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电网难以承受的充电之轻

2019-10-09来源:中国纸业网
电网难以承受的充电之轻

汽车从加油变成充电,交通能源来源将发生巨大迁移。电网能接力石油,承担起驱动交通的使命吗?

很多人的意见是,中国电网太强大了,电动汽车充电需求如九牛一毛,不算什么。

《电动汽车观察家》征询各方和思考的结论是,目前的电动汽车充电需求,对于硕大的电网而言,确实如同稻草之于骆驼。但稻草日积夜累,负担加重。而且,负重并非均匀分布于骆驼的驼背,而是集中于负重最大的部位。骆驼虽大,也将苦于这难以承受之轻。

很多人寄希望于在充电和电网的互动中解决问题,一些储能新技术的应用也被寄予厚望。

未来究竟会怎样?

1

全网还无感,

局部现痛点

电动汽车充电,已经挑战到电网输配电能力了吗?

目前完全没有。中国新能源汽车保有量近300万辆,这一数字是空前的,在全球也是第一。但是相对于中国的大电网而言,充电量还很少。

由于没有机构公布总充电量,我们不妨简单测算一下,并且各项条件都以最大匡量计算。

中国大概有240万辆新能源乘用车。假设日均行驶60公里,百公里耗电20度的话,日均充电12度。那么累计日均充电2880万度,全年不过105.12亿度。

另外一个可以参考的数据是,作为全国最大的充电运营商,特来电2018年总充电量约11.3亿度。特来电目前有12.12万个充电桩,而全国商用、用户自用等充电桩77.7万个,按份额简单套算,2018年总充电量不过72.44亿度。

而2018年,中国全社会用电量6.84万亿度,城乡居民生活用电量也高达9685亿度。因此,从整张电网供电来看,电动汽车目前的耗电量几无影响。

不过,在电网的局部末端,已经出现了一些电力供应不能满足充电基础设施建设需求的情况。

电网难以承受的充电之轻

由于没有充电桩,一位车主通过家用电源充电(俗称飞线)

充电建设运营商星星充电,既有公共充电业务,也为车企提供私人车主安装服务。星星充电研发总经理李德胜说,到现在为止,充电需求对电网影响不大,只有老旧小区有一些问题。“现在高层小区每家配电10kw左右。”在扣除日常的照明空调等家用电器需求后,余量已经很少,很难为电动汽车充电桩提供容量。

云度汽车充电业务负责人庄军锋也告诉《电动汽车观察家》,有的小区出现了先到先得的现象:一开始还可以给电动汽车安充电桩,后来发现负荷不够,就不再允许新建充电桩了。

对于新建小区,虽然国务院曾出台文件要求停车位必须100%具备安装条件,但是落实情况不好。“虽然有国家政策,但是没有具体管理办法,也有没有那个部门负责。”庄军锋说。在云度车主中,有60%因为小区供电负荷不足,无法安装充电桩。

丘隅咨询执行董事李立理表示,老旧小区的电力设备产权也不一样,有的是电网公司运营管理的,有的是物业开发商,对于充电需求的响应,不同的开发商态度不一,电网公司也不能深入干预小区。

除了私人充电桩,一些民营公共充电运营商也抱怨,虽然电网公司表态支持充电设施建设,但他们的增容或者接入的需求并不能得到满足。

李立理说,原因主要是现有供电能力和设施不足,而对于增容需求,电网公司必须从整个城市的电力规划出发来考虑,另外增容也需要增加投资。李立理曾经在国家电网能源研究院从事电网研究多年。

2

充电需求将数倍增长

以上都是现状,未来呢?

一方面,未来中国新能源汽车的总量还将高速发展。根据中国的规划,2020年中国新能源汽车当年产销200万辆,保有量500万辆;2025年和2030年,新能源汽车当年产销占汽车总产销比重分别为15%和40%,换算下来分别预计是500万辆或1500万辆。

如果乐观来看,以2025年新能源汽车总保有量达到3000万辆计算,充电量就将是目前的10倍以上。

另一方面,还要考虑这些车辆的充电模式。根据国家发改委发布的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020 年)》(下称《充电发展指南》),中国新能源汽车将建立“用户专用桩为主+分散式公共充电桩”为辅的模型。《充电发展指南》提出,到2020年,全国要建成430万个用户专用充电桩和50万个分散式公共充电桩。

电网难以承受的充电之轻

资料来源:《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020 年)》

在这一充电模式下,中国新能源汽车大部分要在用户的家中完成充电,也就是负荷增加到居民用电上。

结果会怎样?

