電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)互聯(lián)的前景展望

田家瑞，張行健

（中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)，北京100080）

1 引言

通過(guò)扶持補(bǔ)貼政策，以政府為主導(dǎo)拉動(dòng)行業(yè)需求，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到跨越式發(fā)展。2012到2016年，新能源汽車產(chǎn)銷量從1.3萬(wàn)輛增長(zhǎng)到50萬(wàn)輛，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了150%。筆者從2017第二屆中國(guó)電動(dòng)汽車充換電服務(wù)創(chuàng)新高峰論壇上了解到，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，2020年我國(guó)的新能源汽車總量規(guī)劃達(dá)到500萬(wàn)輛左右，2030年規(guī)劃達(dá)到8000萬(wàn)輛，市場(chǎng)前景非常廣闊。

電動(dòng)汽車規(guī)模化推廣，對(duì)電網(wǎng)提出了較高的供電需求。同時(shí)電動(dòng)汽車的智能化發(fā)展，與可再生能源的發(fā)展、智能電網(wǎng)的發(fā)展將共同推動(dòng)一場(chǎng)能源革命和汽車革命。本文分析了電動(dòng)汽車用電需求、負(fù)荷特征，展望了電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)互聯(lián)互通、開(kāi)放共享的發(fā)展前景。

2 電動(dòng)汽車發(fā)展符合國(guó)家減排政策

我國(guó)政府承諾碳排放在2030年前后達(dá)到峰值,非化石能源占一次能源比重于2030年達(dá)到20%。交通電氣化發(fā)展是實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳減排戰(zhàn)略的重要舉措之一。預(yù)計(jì)到2020年單輛電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng)的汽油車一年能減少碳排放1.3噸，2030年會(huì)進(jìn)一步降至0.8噸。2030年電動(dòng)汽車達(dá)到8000萬(wàn)輛規(guī)模，電動(dòng)汽車可以貢獻(xiàn)6400萬(wàn)噸二氧化碳減排量。

3 電動(dòng)汽車發(fā)展對(duì)電網(wǎng)將產(chǎn)生巨大影響

3.1 用電需求

充電負(fù)荷的計(jì)算是評(píng)估電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)影響的基礎(chǔ)。郭曉斌、羅卓偉等研究了不同充電模式下的充電負(fù)荷曲線[1-2]。羅卓偉等根據(jù)不同類型電動(dòng)汽車不同充電行為的充電功率，采用蒙特卡洛模擬抽取起始荷電狀態(tài)、起始充電時(shí)間的電動(dòng)汽車充電負(fù)荷計(jì)算方法，獲得充電負(fù)荷曲線。按中國(guó)2030年電動(dòng)車占汽車保有量（預(yù)測(cè)為19483萬(wàn)輛）的30%（5845萬(wàn)輛），預(yù)測(cè)2030年中國(guó)電動(dòng)汽車日充換電電量將達(dá)到10.98億kW·h（高預(yù)測(cè)場(chǎng)景），全國(guó)日充換電負(fù)荷峰荷將達(dá)到24700萬(wàn)kW[2]。這個(gè)體量有多大呢？2016年全國(guó)累計(jì)完成發(fā)電量59897億kW·h，平均到每天的發(fā)電量約164億kW·h。作為國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)首個(gè)負(fù)荷破1億千瓦的省級(jí)電網(wǎng)，2017年江蘇電網(wǎng)最高用電負(fù)荷10002.4萬(wàn)kW。可以看出,未來(lái)電動(dòng)車充電電量、充電負(fù)荷所占比重會(huì)越來(lái)越高。

3.2 充電負(fù)荷的隨機(jī)性特征

電動(dòng)汽車充電負(fù)荷具有區(qū)別于傳統(tǒng)符合的隨機(jī)性特征。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的隨機(jī)性表現(xiàn)在空間和時(shí)間兩方面。伴隨著電動(dòng)汽車行駛范圍的變化，存在著充電負(fù)荷在空間上移動(dòng)的可能性。不同用途的車輛傾向選擇不同的充電方式，私家車經(jīng)常會(huì)選擇在自家停車場(chǎng)慢充電，公交車和出租車會(huì)選擇公關(guān)充電樁進(jìn)行快充或更換電池。電動(dòng)汽車充電時(shí)間和充電電量決定了電動(dòng)汽車在充電時(shí)間上的分布特征。電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的隨機(jī)性給研究其負(fù)荷特性造成了困難，使電網(wǎng)在滿足電動(dòng)汽車充電需求方面，比傳統(tǒng)負(fù)荷供電更具挑戰(zhàn)性。

