特銳德董事長于德翔對電動汽車、充電行業,以及對電和電網的5點理解:電網的總發電和總用電在同一時間必須相等;常規發電及電網資產每天平均利用率只有40%,60%閑置;電網在用電高峰期是沒有富裕電量的;電網每天的電價分為峰、谷、平電價,電價有3倍差價;應結合電網特性采用充電網技術路線。

特銳德

為加快提升充換電基礎設施服務的保障能力,更好地支撐新能源汽車產業發展,助力實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標,前不久國家發改委、能源局發布了《關于進一步提升充換電基礎設施服務保障能力的實施意見(征求意見稿)》。該意見的實施,將有效促進我國充換電基礎設施的發展。不過,在大規模發展電動汽車和充換電基礎設施的道路上,企業需要根據電網的基本特性進行規劃和設計。

電動汽車是用電作為能源來驅動車輛,電和油的差別很大,很多人用傳統燃油車的思路去設計電動汽車和充電,這種做法有很大的問題。比如,充電樁就是站在傳統車輛加油的角度設計的,如今為電動汽車配套的充電設備充電功率越來越大,從60kW發展到300kW,甚至有些乘用車續駛里程達到1000km、8分鐘充滿80%,計算下來充電最高功率需要近800kW,而一個擁有200戶的居民區變壓器的平均總容量也就1000kW。當電動汽車數量少的時候,在公共充電站大功率超級充電是可以的;但是,當電動汽車大規模發展,如果都是大功率充電,將嚴重威脅電網安全,且在用電高峰時段電網也缺少富余容量給大規模電動汽車充電。

電和油不一樣,電的實時平衡性和不易存儲性,將對電動汽車大規模充電提出新約束,如果不了解電和電網的特性和屬性,有可能讓電動汽車的設計者和充電的設計者走彎路,甚至誤入歧途,影響電動汽車的大規模應用。筆者作為多年研究電力系統的老工程師,在充電網這條戰線上系統研究和深度實踐了7年,想談談自己對電動汽車、充電行業,以及對電和電網的5點理解,站在電的角度看電動汽車和充電的技術設計及趨勢。

(一) 電網的總發電和總用電在同一時間必須相等

我們可以把電力系統理解為一張大電網。電網的基本結構為:發電→輸電→變電→配電→用電;基本特征為:電網的總發電和總用電在同一時間必須相等,也就是說,當企業到下班時間、居民晚上關燈睡覺時,用電量將減少,通過電網的智能調度,讓發電廠在同一時間減少發電功率,確保發電和用電相等,保證電網的平衡與安全;同理,在早上企業開工時,工商業用電量大幅度攀升,發電廠就要快速提升發電功率,與用電負荷相匹配。

發電和用電要求實時平衡,就是因為電不容易儲存,不像油可以存在油箱、油庫里。電的實時使用性,使電只能存在電池里或轉化為另外一種能源形態,比如抽水蓄能電站、化學電池、飛輪儲能等,這些儲電技術上雖然有的已經很成熟,但還缺少大規模應用的經濟性。

發電量和用電量不匹配到一定限度,電網就會失去穩定性,可能使電網解列,導致大面積停電。比如今年2月14日,美國德州最低氣溫較往年低10~20度,用電量急劇增加,創下6920萬千瓦的冬季用電高峰,相當于人均2千瓦的負荷,電網公司應對極端天氣準備不足,一大批風機被凍住無法發電,使得發電和用電嚴重失衡,導致德州大面積長時間停電。

當電動汽車大規模增長時,若采用無序充電、大功率充電,將對電網的安全穩定及調度平衡構成極大的威脅,所以大規模發展電動汽車必須解決無序充電和用電高峰時段的大功率充電問題,惟一的技術路線不是大規模建設大功率充電樁,而是建設能夠和電網實時平衡的充電網。

(二) 常規發電及電網資產每天平均利用率只有40%,60%閑置

從人們的工作習慣和生活習慣看,往往是白天工作、用電需求量大,晚上休息、用電需求量小。對一家企事業單位來說,在8小時工作時間段內,企業電網及變壓器總負荷利用率可達70%以上;對于各居民小區來說,晚上18:00~23:00是用電的高負荷區,其他時間電網變壓器容量閑置。

總體算下來,電網不管在發電側、輸電側還是用電側的資產,平均功率利用率在40%左右,一天內有近60%的電源資產容量是閑置的。也就是說,在電網實際運行中,是有很大的富余容量和富余電量的,只是在不同地區、不同時間、空間上富余的程度不同。

絕大多數電動汽車70%以上的時間處于停泊狀態(單位或家里),這就可以將電動汽車做成可調負荷。在電動汽車規?;l展時,通過充電網鏈接每輛電動汽車,當企事業單位和區民小區用戶都在用電時,電動汽車不充電或少充電;當用戶不用電或少用電時,電動汽車通過智能調控實現有序充電,在不增加電網改造增容投入的情況下,讓電網的資產利用率持續提高到50%~70%,甚至更高。