充电总量看起来仍然不是很大问题。

再做一个简单测算:

假设2030年有1亿辆电动汽车,仍假设日均60公里,百公里耗电20度的话,日均充电12度,不过12亿度电,一年也就是4380亿度。而2018年全社会用电量6.84万亿度,占比不到7%。

不过,考虑到新能源汽车要以家用桩为主,4380亿度充电量基本要在城乡居民用电的份额里出。2018年城乡居民生活用电量9685亿度,4380亿度占比超过45%。

45%。听起来比例已经很大了。电网能为电动汽车增加这些配电容量吗?

3

增容空间有限

中国电力输配电网络,是高压输送,逐级降压配送的模式。电动汽车未来大幅增加的充电需求,如果要通过增容来解决,输配电系统能否支持?

电网难以承受的充电之轻

发电输电配电用电模型图示

杭州伯坦科技有限公司总经理聂亮,曾在国网系统从事电动汽车运营服务多年。他认为,应对电动汽车充电需求,从发电端、送电端到500kv这段是没什么问题的。

“问题在于大城市,到220kv这段负荷就不够了。中小型城市,220kv这段问题也不大,因为它本身用电量小。但是,再往下,110kv这段问题就大了。我们现在的配电主要是1万伏和4万伏,这两个等级都是110kv这端出来的。在这个地方就会遇到瓶颈。”

他解释说,110kv电压等级增容的瓶颈,主要是电力设备需要的土地不够,线路走廊还行。

配电网到了10kv等级时,新增开关站比较简单,但是线路走廊没有。

他认为,在电动汽车充电量不多的情况下,可以用增容来过渡,但大规模增容空间基本没有,特别是在大城市。

李德胜认为,对于电动汽车新增充电需求,一方面要考虑用电量,“电动汽车充电符合和现在空调负荷差不多。居民用电很大的量也是空调用电。”另一方面要考虑要算同时率,来考虑配电量。由于现在电动车主白天开车出去,在夜间充电,和空调等家用电器的用电高峰叠加。

“增容肯定是要去做的。”李德胜说,但是增容的前景并不乐观。在北上广深这些大城市,电力通道很窄,已经满负荷运营,增容难度极大。“很多城市不具备让铺设新电缆的条件,另外寸土寸金,变压器未必都能找到地方来访。在三四线城市,增容的空间还比较大。

“另外,按什么来增?相对而言,电器用电量是固定的。但电动汽车充电需求的增幅,什么时候增容到什么程度,很难去预估。就像下水道,不能每一年挖开扩容,必须长期来规划。”

不过,李立理认为配电增容的难度,想办法是能解决的。包括北京、上海,比如加储能设备等等,就能解决电能瓶颈的问题。“关键还是缺乏可行的商业模式。假如有投资回报的商业模式,就能找到方法。”

4

有序充电、储能、V2G……

能指望吗?

在增容难度极大情况下,不少充电运营商、电力企业提出了新的解决方案。

李德胜认为,应当引导电动汽车车主有序充电。星星充电就提出了一项家庭能源管理系统解决方案,把充电桩和家用高能耗电器结合起来,比如空调,相当于充电能源管理,将集中的充电行为分散到负荷不大的阶段。

另外,结合储能的技术,“如果把白天的低谷用电利用起来,还是有一定的利用场景的,也是解决方案之一。”

