我國發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施若干問(wèn)題分析

關(guān)鍵字：電動(dòng)汽車(chē) 充電站 國家電網(wǎng)

0 引言

2010 年年初國際氣候組織曾對40 名電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)行業(yè)專(zhuān)家進(jìn)行訪(fǎng)談，結果表明充電基礎設施建設的重要程度在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展眾多影響因素中排名第2，超過(guò)了購買(mǎi)價(jià)格因素，僅次于排名第1的電池技術(shù)提高因素。充電設施的基礎性、關(guān)鍵性作用各方已達成共識。

從國外發(fā)展情況來(lái)看，盡管?chē)庵饕l(fā)達國家的充電設施建設還處于起步階段，但是政府支持力度非常大。從國內發(fā)展情況來(lái)看，我國充電設施建設主要參與者包括國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化、比亞迪等企業(yè)。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。

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。

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?；l(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。

3.2 充電網(wǎng)絡(luò )建設與運營(yíng)應與智能電網(wǎng)建設及管理相結合

充電網(wǎng)絡(luò )在滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)新型用電需求之外的另一個(gè)重要效益是發(fā)揮電動(dòng)汽車(chē)的儲能作用，通過(guò)合理安排充電時(shí)間來(lái)參與系統調峰，從而提高電力系統整體運行效率，取得節能減排的巨大效益。未來(lái)隨著(zhù)電池技術(shù)進(jìn)步，還有望實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)向電網(wǎng)放電功能，進(jìn)一步提高其參與系統調峰能力。要實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)對系統的調峰效益，必須將電池技術(shù)研發(fā)、充電網(wǎng)絡(luò )建設、充電服務(wù)管理與智能電網(wǎng)結合起來(lái)。從規劃建設方面來(lái)看，無(wú)論是由電網(wǎng)企業(yè)還是其他參與方投資建設，充電網(wǎng)絡(luò )在建設階段都必須要安裝智能電能表以及雙向通信設施，使其成為連接電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的一個(gè)雙向互動(dòng)平臺，并使之成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。從運營(yíng)管理方面來(lái)看，充電網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)管理平臺必須和智能電網(wǎng)相關(guān)管理平臺實(shí)現高效互動(dòng)。充電網(wǎng)絡(luò )管理平臺根據從智能電網(wǎng)相關(guān)管理平臺獲取的電力供需形勢、實(shí)時(shí)電價(jià)等信息實(shí)現智能充電服務(wù)管理，引導用戶(hù)在用電低谷時(shí)段充電，幫助系統調峰。未來(lái)隨著(zhù)電池技術(shù)進(jìn)步，還有可能實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在負荷高峰時(shí)向電網(wǎng)反向送電，發(fā)揮更大的“削峰填谷”效益。

另外，未來(lái)網(wǎng)絡(luò )中的大型充換電站還能夠作為儲能電站和應急支撐電源。通過(guò)智能充電管理，一方面把電動(dòng)汽車(chē)充電行為對配電網(wǎng)的影響降到最低，提高系統整體效率，另一方面通過(guò)峰谷電價(jià)機制降低用戶(hù)用電成本支出，實(shí)現“雙贏(yíng)”。

4 電網(wǎng)企業(yè)在充電網(wǎng)絡(luò )建設與運營(yíng)中應起主導作用

由于充電網(wǎng)絡(luò )自身的建設和運營(yíng)特點(diǎn)及其與電網(wǎng)之間不可分割的聯(lián)系，需要電網(wǎng)企業(yè)在充電網(wǎng)絡(luò )建設與運營(yíng)中結合自身的優(yōu)勢與特點(diǎn)，發(fā)揮主導作用，以有效推動(dòng)我國充電網(wǎng)絡(luò )建設。

