我國發(fā)展電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施若干問題分析

關(guān)鍵字：電動汽車 充電站 國家電網(wǎng)

0 引言

2010 年年初國際氣候組織曾對40 名電動汽車相關(guān)行業(yè)專家進(jìn)行訪談，結(jié)果表明充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要程度在電動汽車發(fā)展眾多影響因素中排名第2，超過了購買價格因素，僅次于排名第1的電池技術(shù)提高因素。充電設(shè)施的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性作用各方已達(dá)成共識。

從國外發(fā)展情況來看，盡管國外主要發(fā)達(dá)國家的充電設(shè)施建設(shè)還處于起步階段，但是政府支持力度非常大。從國內(nèi)發(fā)展情況來看，我國充電設(shè)施建設(shè)主要參與者包括國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化、比亞迪等企業(yè)。近幾年來，我國已經(jīng)投產(chǎn)了一定數(shù)量的充電站與充電樁，充電方式有快充、慢充、換電池等多種，先期的工作為后續(xù)建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。目前，國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化等企業(yè)已經(jīng)與多數(shù)地方政府簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，制定了較為明確的建設(shè)目標(biāo)和計(jì)劃，充電站建設(shè)開始呈現(xiàn)加速發(fā)展的勢頭。

盡管充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在國內(nèi)外普遍得到高度重視，但是目前世界各國都面臨著相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與運(yùn)營模式不明確等一系列問題，我國亟待在試點(diǎn)基礎(chǔ)上加大研究和創(chuàng)新力度，探索一條適合我國國情的充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展道路。

充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)對象是電動汽車這一交通工具，而其服務(wù)內(nèi)容屬于用電服務(wù)，因而充電基礎(chǔ)設(shè)施具有雙重基礎(chǔ)設(shè)施特性，既是重要的電力服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，又是重要的現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施。理清充電基礎(chǔ)設(shè)施的本質(zhì)、屬性及其與電網(wǎng)的關(guān)系具有十分重要的意義。

1 充電服務(wù)的本質(zhì)是滿足一種新型用電需求

對于電動汽車這一新型電力用戶而言，其自身特點(diǎn)決定了其用電需求與普通電力用戶的需求有較大區(qū)別，具有移動性、多樣性、可引導(dǎo)性3個新特征。

1.1 電動汽車的用電需求具有移動性

與普通電力用戶的用電需求不一樣，電動汽車的用電需求具有顯著的移動性特征。這是因?yàn)樽鳛榻煌ㄟ\(yùn)輸工具，同一輛電動汽車可能會?？吭诙鄠€不同的位置，其用電需求也會在不同?？课恢瞄g移動，因此針對傳統(tǒng)用戶設(shè)計(jì)的“定點(diǎn)用電、定點(diǎn)計(jì)費(fèi)”的用電服務(wù)方式就不再適用，而必須為電動汽車用戶提供“多點(diǎn)用電、多點(diǎn)計(jì)費(fèi)”的用電服務(wù)。

1.2 電動汽車的用電需求具有多樣性

首先，不同種類電動汽車用戶的用電需求不同。如電動公交車、環(huán)衛(wèi)車、出租車和私人轎車的用電需求存在較大差異。其次，同一個電動汽車用戶存在多種用電需求，既有對電池快速更換的需求，也有對直流充電和交流充電的需求。

1.3 電動汽車的用電需求具有可引導(dǎo)性

電動汽車的用電需求具有很好的可引導(dǎo)性。在利用分時電價等手段進(jìn)行有效引導(dǎo)的情形下，能夠起到削峰填谷的作用，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。就目前采用的慢充技術(shù)而言，一般可在5～8 h 完成充電過程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%的汽車有95%的時間處于停駛狀態(tài)，這意味著通過合理的激勵手段和先進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)，能夠引導(dǎo)電動汽車用戶把充電時間安排在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時段，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的友好互動。

