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電網(wǎng)難以承受的電動汽車充電之輕

汽車從加油變成充電,交通能源來源將發(fā)生巨大遷移。電網(wǎng)能接力石油,承擔(dān)起驅(qū)動交通的使命嗎?

很多人的意見是,中國電網(wǎng)太強大了,電動汽車充電需求如九牛一毛,不算什么。

《電動汽車觀察家》征詢各方和思考的結(jié)論是,目前的電動汽車充電需求,對于碩大的電網(wǎng)而言,確實如同稻草之于駱駝。但稻草日積夜累,負(fù)擔(dān)加重。而且,負(fù)重并非均勻分布于駱駝的駝背,而是集中于負(fù)重最大的部位。駱駝雖大,也將苦于這難以承受之輕。

很多人寄希望于在充電和電網(wǎng)的互動中解決問題,一些儲能新技術(shù)的應(yīng)用也被寄予厚望。

未來究竟會怎樣?

1、全網(wǎng)還無感,局部現(xiàn)痛點

電動汽車充電,已經(jīng)挑戰(zhàn)到電網(wǎng)輸配電能力了嗎?

目前完全沒有。中國新能源汽車保有量近300萬輛,這一數(shù)字是空前的,在全球也是第一。但是相對于中國的大電網(wǎng)而言,充電量還很少。

由于沒有機構(gòu)公布總充電量,我們不妨簡單測算一下,并且各項條件都以最大匡量計算。

中國大概有240萬輛新能源乘用車。假設(shè)日均行駛60公里,百公里耗電20度的話,日均充電12度。那么累計日均充電2880萬度,全年不過105.12億度。

另外一個可以參考的數(shù)據(jù)是,作為全國最大的充電運營商,特來電2018年總充電量約11.3億度。特來電目前有12.12萬個充電樁,而全國商用、用戶自用等充電樁77.7萬個,按份額簡單套算,2018年總充電量不過72.44億度。

而2018年,中國全社會用電量6.84萬億度,城鄉(xiāng)居民生活用電量也高達(dá)9685億度。因此,從整張電網(wǎng)供電來看,電動汽車目前的耗電量幾無影響。

不過,在電網(wǎng)的局部末端,已經(jīng)出現(xiàn)了一些電力供應(yīng)不能滿足充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的情況。

由于沒有充電樁,一位車主通過家用電源充電(俗稱飛線)

充電建設(shè)運營商星星充電,既有公共充電業(yè)務(wù),也為車企提供私人車主安裝服務(wù)。星星充電研發(fā)總經(jīng)理李德勝說,到現(xiàn)在為止,充電需求對電網(wǎng)影響不大,只有老舊小區(qū)有一些問題?!艾F(xiàn)在高層小區(qū)每家配電10kw左右?!?strong>在扣除日常的照明空調(diào)等家用電器需求后,余量已經(jīng)很少,很難為電動汽車充電樁提供容量。

云度汽車充電業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人莊軍鋒也告訴《電動汽車觀察家》,有的小區(qū)出現(xiàn)了先到先得的現(xiàn)象:一開始還可以給電動汽車安充電樁,后來發(fā)現(xiàn)負(fù)荷不夠,就不再允許新建充電樁了。

對于新建小區(qū),雖然國務(wù)院曾出臺文件要求停車位必須100%具備安裝條件,但是落實情況不好?!半m然有國家政策,但是沒有具體管理辦法,也有沒有那個部門負(fù)責(zé)?!鼻f軍鋒說。在云度車主中,有60%因為小區(qū)供電負(fù)荷不足,無法安裝充電樁。

丘隅咨詢執(zhí)行董事李立理表示,老舊小區(qū)的電力設(shè)備產(chǎn)權(quán)也不一樣,有的是電網(wǎng)公司運營管理的,有的是物業(yè)開發(fā)商,對于充電需求的響應(yīng),不同的開發(fā)商態(tài)度不一,電網(wǎng)公司也不能深入干預(yù)小區(qū)。

