首页 资讯信息 研究咨询 服务应用 展会会议 视频图片 期刊专栏 新媒体
关闭
关闭

我的电动汽车,想充电就能充吗?

发表于:2021-07-09 13:38:44     来源:车网协同

随着充电设施的发展,在今天的大城市里,新能源汽车随时随地都能充电,就像呼吸、喝水一样自然。那未来呢?随着低碳电力系统的发展,和新能源汽车逐渐普及,未来是否还能像今天这样自由的充电?

回答这个问题的关键在于,某时某地,电力的供应是否满足电力需求?

本文首先从新能源汽车充电的现状出发,推演未来的充电功率需求;再以新能源发电占比较高的德国为例,推演未来的电网供应能力;最后将二者结合比对,尝试得出结论。

1. 新能源汽车和充电桩现状

我们先从现实说起。

2020年,新能源汽车销量逆势上扬,新增销售136.7万辆,2020年底保有量约为492万辆,占全国机动车总保有量的1.3%。

 


 

图 1 国内新能源汽车销量(前瞻产业研究院)

 


 

图 2 国内新能源汽车销量预测(前瞻产业研究院)

与此同时,充电桩也如雨后春笋,蓬勃发展。

 


 

图 3 公共充电桩存量(中国充电联盟)

截至2021年5月,充电联盟内成员单位总计上报公共类充电桩88.4万台,其中直流充电桩36.8万台、交流充电桩51.6万台、交直流一体充电桩426台。从2020年6月到2021年5月,月均新增公共类充电桩约2.78万台。

除了88.4万台公桩之外,随车配建充电设施总量为98.6万台,总计187.0万台。按照全社会口径,目前桩车比约为1:2.6;如只考虑公共桩,桩车比为1:5.6。

2. 今天的充电桩用了多少电

 


 

图 4 公桩月度充电量(中国充电联盟)

如上图所示,全国每月公共充电桩电量已经超过了7亿千瓦时,约占同期全国总用电量的0.1%。

根据国家统计局数据,2018年,全国交通运输行业共消费汽油6068万吨,柴油11167万吨。假定未来这部分消费全部转为电力,且总量不再增加,则折算电量约0.6万亿度,约占现在全国用电量的7~8%。

综上,基于现实的交通运量计算,充电用电量还有约60倍的上涨空间。

3. 充电桩典型用电负荷曲线

以下以厦门市为例,观察更为微观的用电情况。

以下数据来自厦门市充电设施政府监管平台,接入该平台的充电桩总功率为886MW。同时,根据2021年上半年总充电量可以算出,厦门全市平均充电功率为29.8MW。

 


 

图 5 夏季典型日充电负荷曲线

由典型日负荷曲线可见,每天有两个充电高峰,其一发生在中午,主要由车主用车和充电习惯造成,最大功率约为87MW,其二发生在午夜,是由低谷电价所吸引的充电行为,最大充电功率约为110MW,分别是平均充电功率的2.9倍和3.7倍。以下计算中,尖峰充电功率和平均功率的比值取2.9倍。

作为旅游城市,厦门汽车电动化推动情况较好。在目前保有的170万辆机动车中,约有4.5万辆纯电动汽车,可以粗略认为还有38倍的增长空间,则厦门平均充电负荷功率将超过1100MW,最大负荷约3300MW。

厦门市2020年夏季最大负荷功率突破了历史记录,达到5729MW。可见,电动汽车充电对于城市配电网的影响非常大,未来的尖峰负荷增量接近60%。即便电力供给能力充足,也很难随时保障充电需求。而这还是按照人均车辆数维持现有水平,且未计入私桩的测算结果。

也就是说,目前现实存在的,2.9~3.7倍的充电尖峰负荷倍率,对于未来的城市配电网,应对难度很高。

4. 未来的电网会如何变化

接下来,再看看电力供应端的变化,以德国为例:

目前德国总发电装机约为180GW,其中风电和光伏合计约为110GW,占总装机的60%。其新能源占比大约相当于我国2035~2040年的规划水平。我们可以从德国电网的运行现状,预测15年后中国东部发达地区的电力平衡情况。

另外,西欧地区实现了统一的电力市场,并根据实时的电力供需平衡调整电价。我们可以根据电价的变化,了解此时的供求关系。

 


 

图 6 德国2021/6/12风光发电出力

从上图中,可以清楚的看到新能源的波动性。6月12日凌晨,德国风电+光伏的总出力仅为3GW,当日中午风光同时大发,总出力剧增至50GW。

 


 

图 7 德国2021/6/12 发电功率(黑+绿色块)VS.用电功率(红色细线)VS.电价(蓝色细线)

对应的,电力批发价格也出现了较大变化。2021-6-12日凌晨,正值新能源出力低谷时段,批发电价是79€/MWh;当日下午,风光同时大发,电力供过于求,批发电价骤降至-26€/MWh,相当于每度电的价格在一天中变化了0.8元。

于此同时,从上图中可以看到,在6.12凌晨时段,即使用电水平下降,火电出力较高,德国整体仍处于缺电的状态,需要从国外进口电。

 


 

图 8 2021-6 实时电价(蓝色细线)VS. 绿电出力(水、风、光、生物质)