2 網(wǎng)絡(luò)化是充電基礎(chǔ)設(shè)施的基本屬性

從目前試點(diǎn)階段來看，眾多試點(diǎn)工程主要是為特定電動汽車用戶單獨(dú)建設(shè)充電樁和充電站。隨著未來電動汽車規(guī)模化發(fā)展，就需要根據(jù)其用電需求的移動性、多樣性、可引導(dǎo)性3 大特征，從系統(tǒng)優(yōu)化集成的角度，優(yōu)化充電站和充電樁的網(wǎng)點(diǎn)布局，并通過統(tǒng)一信息管理平臺構(gòu)建一個有機(jī)的充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高效、智能、規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營。網(wǎng)絡(luò)化屬性應(yīng)當(dāng)成為充電基礎(chǔ)設(shè)施的基本屬性，并作為我國開展充電基礎(chǔ)設(shè)施頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃布局的一項(xiàng)重要原則。

2.1 網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營能適應(yīng)電動汽車用電對移動性和多樣性的要求

對于電動汽車用戶而言，由于其用電需求的移動性和多樣性，用戶將希望基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商提供“多點(diǎn)用電、多點(diǎn)計(jì)費(fèi)”的多網(wǎng)點(diǎn)充電服務(wù)以及換電池、慢充、快充等多種方式相結(jié)合的多樣化充電服務(wù)。用戶的這類需求決定了我國充電設(shè)施建設(shè)不能采取“分散經(jīng)營、各自為政”的建設(shè)與運(yùn)營模式，而必須按照統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)用戶的實(shí)際需求，合理配置服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)和服務(wù)方式，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)范化的充電服務(wù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營有利于促進(jìn)充電服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)范有序發(fā)展

電動汽車充電服務(wù)屬于公用服務(wù)，與移動通信服務(wù)的需求類似，電動汽車用戶需要在較大區(qū)域范圍內(nèi)享受到規(guī)范一致、延續(xù)性好的充電服務(wù)，不希望出現(xiàn)無序發(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)不一的局面。構(gòu)建具有強(qiáng)大實(shí)力的充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營商，有助于確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)所有充電設(shè)施采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確保充電計(jì)量以及維護(hù)保養(yǎng)等一系列相關(guān)公共服務(wù)的規(guī)范性和一致性。同時，類比移動通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，政府相關(guān)管理部門對充電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也可通過發(fā)放經(jīng)營牌照等方式來有效規(guī)范行業(yè)發(fā)展，避免標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、服務(wù)不到位等問題。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營有利于發(fā)揮規(guī)模效益，降低系統(tǒng)運(yùn)維成本

為保障充換電服務(wù)質(zhì)量，運(yùn)營商必須保證充換電設(shè)施有一定的冗余度和備用，如北京奧運(yùn)公交線路的換電站就有60%的電池儲備率。如果采取分散經(jīng)營方式，則需要大量備用設(shè)施以保證服務(wù)質(zhì)量；而通過采用網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營和管理，可達(dá)到集約互補(bǔ)，有助于降低備用設(shè)施的需求總量，充分發(fā)揮充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的互補(bǔ)效益與規(guī)模效益，節(jié)約建設(shè)和運(yùn)營成本。另外，通過先進(jìn)的信息通信等手段，還可以提前讓用戶知曉鄰近網(wǎng)點(diǎn)充電設(shè)備的占用情況，用戶可輕松選擇空閑充電設(shè)施進(jìn)行充電，在方便用戶的同時提高充電設(shè)施利用效率。最后，通過網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營，有利于組建專業(yè)規(guī)范的技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍，提高技術(shù)服務(wù)水平，降低對相關(guān)人員以及設(shè)備需求，節(jié)約社會資源。

3 充電網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)具有不可分割的聯(lián)系

3.1 充電網(wǎng)絡(luò)對配電網(wǎng)具有明顯的依附性

目前國家4 部門出臺的補(bǔ)貼政策把插電式混合動力和純電動汽車作為主要支持對象，要求二者電池容量分別超過10 kW·h 和15 kW·h，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為3 000 元/（kW·h），而目前比亞迪E6 純電動車容量已經(jīng)超過60 kW·h。按照平均每輛車20 kW·h 的容量，假定快充采用1- 3C 充電方式（充電時間20~60 min），慢充采用0.2- 0.3C 充電方式（充電時間3~6 h），2 種情形下需要的充電功率分別為20~60 kW、4~6 kW，未來隨著電池容量成倍提高，其充電功率也需要成倍增加。

