车将成为未来配电网的新型负荷，充电桩是电动车补能的主流模式，由于电动车充电具有时间和空间上的不确定性，无序充电将给配电网很大冲击。

有序充电是通过技术手段，引导和鼓励用户在电网电量富余时主动充电，在电力紧缺时避免充电。

风电跟光伏等可再生能源受季节跟天气影响巨大，普遍存在波动大、可控性差的问题，尤其是风电因为随机性高和反调峰，被称为「垃圾电」。

风电大多在半夜风力大时达到峰值，选择在夜间谷时充电可以更多的消纳风电，起到移峰填谷、主动避峰的作用。

进而平衡电网的负荷曲线，缓解用电高峰的供应紧张，同时利用峰谷电价差异对车主产生价格刺激，获得更低的用电成本。

蔚来多年来参与京津冀国家电网消纳风电计划，推出错峰加电活动，在 11 月到来年4月，鼓励有家充的车主在每日凌晨 0：30-7：00 充电，参与给予蔚来绩分奖励。

第二期共 4241 位用户参与，总计错峰加电 236 万度，夜间充电量提升 167%，错峰加电占比显著提升。

但有序充电有个很明显的问题，充电量会在优惠开始的时间爆冲，像活动于凌晨 0 点 30 分开始，直接造成一个用电高峰的出现，之后的充电时间跟过去几乎无区别。

用电价调节也会有此现象，比如很多地方低谷电价是凌晨 0 点开始，0 点的时间段就会从用电低谷变高峰，后面的时段则依然用电量低下，而不是平均在低谷电价的时间段。

换电站比充电桩更能主动「错锋充电」，透过蔚来能源云预测用户加电需求，结合各地峰谷电价，制定适合各换电站的错峰充电策略。

换电站可以把充电行为变得更为平缓，不用一定要在时段切换时就开始。

文中给的数据，8 月全国总计 1067 座换电站，有 575 座参与错峰充电，比例接近 60%，谷时用电从 12% 提升到 20%，一个月里移峰达 410 万度电。

调频

换电站在调频很有优势，可以通过专网直联电网调度中心，接受电网调度指令，做到分钟级甚至秒级的功率响应，高效参与调频。

调峰大家容易理解，就是峰谷电价赚价差，但调频不好理解，因为它计算价格的方式很麻烦。

调频的价格是依调节速率、响应时间跟调节精度决定，最后会用综合调节性能来计算给多少。

更麻烦的是解释何谓调频？

电力系统的频率指的是交流电三相电正弦波形的频率，调频也就是调节同步发电机的转子速度。

我相信很多人看完这段话，有看没有懂，说了跟没说一样。

为方便解说，请各位把电网交流电频率想象成一个有很多齿轮跟链条共同转动的轴心。

中国的频率是 50Hz，意思是同步发电机转子每分钟转 3000 下，调频就是尽量让转速维持在 3000 转，不能太高或太低，会损害发电机组与电器，还有可能触发系统保护造成大停电。

以前由于发电主力都是有大转子的火电、水电跟核电，有很大的转动惯量，调频的需求没那么大。

现在情况改变，风光的大量接入，取代的是火电比例下降，风光没有传统发电机组那大大的转子，转动惯量减少的情况下，调频的需求与日剧增。

虽然风光在新的《风电场接入电力系统技术规定》、《光伏发电站接入电力系统技术规定》，有惯量响应跟一次调频的要求，但依然不够。

电化学储能在调频有很好的性能，可以帮助火电调频性能提升非常多，依据中国电力科学研究院的仿真测算，综合性能均值从原本的 0.616 一跃至 2.1，提升 1.484。

火电配储在调频有很好的经济性，因此使用率大幅高于其它类别的电化学储能。

这有个前提，是当地调频的价格要用功率补偿计价，采用容量补偿经济性会差很多，目前调频以功率补偿为主的有国网的华北与南网的广东。

深圳供电局最近验证虚拟电厂的调频技术，用的就是蔚来的换电站，在 15 秒内完成调频，调频功率达到 200kW。

调频对响应速度有很高要求，还有电力调度的信息安全需求，深圳供电局运用 5G 专用切片技术，将时间由过去的 90 秒大幅下降到 15 秒，为虚拟电厂调频量身定制专用的 5G 传输通道。

