電動汽車如何融入“智能電網”
“作為電動汽車專家,您有沒有購買使用電動汽車呢?”這恐怕是清華大學副教授胡澤春被問到最多的問題之一,盡管答案是“還沒有”,但他明確表示對電動汽車的發展持樂觀態度。
今年以來,國家關于加快電動汽車充電基礎設施建設的相關工作意見相繼出臺,南方電網也制定了《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》,為加快電動汽車產業發展、推動節能減排增添了新引擎。電網企業如何迎接“電動汽車時代”,電動汽車如何融入“智能電網”?作為同時介入電動汽車和電力系統兩大領域的知名專家,胡澤春對此有自己的見解與建議。
關于電動汽車,最關注什么?
記者:“電動汽車時代”似乎越來越近,有哪些技術和現象是您關注的?
胡澤春:首先,作為消費者,最關注的是電池技術的發展。個人認為,化學電池技術的突破是電動汽車發展的關鍵,目前還沒有取得革命性的突破,有待繼續投入。從目前的電池技術發展狀況來看,適合先行發展電動公交車,以及插電式電動汽車。今后電池技術取得突破后,快速充電可能是最被接受的方式。
其次,是電能補給的方式。傳統的充電方式有快充、慢充等,最近出現了很熱門的“無線充電”,不需要物理連接,無接口問題,可以在行駛中充電,舒適性較高。個人認為,目前“無線充電”尚處于示范應用階段。原因有二:一是可替代性,能夠實現無線充電的地方,基本上都可以通過有線方式來充電;二是成本高,目前所有的無線充電方式,無論是靜止式還是移動式,其成本都遠遠高于有線充電。個人建議,“無線充電”目前可以在電動公共車輛領域進行試點,而在電動私家車領域大規模推廣比較難。
第三,是充電設施網絡化,就是將充電、運營等與互聯網技術結合起來。目前,電動汽車的消費者仍存在“里程焦慮”問題,如果將出行管理與智能終端連接起來,就可以及時提醒消費者距離下一個充電點有多遠,充電設施是否可以使用,以及充電功率、費用等情況。另外,消費者也可以通過智能終端自動導航到充電點,或者在規劃出行路線時將續航里程與沿途充電點情況同時考慮進來,這在出行方便性與界面可用性方面將是很好的體驗。
記者:電動汽車的充電問題是消費者的關注熱點,包括充電樁普及、充電時間等,但相關投資多在“觀望”,“雞生蛋,蛋生雞”仍在困擾市場,您如何看待這一問題,并請預測充電發展前景。
胡澤春:新生事物的發展總會遇到這樣的情況——互相觀望。回顧歷史,傳統燃油汽車在發展初期也遇到過類似情況,當時的加油站建設并不完善,車輛長途出行往往需要自帶燃油。總的說來,充電樁與電動汽車之間是互相促進的關系,兩者都蘊藏著巨大商機,備受資本關注。從發展前景來看,未來的充電市場規模會很大,預計我國會有“上萬億”的體量。
記者:面對充電市場機遇,電網企業應如何作為?
胡澤春:據了解,電網企業在深度介入電動汽車方面,已經做了很多務實的研究與摸索。個人認為,目前,電網企業首先要研究電動汽車發展對電網的沖擊與影響到底會有多大。其次,面對越來越多客戶的充電需求,電網企業作為供電服務商,要盡力滿足接入要求。第三,電網企業可以嘗試突破傳統賣電模式,有選擇地介入充電市場,介入電動汽車運營生態鏈,提供充電服務(包括投入充電站點、設施建設),提供電動公交線路運營服務,對充電過程進行調控,做好服務商。
電動汽車接入電網會有哪些影響?
記者:電動汽車發展對我國能源系統,尤其是電網系統將帶來哪些改變?
胡澤春:發展電動汽車能夠提高能源利用效率和環保水平。從能源消費角度講,我國對石油進口依賴度高,發展電動汽車就是將用油改為用電,這對能源系統來講確實是一個重要改變。環保方面,我國發展電動汽車還涉及到排放轉移的問題,就是將化石能源的排放集中轉移到發電廠。我們專門針對南方電網的電源結構進行過測評,結果顯示,電動公交車的二氧化碳排放低于傳統燃油公交車。在水電比例高的地區,電動私家車的二氧化碳排放低于傳統燃油轎車。在煤電比例高的地區,兩者持平。但反過來看,燃油汽車對環境的不利影響不僅限于排放二氧化碳,其他尾氣排放物會導致嚴重霧霾等。目前燃煤電廠經過集中治理后,二氧化碳等污染物排放比較低,這就是排放轉移的好處。
最初,業界以為電動汽車的發展會給電網帶來很大的負荷增長,但經過研究發現,就目前我國用電結構而言,總體的用電量不會有很大增長。需要注意的是,在電動汽車充電比較集中的時段,充電功率的增長更明顯,但不會很高。電動汽車在整個汽車市場的占有率不超過20%的情況下,充電用電量占全社會總用電量的比例不會超過10%。當然,在某些負荷集中的局部電網,可能會存在配電網承受壓力增大的問題。
記者:不斷增長的充電負荷有何特點,對電網運行會產生什么影響?