從充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)方面來看，由于充電功率較大且可能產(chǎn)生諧波污染，隨著充電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍與密度增大以及快充設(shè)備大規(guī)模應(yīng)用，必須評估其充電行為對配電網(wǎng)供電可靠性和電能質(zhì)量的影響，對不符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的充電設(shè)施進(jìn)行整改并由配電網(wǎng)管理部門實(shí)施必要的配電網(wǎng)升級改造工程。因此，充電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與優(yōu)化布局不能僅考慮電動汽車用電需求，還必須與配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)行管理結(jié)合起來，電網(wǎng)公司要掌握和引導(dǎo)充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局以及建設(shè)工作。從運(yùn)營管理方面來看，充電設(shè)施運(yùn)營服務(wù)的本質(zhì)是向電動汽車提供電能，充電站既對配電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電能質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，又必然會受到配電網(wǎng)運(yùn)行及控制的影響。充電網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)服務(wù)、電能計(jì)量、電費(fèi)結(jié)算、用電管理等方面都離不開配電網(wǎng)的支撐。

3.2 充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營應(yīng)與智能電網(wǎng)建設(shè)及管理相結(jié)合

充電網(wǎng)絡(luò)在滿足電動汽車新型用電需求之外的另一個重要效益是發(fā)揮電動汽車的儲能作用，通過合理安排充電時間來參與系統(tǒng)調(diào)峰，從而提高電力系統(tǒng)整體運(yùn)行效率，取得節(jié)能減排的巨大效益。未來隨著電池技術(shù)進(jìn)步，還有望實(shí)現(xiàn)電動汽車向電網(wǎng)放電功能，進(jìn)一步提高其參與系統(tǒng)調(diào)峰能力。要實(shí)現(xiàn)電動汽車對系統(tǒng)的調(diào)峰效益，必須將電池技術(shù)研發(fā)、充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、充電服務(wù)管理與智能電網(wǎng)結(jié)合起來。從規(guī)劃建設(shè)方面來看，無論是由電網(wǎng)企業(yè)還是其他參與方投資建設(shè)，充電網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)階段都必須要安裝智能電能表以及雙向通信設(shè)施，使其成為連接電網(wǎng)與電動汽車用戶的一個雙向互動平臺，并使之成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。從運(yùn)營管理方面來看，充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理平臺必須和智能電網(wǎng)相關(guān)管理平臺實(shí)現(xiàn)高效互動。充電網(wǎng)絡(luò)管理平臺根據(jù)從智能電網(wǎng)相關(guān)管理平臺獲取的電力供需形勢、實(shí)時電價等信息實(shí)現(xiàn)智能充電服務(wù)管理，引導(dǎo)用戶在用電低谷時段充電，幫助系統(tǒng)調(diào)峰。未來隨著電池技術(shù)進(jìn)步，還有可能實(shí)現(xiàn)電動汽車用戶在負(fù)荷高峰時向電網(wǎng)反向送電，發(fā)揮更大的“削峰填谷”效益。

另外，未來網(wǎng)絡(luò)中的大型充換電站還能夠作為儲能電站和應(yīng)急支撐電源。通過智能充電管理，一方面把電動汽車充電行為對配電網(wǎng)的影響降到最低，提高系統(tǒng)整體效率，另一方面通過峰谷電價機(jī)制降低用戶用電成本支出，實(shí)現(xiàn)“雙贏”。

4 電網(wǎng)企業(yè)在充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營中應(yīng)起主導(dǎo)作用

由于充電網(wǎng)絡(luò)自身的建設(shè)和運(yùn)營特點(diǎn)及其與電網(wǎng)之間不可分割的聯(lián)系，需要電網(wǎng)企業(yè)在充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營中結(jié)合自身的優(yōu)勢與特點(diǎn)，發(fā)揮主導(dǎo)作用，以有效推動我國充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

