就目前而言,電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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》)?!堆芯俊分赋?,一方面,電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)具有較強(qiáng)的充放電調(diào)節(jié)能力,特別當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)得到普及時(shí),電動(dòng)汽車(chē)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(shuō)。
問(wèn)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(chē)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(chē)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(chē)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(wèn)題,導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降?!弊匀毁Y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(guò)載也成為了電動(dòng)汽車(chē)規(guī)?;\(yùn)行的主要限制因素之一。電動(dòng)汽車(chē)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(guò)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(guò)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(chē)保有量占總車(chē)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(chē)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(chē)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(shuō)。
解決:對(duì)電網(wǎng)具有多重價(jià)值
大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響顯而易見(jiàn),但解決的辦法也已清晰。
《研究》指出,電動(dòng)汽車(chē)可通過(guò)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(guò)優(yōu)化充電策略,電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(shuō)。
除此之外,《研究》還進(jìn)一步指出,電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)46507輛,比上年增長(zhǎng)3倍以上。根據(jù)《上海市電動(dòng)汽車(chē)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(chē)總數(shù)將達(dá)到13.1萬(wàn)輛,其中電動(dòng)私家車(chē)85000輛,電動(dòng)公務(wù)車(chē)24000輛,電動(dòng)公交車(chē)4700輛;到2020年上海市電動(dòng)汽車(chē)總量將達(dá)到26.3萬(wàn)輛,其中電動(dòng)私家車(chē)172000輛,電動(dòng)公務(wù)車(chē)49000輛,電動(dòng)公交車(chē)8000輛。
電動(dòng)汽車(chē)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(guò)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(chē)的需求。《上海市電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(kāi)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?chē)、電機(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(shuō)。
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(chē)與電網(wǎng)雙向互動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善,電動(dòng)汽車(chē)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(chē)的V2G是一種車(chē)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(chē)車(chē)型,可以實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)之間、車(chē)與其他負(fù)荷之間、車(chē)與電網(wǎng)之間的電流雙向傳輸。
“電動(dòng)汽車(chē)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(guò)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(chē)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(shuō)。
雖然電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)用戶發(fā)生關(guān)系。
目前電動(dòng)汽車(chē)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(chē)大規(guī)模應(yīng)用,電池成本有望顯著下降,電動(dòng)汽車(chē)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(shuō)。