如果放到更长的时间尺度来看,可以发现德国电价基本上是和风光出力反向而动的,风光同时大发,供过于求,电价就跌;风光同时出力不足,供不应求,电价就涨。今天,德国以及临近的波兰目前还有不少火电,未来如果火电比例进一步下降,电价的波动幅度——实质上反应的是电力供求的不平衡关系,显然还会继续变大。

5. 大规模充电将面对的难题

从以上两节的数据可以得出结论:作为电源的风、光,和作为用电负荷的充电桩,其发、用电都是波动的。二者遵从不同的变化规律,在自然状态下几乎完全无关。随着时间推移,风光和电动汽车都会越来越多,如果不做人为干预,充电需求高峰和风光发电低谷同时出现的概率会越来越高。

当电网调度部门遇到这种情况时,必然会选择保电网安全。在2021年初广东的电荒中,其实已经出现了部分充电站在特定时间停止服务的情况。随着电动汽车数量增加,和新能源发电占比的提高,这种现象在不久的未来必然变为常态。那么一种场景就会出现:在炎热无风的夏日傍晚,赶着出行的电动汽车扎堆在充电站排队。平常的快充被限制成慢充,人们心急如焚,汗如雨下,却无可奈何。

这个问题该如何解决呢?

答案是,在特定时间,也即电网电力供给能力不足的时候,增加(电力)供给,或者抑制/转移充电需求。

5.1. 增加供给

对具体的充电站而言,增加电力供给的方式有两种:通过储能或分布式发电机增加电力供给,或通过电动汽车增加供给。

前一种方法,现实中的案例是充+储。未来的快充站,需要给客户提供确定的充电服务能力,因此随着电力平衡状态的改变,必然会主动安装储能。而对出行自由有较高需求的客户也会更加倾向于选择实力强大,能够普遍安装储能的充电服务商——即使为此要付出更高的成本代价。

不过,2021年北京4.16储能事故,也给这种方式提出了严厉的警告:负荷侧的储能,如果不能妥善的解决安全问题,发展空间会非常受限。

后一种方法,也就是V2G,篇幅所限,今天暂不展开。

5.2. 抑制/转移需求

抑制和转移需求,也有两种方法:通过价格杠杆引导客户按照电网希望的时间安排充电;或通过充电电量或速度引导客户。

通俗的说,当电网供给不足时,充电电价多半会上涨,而允许的充电速度也可能会受限。换到用户视角,充电要么变慢,要么充不满,也可能兼而有之。

5.3. 对于时间有要求的车主

商用车,包括出租车的本质是出售司机和车的时间,换取租金。同时,其单位时间的用电量远远高于私家车,所以抑制和转移需求的方法很可能是不成立的。

而采用第一种方法——加装储能之后,充电相比换电的成本优势将大幅度减少。所以对于用车时间有刚性要求的电动车主而言,在未来将更可能选择换电。

实际上,换个角度看,换电站内的电池,某种程度上也可以发挥储能的作用。现在,换电车的硬件成本实际上并不比普通电动车高。从长远来看,如果我们能够推动实现换电电池包的标准化,让车主们平时慢充,急时快换,可能是个在充电时间、成本和电网安全之间的,一种不错的平衡方式。

6. 自我吐槽和结论

为了预测未来,这篇文章采用了我不喜欢的方式——数据模糊且可能有争议:比方说厦门的整体油耗之中,柴油显然更多,但柴油车一定会电动化吗?难道不会采用对电网更友好的氢?

客观的说,这个问题今天无法回答。不过,为了平衡,可以举一个反方向的数据在下面:

 


 

图 9 各国每千人拥有的汽车量

中国的汽车数量远远低于欧美日,随着经济发展,人民收入上升,中国会不会用掉比今天多得多的,和汽油等效的电?

答案同样是不知道。

所以,本文中定量的推演,随着各种边界条件的变化,在未来既可能过于激进,也可能偏于保守。但不管怎样,随着火电容量的减少,和电动汽车数量的增加,在电网安全边界不可动摇的前提下,随时随地满足充电需求的难度和代价一定会越来越高,未来可能会变成奢侈品。

与此同时,对于大多数普通电动汽车用户而言,部分牺牲出行自由,进行有序充电乃至V2G,来和电网实现妥协,将是高概率事件。

这,大概也是众多瞄准高端用户的整车厂,建设自己的充电网络的用意吧。

责任编辑:大禹
特别声明:
索比光伏网所转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。

光伏行业最新动态,请关注索比光伏网微信公众号:solarbe2005

投稿与新闻线索联系:010-68027865 刘小姐:news@solarbe.com

扫码关注

2022年中国户用光伏品牌大会
2022年中国户用光伏品牌大会

2022年9月27日

浙江宁波

2022第二届华中光伏论坛
2022第二届华中光伏论坛

2022年9月22日

武汉洪山宾馆

新闻排行榜

本周

本月

投稿与新闻线索联系:010-68027865 刘小姐 news@solarbe.com 商务合作联系:010-68000822 media@solarbe.com 紧急或投诉:13811582057, 13811958157
版权所有 © 2005-2021 索比太阳能光伏网  京ICP备10028102号-1 电信与信息服务业务许可证:京ICP证120154号
地址:北京市大兴区亦庄经济开发区经海三路天通泰科技金融谷 C座 16层 邮编:102600