電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)

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電動(dòng)汽車 與智能電網(wǎng) 李武峰 中國(guó)電力科學(xué)研究院 2010年 12月 主要內(nèi)容 一． 電動(dòng)汽車及其充電設(shè)施 二． 電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)影響 三． 電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)結(jié)合 一 、 電動(dòng)汽車及其充電設(shè)施 11:46 電動(dòng)汽車規(guī)模化發(fā)展趨勢(shì) ? 我國(guó)將電動(dòng)汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) ， 出臺(tái)了一系列扶持政策 ， 積極鼓勵(lì)電動(dòng)汽車發(fā)展 。 ? 我國(guó)正在開展公共服務(wù)領(lǐng)域和私人用車領(lǐng)域電動(dòng)汽車大規(guī)模商業(yè)化示范運(yùn)行 。 ? 根據(jù)預(yù)測(cè)： 2015年我國(guó)電動(dòng)汽車保有量將達(dá)到50萬(wàn)輛 ， 2020年達(dá)到 500萬(wàn)輛 。 我國(guó)電動(dòng)汽車保有量持續(xù)增加是 必然趨勢(shì) 。 電動(dòng)汽車的分類 按用途分類： ?集團(tuán)用車 ： 公交車 、 環(huán)衛(wèi)車 、 郵政車 、 電力車等 。行駛特性有一定規(guī)律 ， 有固定停車場(chǎng)所 。 ?社會(huì)車輛 ：公務(wù)車和出租車等 。 行駛隨機(jī)性 較強(qiáng) ，行駛半徑大 。 ?私人乘用車 ：行駛隨機(jī)性 極大 ， 行駛里程短 ， 停駛時(shí)間長(zhǎng) 。 私人用電動(dòng)汽車將會(huì)占很大比例 。 電動(dòng)汽車充電設(shè)施 基礎(chǔ)設(shè)施 交流充電樁 直流充電站 快速充電站 電池更換站 外觀 能力 3在 320在 350在3080%） 利用自動(dòng)化設(shè)備，可在 10發(fā)展特征： 網(wǎng)絡(luò)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化 充電設(shè)施建設(shè)模式 ?充電設(shè)施的用戶 ：公交車 、 出租車 、 集團(tuán)車 、 私家車 ?充電設(shè)施的配置原則和比例 ：經(jīng)濟(jì)性 、 運(yùn)營(yíng)管理 ?充電設(shè)施的功率等級(jí)和規(guī)模 ：大型充電站 、 中型充電站 、小型充電站； ?充電設(shè)施的選址 ：滿足一定的服務(wù)半徑和服務(wù)能力 ， 符合所在電網(wǎng)規(guī)劃和容量要求 電動(dòng)汽車類型 充電設(shè)施建設(shè)模式 公交車、集團(tuán)車 電池更換、常規(guī)充電 出租汽車 電池更換、公共快速充電 私人乘用車 專用停車位常規(guī)充電，臨時(shí)停車位常規(guī)充電，電池 更換、快速充電充電 電動(dòng)汽車用戶的充電行為 ?充電地點(diǎn) ：居住地點(diǎn) 、 辦公地點(diǎn) 、 公共充電站 。 ?充電時(shí)間： 每日或每次行程結(jié)束后即開始充電 ，或選擇在低電價(jià)時(shí)段充電 。 ?充電功率： 快充或慢充 。 美國(guó)加州私人乘用車調(diào)查數(shù)據(jù) : （ 1） 75%～ 80%在住所停車場(chǎng)通過交流充電樁滿足； （ 2） 10%～ 15%在工作場(chǎng)合通過交流充電樁滿足； （ 3） 僅有 5%～ 10%通過公共充電設(shè)施滿足 。 二 、 電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響 電動(dòng)汽車發(fā)展對(duì)電網(wǎng)影響 ?至 2009年底 ， 我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量為 我國(guó)民用汽車保有量為 7619萬(wàn)輛 。 假定每輛電動(dòng)汽車充電功率為 10千瓦 ， 總功率將達(dá)到 ?我國(guó)電網(wǎng)負(fù)荷 峰谷比日益增大 ， 平均峰谷差率己經(jīng)達(dá)到 1:電網(wǎng)面臨的調(diào)峰任務(wù)和壓力日趨嚴(yán)峻 。 ?電動(dòng)汽車很可能成為 未來(lái)電網(wǎng)中數(shù)量最多的一類負(fù)荷 ， 其動(dòng)態(tài)特性將對(duì)電網(wǎng)安全 、 穩(wěn)定 、 經(jīng)濟(jì) 、 高效運(yùn)行以及輸配電網(wǎng)的建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn) 。 規(guī)模化電動(dòng)汽車充電引發(fā)負(fù)荷增長(zhǎng) ?