图6显示了2种电动汽车发展情境下，随机充电及有序充电负荷曲线，可见有序充电使电网高峰负荷一定程度降低，负荷峰谷差明显减小，大部分充电负荷转移至凌晨负荷低谷时段。
图6 2种情景下电动汽车有序充电调节效果
图7为电动汽车高速发展情境下，电动私家车及公务车随机充电及有序充电负荷曲线。可见，随着需求响应的引入，大部分原本出现在午后至晚间的充电电量转移至凌晨时段，电动汽车充电负荷调节效果明显。
图7 2种电动汽车发展情景私家车/公务车随机及有序充电负荷
2.2 经济环境效益
电动汽车参与需求响应的经济性包括成本和效益两方面，其中充电调节的成本包括实现有序充电技术的软硬件成本以及电动汽车用户改变充电行为的支付意愿；充电调节的效益主要包括电动汽车有序充电的高峰负荷削减、填谷电量以及由此产生的环境效益（见图8）。
图8 电动汽车参与需求响应经济性分析
电动汽车与传统需求响应资源相比存在较大差异。对于传统需求相应资源而言（如空调、照明等），电能消费与电力服务同时发生，需求响应的成本与用户行为的改变程度正相关，即提升需求响应的规模往往以牺牲更多的用户自由度为代价；对于电动汽车充电，充电需求与出行需求在时间上是分离的，在车辆停驶时段内对电动汽车充电时间的选择和调整并不会明显影响用户的出行行为，因此其需求响应的成本相比传统需求响应资源有所降低（见图9）。
图9 传统需求响应资源与电动汽车有序充电响应成本示意图
对电动汽车用户参与需求响应的价格弹性研究方面，较有代表性的是美国能源部发起的EVProject项目。该项目2009年10月启动，主要任务是包括在美国17个地区构建成熟的电动汽车充电设施；部署基础设施建设；建设12000个AClevel2充电设备和100个DC快速充电机，到2015年已有超过8000用户注册该项目，由爱达荷国家包括实验室（INL）负责数据收集。该研究发现价格激励能够显著影响电动汽车用户的充电行为，在圣地亚哥电力和天然气公司（SDG&E）覆盖区域，当峰谷电价比为2︰1时，峰谷电价差约为0.13美元（约0.85元人民币），70%的电动汽车用户会将充电负荷移至夜间电价低谷时段；当峰谷电价拉大到6︰1以上后，价差达到0.3美元（约2元人民币），低谷充电时段用户的比例提升至90%；而当峰谷电价进一步拉大后，新增参与充电调节的用户数量逐渐降低。
现行上海市居民用户分时电价如表2所示，第二档低电压用户高峰时段（6:00–22:00）电价为0.677元/kWh，低谷时段（22:00–次日6:00）电价为0.337元/kWh，峰谷电价比近似2︰1，与SDG&E电动汽车充电分时电价比例相似。根据EVProject对充电价格弹性的分析，当峰谷电价之比较低时，电动汽车用户参与需求响应的价格弹性相对较高，而随着峰谷电价之比不断拉大，价格弹性逐渐降低，并在参与度达到90%后趋近于零。本研究假设到2030年上海市将基本建成支持有序充电的软硬件环境，则当峰谷电价之比较低（2︰1）时，电动汽车需求响应参与率略高于目前圣地亚哥电动汽车用户水平达到75%，即约75%电动私家车及电动公务车用户将响应上述分时电价将充电负荷转移至低谷时段；而当分时电价比进一步拉大至6︰1后，参与需求响应的用户比例提升至90%，与目前圣地亚哥电动汽车参与率上限相同。峰谷差变化及年度移峰电量可由下式得到：
峰谷差变化量：
式中：为峰谷差变化；CPi,f为固定电价下i小时充电电量；CPi,op为分时电价下i小时充电电量。
年度移峰电量：
式中：MEop为年度移峰电量。
则在电动汽车高速发展情景下，由电动汽车有序充电带来的削减负荷峰谷差及新增填谷电量见表2。
表2 3类电价情景下电动汽车充电调节效益
可见，当采用2︰1分时电价后，大多数电动汽车将参与有序充电，系统峰谷差也从单一固定电价下的16.9GW下降至13.2GW，年度移峰电量达到42.2亿kWh，平均每辆电动汽车的有效调节功率为1.8kW，有效调节电量为2050kWh（移峰电量）；而当分时电价比拉大到1︰6之后，系统峰谷差进一步降低0.7GW，年度移峰电量达到50.6亿kWh，平均每辆电动汽车的有效调节功率2.1kW，有效调节电量为2460kWh。电动汽车有序充电首先降低了电动汽车用户的充电成本。在单一固定电价情况下，平均每辆电动汽车每天充电电量为8.33kWh，年度充电成本为2028元/kWh。在2︰1分时电价情况下，充电量需求不变，年度充电成本下降65%至709元/kWh；在6︰1分时电价情况下，充电量需求仅为原始成本的19%，即392元/kWh。
除缓解上海市电网调峰压力外，若调峰电量用于西南水电等外部清洁电力消纳，则按245万辆电动汽车每年填谷电量50.6亿kWh完全用于消纳外来水电计算，电动汽车有序充电将帮助上海电网每年减少燃煤消耗230万t/a，减排烟尘0.2万t、二氧化硫1.1万t、氮氧化物1.2万t、二氧化碳450万t。
电动汽车有序充电还将起到降低网损、缓解输电拥堵、提高供电质量和供电可靠性等作用，开展有序充电还将带动上海市智能充电设施、智能配电网等一系列能源互联网相关产业发展，从而进一步加快当地整车、电机、电池及充电设施装备制造等相关产业投资及产值增速。
3结语
本文结合上海市电动汽车及电网发展背景，分析了未来电动汽车充电参与电力需求响应的潜力及经济性。基于上海市电动汽车用户行为调查，本研究发现虽然在随机充电的情况下，电动汽车充电高峰与电网原始负荷高峰并不重合，但若电动汽车数量大幅增加，充电负荷将显著提升上海市傍晚电力负荷高峰，且全天峰谷差也将有所增加。由于电动私家车和电动公务车出行强度较低、停车时间较长，采取有序充电策略后，两类车型将有望成为未来上海市电力系统重要的需求侧调节资源。总之，将电动汽车纳入需求响应不仅能够对电动汽车用户、电网企业带来可观的经济效益，还可实现巨大的社会和环境效益，且从长期来看，电动汽车有序充电对提升上海市电力电网所带来的“填谷”价值将高于“削峰”价值。相比于其他需求响应资源，电动汽车通过改变充电时间参与电力系统调节具备相当的成本优势潜力。