胡澤春:充電負荷增長與電動汽車的類型與規模是直接相關的。隨著電動汽車大規模發展,充電負荷會有一個明顯的晚高峰。另外,電動汽車充電負荷的等效用電時間相對于其他常規負荷要短,具有明顯的峰谷差,其峰荷時段與全網峰荷時段基本一致,電網對充電負荷調控的潛力很大。
充電負荷對電網運行的影響,首先是對配網安全經濟運行有影響,然后間接傳輸到主網影響輸電安全經濟運行。對配網來說,主要是對電能質量的影響,包括電壓、諧波、三相不平衡等。這也提醒電網企業在充電站接入方面要設定標準,嚴格檢測。
記者:不斷增長的充電負荷,使得配電網改造更受關注,而配網改造需要龐大投資,您有何建議?
胡澤春:改造配電網的確需要很大的投資,不可能一下子完成,需要分階段進行。我們曾做過相關研究,充電負荷在不同地方的配網產生的影響是不一樣的,也就是說,不同小區的配電網對充電負荷的接納能力是不同的。根據測算,對于規劃容量比較高,負載率相對較低,電動汽車滲透率20%~30%的新建小區來說,配電網是不需要改造的,相對老舊的小區則更需要改造。
其實,除了改造配網,應對充電負荷增長還有更簡單易行的辦法,即充電調控,也就是協調充電策略。比如延時充電,避開高峰負荷時段進行充電;比如對充電設施進行集中監控,給消費者及時提供建議等。個人認為,如果能夠通過充電調控解決就先進行調控,實在不行,再進行配網改造。
電動汽車如何與電網互動?
記者:長遠來看,您認為電網企業與汽車企業之間有哪些合作空間?
胡澤春:電動汽車本身就是跨專業的,涉及交通、汽車及電力專業。從長遠來看,電網企業與汽車企業之間有很大的合作空間。具體來說,電網企業提出“智能電網”,將電動汽車作為重要內容來考慮。交通、汽車行業提出“互聯網+智能交通”,包括對電動汽車充電引導、充電設施布局等。這兩方面如果分別單獨做的話,可能都達不到最優效果,如果合作,則會產生很強的推動力。交通、汽車及電網企業可以在基礎設施方面進行合作,比如充電設施的接口、標準等,為有序充電提供支持。另外,智能電網與智能交通都涉及到信息問題,也就是當前很熱門的“大數據”。一方面,交通出行信息由交通部門掌握,電網企業要想挖掘充電行為及需求,必須借助交通部門的支持。另一方面,交通部門不了解電網方面的情況,比如負荷特性、充電的電網約束等,若想做智能交通引導,則需要電網方面的支持。如果兩者合作,共享信息,推動力會很強,智能電網和智能交通都會推進得更順暢。
記者:那么,電動汽車如何更好地融入智能電網?
胡澤春:電動汽車是新型負荷,或者稱為新型家電,在充電過程、充電功率方面具有較好的調控性,可以納入需求側管理、電網調度,并與新能源發電配合(比如充電站采用光伏、風力發電),從而成為智能電網中的重要角色。這包括兩個層面:作為需求,電動汽車可以通過有序充電進行需求側響應;如果向電網放電,電動汽車則相當于分布式電源。
記者:如何在我國電力價格體制下構建市場機制,提出控制策略,來激勵電動汽車與電網進行互動?
胡澤春:將電動汽車充放電作為可控負荷的形式參與電網調控,是有效規避其大規模充電對電網造成負面影響的重要手段。一般以經濟性最優或對電網的影響最小為目標,綜合考慮電池性能約束與用戶充電需求,通過控制充電時間和充電功率的大小,來協調充電過程。
這里著重講一下“V2G”概念,即電動汽車與電網雙向互動(Vehicle-to-Grid),指電動汽車作為分布式儲能單元,以充電和放電的形式參與電網的調控。V2G的主要功能包括削峰填谷、調頻、調壓、備用服務等。削峰填谷就是讓電動汽車在負荷低谷充電、在高峰負荷期間放電,通過優化充放電時間和過程,降低峰荷,平滑負荷曲線,提高設備利用率和電網運行成本。調頻是指通過調整或改變充放電狀態,向電網提供調頻服務,減小電網對發電機組的調頻容量需求和支付的調頻費用。電動汽車參與二次調頻被認為是較有潛力的應用,電網需要調頻容量較小,約占全網高峰負荷1%時,對電池淺充淺放,對電動汽車來說影響較小。在美國,已經有專門的電動汽車車隊參與電網調頻,還可獲得相應補償。調壓是指參與無功優化,以維持電壓水平合格。備用服務是指如果電網遇到機組停機等故障,通過中斷或改變充放電過程,由電動汽車向電網提供備用負荷,在必要時切除充電負荷,這比切除其它負荷的成本要低得多,對消費者影響不大。
記者:近日,廣東電網公司承擔的國家863計劃課題“電動汽車運營系統關鍵技術研究與應用”通過了科技部驗收,作為參與者,談談您對該項研究的看法。
胡澤春:當前,很多企業都參與開發電動汽車運營系統,將來的趨勢應該是融合。電網企業在開發電動汽車運營系統方面有自己的優勢,即調度、通訊平臺更順暢。該系統立足于廣東省,包括省、市、站三級系統,具體有以下特點:一是通過互聯網方式進行充電服務,車的狀態、位置,包括故障、充電請求等均可跟系統進行交互溝通;二是跟電網結合,可對充電負荷進行預測;三是充電的有序調控,包括效果展示,如果充電站引入這項功能,可在配網負荷高峰時段對充電行為進行調控,盡量避開高峰時段,也可作為可調負荷,在電網應急情況下提供支持。
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責任編輯:電朵云
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