目前世界各地在爭相將燃油汽車替換為電動汽車,預計電動汽車的普及率將迅速攀升。與目前部署的充電樁數(shù)量相比,預計電動車 (EV) 的迅速采用將會對可用的充電樁數(shù)量帶來重大改變。在本文中,我們將研究電動車采用率的增加將對配電基礎設施提出怎樣的要求,以及在規(guī)劃電動車充電基礎設施時必須考慮的一些因素。
電動車成長預測
有關電動車的討論通常會從驚人的增長率統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及誘人的預測銷售量談起。據(jù)Energy Innovation預測,到2030年全球電動車的數(shù)量將達2億5000萬輛左右 (圖1),屆時每年銷售量約為4400萬輛。但EV30@30情境預計,到2030年時,所有電動車(兩輪車除外)將占全球新增汽車銷售量的30%。此數(shù)據(jù)包含油電混合版及純電動版汽車、公交車和卡車。如此看來,大勢已定,但我們終究還是要面對現(xiàn)實:此成長軌跡的誤差線為何?又有哪些假設和已知的風險?這些來自不同出處的成長率數(shù)據(jù)有部分存在很大的差異。其所引用的銷售數(shù)據(jù)各自加入了一些假設,也就是電動車購買力、未來技術的提升、油價、法規(guī)獎勵,還有數(shù)十項其他變動因素。此外還在很大程度上取決于中國的電動車使用增長情況,畢竟中國在2018年的全球新車銷售量占比高達45%,相較之下歐洲為24%,美國為22%。而美國能源信息署 (EIA) 發(fā)布的《2020年年度能源展望》中的一項數(shù)據(jù)顯示,美國2030年的電動車總銷售量將遠低于100萬輛,如果地理位置劃分維持不變,這數(shù)量只有國際能源署 (IEA) 預測數(shù)量的十分之一不到。另外,據(jù)該展望預測,2050年之后燃油車的銷售量仍將占很大比例。具體要相信哪項數(shù)據(jù),還是取決于讀者自己的判斷了。
圖1:2018到2030年所有電動車全球庫存預測 (來源:EIA)
影響電動車采用率的因素
電動車目前的售價仍較為昂貴,樂觀派預計價格將會隨銷售量和技術的提升而調(diào)降,但銷售量要提升,前提是要先降低價格,這又變成了是先有雞還是先有蛋的問題。有些制造商承認,為了刺激市場,幾乎每輛車都是虧本出售,這絕非是一種好的商業(yè)模式,同時也考驗了投資人的耐心。來自政府的壓力是另一刺激因素,為了達到減緩氣候變遷的目標,控制污染程度,全世界的掌權者都宣布要在特定日期前實現(xiàn)禁售內(nèi)燃機引擎 (ICE) 車輛的目標。這一目標看似聳動,但這大多是指禁售純ICE車輛,油電混合車則不在禁售名單內(nèi)。汽車廠商也玩起了文字游戲,他們不顧一切地設法不讓其ICE制造類資產(chǎn)遭到完全“扼殺”,因此所謂的在銷售車款中加入100%的電動車系列,其實是指100%純電動車或油電混合車。
另一個會影響電動車價格的因素,則是油價。油價對未來電動車銷量的增長有很大的影響,截至2020年上半年,原油價格仍呈持續(xù)波動的態(tài)勢。
盡管世界衛(wèi)生組織指出全球因空氣污染導致的早死人數(shù)多達420萬人,但要是電動車的購買和使用成本無法提供足以替代ICE的激勵因素,關于減緩氣候變遷和改善環(huán)境的爭論也可能會逐漸消退。
里程焦慮
充電問題是影響電動車發(fā)展的一大障礙。最早的電動車行駛里程大約只有160公里左右,成為了短途出行的利基產(chǎn)品,需要頻繁開到充電站進行“充電”。受技術進步的影響,目前高階車款行駛里程可達到480公里左右,但由于擔心充電樁過于稀少,仍不能消除里程焦慮。眾所周知,一般電動車沒電就會“拋錨”,就算有路過的熱心車主出借備用電池,也無法讓車子起死回生繼續(xù)行駛。
相較于加油站,充電樁數(shù)量更少,且間距也更遠,但這不過是供需問題;美國約有2億7000萬輛汽車和15萬間加油站,以每間加油站有八支加油槍來算,每支加油槍約分配225輛汽車。相比之下,全球約有500萬輛電動車和約41萬個公共充電樁,每個充電樁約分配到12輛電動車,可用性提高了18倍!如果將辦公室和家庭充電樁算進來,大概每輛電動車可分配到一個充電樁。
然而這種直接比較是不現(xiàn)實的,畢竟汽車加滿油約需要10分鐘,加上稍作休息,再去超商喝個飲料,可能只需要15分鐘的時間。但是,電動車用高速公路休息站的慢速充電樁進行充電,可能需要好幾個小時才能充滿,假如所有充電樁都有人使用,下一個充電站又遠在天邊,這個可用性數(shù)據(jù)就沒有任何意義了。
我們相信未來終將是電動車的天下,可以預料到基礎設施也會隨之成長,以符合其中一個預期的成長情境,并希望發(fā)展的越來越好。而目前的情況是,有些地區(qū)可能存在供不應求的情況,有些則是供過于求,另外還需要考慮到需求的不確定性以及各地區(qū)的差異性問題??梢源_定的是,像新車銷售量約60%為電動車的挪威,他們在未來幾年建置的充電樁數(shù)量,勢必會高過2019年新電動車掛牌數(shù)百分比只有1.6%的英國。