「调频、调峰」参与电力市场，才是蔚来换电站的未来。

用沈斐的话说：

对配电网而言，换电站是虚拟的双向负荷或电源，作为调频发电机组，参与电网调节。

聚合后的充换电负荷，作为调峰发电机组，参与辅助服务或需求响应。

提升配电网的可靠性、安全性与经济性。

02

蔚来的能源梦

一，政策助力

随着新能源汽车的发展，电网需要灵活性的、分布式的储能提升配电网的电力支撑能力。

本次合作将推动换电站作为分布式储能参与虚拟电厂业务，为电网提供灵活的调峰调频、需求面响应服务，将更好地推动新能源汽车和电网融合互动。

从去年的《关于第三监管周期省级电网输配电价及有关事项的通知》，落实「准许成本+合理收益」的输配电价核定原则。

按照「谁受益、谁承担」原则，将新能源发展配套的抽蓄容量电费、辅助服务费用疏导到市场，有助于全国统一电力市场建设。

去年各省市在 6 月已经开始执行新的电价政策，拉大电价峰谷价差，幅度大的如浙江，价差拉大到储能峰谷价差已经有经济性，并且充换电电价现在也独立出来，另外计价。

依照浙江最新的 3 月电价，10kV 以下两部制的大工业用电电价尖峰 0.9151元，低谷 0.2711，一度电价差 0.644 元。

况且浙江的中午时段 11 点到 13 点执行低谷电价，也就是能做两次峰谷价差。

以常见的 630kVA，功率因素 0.9 为例：

630 * 0.9 = 567kW

凌晨时段充满换电站电池，早上尖峰时段 2 小时

两小时能放出 567 * 2 = 1134 kWh

中午充电两小时，把早上尖峰消耗的完全补满，下午尖峰时段再放电两小时总计能充放两次 1134 度，以蔚来公布最新的 HPC 双向大功率液冷电源模块，转换效率为 98%

1134 * 0.98 * 0.98 * 2 = 2178 度

2178 * 0.644 = 1403 元

一年以 300 天计，获利约 42 万，照沈斐所说，换电站一座成本约在 260 万到 280 万之间，以中间值 270 万计价，约 6.5 年回本。      2024 年1 月 4 日，发改委等四部会提出《加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》之后；2 月 27日，发改委再度发布《加强电网调峰储能与智慧化调度能力建构的指导意见》。

