電動(dòng)汽車(chē)規(guī)模化增長(zhǎng)將影響到電網(wǎng)的升級(jí)改造，為能夠合理進(jìn)行新增設(shè)施建設(shè)與舊有設(shè)施改造升級(jí)的規(guī)劃，需要就電動(dòng)汽車(chē)推廣對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響進(jìn)行定量分析。

6月18日，在中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)與世界資源研究所共同舉辦的“中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)和電網(wǎng)協(xié)同路線圖研究”發(fā)布會(huì)上，雙方聯(lián)合發(fā)布了《新能源汽車(chē)如何更好地接入電網(wǎng)：中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)協(xié)同的路線圖與政策建議》系列報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱(chēng)報(bào)告）。其中，報(bào)告量化分析了未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電網(wǎng)的影響，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步定量分析不同的車(chē)網(wǎng)協(xié)同措施能在多大程度上緩解電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量增長(zhǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響。

據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國(guó)新能源汽車(chē)保有量達(dá)381萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)汽車(chē)保有量310萬(wàn)輛，占新能源汽車(chē)總量81.19%。今年上半年受疫情影響，車(chē)市銷(xiāo)量不佳，根據(jù)乘聯(lián)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)，1-5月新能源狹義乘用車(chē)?yán)塾?jì)銷(xiāo)量23萬(wàn)輛。

而據(jù)中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司數(shù)據(jù)資源中心在2019年的預(yù)測(cè)，在基準(zhǔn)情景下（執(zhí)行現(xiàn)有政策），2050年中國(guó)純電動(dòng)乘用車(chē)保有量將達(dá)到2.3億輛；在激進(jìn)情景下（基準(zhǔn)情景基礎(chǔ)上考慮2035年起實(shí)施分區(qū)域、分車(chē)型的禁燃政策），純電動(dòng)乘用車(chē)保有量將在2050年上升至3.5億輛。

報(bào)告以此預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電和出行的大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立模型，對(duì)未來(lái)不同情景下電動(dòng)汽車(chē)對(duì)發(fā)電側(cè)（宏觀層面）、配電側(cè)（微觀層面）帶來(lái)的影響進(jìn)行評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮在車(chē)網(wǎng)協(xié)同的條件下，利用電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷的靈活特性，能夠多大程度緩解其數(shù)量增長(zhǎng)對(duì)配電側(cè)帶來(lái)的影響。

一、未來(lái)主力軍：私家電動(dòng)車(chē)的出行與充電規(guī)律

由于私家電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)將在數(shù)量上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且在出行與充電行為上存在較強(qiáng)的隨機(jī)性，因此，對(duì)私家電動(dòng)汽車(chē)出行和充電行為特征的深入了解是分析電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電網(wǎng)影響的前提。

報(bào)告以城市為單位，根據(jù)新能源汽車(chē)規(guī)模、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不同，選擇了8個(gè)具有代表性的城市——北京、上海、深圳、南京、蘇州、廈門(mén)、蕪湖和臨沂——對(duì)23.4萬(wàn)輛私家電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。需要指出的是，報(bào)告所選擇的研究數(shù)據(jù)為2018年夏季（6-8月）工作日的居民出行和充電數(shù)據(jù)。

01 日行駛里程80%不超過(guò)50公里，充電頻次以一天一充為主

圖1 | 日行駛里程統(tǒng)計(jì)

私家車(chē)在工作日的出行以日常通勤為主。無(wú)論城市大小，私家電動(dòng)車(chē)的日行駛里程基本一致：50%的私家電動(dòng)汽車(chē)日行駛里程小于30公里，而80%的私家電動(dòng)汽車(chē)日行駛里程不超過(guò)50公里。

圖2 | 充電頻次統(tǒng)計(jì)

盡管以日行駛里程推算，電動(dòng)汽車(chē)搭載的動(dòng)力電池容量在40-60kWh，但是從充電頻次上看，依然是以“一天一充”為主。其中，快充頻次略低于慢充，“一天一充”與“一周及以上1充”占比相當(dāng)。此外，目前各個(gè)城市私家電動(dòng)汽車(chē)充電以慢充為主，且以3.5kW慢充最為主流，僅有北京快充占比高達(dá)30%。

02 各地起始充電時(shí)間在細(xì)節(jié)上有差異，多傾向于一次充滿(mǎn)