需求量大 : 引發(fā)新一輪負(fù)荷增長(zhǎng) ， 大量充電設(shè)施建設(shè)對(duì)電網(wǎng)升級(jí)改造提出更多要求 ， 需要 新增裝機(jī)容量 ， 增加電網(wǎng)建設(shè)投資 。 ?峰上加峰 : 電網(wǎng)峰谷差率不斷加大 ， 規(guī)?；妱?dòng)汽車充電將進(jìn)一步加大電網(wǎng)的峰谷差率 ， 造成 發(fā)電成本高 、 電網(wǎng)運(yùn)行效率低 。 ?隨機(jī)性強(qiáng) : 受多種因素的影響 ， 電動(dòng)汽車充電需求在時(shí)間和空間上具有隨機(jī)性 、 分散性特點(diǎn) ， 增加電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理的難度 。 充電對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線影響 如果充電協(xié)調(diào)不好，將會(huì)出現(xiàn)“峰上加峰”，增大電網(wǎng)調(diào)峰難度，加大輸配電網(wǎng)建設(shè)壓力，降低發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的運(yùn)行效率。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24600800100012001400160018002000未經(jīng)引導(dǎo)的充電原負(fù)荷10 萬(wàn)輛30 萬(wàn)輛50 萬(wàn)輛100 萬(wàn)輛未經(jīng)引導(dǎo) （ 集中充電 ） 電網(wǎng)最大負(fù)荷增長(zhǎng) 三 、 電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)結(jié)合 智能電網(wǎng)的內(nèi)涵 ?范圍 ： 發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度環(huán)節(jié) ?特征 ： 信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化 ?目標(biāo) ： 堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng) 電動(dòng)汽車在智能電網(wǎng)中的作用 ?充電時(shí)可看作為用電負(fù)荷 。 目前車載充電機(jī)功率一般為 3 未來(lái)可能增長(zhǎng)到 10 ?停駛時(shí)具備儲(chǔ)電能力 。 隨著電池技術(shù)的成熟 。 在特定條件下可向電網(wǎng)送電 ， 可看作為發(fā)電機(jī)或電源 。 ?電動(dòng)汽車保有量很大 。 規(guī)?；妱?dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)而言將是重要可用資源 。 電動(dòng)汽車充電負(fù)荷具有可調(diào)節(jié)特性 ? 停駛時(shí)間長(zhǎng) ：大部分私人汽車平均每日停駛時(shí)間不少于 20小時(shí) 。 美國(guó)普通車輛每天駕駛時(shí)間 1小時(shí) ， 其他 23小時(shí)都是停駛狀態(tài) 。 ? 需求較寬松 ：用戶在下一次使用前充電至必要電量 。 電動(dòng)商用車： 一定的可調(diào)節(jié)性 ， 其充電設(shè)施較為集中 ， 調(diào)整其充電行為較為便利 。 電動(dòng)乘用車： 可調(diào)節(jié)性較強(qiáng) ， 有充足的時(shí)間及充電功率裕度 ， 在滿足電動(dòng)乘用車行駛需求的前提下 ， 可以合理引導(dǎo)或調(diào)整其充電行為 。 024680 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 23 24024680 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 23 24電動(dòng)汽車充電控制方式 ?時(shí)間控制 ：電動(dòng)汽車在給定時(shí)刻 、 通常電費(fèi)或負(fù)荷處于低谷階段開始充電 。 對(duì)負(fù)荷曲線有所改善 ， 但由于控制方式單一 、方法簡(jiǎn)單 ， 仍然存在負(fù)荷尖峰 。 ?智能控制 ：電動(dòng)汽車與電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信 ， 充電受電網(wǎng)控制， 可在電網(wǎng)允許時(shí)進(jìn)行充電 ， 還可根據(jù)電網(wǎng)的需要為電網(wǎng)提供部分輔助服務(wù) 。 ?電價(jià)引導(dǎo) ：基于開放的電力市場(chǎng)環(huán)境 ， 通過電價(jià)信號(hào)引導(dǎo)電動(dòng)汽車充電 ， 智能充電裝置可根據(jù)電價(jià)信號(hào)為用戶制定最經(jīng)濟(jì)的充電方案 。 電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)的結(jié)合方式 ?交互方式 ? 