談談中國的電動汽車充電樁基礎設施

發布日期： 2016-07-27 閱讀量： 0次 作者： 鴻嘉利新能源

由國務院頒布的那個充電的基礎設施綱要開始，近日讀了幾篇文章，后面懂得和不懂的人都開始評論這個事情，我們還是仔細審視一下實際的情況。

充電樁

圖1 全球電動汽車和充電樁設施數量來自IEA EV Outlook 2015

中國目前有3萬根充電樁，分布在整個國家來看，還是杯水車薪。

電動汽車歸根到底，還是國家想將個人交通、公共交通很大一些依賴石油的能源路徑往電網上轉移，可是轉移數量小的話沒啥用，轉移大了對國家的配電網影響很大。

充電樁

圖2 電網簡易架構圖

國內其實做了不少的Study，主要是模擬研究較多的電動汽車充電對配電網、電網本身的影響。國內有些文章做了一些學習的：

1. 田立亭電動汽車充電功率需求的統計學建模方法

2. 黃潤電動汽車入網對電網負荷影響的研究

3. 王帆電動汽車接入對配電網運行影響的研究與分析

4. 馬玲玲電動汽車充放電對電網影響研究綜述

5. 楊冰大規模電動汽車充電需求及影響因素

這個比較有意思的地方在于，我們可以通過我們自己的評估來分析城市和農村的充電問題。在《上海浦東核心區創建“世界一流”配電網的初步構想》中我們把示范區的情況摘出來，然后考慮在里面建充電設施是否可行。

整個系統的供電網絡如下：核心區內35kV高壓用戶22戶，10kV高壓用戶155戶，低壓非居民用戶5014戶，低壓居民用戶45272戶。核心區整體最高負荷約為376MW。

· 220kV 北部電源基本來自220kV東昌站；南部來自220kV浦東、連云站。2013年平均最高負載率為58.2%（容載比為1.72）。

· 110kV 110（35）kV變電站14座，區內11座，區外3座；2013年平均最高負載率為43.6%（容載比為2.29）

· 10kV間隔利用率81.9%，間隔合用率達到15.1%。尤其北部6座嚴重

充電樁

圖3 220/110/35/10kV 浦東示范區三級配電網

有趣的是，如果我們將來考慮在這個世博示范區，興建大量充電樁，包括居民的停車場、商用設施如里面的購物廣場，地鐵沿線的停車站，再把公交的系統完全從燃油切換到充電系統，你考慮一下這個問題。

1）舊有小區的配電改造

上海宣布了一個工程叫做《老舊住宅小區電能計量表前供電設施（表前設施）維護和更新改造工程》，這個事情是：從進戶線與接戶線的連接處，至住宅樓內居民電表開關出線10公分處的供配電設施，包括進戶線、低壓分支箱、總熔絲箱、垂直母線、進層線、母線槽、保護管、電能計量表箱、電表、表前（后）保護開關等。我們如果把居民的用電習慣，通過這篇文章做個歸一化考慮，其特點是明顯的用電高峰實在晚上回家之后。

