就目前而言，電動(dòng)汽車充電無(wú)疑會(huì)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷造成強(qiáng)烈沖擊。而有序調(diào)節(jié)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷，則可以將這種沖擊化腐朽為神奇，提高電力系統(tǒng)的靈活性。
近日，自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)(NRDC)與國(guó)家發(fā)改委能源研究所、國(guó)家可再生能源中心聯(lián)合發(fā)布了《電動(dòng)汽車在上海市電力系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力研究》(以下簡(jiǎn)稱《研究》)。《研究》指出，一方面，電動(dòng)汽車的普及對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)容量及安全穩(wěn)定運(yùn)行提出更高要求;另一方面，若采取有序管理或雙向互動(dòng)方式，電動(dòng)汽車也可被視為系統(tǒng)需求響應(yīng)乃至分布式儲(chǔ)能資源。
“大規(guī)模電動(dòng)汽車的接入不僅可以降低新建電力基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模，還可帶來(lái)調(diào)峰、輔助服務(wù)等多種系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值。相比傳統(tǒng)需求側(cè)調(diào)節(jié)資源，電動(dòng)汽車具有較強(qiáng)的充放電調(diào)節(jié)能力，特別當(dāng)電動(dòng)汽車技術(shù)得到普及時(shí)，電動(dòng)汽車可能成為系統(tǒng)最重要的調(diào)節(jié)資源之一?！眹?guó)家發(fā)改委能源研究所副研究員劉堅(jiān)說。
問題：充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成挑戰(zhàn)
目前，在電動(dòng)汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展的同時(shí)，不斷上漲的充電負(fù)荷也對(duì)城市電網(wǎng)構(gòu)成了負(fù)擔(dān)。
“大規(guī)模電動(dòng)汽車充電將對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)帶來(lái)明顯影響，若不對(duì)充電負(fù)荷采取干預(yù)措施，勢(shì)必增加發(fā)電及輸配電基礎(chǔ)設(shè)施投資。在配電網(wǎng)方面，電動(dòng)汽車充電將帶來(lái)加速變壓器損耗、提高線損、引發(fā)配電網(wǎng)線路擁堵等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降。”自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)(NRDC)研究員金亨美告訴記者。
此外，配電變壓器過載也成為了電動(dòng)汽車規(guī)模化運(yùn)行的主要限制因素之一。電動(dòng)汽車接入造成的負(fù)荷變化可能引發(fā)分時(shí)段局部配電變壓器過載，導(dǎo)致變壓器內(nèi)溫度升高，從而導(dǎo)致變壓器油劣化變質(zhì)、變壓器內(nèi)絕緣材料加速老化，從而縮短變壓器的壽命。據(jù)劉堅(jiān)介紹，通過對(duì)27個(gè)居民小區(qū)和21座商業(yè)辦公樓宇進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在交流慢速充電模式下，當(dāng)電動(dòng)汽車保有量占總車輛比重低于20%時(shí)，絕大多數(shù)居民小區(qū)和商業(yè)樓宇無(wú)需對(duì)10千伏配網(wǎng)進(jìn)行改造。
對(duì)于直流快速充電而言，若電動(dòng)汽車保有量占比達(dá)到20%，則有21個(gè)居民小區(qū)需要進(jìn)行配電變壓器改造，1個(gè)居民小區(qū)需要同時(shí)進(jìn)行10千伏線路改造;12個(gè)商業(yè)樓宇需要進(jìn)行配電變壓器改造，5個(gè)商業(yè)樓宇需要同時(shí)進(jìn)行10千伏線路改造。
此外，由于電動(dòng)汽車充電機(jī)內(nèi)含整流裝置，而整流裝置作為非線性負(fù)載，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染?！奥俪潆姌冻潆姽β氏鄬?duì)較小，其影響主要集中在變壓器及線路容量方面，對(duì)配電網(wǎng)的諧波沖擊有限，但大型充電站因單點(diǎn)大容量并網(wǎng)所導(dǎo)致的諧波污染不容忽視?！苯鸷嗝姥a(bǔ)充說。
解決：對(duì)電網(wǎng)具有多重價(jià)值
大規(guī)模電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響顯而易見，但解決的辦法也已清晰。
《研究》指出，電動(dòng)汽車可通過需求響應(yīng)的方式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其充電功率，以實(shí)現(xiàn)其在電力系統(tǒng)中的多重應(yīng)用價(jià)值。
“通過優(yōu)化充電策略，電動(dòng)汽車的普及不僅不會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)明顯沖擊，反而可以成為高質(zhì)量的系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源。同時(shí)，車載電池也可作為儲(chǔ)能設(shè)備用于需求響應(yīng)。在美國(guó)已有多種需求響應(yīng)或電力市場(chǎng)機(jī)制有助于激勵(lì)電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)運(yùn)行成本、延緩輸配電設(shè)施升級(jí)、減少線路擁堵及提供輔助服務(wù)等應(yīng)用價(jià)值?！眲?jiān)說。