在報(bào)告選擇的八個(gè)城市中，私家電動(dòng)汽車(chē)的起始充電時(shí)間規(guī)律大致上相同，但是受到不同城市工作時(shí)間、峰谷電價(jià)差、充電樁配套完善程度等因素的影響，起始充電時(shí)間在細(xì)節(jié)上有所差異：蕪湖的起始充電時(shí)間集中在早晨7點(diǎn)到9點(diǎn)之間，表明居民是在達(dá)到辦公地點(diǎn)后開(kāi)始充電；而蘇州、南京、廈門(mén)和臨沂的起始充電時(shí)間在集中在下午17點(diǎn)到晚上20點(diǎn)，是下班后開(kāi)始充電；而北京、上海、深圳等則是集中在晚上20點(diǎn)之后，尤其深圳的高峰期在晚上23-24點(diǎn)。

圖3 | 起始充電時(shí)間

私家電動(dòng)汽車(chē)快充與慢充起始充電時(shí)間差異較為明顯，但不同城市的快充、慢充規(guī)律相似。其中快充開(kāi)始時(shí)間與燃油車(chē)加油時(shí)間分布類(lèi)似，多發(fā)生于日間。未來(lái)快充、慢充充電比例的變化會(huì)導(dǎo)致全社會(huì)的充電起始時(shí)間曲線發(fā)生變化，特別是決定未來(lái)的宏觀層面充電負(fù)荷峰值是集中于夜間還是白天。而無(wú)論選擇快充還是慢充，居民在充電時(shí)更習(xí)慣于充滿(mǎn)。

圖4 | 不同城市快、慢充起始充電時(shí)間對(duì)比

二、不同城市場(chǎng)景下電動(dòng)汽車(chē)如何影響電網(wǎng)？

電動(dòng)汽車(chē)對(duì)發(fā)電側(cè)的影響需要結(jié)合城市特點(diǎn)與不同情景做具體分析。報(bào)告選擇了八個(gè)城市中差異較大的北京與蘇州進(jìn)行對(duì)比分析：北京代表電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模大，快充占據(jù)一定比例的城市，城市用電量以居民用電和第三產(chǎn)業(yè)用電為主；蘇州則代表電動(dòng)汽車(chē)規(guī)模中等，以慢充為主的城市，城市用電量以工業(yè)用電為主。

01 政策影響下不同城市的電動(dòng)汽車(chē)保有量預(yù)測(cè)

考慮到兩個(gè)城市在發(fā)展新能源汽車(chē)上政策有所不同，故而兩個(gè)城市的基準(zhǔn)情景與激進(jìn)情景設(shè)定有所不同：

1. 北京基準(zhǔn)情景：假設(shè)于2030年開(kāi)始實(shí)施禁燃政策。

2. 北京激進(jìn)情景：假設(shè)于2025年開(kāi)始實(shí)施禁燃政策，自2030年對(duì)所有換購(gòu)車(chē)輛執(zhí)行禁燃政策。

3. 蘇州基準(zhǔn)情景：無(wú)禁燃政策，按照既有政策發(fā)展。

4. 蘇州激進(jìn)情景：假設(shè)于2038年開(kāi)始實(shí)施禁燃政策。

報(bào)告在此基礎(chǔ)上對(duì)兩個(gè)城市2035年與2050年的電動(dòng)汽車(chē)保有量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。其中在新能源乘用車(chē)方面，北京激進(jìn)情景下乘用車(chē)將全部為新能源車(chē)，數(shù)量預(yù)計(jì)為673萬(wàn)輛；蘇州激進(jìn)情景下新能源乘用車(chē)占比81%，達(dá)489萬(wàn)輛。

圖5 | 北京和蘇州未來(lái)新能源乘用車(chē)保有量預(yù)測(cè)

02 城市特點(diǎn)決定快充比例發(fā)展

隨著大功率快充商業(yè)化，不同城市在充電類(lèi)型選擇上會(huì)呈現(xiàn)異質(zhì)化。一些大型城市的停車(chē)位數(shù)量短缺，充電樁建設(shè)會(huì)面臨先天制約，如北京和廣州；另一些城市的老舊小區(qū)電網(wǎng)容量不足、缺乏配電網(wǎng)擴(kuò)容條件，如西南地區(qū)的城市。

以上兩種情況下，在未來(lái)，城市相對(duì)更加依賴(lài)公共快充，快充占比可能相對(duì)更高。而在一些停車(chē)位充分、配電網(wǎng)容量充足的城市，可能仍會(huì)沿用目前慢充為主的模式，快充占比雖然會(huì)上升，但仍然會(huì)以慢充為主流。

圖6 | 北京、蘇州未來(lái)快充比例預(yù)測(cè)

03 電動(dòng)車(chē)未來(lái)對(duì)全網(wǎng)用電量/負(fù)荷的影響仍存在較大變數(shù)

在基準(zhǔn)情景與激進(jìn)情景下，電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷組成與負(fù)荷曲線有顯著差異。