4.1 電網(wǎng)企業(yè)在充電設施建設相關(guān)技術(shù)和標準方面具備先發(fā)優(yōu)勢

電網(wǎng)企業(yè)自2006 年至今在電動(dòng)汽車(chē)充電設施的研究與實(shí)踐方面開(kāi)展了大量工作，取得了多項重要成果。目前我國電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)編制完成了充電站典型設計和多個(gè)相關(guān)企業(yè)標準，正積極參與國家標準研究與編制工作；在上海、唐山、河南、深圳等地建成了示范充電站與充電樁，電網(wǎng)企業(yè)與地方政府簽署了戰略合作協(xié)議，為下一階段大規模示范應用打下了良好基礎?？紤]到充電設施建設涉及配電線(xiàn)路改造與變壓器擴容等配套工程設計與建設、電能質(zhì)量治理技術(shù)以及智能計量技術(shù)等，電網(wǎng)企業(yè)在充電設施建設相關(guān)技術(shù)與標準方面具有較明顯的先發(fā)優(yōu)勢。

4.2 電網(wǎng)企業(yè)在提供充電服務(wù)方面具有網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢和直銷(xiāo)優(yōu)勢

從服務(wù)網(wǎng)絡(luò )來(lái)看，未來(lái)建設的充電站和充電樁都在電網(wǎng)覆蓋范圍之內，電網(wǎng)企業(yè)能夠更全面地掌握充電網(wǎng)絡(luò )布點(diǎn)情況，并有針對性地進(jìn)行合理優(yōu)化。同時(shí)，依托現有配電網(wǎng)通信信息平臺以及營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )，電網(wǎng)企業(yè)更容易實(shí)現充電設施網(wǎng)絡(luò )化管理與服務(wù)。

從銷(xiāo)售模式來(lái)看，電網(wǎng)企業(yè)直接把電力出售給電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)不存在中間環(huán)節，既有助于提供更具價(jià)格優(yōu)勢的服務(wù)，又有助于更好地把握和滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

4.3 電網(wǎng)企業(yè)能夠通過(guò)智能控制實(shí)現社會(huì )效益最大化

智能充電控制是實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)“削峰填谷”效益的關(guān)鍵，需要有智能充電管理平臺、通信信道、智能終端以及和電網(wǎng)的雙向互動(dòng)作為支撐，建設成本和運維成本較高。對于電網(wǎng)公司而言，保障安全、經(jīng)濟、清潔、可持續的電力供應是其基本使命，具有開(kāi)展智能充電相關(guān)工作的內在驅動(dòng)力。另外，由電網(wǎng)公司開(kāi)展充電網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，可以利用智能配電網(wǎng)中已有的信息管理平臺、通信信道以及智能電表終端實(shí)現智能充電控制，降低智能充電管理系統的建設成本和運行成本，能夠最大化地節約社會(huì )資源。

因此，電網(wǎng)企業(yè)在開(kāi)展智能充電業(yè)務(wù)、實(shí)現社會(huì )效益最大化方面，既有內在動(dòng)力，又有成本優(yōu)勢。

5 開(kāi)展充電網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)需要防范的風(fēng)險

當前，由于電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)、電池技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)接受程度、運營(yíng)模式以及相關(guān)政策等方面還存在著(zhù)較大的不確定性，我國相關(guān)企業(yè)在開(kāi)展充電網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)方面要加強發(fā)展策略研究，注重防范相關(guān)風(fēng)險。

5.1 技術(shù)路線(xiàn)和標準的不確定性帶來(lái)的風(fēng)險

目前電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)和充電設施的有關(guān)標準還有一定的不確定性。比如說(shuō)，插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)這2 種不同技術(shù)路線(xiàn)對于充電設施的需求有較大區別，充電設施自身的接口標準、功率標準對于充電設施建設都有較大的影響。需要防范采用過(guò)高建設標準帶來(lái)的高成本風(fēng)險，以及采用過(guò)低建設標準帶來(lái)的翻新重建風(fēng)險。

5.2 市場(chǎng)接受程度的不確定性帶來(lái)的風(fēng)險

目前，示范推廣應用的電動(dòng)汽車(chē)主要以公交車(chē)、出租車(chē)、郵政、環(huán)衛等專(zhuān)用車(chē)輛為主，還難以判斷電動(dòng)汽車(chē)以及配套充電服務(wù)未來(lái)的市場(chǎng)接受程度，普通消費者對于電動(dòng)汽車(chē)以及其配套充電服務(wù)將有一個(gè)從了解到逐步接受的過(guò)程。因此，針對私人乘用車(chē)充電設施的建設應采取審慎的態(tài)度，既要防范建設過(guò)于激進(jìn)帶來(lái)的充電設施利用效率過(guò)低的風(fēng)險，也要防范建設過(guò)于保守而不能滿(mǎn)足推動(dòng)私人電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展的要求。