4 滿足電動(dòng)汽車快速增長(zhǎng)需求的智能電網(wǎng)展望

未來(lái)電動(dòng)車的發(fā)展趨勢(shì)必然是智能化、網(wǎng)聯(lián)化，未來(lái)電網(wǎng)將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用。

4.1 電動(dòng)汽車退役蓄電池在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)因可靈活、高效地改善間歇式新能源電站可調(diào)控性能，已被公認(rèn)為是推動(dòng)風(fēng)、光等可再生能源成為主力電源的關(guān)鍵技術(shù)之一[3]，但受限于高昂的成本，無(wú)法規(guī)模化應(yīng)用。

隨著電動(dòng)汽車保有量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，退役電動(dòng)汽車電池也將呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，僅我國(guó)預(yù)計(jì)2020年就將有19 GWh的電動(dòng)汽車退役電池。按國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，為保證續(xù)駛里程和安全運(yùn)行，汽車電池在剩余80%容量時(shí)必須更換。剩余80%容量的電池應(yīng)用于電力儲(chǔ)能，一方面減少資源浪費(fèi)，一方面平抑新能源間歇式發(fā)電的不利影響。自2016年2月，國(guó)家發(fā)改委、工信部、環(huán)保部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局等五部委聯(lián)合制定發(fā)布了《電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池回收利用技術(shù)政策(2015年版)》后，電池梯次利用儲(chǔ)能技術(shù)逐漸成為行業(yè)關(guān)注熱點(diǎn)。2015年，國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng)了兆瓦時(shí)級(jí)梯次利用電池儲(chǔ)能技術(shù)的研究，成功研發(fā)了1.2 MWh試驗(yàn)系統(tǒng)，并于2016年在國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站投入試運(yùn)行，這是我國(guó)第一個(gè)兆瓦時(shí)級(jí)梯次利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。[4]

4.2 智能車聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的互聯(lián)互通展望

搭建集電力互聯(lián)網(wǎng)、充電網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)對(duì)電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、充電網(wǎng)絡(luò)、車輛用電管理等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)供電側(cè)與用電側(cè)互聯(lián)互通。

圖1 電力互聯(lián)網(wǎng)、充電網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)智能化運(yùn)營(yíng)管理

4.2.1 智能電網(wǎng)下電動(dòng)汽車有序互動(dòng)方案

基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過(guò)圖1所示電動(dòng)汽車充電運(yùn)營(yíng)管理，將充電網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)、電力網(wǎng)三網(wǎng)合一，能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車充電、新能源電站區(qū)域負(fù)載等情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，精準(zhǔn)引導(dǎo)調(diào)度。電動(dòng)汽車充電模式采用V2G充放電模式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間能量與信息的雙向互動(dòng)。[5]

4.2.2 電動(dòng)汽車與新能源的互補(bǔ)消納

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與新能源的互補(bǔ)消納，根據(jù)新能源發(fā)電的時(shí)空分布特性以及電動(dòng)汽車充放電功率分布特性之間時(shí)空分布的潛在錯(cuò)位，通過(guò)一定的引導(dǎo)手段，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與新能源的互補(bǔ)消納。

圖2 電動(dòng)汽車與新能源的互補(bǔ)消納示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

汽車電氣化已經(jīng)是大勢(shì)所趨，處于產(chǎn)業(yè)爆發(fā)前夜。電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入，供電需求猛增，對(duì)電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊。但同時(shí)，伴隨著電動(dòng)車及電網(wǎng)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化，未來(lái)智能電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用，并為電動(dòng)汽車用戶提供更為便捷、可靠、低碳的能源服務(wù)。