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特来电董事长于德翔介绍智能充电网,管理电动汽车群充电

特来电董事长于德翔多年来也一直呼吁,现行充电桩的无序充电必将对电网造成巨大冲击。由此特来电提出柔性充电概念,也在探索建立群管群控、有序充电的智能充电网。

但是,聂亮认为有序用电、群管群控,都不可能实现。

“消费者不能接受充电安排,凭什么我只能这个时候充,不能那个时候充?”他还回忆说,2002年到2003年间,全国缺电也缺负荷,也提出了按需用电的概念。但是,首先,排序就没法排,哪些电力需求应该排在前列?其次,对于电动汽车存量充电需求可以这么做,但对于增量不行:潜在的电动汽车车主一看这种情况,可能就不买电动汽车了。

此外,行业内外还提出了各种技术或者模式,来试图解决电动汽车充电难题。

有人提出电动汽车V2G可能缓解电网负荷。让电动汽车在谷电期间充电,在充电高峰期间向电网放电,给其他电动车主充电提供电力。

李德胜认为,现阶段V2G技术还处于研究示范阶段,国内相关的技术标准和政策尚不完善,随着技术的进步和电动汽车的规模化效应,能够在一定程度缓解充电对于电网的影响。

对于V2G,聂亮说,“你上来的电质量不行,功率又小”,对电网有百害而无一利。

有人提出,可以利用可再生能源发电给电动汽车充电。但聂亮也认为不可行。“电动汽车充电时,你是有风还是有光呢?都没有。”可再生能源发电与电动汽车充电需求之间,存在多重错配,包括太阳能发电电量太小,而电动汽车电量需求大;光伏在白天发电,而电动汽车往往在夜间充电;可再生能源发电往往在边远地区,而电动汽车在大城市使用。

如果可再生能源再加一个储能电池呢?聂亮说,“本来是一套电池折旧,现在两套电池折旧。技术上可行,商业上也不可行。”

“另外就算这些都可行,电网你要不要接入?如果还得接入,那不是多此一举吗?”聂亮说。

5

未来能源补充方式难料

充电总量不大,但是分布集中在输配电瓶颈位置,起初问题不大,但日积月累,难以持续。

“目前唯一可行的,就是把负荷集中起来,这样电网就比较容易调配。”聂亮主张,电动汽车应当以集中充换电为主,私人用桩为辅。

电网难以承受的充电之轻

星星充电的公共充电站

庄军锋也认为,最终极的解决方案,很可能是没有私桩,用大型充电站统筹满足所有充电需求。“充电技术一直在更新迭代。3到5年内,10分钟充满80%肯定能实现。”

集中充换电相当于将充电需求从居民用电转移到工业用电,将充电负荷从瓶颈位置转移出来。聂亮说,构建一个电网的话,电压等级越高的越好构建。“比如构建一个500千伏的,就建在郊外,线路走廊通畅,地方也大。我们假设电池能量密度有提升,如果电池包比较轻了,充好电,用车拉到城市中心地带的快换站都行。”

聂亮认为换电更有优势。换电站对于零散的电动汽车电力补充需求而言,就像一个缓冲池。“基本上电力负荷是平的。”因为换电站可以自主调配给换下来的电池包充电的时间。

至于很多人提出的电池包标准不一,无法互换的问题。聂亮认为,这不是重要问题。刚开始不同车企建不同的换电站。电池包的标准慢慢会统一的,市场会推动统一。另外,中电联也在准备出台换电标准。

李立理表示,现在个人专属充电桩占用7kw的配电容量,虽然大家认为是理所当然,但确实不可持续。他预测,小区充电会可能会像停车管理一样,变成统一的事情。

但相对于到公用充电站充电,李立理还是更看好家里有充电桩的模式。“用户体验更好,更符合电动汽车本身的特点。如果有序用电优化管理做好的,本身的成本也会有竞争力的。消费者会愿意为他买单。”

李德胜认为,只要具备安桩条件,电动车主就不会去充电站充电,毕竟用自己的桩方便还便宜。“除非北上广深,没有选择,毕竟连车位都紧张,可能公共充电和私人充电桩充电占比一半一半。对于三四线城市,车位不是问题,另外小区供电条件、增容也相对容易,还会是私人桩为主。”

对于总体的比例,他仍然认为,会有八九成电动车主通过私人充电桩来充电。

不管怎样,电网虽大,也不要小瞧电动汽车充电之轻。骆驼如果没有意识到稻草在不断增加,就有可能被压垮。(完)

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