談談中國的電動汽車充電基礎設施

充電樁

圖4 上海居民典型的用電負荷（不同區域和不同季節）

2）電動汽車充電

想要滿足多數人擁有充電新能源車的夢想，還是很困難的，主要的原因是，我國的配電網的設計是較為保守的。假定在如圖5所示的小區地下停車庫內為所有的電動汽車設計配電電路，這也是一個較為困難的事情，特別是地下車庫也具有人防工事的屬性。地下車庫內電力負荷主要有風機、水泵及消防聯動設備等，照明負荷主要有正常照明和應急照明負荷等，所有用電設備均為220/380V低壓用電負荷。其中消防水泵、火災自動報警、自動滅火、排煙設備、火災應急照明及疏散指示標志等消防用電屬一級負荷，地下車庫平時的用電負荷為1100KW。
1. 由于消防的要求，本身的停車位都是按照防火區的要求進行間隔的，當某個位置需要將連接線束連接的時候，需要根據法規要求進行設計。
2. 由于本身配電系統不考慮用戶在地下車庫停電，充電的負荷只能從備用的負荷中取點，在各個配電柜里面連接是有限的。
3. 由于非預裝的系統，就面臨先后次序干涉的問題，當電動汽車在小區內普及之時，公共區域的設計系統升級是個很復雜的問題。
我們再考慮一下，目前普通的電動汽車一般是3.3KW、某些車是6.6KW，還有些可以達到10KW，最大是某雙充20kW，按照設計考慮的負荷分10%出來（注意，本身的設計負荷需要考慮諸多問題），只能滿足15～30輛車的需求，甚至更少。由上敘述，由于中國當前的配電系統設計，從電氣標準上就沒有考慮電動汽車，而且配電系統的更新成本耗費巨大，所以采用固定負荷疊加的辦法是行不通的。

充電樁

圖 5 某電動汽車停車位

3）潛在的供電可靠性影響

如果考慮以上的升級因素，負載的升級對電網的供電可靠性是有一定影響的，很多時候，民店、商電工業電都合在一起，要是為了強行給電動汽車充電，設備沒跟上會引起很大的問題，特別是原有的10kV的網架結構。根據材料顯示，浦東2010-2012年供電可靠性為99.9820%。在國內處于較高水平，但略低于上海整體城區，與新加坡、東京、香港、巴黎等國際先進城市電網相比差距較大。

談談中國的電動汽車充電樁基礎設施(圖9)

充電樁

圖6 10KV配電網網絡架構和供電可靠性

在城市內：

1. 在沒有受到任何激勵的條件下，電動汽車停泊時接入電網即開始充電。用戶接入電網的時間主要集中在 8:30 和 19:30 左右，所以這兩個時刻的充電負荷急劇增加，負荷曲線出現了尖峰。從理論上來看，小區停車場、小區配電、社區配電以及更往上的系統，受到的負荷是肯定的。鑒于當前小區的建筑遵循的設計要求也不同，這種影響是不確定的。

2. 引入峰谷電價，用戶均在谷期凌晨 0 點開始充電。在凌晨 0 點時，電網負荷急劇增長，說明電動汽車的集中充電行為給電網造成了較大的沖擊，尤其是在谷期時段開始的時候。電力價格機制，對于目前略帶昂貴的電動汽車影響是不大的，以后相對于汽車的費用，電費也是個小頭。但是我相信這個機制發揮得好，也是有價值的。

3. 電網公司能直接控制所有電動汽車的充電行為，則其將根據電網的負荷狀況來優化充電時間，此時能得到比較理想的電網負荷曲線。在IEC61851.1一開始，電動汽車充電遵循的PWM控制導引電路，就是為了有效控制電力負荷。中國的電力行業，如果能夠積極參與智能充電的研究和投入，積極導引ISO15118整個車網未來通信的主導，電動汽車充電負荷對于電網而言，應該不是那么大的問題。

充電樁

圖7 配電數據挖掘

所以目前電網在做的大數據調研分析，倒是一個很有趣的優化方向，當然這個階段目前只能在某些地方使用。

小結：

1）限于篇幅，農村的問題，單獨拿出來說，有時候可能某些農村的配電網由于缺乏資金投入，比東南亞稍好一些。

2）電網有著很大的實際運行經驗，你要把它說的一無是處，占著優勢不做充電設施是不對的，在原有配電網體系下，表面上建的充電樁，其實也是消耗它自身的負荷率資源。

這塊領域，其實美國的電網結構以及日本的情況都有差異，后面陸續整理一些參考資料。電動汽車是汽車行業、電力電子、IT行業進行碰撞和交叉，僅僅依靠中國的電動汽車企業去彎道超車，而不在系統層面去考慮和度量問題，有些事情不好干啊。

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