(三) 電網在用電高峰期是沒有富裕電量的

在一天當中,8:30~11:30、18:00-23:00是電力負荷最高峰。在一個區域當中,總的發電容量和輸、配電容量也是按照上述用電量的最高峰值建設的。過去由于電力不足,我國城市和農村經常會拉閘限電,經過中國能源人多年的不懈努力,我國建成了世界上最堅強的電網,發電的總容量和電網的架構能夠基本上滿足城鄉居民在高峰期的需要。也就是說,在白天用電高峰期,如果突然出現電力負荷增長的情況,電網是沒有多余的電力和容量來保障的,供不應求就會導致發電和用電失衡,只能拉閘限電。比如,2020年12月由于出口業務突然增長,浙江、湖南等地就不得不拉閘限電,限制白天工業用戶的用電;今年5月底,由于深圳氣溫持續升高,用電負荷迅速攀升,當地電力供應緊張,深圳供電局也要求部分企業錯峰用電,在用電高峰時段停止生產安排。

可見,電網在用電高峰期是沒有富余容量的。如果這時候電動汽車正好在單位停泊,鏈接在充電網上的話,就可以把當天電池富余的電量以高峰價格賣給企業或電網(V2G)。2020年11月,廣東省能源局發布的《廣東省市場化需求響應實施方案》提到:用戶側儲能、電動汽車、充電樁等作為市場主體參與,響應能力不低于1MW,需求響應時長不低于1小時;削峰響應(電動汽車賣電)補償價格最高為4.5元/kWh,填谷響應價格為1.2/kWh。

對于住宅小區來說,晚上18:00~23:00是用電高峰期,這時候小區變壓器也沒有太多富余容量,如果電動汽車無序充電,就會和居民小區爭負荷、搶容量,這也是很多小區以沒有電源容量為理由,拒絕安裝充電樁。但實際上,每天晚上23:00后電源和配電容量是有很大富余的,所以大量的電動汽車應盡量避免白天尤其是高峰期在公共充電站大功率充電,避免在住宅小區的18:00~23:00之間充電。

(四) 電網每天的電價分為峰、谷、平電價,電價有3倍差價

為了平抑用戶在用電緊張的時間段使用電能,政府采用經濟杠桿,制定了峰谷平電價政策。峰谷電價,也稱“分時電價”,指用電高峰、用電低谷、用電一般情況采用不同的電價政策,按高峰用電和低谷用電分別計算電費的一種電價制度,以改變用電習慣。這樣就可以使電網高峰時節約用電,低谷時多用電,實現電網負荷移峰填谷的作用。

目前公共充電,按照大工業電價政策計量計費,免收基本費,主要分為平時段、高峰時段、低谷時段,平時段采用基礎電價,高峰時段和低谷時段分別在基礎電價上進行上浮50%~70%和下調50%。電動汽車充電用戶如果掌握了峰谷平三段電價的收費標準,利用充電網智能調控有序充電,就可以自動選擇在低谷低價時充電,這樣既能每年節省不少電費,又能為電網的穩定運行提供支持。

(五) 應結合電網特性采用充電網技術路線

作為電動汽車和充電技術的設計工程師,對電網的基本特性有了解后,面對電動汽車的規?;l展,在設計電池容量、充電功率、充電基礎設施的技術路線時,就不能采用無序充電的充電樁模式,而需要用充電網技術路線,以保證電動汽車的大規模使用。

充電樁是把電通過物理插頭充到車輛里,它只是電動汽車的附屬配套設備。而充電網是鏈接用戶、汽車、電池和能源的新型基礎設施,不同于充電樁只是一個單向的充電物理插頭,充電網是由變配電設備、電力電子能量轉換和分配設備、智能調度控制系統及大數據和云計算平臺組成的有機系統,能支撐大規模人-機及海量物-物之間的安全高效交互,實現信息、能源、價值的深度互動,是電動汽車大規模發展的基礎支撐和前置條件,是新能源和新交通雙向融合的全新生態和產業。

充電網的基本單元是微電網,將充電終端有機納入交直流混合微電網,支撐電動汽車成為可雙向充放電的移動儲能載體,能夠和分布式光伏、固定儲能及大電網無縫鏈接、高效互動,通過優化調度和精準控制,提升新能源就地消納、就地平衡水平,實現新能源車輛充新能源電、隨風而充、隨光而充,高峰可放。

充電網是儲能網,它通過有效聚合基本單元中的電動汽車移動儲能及梯次利用固定儲能電池,形成超大規模儲能資源池,構成虛擬電廠參與電網互動和調度,以突出的成本優勢、規模優勢和性能優勢,成為未來以新能源為主體的新型電力系統中最關鍵的靈活性資源,是實現碳中和目標的重要支撐。

充電網也是數據網,它深度鏈接著人、車、能源。充放電是一個數據鏈接和能源交互過程,可保持實時在線、高黏性和高強度交互,在管理充電及車輛電池安全的同時,形成基于用戶、車和電池的行為大數據、工業大數據和能源大數據??梢哉f,充電網是工業互聯網最大的應用場景之一。(作者系特銳德/特來電董事長)

免責聲明:本文僅代表作者個人觀點,與電池網無關。其原創性以及文中陳述文字和內容未經本網證實,對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性,本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實相關內容。涉及資本市場或上市公司內容也不構成任何投資建議,投資者據此操作,風險自擔!

凡本網注明?“來源:XXX(非電池網)”的作品,凡屬媒體采訪本網或本網協調的專家、企業家等資源的稿件,轉載目的在于傳遞行業更多的信息或觀點,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。

如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一周內進行,以便我們及時處理、刪除。電話:400-6197-660-2?郵箱:119@itdcw.com

電池網微信
[責任編輯:陳語]
新能源汽車
充電樁
特銳德
充電網