5.3 運營(yíng)模式不確定性帶來(lái)的風(fēng)險

目前還沒(méi)有成熟的充電服務(wù)運營(yíng)模式得到廣泛認同，還需要進(jìn)一步探索各類(lèi)運營(yíng)模式及其適用對象，并最終形成可持續發(fā)展的一類(lèi)或多類(lèi)商業(yè)運營(yíng)模式。如直流快充對電池壽命影響較大，難以大范圍推廣應用；交流慢充要求具備較好停車(chē)庫（位）條件，難以覆蓋全部用戶(hù)；電池更換技術(shù)具有電池更換時(shí)間短、選址靈活的優(yōu)點(diǎn)，具備規?；瘧脳l件，應成為下一步發(fā)展重點(diǎn)，但需要加快動(dòng)力電池標準化進(jìn)程。另外，由于國家層面和地方政府對于充電網(wǎng)絡(luò )的定位、行業(yè)準入、優(yōu)惠措施都還沒(méi)有明確出臺相關(guān)政策，對相關(guān)運營(yíng)模式的發(fā)展也帶來(lái)了一定的不確定性。因此，要避免陷入可持續發(fā)展能力不強的運營(yíng)模式中。

6 結語(yǔ)

充電基礎設施是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化、規?；l(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節，未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展空間巨大，其基本屬性、建設和運行特性決定了充電設施與電網(wǎng)具有密不可分的聯(lián)系。充電網(wǎng)絡(luò )建設和運營(yíng)業(yè)務(wù)不是普通完全市場(chǎng)化的競爭性業(yè)務(wù)，應當充分發(fā)揮電網(wǎng)企業(yè)在其建設和運營(yíng)當中的主導作用，由政府部門(mén)、電網(wǎng)企業(yè)、市政部門(mén)、相關(guān)行業(yè)以及社會(huì )公眾通力配合、共同推進(jìn)。

建議政府及相關(guān)部門(mén)積極開(kāi)展充電網(wǎng)絡(luò )服務(wù)體系、商業(yè)模式、互動(dòng)方式等方面的重大問(wèn)題研究，加快研究制定我國充電網(wǎng)絡(luò )發(fā)展規劃和技術(shù)標準體系。

（1）進(jìn)一步深化充電設施運營(yíng)管理等重要問(wèn)題研究。在現有成果基礎上，緊密跟蹤國外最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，結合我國電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)際發(fā)展需要，由政府部門(mén)、電網(wǎng)企業(yè)以及其他權威研究機構合作開(kāi)展我國充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展策略研究。同時(shí)需積極組織開(kāi)展充電網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化布局、服務(wù)定價(jià)機制、參與系統調峰等專(zhuān)題研究。

（2） 重點(diǎn)制定大中城市充電網(wǎng)絡(luò )“十二五”及中長(cháng)期規劃并爭取納入各地城市發(fā)展規劃。在對充電站（樁）關(guān)鍵技術(shù)與標準體系研究的基礎上，進(jìn)一步加快研究制定充電網(wǎng)絡(luò )標準體系，以有效支撐充電基礎設施網(wǎng)絡(luò )化和集約化發(fā)展需要。

（3）加強對公眾的宣傳普及力度。加強向社會(huì )公眾宣傳電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境效益，及時(shí)宣傳我國在充電網(wǎng)絡(luò )建設方面的最新進(jìn)展、相關(guān)法律法規以及優(yōu)惠政策。同時(shí)，應考慮制定一些激勵措施，引導公眾積極使用充電網(wǎng)絡(luò )，取得公眾對于充電網(wǎng)絡(luò )建設與運營(yíng)的支持，為加快推進(jìn)充電網(wǎng)絡(luò )建設培養良好的用戶(hù)群體。