淺談我國電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展中充電站設施建設的應用

0 引言

盡管充電基礎設施建設在國內外普遍得到高度重視，但是目前世界各國都面臨著(zhù)相關(guān)技術(shù)標準與運營(yíng)模式不明確等一系列問(wèn)題，我國亟待在試點(diǎn)基礎上加大研究和創(chuàng )新力度，探索一條適合我國國情的充電基礎設施發(fā)展道路。

近幾年來(lái)，我國已經(jīng)投產(chǎn)了一定數量的充電站與充電樁，充電方式有快充、慢充、換電池等多種，先期的工作為后續建設提供了寶貴經(jīng)驗。目前，國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化等企業(yè)已經(jīng)與多數地方政府簽訂了戰略合作協(xié)議，制定了較為明確的建設目標和計劃，充電站建設開(kāi)始呈現加速發(fā)展的勢頭。

充電基礎設施的服務(wù)對象是電動(dòng)汽車(chē)這一交通工具，而其服務(wù)內容屬于用電服務(wù)，因而充電基礎設施具有雙重基礎設施特性，既是重要的電力服務(wù)基礎設施，又是重要的現代交通基礎設施。理清充電基礎設施的本質(zhì)、屬性及其與電網(wǎng)的關(guān)系具有十分重要的意義。

1 充電服務(wù)的本質(zhì)是滿(mǎn)足一種新型用電需求

對于電動(dòng)汽車(chē)這一新型電力用戶(hù)而言，其自身特點(diǎn)決定了其用電需求與普通電力用戶(hù)的需求有較大區別，具有移動(dòng)性、多樣性、可引導性3個(gè)新特征。

1.1 電動(dòng)汽車(chē)的用電需求具有移動(dòng)性

與普通電力用戶(hù)的用電需求不一樣，電動(dòng)汽車(chē)的用電需求具有顯著(zhù)的移動(dòng)性特征。這是因為作為交通運輸工具，同一輛電動(dòng)汽車(chē)可能會(huì )?？吭诙鄠€(gè)不同的位置，其用電需求也會(huì )在不同?？课恢瞄g移動(dòng)，因此針對傳統用戶(hù)設計的“定點(diǎn)用電、定點(diǎn)計費”的用電服務(wù)方式就不再適用，而必須為電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)提供“多點(diǎn)用電、多點(diǎn)計費”的用電服務(wù)。

1.2 電動(dòng)汽車(chē)的用電需求具有多樣性

首先，不同種類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的用電需求不同。如電動(dòng)公交車(chē)、環(huán)衛車(chē)、出租車(chē)和私人轎車(chē)的用電需求存在較大差異。其次，同一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)存在多種用電需求，既有對電池快速更換的需求，也有對直流充電和交流充電的需求。

1.3 電動(dòng)汽車(chē)的用電需求具有可引導性

電動(dòng)汽車(chē)的用電需求具有很好的可引導性。在利用分時(shí)電價(jià)等手段進(jìn)行有效引導的情形下，能夠起到削峰填谷的作用，提高系統的整體運行效率。就目前采用的慢充技術(shù)而言，一般可在5～8 h 完成充電過(guò)程。據統計，90%的汽車(chē)有95%的時(shí)間處于停駛狀態(tài)，這意味著(zhù)通過(guò)合理的激勵手段和先進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)，能夠引導電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)把充電時(shí)間安排在電網(wǎng)負荷低谷時(shí)段，實(shí)現與電網(wǎng)的友好互動(dòng)。

2 網(wǎng)絡(luò )化是充電基礎設施的基本屬性

從目前試點(diǎn)階段來(lái)看，眾多試點(diǎn)工程主要是為特定電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)單獨建設充電樁和充電站。隨著(zhù)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)規?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/發(fā)展">發(fā)展，就需要根據其用電需求的移動(dòng)性、多樣性、可引導性3 大特征，從系統優(yōu)化集成的角度，優(yōu)化充電站和充電樁的網(wǎng)點(diǎn)布局，并通過(guò)統一信息管理平臺構建一個(gè)有機的充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現高效、智能、規范的網(wǎng)絡(luò )化建設與運營(yíng)。網(wǎng)絡(luò )化屬性應當成為充電基礎設施的基本屬性，并作為我國開(kāi)展充電基礎設施頂層設計和規劃布局的一項重要原則。