4.1 電網(wǎng)企業(yè)在充電設(shè)施建設(shè)相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)方面具備先發(fā)優(yōu)勢

電網(wǎng)企業(yè)自2006 年至今在電動汽車充電設(shè)施的研究與實(shí)踐方面開展了大量工作，取得了多項(xiàng)重要成果。目前我國電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)編制完成了充電站典型設(shè)計(jì)和多個相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，正積極參與國家標(biāo)準(zhǔn)研究與編制工作；在上海、唐山、河南、深圳等地建成了示范充電站與充電樁，電網(wǎng)企業(yè)與地方政府簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，為下一階段大規(guī)模示范應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)?？紤]到充電設(shè)施建設(shè)涉及配電線路改造與變壓器擴(kuò)容等配套工程設(shè)計(jì)與建設(shè)、電能質(zhì)量治理技術(shù)以及智能計(jì)量技術(shù)等，電網(wǎng)企業(yè)在充電設(shè)施建設(shè)相關(guān)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)方面具有較明顯的先發(fā)優(yōu)勢。

4.2 電網(wǎng)企業(yè)在提供充電服務(wù)方面具有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢和直銷優(yōu)勢

從服務(wù)網(wǎng)絡(luò)來看，未來建設(shè)的充電站和充電樁都在電網(wǎng)覆蓋范圍之內(nèi)，電網(wǎng)企業(yè)能夠更全面地掌握充電網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn)情況，并有針對性地進(jìn)行合理優(yōu)化。同時，依托現(xiàn)有配電網(wǎng)通信信息平臺以及營銷網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)企業(yè)更容易實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化管理與服務(wù)。

從銷售模式來看，電網(wǎng)企業(yè)直接把電力出售給電動汽車用戶不存在中間環(huán)節(jié)，既有助于提供更具價格優(yōu)勢的服務(wù)，又有助于更好地把握和滿足用戶需求。

4.3 電網(wǎng)企業(yè)能夠通過智能控制實(shí)現(xiàn)社會效益最大化

智能充電控制是實(shí)現(xiàn)電動汽車“削峰填谷”效益的關(guān)鍵，需要有智能充電管理平臺、通信信道、智能終端以及和電網(wǎng)的雙向互動作為支撐，建設(shè)成本和運(yùn)維成本較高。對于電網(wǎng)公司而言，保障安全、經(jīng)濟(jì)、清潔、可持續(xù)的電力供應(yīng)是其基本使命，具有開展智能充電相關(guān)工作的內(nèi)在驅(qū)動力。另外，由電網(wǎng)公司開展充電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以利用智能配電網(wǎng)中已有的信息管理平臺、通信信道以及智能電表終端實(shí)現(xiàn)智能充電控制，降低智能充電管理系統(tǒng)的建設(shè)成本和運(yùn)行成本，能夠最大化地節(jié)約社會資源。

因此，電網(wǎng)企業(yè)在開展智能充電業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)社會效益最大化方面，既有內(nèi)在動力，又有成本優(yōu)勢。

5 開展充電網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需要防范的風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)前，由于電動汽車發(fā)展技術(shù)路線、電池技術(shù)進(jìn)步、市場接受程度、運(yùn)營模式以及相關(guān)政策等方面還存在著較大的不確定性，我國相關(guān)企業(yè)在開展充電網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)方面要加強(qiáng)發(fā)展策略研究，注重防范相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

5.1 技術(shù)路線和標(biāo)準(zhǔn)的不確定性帶來的風(fēng)險(xiǎn)

目前電動汽車發(fā)展技術(shù)路線和充電設(shè)施的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還有一定的不確定性。比如說，插電式混合動力和純電動這2 種不同技術(shù)路線對于充電設(shè)施的需求有較大區(qū)別，充電設(shè)施自身的接口標(biāo)準(zhǔn)、功率標(biāo)準(zhǔn)對于充電設(shè)施建設(shè)都有較大的影響。需要防范采用過高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)帶來的高成本風(fēng)險(xiǎn)，以及采用過低建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)帶來的翻新重建風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 市場接受程度的不確定性帶來的風(fēng)險(xiǎn)

