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电动汽车统合成储能系统

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发布时间:2019-05-16 18:00:59

电动汽车统合成储能系统


  根据欧盟“EUCO30”项目预测,2030年欧洲电动车将达到3500万辆,2050年达到1亿9000万辆。按照这个预测,2050年欧盟乘用车交通能源需求的34%将会是电力,增加的相关电力需求达到3560亿千瓦时。大规模电动车的应用将增加电力需求并对电力系统产生影响,欧盟对此展开研究,2018年6月,部分相关成果汇集成文——《电动车对电力系统和可再生能源消纳的影响》(以下简称“报告”)。研究结果表明,通过IT技术和政策措施,把所有的电动车统合成一个储能系统,将能增强电网的弹性,扩大新能源消纳空间。对大力发展电动车的中国而言,这个思路毫无疑问也是一个重要的参照。


  即刻充电消耗电力系统调峰容量



  而智能充电提高电网弹性


  电动车大规模替代现有燃油汽车后,作为一个整体,电动车的充电将成为影响电力系统运行的一个重要因素。这种影响意味着交通部门增加额外的电力需求。这种影响不仅仅是电力需求总量的增加,而且还包括对全天每小时的电力负荷曲线产生影响,进而对发电、输电、配电等基础设施提出了更高要求。


  如果没有任何政策引导、没有任何管理措施规范,电动车随意地到站即刻充电将导致电力系统无法满足部分其他潜在电力需求,也会额外消耗电力系统的调峰容量。但是,如果协调好充电过程,那么电动车充电对电力系统的影响就能够得到控制。电动车反而能够为电力系统增加弹性,减少电力基础设施的投资。与未协调的充电过程相比,智能充电也能帮助减少电力负荷波动,最终降低电力价格。整体上看,如果采用优化的充电策略,电力系统的弹性将会得到增强,进而扩大新能源的消纳空间。


  车网一体让电能在电动车和


  电力系统之间双向流动


  智能充电实施的不同阶段代表着电动车和电力系统一体化融合的不同层次。这些不同阶段包括:常规情景、安全情景、主动情景和智能电网情景阶段。从常规情景到智能电网情景,电动车消费电力占电力系统全部电力需求的比重在不断上升。常规情景和安全情景阶段,这个比重在20%左右,主动情景和智能电网情景阶段,这个比重在40%左右。


  在常规情景中,假定电动车一到充电站就开始充电,越早完成充电越好。这一阶段电动车和电力系统的融合程度是最低的。其中不涉及任何负荷管理,也没有激励措施来平抑充电过程。这种情景下,电力系统将会受到负面影响,因此强化电网和电力系统势在必行。


  在安全情景中,负荷管理被引入,这对电动车使用者充电行为模式将产生一些影响。带来的好处是减少电网尖峰负荷,降低电网强化建设的需求等。负荷管理的具体措施可以是采用分时电价。基础设施之间通信畅通是这个政策实施的前提。


  在主动情景中,电动车电力消费占全网电力消费的比重达到40%左右,负荷管理被频繁使用。这个阶段负荷管理更加复杂,电动车服务提供商将和配电网系统调度员相互沟通。相应地,这个阶段的激励政策将更有弹性以适应不同负荷管理措施下变化的充电行为模式。比如,在电力市场价格最低时充电或者在尖峰负荷时限制充电等。而只有引入实时电价政策,在市场价格最低时充电才有可能实现。


  在智能电网情景中,电动车和电网的融合程度是最高的。这个阶段最醒目的变化是能量在电动车和电网之间双向流动。双向流动使得电动车能够把蓄电池中的电注入到电网中,这被称作“Vehicle-to-Grid(V2G)”。电动车向电网提供服务成为了可能,一个竞争性的市场也就形成了。这种深度融合提高了电网的弹性,甚至能让电力系统更好地消纳可再生能源而不需要额外的电力系统和电网建设。


  实时电价充电可削减调峰容量


  电动车主也节省电费


  电动车充电模式可分为四种:即刻充电模式(Immediatescenario,Imm)、分时电价充电模式(Time-of-use,ToU)、实时电价充电模式(RealtimePrice,RTP)和混合充电模式(Mix)。即刻充电模式也就是电动车什么时候到什么时候充电的模式,是一种随意行为模式。分时电价充电模式和实时电价充电模式则运用了电价激励措施改变了人们的充电行为。分时电价充电模式将引导人们按照静态的固定价格表在时间允许范围内最低电价时充电。实时电价充电模式将按照随每小时不停变化的实时电价引导人们在时间允许范围内最低电价时充电。在实际运行过程中,考虑到电动车必须在到达充电桩和离开充电桩之间充电,分时电价充电模式和实时电价充电模式下,仍然会有即刻充电的存在。


  在实时电价充电模式的基础上,如果电动车服从电网调度,限制最大同时在线充电容量,则形成遵从电网模式(Gridcompliant,GC);如果电动车能够向电网注入电能,就会形成车网一体模式(VehicletoGrid,V2G)。


  研究表明,2030年,电动车在即刻充电模式下将因为在高剩余负荷时期充电导致尖峰负荷增加。如果没有充足的电力供应,负荷损失将不可避免。采用分时电价充电模式,激励人们在低电价时段充电,将避免增加额外的高峰负荷(包括日高峰和晚高峰负荷),进而显著地减少未满足的潜在电力需求(expectedenergynotserved)。同时,相比于即刻充电模式,分时电价充电模式也减少了对调峰容量的消耗,这会降低电力系统供电的边际成本。采用实时电价充电模式可以进一步削减调峰容量,并充分利用基荷容量。当然,电动车使用者也会从中受益,节省电费。


  车网一体化系统融合


  亟需汇集众多消费者的中间商


  毫无疑问,从长远来看,电动车必须和电力系统融合,其益处是显而易见的。但是,采用哪种对电力系统友好而成本较低的方法去融合是值得进一步讨论的。从欧盟的经验看,导入随时间变化的动态电价体系,比如分时电价或者实时电价,能在电动车保有规模不断扩大的将来很好地避免未协调的充电行为对电网带来的冲击。此外,车网一体化(V2G)思路也值得我们借鉴。电动车智能充电不仅可以作为一种和电力系统融合的方式,也可以把电动车中安装的电池作为电力系统重要的储能系统来增加电力系统弹性。


  分时电价充电模式或者实时电价充电模式需要通信和数据流在终端消费者和服务提供商或者中间商以及电网调度中心之间无障碍传输。采用最新计量产品和信息科技就显得尤为重要。这就要求我们在发展电动车时,也要把相关配套设备及设施的研发建设提上议事日程。


  要想打通车网之间的通道,发展车网一体化(V2G)不仅需要高级通信技术和管理解决方案,而且需要让电动车所有者或中间商能够进入各自对应的市场,并接入系统服务。因此,能汇集众多终端消费者的中间商需要被引入交易系统中,为稀缺的电力系统弹性建立有效的稀缺资源价格体系也迫在眉睫。