淺談我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展中充電站設(shè)施建設(shè)的應(yīng)用

0 引言

盡管充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在國(guó)內(nèi)外普遍得到高度重視，但是目前世界各國(guó)都面臨著相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與運(yùn)營(yíng)模式不明確等一系列問(wèn)題，我國(guó)亟待在試點(diǎn)基礎(chǔ)上加大研究和創(chuàng)新力度，探索一條適合我國(guó)國(guó)情的充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展道路。

近幾年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)投產(chǎn)了一定數(shù)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(xù)建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。目前，國(guó)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(shù)地方政府簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，制定了較為明確的建設(shè)目標(biāo)和計(jì)劃，充電站建設(shè)開(kāi)始呈現(xiàn)加速發(fā)展的勢(shì)頭。

充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)對(duì)象是電動(dòng)汽車這一交通工具，而其服務(wù)內(nèi)容屬于用電服務(wù)，因而充電基礎(chǔ)設(shè)施具有雙重基礎(chǔ)設(shè)施特性，既是重要的電力服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，又是重要的現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施。理清充電基礎(chǔ)設(shè)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)是滿足一種新型用電需求

對(duì)于電動(dòng)汽車這一新型電力用戶而言，其自身特點(diǎn)決定了其用電需求與普通電力用戶的需求有較大區(qū)別，具有移動(dòng)性、多樣性、可引導(dǎo)性3個(gè)新特征。

1.1 電動(dòng)汽車的用電需求具有移動(dòng)性

與普通電力用戶的用電需求不一樣，電動(dòng)汽車的用電需求具有顯著的移動(dòng)性特征。這是因?yàn)樽鳛榻煌ㄟ\(yùn)輸工具，同一輛電動(dòng)汽車可能會(huì)?？吭诙鄠€(gè)不同的位置，其用電需求也會(huì)在不同停靠位置間移動(dòng)，因此針對(duì)傳統(tǒng)用戶設(shè)計(jì)的“定點(diǎn)用電、定點(diǎn)計(jì)費(fèi)”的用電服務(wù)方式就不再適用，而必須為電動(dòng)汽車用戶提供“多點(diǎn)用電、多點(diǎn)計(jì)費(fèi)”的用電服務(wù)。

1.2 電動(dòng)汽車的用電需求具有多樣性

首先，不同種類電動(dòng)汽車用戶的用電需求不同。如電動(dòng)公交車、環(huán)衛(wèi)車、出租車和私人轎車的用電需求存在較大差異。其次，同一個(gè)電動(dòng)汽車用戶存在多種用電需求，既有對(duì)電池快速更換的需求，也有對(duì)直流充電和交流充電的需求。

1.3 電動(dòng)汽車的用電需求具有可引導(dǎo)性

電動(dòng)汽車的用電需求具有很好的可引導(dǎo)性。在利用分時(shí)電價(jià)等手段進(jìn)行有效引導(dǎo)的情形下，能夠起到削峰填谷的作用，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)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(jù)統(tǒng)計(jì)，90%的汽車有95%的時(shí)間處于停駛狀態(tài)，這意味著通過(guò)合理的激勵(lì)手段和先進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)，能夠引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶把充電時(shí)間安排在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的友好互動(dòng)。

2 網(wǎng)絡(luò)化是充電基礎(chǔ)設(shè)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)汽車用戶單獨(dú)建設(shè)充電樁和充電站。隨著未來(lái)電動(dòng)汽車規(guī)模化發(fā)展，就需要根據(jù)其用電需求的移動(dòng)性、多樣性、可引導(dǎo)性3 大特征，從系統(tǒng)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(tǒng)一信息管理平臺(tái)構(gòu)建一個(gè)有機(jī)的充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高效、智能、規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。網(wǎng)絡(luò)化屬性應(yīng)當(dāng)成為充電基礎(chǔ)設(shè)施的基本屬性，并作為我國(guó)開(kāi)展充電基礎(chǔ)設(shè)施頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃布局的一項(xiàng)重要原則。

2.1 網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營(yíng)能適應(yīng)電動(dòng)汽車用電對(duì)移動(dòng)性和多樣性的要求