2.1 網(wǎng)絡(luò )化建設與運營(yíng)能適應電動(dòng)汽車(chē)用電對移動(dòng)性和多樣性的要求

對于電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)而言，由于其用電需求的移動(dòng)性和多樣性，用戶(hù)將希望基礎設施運營(yíng)商提供“多點(diǎn)用電、多點(diǎn)計費”的多網(wǎng)點(diǎn)充電服務(wù)以及換電池、慢充、快充等多種方式相結合的多樣化充電服務(wù)。用戶(hù)的這類(lèi)需求決定了我國充電設施建設不能采取“分散經(jīng)營(yíng)、各自為政”的建設與運營(yíng)模式，而必須按照統一規范的標準，根據用戶(hù)的實(shí)際需求，合理配置服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)和服務(wù)方式，為用戶(hù)提供網(wǎng)絡(luò )化和規范化的充電服務(wù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò )化建設與運營(yíng)有利于促進(jìn)充電服務(wù)產(chǎn)業(yè)規范有序發(fā)展

電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)屬于公用服務(wù)，與移動(dòng)通信服務(wù)的需求類(lèi)似，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)需要在較大區域范圍內享受到規范一致、延續性好的充電服務(wù)，不希望出現無(wú)序發(fā)展、標準不一的局面。構建具有強大實(shí)力的充電網(wǎng)絡(luò )建設運營(yíng)商，有助于確保網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍內所有充電設施采用統一標準，確保充電計量以及維護保養等一系列相關(guān)公共服務(wù)的規范性和一致性。同時(shí)，類(lèi)比移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，政府相關(guān)管理部門(mén)對充電網(wǎng)絡(luò )服務(wù)也可通過(guò)發(fā)放經(jīng)營(yíng)牌照等方式來(lái)有效規范行業(yè)發(fā)展，避免標準不統一、服務(wù)不到位等問(wèn)題。

2.3 網(wǎng)絡(luò )化建設與運營(yíng)有利于發(fā)揮規模效益，降低系統運維成本

為保障充換電服務(wù)質(zhì)量，運營(yíng)商必須保證充換電設施有一定的冗余度和備用，如北京奧運公交線(xiàn)路的換電站就有60%的電池儲備率。如果采取分散經(jīng)營(yíng)方式，則需要大量備用設施以保證服務(wù)質(zhì)量;而通過(guò)采用網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)和管理，可達到集約互補，有助于降低備用設施的需求總量，充分發(fā)揮充電設施網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)的互補效益與規模效益，節約建設和運營(yíng)成本。另外，通過(guò)先進(jìn)的信息通信等手段，還可以提前讓用戶(hù)知曉鄰近網(wǎng)點(diǎn)充電設備的占用情況，用戶(hù)可輕松選擇空閑充電設施進(jìn)行充電，在方便用戶(hù)的同時(shí)提高充電設施利用效率。最后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)，有利于組建專(zhuān)業(yè)規范的技術(shù)服務(wù)隊伍，提高技術(shù)服務(wù)水平，降低對相關(guān)人員以及設備需求，節約社會(huì )資源。

3 充電網(wǎng)絡(luò )與電網(wǎng)具有不可分割的聯(lián)系

3.1 充電網(wǎng)絡(luò )對配電網(wǎng)具有明顯的依附性

目前國家4 部門(mén)出臺的補貼政策把插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)作為主要支持對象，要求二者電池容量分別超過(guò)10 kW·h 和15 kW·h，補貼標準為3 000 元/(kW·h)，而目前比亞迪E6 純電動(dòng)車(chē)容量已經(jīng)超過(guò)60 kW·h。按照平均每輛車(chē)20 kW·h 的容量，假定快充采用1- 3C 充電方式(充電時(shí)間20~60 min)，慢充采用0.2- 0.3C 充電方式(充電時(shí)間3~6 h)，2 種情形下需要的充電功率分別為20~60 kW、4~6 kW，未來(lái)隨著(zhù)電池容量成倍提高，其充電功率也需要成倍增加。

從充電設施規劃建設方面來(lái)看，由于充電功率較大且可能產(chǎn)生諧波污染，隨著(zhù)充電網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍與密度增大以及快充設備大規模應用，必須評估其充電行為對配電網(wǎng)供電可靠性和電能質(zhì)量的影響，對不符合相關(guān)技術(shù)標準要求的充電設施進(jìn)行整改并由配電網(wǎng)管理部門(mén)實(shí)施必要的配電網(wǎng)升級改造工程。因此，充電網(wǎng)絡(luò )的建設與優(yōu)化布局不能僅考慮電動(dòng)汽車(chē)用電需求，還必須與配電網(wǎng)的規劃建設與運行管理結合起來(lái)，電網(wǎng)公司要掌握和引導充電網(wǎng)絡(luò )規劃布局以及建設工作。從運營(yíng)管理方面來(lái)看，充電設施運營(yíng)服務(wù)的本質(zhì)是向電動(dòng)汽車(chē)提供電能，充電站既對配電網(wǎng)的安全運行和電能質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，又必然會(huì )受到配電網(wǎng)運行及控制的影響。充電網(wǎng)絡(luò )在技術(shù)服務(wù)、電能計量、電費結算、用電管理等方面都離不開(kāi)配電網(wǎng)的支撐。