除了私人充電樁,一些民營公共充電運營商也抱怨,雖然電網(wǎng)公司表態(tài)支持充電設(shè)施建設(shè),但他們的增容或者接入的需求并不能得到滿足。

李立理說,原因主要是現(xiàn)有供電能力和設(shè)施不足,而對于增容需求,電網(wǎng)公司必須從整個城市的電力規(guī)劃出發(fā)來考慮,另外增容也需要增加投資。李立理曾經(jīng)在國家電網(wǎng)能源研究院從事電網(wǎng)研究多年。

2、充電需求將數(shù)倍增長

以上都是現(xiàn)狀,未來呢?

一方面,未來中國新能源汽車的總量還將高速發(fā)展。根據(jù)中國的規(guī)劃,2020年中國新能源汽車當(dāng)年產(chǎn)銷200萬輛,保有量500萬輛;2025年和2030年,新能源汽車當(dāng)年產(chǎn)銷占汽車總產(chǎn)銷比重分別為15%和40%,換算下來分別預(yù)計是500萬輛或1500萬輛。

如果樂觀來看,以2025年新能源汽車總保有量達(dá)到3000萬輛計算,充電量就將是目前的10倍以上。

另一方面,還要考慮這些車輛的充電模式。根據(jù)國家發(fā)改委發(fā)布的《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020 年)》(下稱《充電發(fā)展指南》),中國新能源汽車將建立“用戶專用樁為主+分散式公共充電樁”為輔的模型。《充電發(fā)展指南》提出,到2020年,全國要建成430萬個用戶專用充電樁和50萬個分散式公共充電樁。

資料來源:《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020 年)》

在這一充電模式下,中國新能源汽車大部分要在用戶的家中完成充電,也就是負(fù)荷增加到居民用電上。

結(jié)果會怎樣?

充電總量看起來仍然不是很大問題。

再做一個簡單測算:

假設(shè)2030年有1億輛電動汽車,仍假設(shè)日均60公里,百公里耗電20度的話,日均充電12度,不過12億度電,一年也就是4380億度。而2018年全社會用電量6.84萬億度,占比不到7%。

不過,考慮到新能源汽車要以家用樁為主,4380億度充電量基本要在城鄉(xiāng)居民用電的份額里出。2018年城鄉(xiāng)居民生活用電量9685億度,4380億度占比超過45%。

45%。聽起來比例已經(jīng)很大了。電網(wǎng)能為電動汽車增加這些配電容量嗎?

3、增容空間有限

中國電力輸配電網(wǎng)絡(luò),是高壓輸送,逐級降壓配送的模式。電動汽車未來大幅增加的充電需求,如果要通過增容來解決,輸配電系統(tǒng)能否支持? 

發(fā)電輸電配電用電模型圖示

杭州伯坦科技有限公司總經(jīng)理聶亮,曾在國網(wǎng)系統(tǒng)從事電動汽車運營服務(wù)多年。他認(rèn)為,應(yīng)對電動汽車充電需求,從發(fā)電端、送電端到500kv這段是沒什么問題的。

“問題在于大城市,到220kv這段負(fù)荷就不夠了。中小型城市,220kv這段問題也不大,因為它本身用電量小。但是,再往下,110kv這段問題就大了。我們現(xiàn)在的配電主要是1萬伏和4萬伏,這兩個等級都是110kv這端出來的。在這個地方就會遇到瓶頸?!?/p>

