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电动汽车如何成为调节电网的好帮手?  

2016-11-04 10:39:41|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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就目前而言,电动汽车充电无疑会对电网负荷造成强烈冲击。而有序调节电动汽车充电负荷,则可以将这种冲击化腐朽为神奇,提高电力系统的灵活性。

  近日,自然资源保护协会(NRDC)与国家发改委能源研究所、国家可再生能源中心联合发布了《电动汽车在上海市电力系统中的应用潜力研究》(以下简称《研究》)。《研究》指出,一方面,电动汽车的普及对电网系统容量及安全稳定运行提出更高要求;另一方面,若采取有序管理或双向互动方式,电动汽车也可被视为系统需求响应乃至分布式储能资源。

  “大规模电动汽车的接入不仅可以降低新建电力基础设施规模,还可带来调峰、辅助服务等多种系统应用价值。相比传统需求侧调节资源,电动汽车具有较强的充放电调节能力,特别当电动汽车技术得到普及时,电动汽车可能成为系统最重要的调节资源之一。”国家发改委能源研究所副研究员刘坚说。

 问题:充电负荷对电网构成挑战

  目前,在电动汽车和充电基础设施快速发展的同时,不断上涨的充电负荷也对城市电网构成了负担。

  “大规模电动汽车充电将对现有配电网带来明显影响,若不对充电负荷采取干预措施,势必增加发电及输配电基础设施投资。在配电网方面,电动汽车充电将带来加速变压器损耗、提高线损、引发配电网线路拥堵等问题,导致系统可靠性下降。”自然资源保护协会(NRDC)研究员金亨美告诉记者。

  此外,配电变压器过载也成为了电动汽车规模化运行的主要限制因素之一。电动汽车接入造成的负荷变化可能引发分时段局部配电变压器过载,导致变压器内温度升高,从而导致变压器油劣化变质、变压器内绝缘材料加速老化,从而缩短变压器的寿命。据刘坚介绍,通过对27个居民小区和21座商业办公楼宇进行分析发现,在交流慢速充电模式下,当电动汽车保有量占总车辆比重低于20%时,绝大多数居民小区和商业楼宇无需对10千伏配网进行改造。

  对于直流快速充电而言,若电动汽车保有量占比达到20%,则有21个居民小区需要进行配电变压器改造,1个居民小区需要同时进行10千伏线路改造;12个商业楼宇需要进行配电变压器改造,5个商业楼宇需要同时进行10千伏线路改造。

  此外,由于电动汽车充电机内含整流装置,而整流装置作为非线性负载,会对电网产生谐波污染。“慢速充电桩充电功率相对较小,其影响主要集中在变压器及线路容量方面,对配电网的谐波冲击有限,但大型充电站因单点大容量并网所导致的谐波污染不容忽视。”金亨美补充说。

  解决:对电网具有多重价值

  大规模电动汽车充电对电网带来的影响显而易见,但解决的办法也已清晰。

  《研究》指出,电动汽车可通过需求响应的方式动态调节其充电功率,以实现其在电力系统中的多重应用价值。

  “通过优化充电策略,电动汽车的普及不仅不会对电网运行带来明显冲击,反而可以成为高质量的系统调节资源。同时,车载电池也可作为储能设备用于需求响应。在美国已有多种需求响应或电力市场机制有助于激励电动汽车实现降低系统运行成本、延缓输配电设施升级、减少线路拥堵及提供辅助服务等应用价值。”刘坚说。

  除此之外,《研究》还进一步指出,电动汽车有序充电还将起到降低网损、缓解输电拥堵、提高供电质量和供电可靠性等作用。

  案例:分时电价比拉大至6:1后,上海参与需求响应的用户比例将提升至90%

  众所周知,电动汽车有助于改善城市空气质量,并提升国家能源安全,因此近年来受到了国家与地方的扶持。在此背景下,上海市电动汽车规模进入了高速发展阶段。

2015年,上海市新增电动汽车46507辆,比上年增长3倍以上。根据《上海市电动汽车充电基础设施专项规划(2016~2020)》,到2017年上海市电动汽车总数将达到13.1万辆,其中电动私家车85000辆,电动公务车24000辆,电动公交车4700辆;到2020年上海市电动汽车总量将达到26.3万辆,其中电动私家车172000辆,电动公务车49000辆,电动公交车8000辆。

  电动汽车快速发展,对充电基础设施的建设提出要求。截至2015年底,上海已建各种充电桩共计2.17万个,其中住宅建设的私人充电桩超过1.65万个,机关、企事业单位专用充电桩约0.32万个,公交、物流专用桩约0.08万个,社会公用充电桩约0.12万个。

  虽然发展迅速,但目前的充电基础设施远不能够满足电动汽车的需求。《上海市电动汽车充电基础设施专项规划(2016~2020)》提出,至2020年,全市新能源车辆充电桩规模至少达到21.1万个。

  《研究》预测,到2030年,上海市将基本建成支持有序充电的软硬件环境。当峰谷电价之比较低(2:1)时,电动汽车需求响应参与率达75%;当分时电价比进一步拉大至6:1后,参与需求响应的用户比例提升至90%。

  “开展有序充电还将带动上海市智能充电设施、智能配电网等一系列能源互联网相关产业发展,从而进一步加快当地整车、电机、电池及充电设施装备制造等相关产业投资及产值增速。”金亨美说。

  未来:双向互动技术关乎成败

  未来,随着电动汽车与电网双向互动技术标准的完善,电动汽车可作为一种分散式储能设施参与电力系统运行。近两年,能够实现双向互动的V2G技术引起业界关注。

  记者了解到,与一般需求响应不同,电动汽车的V2G是一种车辆与电网之间的双向电力互动。目前国内市场上也已出现了具备自放电功能的电动汽车车型,可以实现车与车之间、车与其他负荷之间、车与电网之间的电流双向传输。

  “电动汽车V2G参与系统调节,具有调峰响应速度快、调峰综合效率高、调峰过程网损小、初始投资成本低等优势。具备双向功率调节功能的电动汽车充放电转换可在毫秒内完成,而传统调峰由于考虑到机械原件的寿命,运行状态的切换时间较长。动力电池的充放电效率(85%~95%)比一般抽水能电站(75%)运行的平均综合能效更高。”刘坚介绍说。

  虽然电动汽车V2G技术具有一系列优势,但就目前而言其商业化推广也存在许多障碍。

  《研究》指出,电动汽车V2G的引入将改变现有电力市场结构,不仅增加了一类新的分散式电源,还改变了电网公司与发电个体之间的关系,使电网公司直接与充电具有随机性和利益复杂性的电动汽车用户发生关系。

  目前电动汽车V2G的市场环境仍不成熟,且其技术成熟度及经济效益仍然偏低。

  “从长远来看,随着电动汽车大规模应用,电池成本有望显著下降,电动汽车与电网互动不仅能够带来可观的经济效益,还具有巨大的社会和环境效益。”刘坚说。

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