除此之外，《研究》還進(jìn)一步指出，電動(dòng)汽車有序充電還將起到降低網(wǎng)損、緩解輸電擁堵、提高供電質(zhì)量和供電可靠性等作用。
案例：分時(shí)電價(jià)比拉大至6:1后，上海參與需求響應(yīng)的用戶比例將提升至90%
眾所周知，電動(dòng)汽車有助于改善城市空氣質(zhì)量，并提升國(guó)家能源安全，因此近年來(lái)受到了國(guó)家與地方的扶持。在此背景下，上海市電動(dòng)汽車規(guī)模進(jìn)入了高速發(fā)展階段。
2015年，上海市新增電動(dòng)汽車46507輛，比上年增長(zhǎng)3倍以上。根據(jù)《上海市電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃(2016~2020)》，到2017年上海市電動(dòng)汽車總數(shù)將達(dá)到13.1萬(wàn)輛，其中電動(dòng)私家車85000輛，電動(dòng)公務(wù)車24000輛，電動(dòng)公交車4700輛;到2020年上海市電動(dòng)汽車總量將達(dá)到26.3萬(wàn)輛，其中電動(dòng)私家車172000輛，電動(dòng)公務(wù)車49000輛，電動(dòng)公交車8000輛。
電動(dòng)汽車快速發(fā)展，對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提出要求。截至2015年底，上海已建各種充電樁共計(jì)2.17萬(wàn)個(gè)，其中住宅建設(shè)的私人充電樁超過1.65萬(wàn)個(gè)，機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位專用充電樁約0.32萬(wàn)個(gè)，公交、物流專用樁約0.08萬(wàn)個(gè)，社會(huì)公用充電樁約0.12萬(wàn)個(gè)。
雖然發(fā)展迅速，但目前的充電基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)不能夠滿足電動(dòng)汽車的需求。《上海市電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃(2016~2020)》提出，至2020年，全市新能源車輛充電樁規(guī)模至少達(dá)到21.1萬(wàn)個(gè)。
《研究》預(yù)測(cè)，到2030年，上海市將基本建成支持有序充電的軟硬件環(huán)境。當(dāng)峰谷電價(jià)之比較低(2:1)時(shí)，電動(dòng)汽車需求響應(yīng)參與率達(dá)75%;當(dāng)分時(shí)電價(jià)比進(jìn)一步拉大至6:1后，參與需求響應(yīng)的用戶比例提升至90%。
“開展有序充電還將帶動(dòng)上海市智能充電設(shè)施、智能配電網(wǎng)等一系列能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從而進(jìn)一步加快當(dāng)?shù)卣嚒㈦姍C(jī)、電池及充電設(shè)施裝備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)投資及產(chǎn)值增速?！苯鸷嗝勒f。
未來(lái)：雙向互動(dòng)技術(shù)關(guān)乎成敗
未來(lái)，隨著電動(dòng)汽車與電網(wǎng)雙向互動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善，電動(dòng)汽車可作為一種分散式儲(chǔ)能設(shè)施參與電力系統(tǒng)運(yùn)行。近兩年，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互動(dòng)的V2G技術(shù)引起業(yè)界關(guān)注。
記者了解到，與一般需求響應(yīng)不同，電動(dòng)汽車的V2G是一種車輛與電網(wǎng)之間的雙向電力互動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上也已出現(xiàn)了具備自放電功能的電動(dòng)汽車車型，可以實(shí)現(xiàn)車與車之間、車與其他負(fù)荷之間、車與電網(wǎng)之間的電流雙向傳輸。
“電動(dòng)汽車V2G參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，具有調(diào)峰響應(yīng)速度快、調(diào)峰綜合效率高、調(diào)峰過程網(wǎng)損小、初始投資成本低等優(yōu)勢(shì)。具備雙向功率調(diào)節(jié)功能的電動(dòng)汽車充放電轉(zhuǎn)換可在毫秒內(nèi)完成，而傳統(tǒng)調(diào)峰由于考慮到機(jī)械原件的壽命，運(yùn)行狀態(tài)的切換時(shí)間較長(zhǎng)。動(dòng)力電池的充放電效率(85%~95%)比一般抽水能電站(75%)運(yùn)行的平均綜合能效更高?！眲?jiān)介紹說。
雖然電動(dòng)汽車V2G技術(shù)具有一系列優(yōu)勢(shì)，但就目前而言其商業(yè)化推廣也存在許多障礙。
《研究》指出，電動(dòng)汽車V2G的引入將改變現(xiàn)有電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，不僅增加了一類新的分散式電源，還改變了電網(wǎng)公司與發(fā)電個(gè)體之間的關(guān)系，使電網(wǎng)公司直接與充電具有隨機(jī)性和利益復(fù)雜性的電動(dòng)汽車用戶發(fā)生關(guān)系。
目前電動(dòng)汽車V2G的市場(chǎng)環(huán)境仍不成熟，且其技術(shù)成熟度及經(jīng)濟(jì)效益仍然偏低。
“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著電動(dòng)汽車大規(guī)模應(yīng)用，電池成本有望顯著下降，電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)不僅能夠帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還具有巨大的社會(huì)和環(huán)境效益?！眲?jiān)說。