他解釋說,110kv電壓等級增容的瓶頸,主要是電力設(shè)備需要的土地不夠,線路走廊還行。

配電網(wǎng)到了10kv等級時,新增開關(guān)站比較簡單,但是線路走廊沒有。

他認(rèn)為,在電動汽車充電量不多的情況下,可以用增容來過渡,但大規(guī)模增容空間基本沒有,特別是在大城市。

李德勝認(rèn)為,對于電動汽車新增充電需求,一方面要考慮用電量,“電動汽車充電符合和現(xiàn)在空調(diào)負(fù)荷差不多。居民用電很大的量也是空調(diào)用電?!绷硪环矫嬉紤]要算同時率,來考慮配電量。由于現(xiàn)在電動車主白天開車出去,在夜間充電,和空調(diào)等家用電器的用電高峰疊加。

 “增容肯定是要去做的。”李德勝說,但是增容的前景并不樂觀。在北上廣深這些大城市,電力通道很窄,已經(jīng)滿負(fù)荷運營,增容難度極大。“很多城市不具備讓鋪設(shè)新電纜的條件,另外寸土寸金,變壓器未必都能找到地方來訪。在三四線城市,增容的空間還比較大。

“另外,按什么來增?相對而言,電器用電量是固定的。但電動汽車充電需求的增幅,什么時候增容到什么程度,很難去預(yù)估。就像下水道,不能每一年挖開擴容,必須長期來規(guī)劃?!?/p>

不過,李立理認(rèn)為配電增容的難度,想辦法是能解決的。包括北京、上海,比如加儲能設(shè)備等等,就能解決電能瓶頸的問題?!瓣P(guān)鍵還是缺乏可行的商業(yè)模式。假如有投資回報的商業(yè)模式,就能找到方法?!?/p>

4、有序充電、儲能、V2G……能指望嗎?

在增容難度極大情況下,不少充電運營商、電力企業(yè)提出了新的解決方案。

李德勝認(rèn)為,應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)電動汽車車主有序充電。星星充電就提出了一項家庭能源管理系統(tǒng)解決方案,把充電樁和家用高能耗電器結(jié)合起來,比如空調(diào),相當(dāng)于充電能源管理,將集中的充電行為分散到負(fù)荷不大的階段。

另外,結(jié)合儲能的技術(shù),“如果把白天的低谷用電利用起來,還是有一定的利用場景的,也是解決方案之一?!?/p>

特來電董事長于德翔介紹智能充電網(wǎng),管理電動汽車群充電

特來電董事長于德翔多年來也一直呼吁,現(xiàn)行充電樁的無序充電必將對電網(wǎng)造成巨大沖擊。由此特來電提出柔性充電概念,也在探索建立群管群控、有序充電的智能充電網(wǎng)。

但是,聶亮認(rèn)為有序用電、群管群控,都不可能實現(xiàn)。

“消費者不能接受充電安排,憑什么我只能這個時候充,不能那個時候充?”他還回憶說,2002年到2003年間,全國缺電也缺負(fù)荷,也提出了按需用電的概念。但是,首先,排序就沒法排,哪些電力需求應(yīng)該排在前列?其次,對于電動汽車存量充電需求可以這么做,但對于增量不行:潛在的電動汽車車主一看這種情況,可能就不買電動汽車了。

此外,行業(yè)內(nèi)外還提出了各種技術(shù)或者模式,來試圖解決電動汽車充電難題。

有人提出電動汽車V2G可能緩解電網(wǎng)負(fù)荷。讓電動汽車在谷電期間充電,在充電高峰期間向電網(wǎng)放電,給其他電動車主充電提供電力。

但李德勝認(rèn)為,V2G難擔(dān)此任。首先,放電給電網(wǎng)賺一點差價,可能還不夠充放電的損耗。其次,在谷電時間,大家上班,車都走了。而下班后,車都要充電。

他認(rèn)為V2G的應(yīng)用場景,只是特殊緊急用電場景,比如道路救援,臨時補電等。

對于V2G,聶亮說,“你上來的電質(zhì)量不行,功率又小”,對電網(wǎng)有百害而無一利。

有人提出,可以利用可再生能源發(fā)電給電動汽車充電。但聶亮也認(rèn)為不可行。“電動汽車充電時,你是有風(fēng)還是有光呢?都沒有。”可再生能源發(fā)電與電動汽車充電需求之間,存在多重錯配,包括太陽能發(fā)電電量太小,而電動汽車電量需求大;光伏在白天發(fā)電,而電動汽車往往在夜間充電;可再生能源發(fā)電往往在邊遠(yuǎn)地區(qū),而電動汽車在大城市使用。