能量交互 :作為移動(dòng)式分布儲(chǔ)能單元 ， 與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙向能量流動(dòng) (根據(jù)電網(wǎng)或者電動(dòng)汽車的需要 ) ； ? 信息交互 :電動(dòng)汽車 、 用戶 、 電網(wǎng)之間建立信息交互 (車輛能量狀態(tài) 、 電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài) 、 計(jì)費(fèi)信息等 ) 。 ?應(yīng)用方向 ： 利用谷電充電 、 利用可再生能源充電 、 向電網(wǎng)放電 、 為電網(wǎng)提供備用容量 。 ?應(yīng)用層面 ： 削峰填谷 、 微網(wǎng) 、 輔助服務(wù) 、 促進(jìn)可再生能源接入 ， 參與車輛數(shù)量不同 ， 不同層面需要相應(yīng)的控制策略 。 電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)互動(dòng)的構(gòu)架 國(guó)內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 (1) ?美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 （發(fā)布了名為 “ 的智能充電控制裝置 ，可接收電費(fèi)價(jià)格設(shè)定等信息 ， 自動(dòng)避開高峰時(shí)間充電 。 ?美國(guó)特立華大學(xué) 2007年成功將一輛 (接入電網(wǎng)并接受調(diào)度命令 ， 車輛作為調(diào)頻 、 備用發(fā)電設(shè)備， 據(jù)計(jì)算每車每年為電力公司帶來(lái) 4000美元的效益 。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (2) ?美國(guó) 公司 ：一定數(shù)量的豐田普銳斯 ?美國(guó) 6輛福特 ?丹麥 ：可持續(xù)能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在對(duì)電動(dòng)汽車負(fù)荷管理和儲(chǔ)能進(jìn)行研究， 以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性 。 ?中國(guó) ：上海世博園對(duì)單臺(tái)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)的進(jìn)行了演示 。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ?合工作組 電動(dòng)汽車與電網(wǎng)通訊 —— 5118系列 （ 草稿 ） ?美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì) （ 電動(dòng)汽車與電網(wǎng)通訊 —— 2847 系列 、 2836 系列 、2931 系列 （ 正在制定 ） 電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的能量傳輸 —— 2293 系列 、 2758（ 正在制定 ） ?中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 電動(dòng)汽車車載充電機(jī)與交流充電樁通訊協(xié)議 》（ 征求意見稿 ） 效益分析 1. 為電動(dòng)汽車用戶提供智能化 、 個(gè)性化充電服務(wù) ， 提高用戶使用電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性和便利性 。 2. 減少電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響 ， 保障電動(dòng)汽車的可靠能源供給 。 3. 改善電網(wǎng)供電可靠性 ， 優(yōu)化電力設(shè)備利用水平 ， 提高電網(wǎng)運(yùn)行效率 。 4. 促進(jìn)風(fēng)能 、 太陽(yáng)能等間歇性可再生能源的開發(fā)利用 。 5. 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的雙贏 ， 推動(dòng)電動(dòng)汽車市場(chǎng)化發(fā)展 。 6. 提高綜合節(jié)能減排效益 ， 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)戰(zhàn)略發(fā)展 。 谷電利用 ?降低峰谷差 ， 提高設(shè)備利用效率 ， 減少電網(wǎng)建設(shè)改造投資 。 ?我國(guó)目前每天有超過 9億度低谷電 ， 可供約 5000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車充電 。 改善電網(wǎng)負(fù)荷特性 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24600800100012001400160018002000未經(jīng)引導(dǎo)的充電原負(fù)荷10 萬(wàn)輛30 萬(wàn)輛50 萬(wàn)輛100 萬(wàn)輛發(fā)展 遠(yuǎn)景 歡迎批評(píng)指正！