充電焦慮
除了里程焦慮,我們還應該考慮未來的電力供給問題。目前電動車充電對電網(wǎng)載荷的影響幾乎可以省略不計。據(jù)Bloomberg ENF數(shù)據(jù)顯示,從2018年到2050年電動車用電量將增長57%,但仍只占全球總用電量的9%。到2050年時,美國的電動車用電量將達到800至900兆瓦時,而總用電量約為30,000兆瓦時(圖2)。
圖2:在BAU情景下以及在成本逐漸下降以在2050年達到BAU值40%的情景下,美國電動車的年度電力需求表 (來源:Energy Innovation)
我們假設技術仍會不斷發(fā)展,例如,電動車目前將電池電力轉換為車輪動力的效率只有59%至62%,因此仍有改善空間(對于ICE來說,汽油中的化學能轉化為動能的效率只有17%至21%)。至今針對電動車銷量和用電量的數(shù)據(jù)都只是指輕型車 (LDV),如果日后電動卡車問世,這些數(shù)據(jù)就會顯得過于保守了。建造所需的充電站和升級電廠基礎設施的時間表,實非通過政府管理條款和直接的政治手段就能解決的,但電力設備供應商則相信電動車已成為汽車發(fā)展的必然趨勢,并規(guī)劃了充足的基本能源供應方案。不管怎樣,隨著基礎設施的擴張,對于不斷增長的普通市場來說,占比9%的電動車用電量并不會對發(fā)電量造成任何問題。但就配電來說,當靠近充電電纜時,情況就會有所不同。
符合未來電動車充電需求的配電硬件設施
從記錄來看,電力需求在夜間較低,負載高峰約在早上7點人們展開一天的活動時,另一次高峰期則是在傍晚,當人們回到家,暖氣/烹煮器具全開時。在用電組合中加入電動車充電,用電模式將發(fā)生很大的變化,為了讓汽車在隔天早上上班前充滿電,負載高峰會變成夜間。標準的家用充電器功率約為3 kW或7 kW,電動車充滿約需6至12小時,插電式混合動力汽車 (PHEV) 約需2至4小時,跟徹夜開啟一到兩部高功率暖氣差不多。但是,“快速”充電器的額定功率可能高達22kW,幾乎要達到饋入家庭供電功率的上限,對沒有電動車充電的高峰用電量來說普遍偏高,當然就24小時的平均用電量來說也高出許多。當隨著擁有電動車的家庭越來越多,對當?shù)氐呐潆娋W(wǎng)絡將造成直接的額外壓力,電線桿上的變壓器將中壓降至家用電壓時,也會不斷發(fā)出高分貝的滋滋聲作為抗議。而高電壓配電網(wǎng)絡和變電站的處理能力則較佳,因為其是針對工業(yè)供電,用電高峰期不同。當?shù)氐墓╇娀A設施可能是第一個瓶頸,例如,城市公寓可能有停車位,但電動車電力供應不會直接來自最終用戶供電系統(tǒng),是存在重大地區(qū)差異的城市公寓可能都有停車空間,但是,電動車無法直接由終端用戶線路供電,會在更高的公用事業(yè)電源下進行計量和聚合,對家庭用電和工業(yè)用電之間的負載,在硬件額定值內(nèi)進行平衡。路旁和公用的快速充電樁也是如此,其負載將直接加諸在高電壓網(wǎng)路上。
使用再生能源實現(xiàn)雙贏
對電動車存在已久的一項爭議,就是它并不是這么“環(huán)?!保吘蛊涑潆娝桦娏ψ罱K還是來自煤炭或燃氣發(fā)電機。這一問題會隨著再生能源使用率的提高而改變,但也存在著一些缺點,比如,太陽能板在晚上不能靠太陽發(fā)電,而風機發(fā)電又是一種不可預測的能源。最理想的做法,就是利用一些能源儲存方法來平衡供電量,比如用湖泊進行水力發(fā)電儲能,但此法受限于地理因素。雖然也有一些前景看好的創(chuàng)意,例如將壓縮氣體儲存在巖床內(nèi),但還有一種更為可行的方法,就是利用電動車內(nèi)的合并電池組,將能源“輸回”電網(wǎng)作為緩沖,然后提供電費上的回饋作為獎勵。
利用雙向充電器這個早已存在的技術,可將電動車儲存的電能饋回電網(wǎng)。如果車子閑置不用,電力公司為了調(diào)度會先從電動車電池汲取電力,并隨后再為電池充電,只要車主先在智慧充電器內(nèi)設定將車充滿電所需的時間,對車主幾乎不會造成任何影響。
結論
隨著電動車采用率的不斷上升,市場也期待基礎設施能跟上其預期成長腳步。但是,電動車充電基礎設施的規(guī)劃極其復雜,因為有太多消費者和地方上的變數(shù)需要考慮。影響電動車采用率的部分因素包括電動車購買價格、政府的電動車使用獎勵法規(guī)、電力供給、再生能源的作用,以及對快速充電站之便利性和可用性的疑慮。有鑒于上述這些因素都可能造成重大影響,對電動車采用率帶來不確定性,因此眾所期待的充電基礎設施究竟能否支撐這些需求,還有待觀察。
審核編輯:郭婷
-
電動汽車
+關注
關注
155文章
11881瀏覽量
229643 -
太陽能電池
+關注
關注
22文章
1160瀏覽量
69270 -
電動車
+關注
關注
73文章
2974瀏覽量
113853
發(fā)布評論請先 登錄
相關推薦
評論