目前，示范推廣應(yīng)用的電動汽車主要以公交車、出租車、郵政、環(huán)衛(wèi)等專用車輛為主，還難以判斷電動汽車以及配套充電服務(wù)未來的市場接受程度，普通消費(fèi)者對于電動汽車以及其配套充電服務(wù)將有一個從了解到逐步接受的過程。因此，針對私人乘用車充電設(shè)施的建設(shè)應(yīng)采取審慎的態(tài)度，既要防范建設(shè)過于激進(jìn)帶來的充電設(shè)施利用效率過低的風(fēng)險(xiǎn)，也要防范建設(shè)過于保守而不能滿足推動私人電動汽車市場發(fā)展的要求。

5.3 運(yùn)營模式不確定性帶來的風(fēng)險(xiǎn)

目前還沒有成熟的充電服務(wù)運(yùn)營模式得到廣泛認(rèn)同，還需要進(jìn)一步探索各類運(yùn)營模式及其適用對象，并最終形成可持續(xù)發(fā)展的一類或多類商業(yè)運(yùn)營模式。如直流快充對電池壽命影響較大，難以大范圍推廣應(yīng)用；交流慢充要求具備較好停車庫（位）條件，難以覆蓋全部用戶；電池更換技術(shù)具有電池更換時間短、選址靈活的優(yōu)點(diǎn)，具備規(guī)?；瘧?yīng)用條件，應(yīng)成為下一步發(fā)展重點(diǎn)，但需要加快動力電池標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。另外，由于國家層面和地方政府對于充電網(wǎng)絡(luò)的定位、行業(yè)準(zhǔn)入、優(yōu)惠措施都還沒有明確出臺相關(guān)政策，對相關(guān)運(yùn)營模式的發(fā)展也帶來了一定的不確定性。因此，要避免陷入可持續(xù)發(fā)展能力不強(qiáng)的運(yùn)營模式中。

6 結(jié)語

充電基礎(chǔ)設(shè)施是電動汽車產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，未來市場發(fā)展空間巨大，其基本屬性、建設(shè)和運(yùn)行特性決定了充電設(shè)施與電網(wǎng)具有密不可分的聯(lián)系。充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營業(yè)務(wù)不是普通完全市場化的競爭性業(yè)務(wù)，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮電網(wǎng)企業(yè)在其建設(shè)和運(yùn)營當(dāng)中的主導(dǎo)作用，由政府部門、電網(wǎng)企業(yè)、市政部門、相關(guān)行業(yè)以及社會公眾通力配合、共同推進(jìn)。

建議政府及相關(guān)部門積極開展充電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系、商業(yè)模式、互動方式等方面的重大問題研究，加快研究制定我國充電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

（1）進(jìn)一步深化充電設(shè)施運(yùn)營管理等重要問題研究。在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上，緊密跟蹤國外最新發(fā)展動態(tài)，結(jié)合我國電動汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)際發(fā)展需要，由政府部門、電網(wǎng)企業(yè)以及其他權(quán)威研究機(jī)構(gòu)合作開展我國充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略研究。同時需積極組織開展充電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布局、服務(wù)定價機(jī)制、參與系統(tǒng)調(diào)峰等專題研究。

（2） 重點(diǎn)制定大中城市充電網(wǎng)絡(luò)“十二五”及中長期規(guī)劃并爭取納入各地城市發(fā)展規(guī)劃。在對充電站（樁）關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加快研究制定充電網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系，以有效支撐充電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化和集約化發(fā)展需要。

（3）加強(qiáng)對公眾的宣傳普及力度。加強(qiáng)向社會公眾宣傳電動汽車的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，及時宣傳我國在充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面的最新進(jìn)展、相關(guān)法律法規(guī)以及優(yōu)惠政策。同時，應(yīng)考慮制定一些激勵措施，引導(dǎo)公眾積極使用充電網(wǎng)絡(luò)，取得公眾對于充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營的支持，為加快推進(jìn)充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)培養(yǎng)良好的用戶群體。