如果可再生能源再加一個儲能電池呢?聶亮說,“本來是一套電池折舊,現(xiàn)在兩套電池折舊。技術(shù)上可行,商業(yè)上也不可行。”

“另外就算這些都可行,電網(wǎng)你要不要接入?如果還得接入,那不是多此一舉嗎?”聶亮說。

5、未來能源補充方式難料

充電總量不大,但是分布集中在輸配電瓶頸位置,起初問題不大,但日積月累,難以持續(xù)。

“目前唯一可行的,就是把負(fù)荷集中起來,這樣電網(wǎng)就比較容易調(diào)配?!?/strong>聶亮主張,電動汽車應(yīng)當(dāng)以集中充換電為主,私人用樁為輔。

星星充電的公共充電站

莊軍鋒也認(rèn)為,最終極的解決方案,很可能是沒有私樁,用大型充電站統(tǒng)籌滿足所有充電需求?!俺潆娂夹g(shù)一直在更新迭代。3到5年內(nèi),10分鐘充滿80%肯定能實現(xiàn)?!?/p>

集中充換電相當(dāng)于將充電需求從居民用電轉(zhuǎn)移到工業(yè)用電,將充電負(fù)荷從瓶頸位置轉(zhuǎn)移出來。聶亮說,構(gòu)建一個電網(wǎng)的話,電壓等級越高的越好構(gòu)建?!氨热鐦?gòu)建一個500千伏的,就建在郊外,線路走廊通暢,地方也大。我們假設(shè)電池能量密度有提升,如果電池包比較輕了,充好電,用車?yán)匠鞘兄行牡貛У目鞊Q站都行?!?/p>

聶亮認(rèn)為換電更有優(yōu)勢。換電站對于零散的電動汽車電力補充需求而言,就像一個緩沖池。“基本上電力負(fù)荷是平的?!币驗閾Q電站可以自主調(diào)配給換下來的電池包充電的時間。

至于很多人提出的電池包標(biāo)準(zhǔn)不一,無法互換的問題。聶亮認(rèn)為,這不是重要問題。剛開始不同車企建不同的換電站。電池包的標(biāo)準(zhǔn)慢慢會統(tǒng)一的,市場會推動統(tǒng)一。另外,中電聯(lián)也在準(zhǔn)備出臺換電標(biāo)準(zhǔn)。

李立理表示,現(xiàn)在個人專屬充電樁占用7kw的配電容量,雖然大家認(rèn)為是理所當(dāng)然,但確實不可持續(xù)。他預(yù)測,小區(qū)充電會可能會像停車管理一樣,變成統(tǒng)一的事情。

但相對于到公用充電站充電,李立理還是更看好家里有充電樁的模式?!坝脩趔w驗更好,更符合電動汽車本身的特點。如果有序用電優(yōu)化管理做好的,本身的成本也會有競爭力的。消費者會愿意為他買單。”

李德勝認(rèn)為,只要具備安樁條件,電動車主就不會去充電站充電,畢竟用自己的樁方便還便宜?!俺潜鄙蠌V深,沒有選擇,畢竟連車位都緊張,可能公共充電和私人充電樁充電占比一半一半。對于三四線城市,車位不是問題,另外小區(qū)供電條件、增容也相對容易,還會是私人樁為主。”

對于總體的比例,他仍然認(rèn)為,會有八九成電動車主通過私人充電樁來充電。

不管怎樣,電網(wǎng)雖大,也不要小瞧電動汽車充電之輕。駱駝如果沒有意識到稻草在不斷增加,就有可能被壓垮。

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