两份文件都重点指出车网互动是未来电网运行不可或缺的一部份，着重提出挖掘用户侧灵活调节能力，提升配电网资源分配和新能源就地消纳。

在风光成为未来发电主轴的目标下，构建双向能量流动是未来电力建设发展方向。

电动车就是巨大的电力海绵，车网互动可实现电动汽车的分布式移动储能单元功能，在用电低谷时充电，在用电高峰时向外放电。

车网互动代表着未来交通和能源领域的融合，是技术与环境的和谐共生的典范。

通过源─网─储─荷的高效本地化部署和应用，实现绿色能源的本地自产自销，减少对外部环境的影响，同时也可以为电动车车主提供一定的经济回报。

但车主的充电行为具有不可控性，车网互动很多问题出在如何调控车主的充电行为，为此最简单的方法是加上储能，新的问题就是加上储能后，成本大增，帐算不过来。

换电站能避免这个问题，因为换电站本身就具有储能的功用，不用再额外增加储能，成本下降，并且可操作性高。

与电网协同最大的问题是预测与评估，对充换电运营商而言，首先要对充电需求要有一定的预测能力，不管是参与电力市场还是调频，都需要把握自身情况。

在此基础上，进行调控能力评估，然后在调控评估上做相应的投标决策。这些能力考验的是充换电运营商的数字化能力，蔚来在此积累已久。

如果细看南网和蔚来的合作，其实你会发现，广东和安徽电网在战略上的目标很像，这个阶段各个地方就是在抢时间。

为什么是 2024 年推进换电这样分布式储能的节奏被加快了呢？

因为风光基地、特高压和煤电的建设周期时间和空间上拉不齐，所以今年要做的是大风光基地的配套设施。

抽水、火电的调节能力强，但他们的反应速度太慢，并且它们的体量注定是广义调节，等风光占比过大时，惯性频率越来越低，这会有大问题的。

换电站是解决小规模调频最经济的手段。

因为调频一次不会占用太久，调频按照国内的做法是 15 分钟一个限度，把一天分为 96 个时区，一般调频只会用几分钟，而不是把时区占满。

换电站的响应更快。

2023 年年底发生的几件事：一是蔚来合作了一批换电企业，统一换电标准；二是和安徽地方加快了换电站的建设合作。

安徽和蔚来的渊源不用我介绍，但安徽的皖能集团和蔚来可是有一些故事的，皖能集团从名字就能知道，这是一家玩「能源」的大国企。

我们都知道安徽是最强风投，但其实安徽在新能源的战略布局更激进，安徽除了要全面打造新能源产业基地，还有一个「一张网」战略。

这张网叫：「充换电基础设施一张网」。

而作为安徽的能源大国资皖能集团承担了具体推进的主要任务。

安徽要做的不仅是形成产业聚集，还要打造体验和服务第一。

如果了解蔚来会发现，蔚来有野心打通 气 - 电 - 热 这三种能源，但其实安徽也有同样的机会，只是安徽希望自己是新能源的试验田和平台。

安徽希望打造长三角特高压电力枢纽，而配电网安徽希望有人来做，蔚来是一家优质的可以实施此计划的公司。

车网互动是创新的能源互联网模式，能够实现新能源汽车与电网的互利共赢，虽然 v2g 任处于探索阶段，但又能力协助推进的目前看蔚来更具备条件。

『安徽将强化基础前瞻性课题布局，持续在「雷、声、量，火、气、氢」等优势领域深耕细作，加快建成国内首座量子技术应用示范变电站，积极创建氢电耦合省级重点实验室。』

这是国网两会安徽国网一把手提出的战略目标。

而全国电网里只有安徽的目标最特别，专攻『创新领域和电子信息化』转型。

这也是为什么要找蔚来合作的主因，因为蔚来有一个强大的能源系统「能源云」。

蔚来能源云就是站 + 云 + 孪的综合数字化平台。

数字化储能，以全生命周期理念，建立以电池为核心的储能系统和支撑电网的新型电力系统两大体系。

构建站(数字化电站)+云(储能云平台)+孪(数字孪生体)的综合数字化平台，使储能更安全高效、更经济智能，提升电站资产价值。

未来电力市场的各种配套，包括电能量市场与电力辅助市场等各种服务，一般的充换电运营商未必有相对应的数字化能力，蔚来则早已具备。

前一阵子蔚来很喜欢直播换电站的数字孪生系统，数字孪生的能力不止展现的显示换电站动态，而是通过物理与数字模式的双向映像，构建可实时跟踪、可预测换电站状态。

实现换电站全链仿真预测、优化运行控制和挖掘服务价值。

1.全链仿值预测

构建全链路换电站仿真平台，覆盖电池、BMS、PCS、EMS 和辅控系统等全部环节，实现各设备的实时监控、预测与诊断，及早发现和解决故障，强化换电站可靠性。

2.优化运行控制

透过数字孪生技术，实现物理换电站虚拟运行，就是蔚来直播展示的换电站模型。

在数字模型中进行虚拟仿真实验，利用智能调度算法，调整换电站参数，如电池排序、充放电速率，进一步优化换电站性能，提高经济性。

3.挖掘服务价值

在新能源普及和电力市场化交易的环境下，一边是负荷端的企业能源服务、一边是电网端的市场价格，撮合两端需求，构建双边场景化服务商品。

写在最后

NIO Power 以换电站为基础，一方面向车主进行能源服务，一方面接受电网调度，一步步累积经验，以期成为能源数字服务公司。

蔚来的体系化能力根植于车，服务的数字化能力脱胎于车，但不止于车。

当别人还在研究车，蔚来早已打通车与能源，蔚来是家车企，更是家能源公司。

新能源车不止带来交通大变革，也影响电力大变革，新能源需要新型电力系统，这也是国网为什么喜欢 NIO Power 的原因。