對(duì)于電動(dòng)汽車用戶而言，由于其用電需求的移動(dòng)性和多樣性，用戶將希望基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商提供“多點(diǎn)用電、多點(diǎn)計(jì)費(fèi)”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(jié)合的多樣化充電服務(wù)。用戶的這類需求決定了我國(guó)充電設(shè)施建設(shè)不能采取“分散經(jīng)營(yíng)、各自為政”的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模式，而必須按照統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)用戶的實(shí)際需求，合理配置服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)和服務(wù)方式，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)范化的充電服務(wù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營(yíng)有利于促進(jìn)充電服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)范有序發(fā)展

電動(dòng)汽車充電服務(wù)屬于公用服務(wù)，與移動(dòng)通信服務(wù)的需求類似，電動(dòng)汽車用戶需要在較大區(qū)域范圍內(nèi)享受到規(guī)范一致、延續(xù)性好的充電服務(wù)，不希望出現(xiàn)無(wú)序發(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)不一的局面。構(gòu)建具有強(qiáng)大實(shí)力的充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)商，有助于確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)所有充電設(shè)施采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確保充電計(jì)量以及維護(hù)保養(yǎng)等一系列相關(guān)公共服務(wù)的規(guī)范性和一致性。同時(shí)，類比移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，政府相關(guān)管理部門對(duì)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(guī)范行業(yè)發(fā)展，避免標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、服務(wù)不到位等問(wèn)題。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營(yíng)有利于發(fā)揮規(guī)模效益，降低系統(tǒng)運(yùn)維成本

為保障充換電服務(wù)質(zhì)量，運(yùn)營(yíng)商必須保證充換電設(shè)施有一定的冗余度和備用，如北京奧運(yùn)公交線路的換電站就有60%的電池儲(chǔ)備率。如果采取分散經(jīng)營(yíng)方式，則需要大量備用設(shè)施以保證服務(wù)質(zhì)量;而通過(guò)采用網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)和管理，可達(dá)到集約互補(bǔ)，有助于降低備用設(shè)施的需求總量，充分發(fā)揮充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的互補(bǔ)效益與規(guī)模效益，節(jié)約建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。另外，通過(guò)先進(jìn)的信息通信等手段，還可以提前讓用戶知曉鄰近網(wǎng)點(diǎn)充電設(shè)備的占用情況，用戶可輕松選擇空閑充電設(shè)施進(jìn)行充電，在方便用戶的同時(shí)提高充電設(shè)施利用效率。最后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，有利于組建專業(yè)規(guī)范的技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍，提高技術(shù)服務(wù)水平，降低對(duì)相關(guān)人員以及設(shè)備需求，節(jié)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(duì)配電網(wǎng)具有明顯的依附性

目前國(guó)家4 部門出臺(tái)的補(bǔ)貼政策把插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車作為主要支持對(duì)象，要求二者電池容量分別超過(guò)10 kW·h 和15 kW·h，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為3 000 元/(kW·h)，而目前比亞迪E6 純電動(dòng)車容量已經(jīng)超過(guò)60 kW·h。按照平均每輛車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)隨著電池容量成倍提高，其充電功率也需要成倍增加。

從充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)方面來(lái)看，由于充電功率較大且可能產(chǎn)生諧波污染，隨著充電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍與密度增大以及快充設(shè)備大規(guī)模應(yīng)用，必須評(píng)估其充電行為對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性和電能質(zhì)量的影響，對(duì)不符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的充電設(shè)施進(jìn)行整改并由配電網(wǎng)管理部門實(shí)施必要的配電網(wǎng)升級(jí)改造工程。因此，充電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與優(yōu)化布局不能僅考慮電動(dòng)汽車用電需求，還必須與配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)行管理結(jié)合起來(lái)，電網(wǎng)公司要掌握和引導(dǎo)充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局以及建設(shè)工作。從運(yùn)營(yíng)管理方面來(lái)看，充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)服務(wù)的本質(zhì)是向電動(dòng)汽車提供電能，充電站既對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)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(yùn)行及控制的影響。充電網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)服務(wù)、電能計(jì)量、電費(fèi)結(jié)算、用電管理等方面都離不開(kāi)配電網(wǎng)的支撐。