從用電量來(lái)看，北京2050年激進(jìn)情景下，電動(dòng)汽車(chē)日用電量約占北京全社會(huì)用電量的10.9%；基準(zhǔn)情景下占比約為5.0%；蘇州2050年激進(jìn)情景下，電動(dòng)汽車(chē)用電量將占全社會(huì)用電量的8.6%，基準(zhǔn)情景下的電動(dòng)汽車(chē)用電量則占3.0%。

從夏季用電負(fù)荷來(lái)看（對(duì)比此前收集的夏季出行與充電數(shù)據(jù)），北京2050年激進(jìn)情景下，疊加電動(dòng)汽車(chē)充電后負(fù)荷峰值提高3928MW，相當(dāng)于五個(gè)800MW裝機(jī)容量的發(fā)電廠滿(mǎn)負(fù)荷出力，日負(fù)荷的峰谷差繼續(xù)擴(kuò)大；而蘇州同樣條件下，負(fù)荷峰值提高3787MW。

圖7 | 北京與蘇州2050年不同情景下夏季負(fù)荷對(duì)比

整體從宏觀看，電動(dòng)車(chē)對(duì)全網(wǎng)的用電量、負(fù)荷可能造成的影響仍然存在較大變數(shù)。未來(lái)兩個(gè)城市新能源汽車(chē)對(duì)全網(wǎng)峰值負(fù)荷可能造成的影響幅度區(qū)間較大：2035年兩個(gè)城市峰值負(fù)荷增幅大致在1.6%～11.9%區(qū)間，2050年峰值負(fù)荷增幅也在3.1%～11.3%區(qū)間。這種不確定性不僅受新能源汽車(chē)未來(lái)推廣規(guī)模的影響，也受私家車(chē)快充占比和充電同時(shí)率的影響：當(dāng)快充比例高時(shí)，因充電頻率降低，車(chē)輛充電功率和每次充電的電量也更高，如果快充車(chē)輛集中在同一時(shí)間充電，更易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。

圖8 | 兩個(gè)城市電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)全網(wǎng)峰值負(fù)荷變化影響

三、電動(dòng)汽車(chē)充電模式變化如何影響配電網(wǎng)？

與對(duì)發(fā)電側(cè)的影響在中長(zhǎng)期浮現(xiàn)不同，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電對(duì)配電網(wǎng)的影響在當(dāng)前已經(jīng)呈現(xiàn)，一些重載的配變系統(tǒng)和集中式大功率快充站所在的配變已經(jīng)受到影響。在配電網(wǎng)層面，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電時(shí)的充電負(fù)荷隨機(jī)性更大，且隨著規(guī)模增長(zhǎng)，充電隨機(jī)性的微小變化可能造成本地負(fù)荷的劇烈變化，導(dǎo)致配變超容，影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行。故而，對(duì)配電側(cè)的定量分析也就更為重要。

考慮到10kV配電線路最易受到電動(dòng)汽車(chē)規(guī)模化推廣的影響，報(bào)告僅分析了10kV的情況。在10kV配變中，不同場(chǎng)景如住宅小區(qū)、辦公場(chǎng)所、商業(yè)場(chǎng)所等，受電動(dòng)汽車(chē)充電影響的程度與緊迫性不同。考慮到報(bào)告僅針對(duì)住宅小區(qū)定量分析了車(chē)網(wǎng)協(xié)同措施帶來(lái)的緩解效果，故文章摘取報(bào)告中住宅小區(qū)的未來(lái)電網(wǎng)負(fù)荷特征預(yù)測(cè)以及在不同車(chē)網(wǎng)協(xié)同措施下的變化數(shù)據(jù)。

01 無(wú)序充電下電網(wǎng)負(fù)荷特征

報(bào)告中設(shè)定住宅小區(qū)居民戶(hù)為1907戶(hù)，對(duì)應(yīng)10kV的配變額定容量約為4200kW，目前負(fù)載率最高為54%，接近全市10kV負(fù)載率平均水平。

居民小區(qū)的配變相對(duì)脆弱，易受影響：

1.當(dāng)車(chē)輛電動(dòng)化比例超過(guò)25%、充電同時(shí)率超過(guò)20%，小區(qū)配變會(huì)重載；

2.當(dāng)車(chē)輛電動(dòng)化比例超過(guò)50%時(shí)，小區(qū)配變將面臨超載的風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 | 不同電動(dòng)汽車(chē)滲透率帶來(lái)的住宅小區(qū)用電負(fù)荷變化

電動(dòng)汽車(chē)的夜間充電高峰不僅易造成小區(qū)配變超載，也加劇小區(qū)用電負(fù)荷的峰谷差。例如，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)戶(hù)滲透率50%、同時(shí)率20%時(shí)，小區(qū)用電負(fù)荷將從1052kW倍增至2299kW。這意味著，即便小區(qū)對(duì)配變做擴(kuò)容，增加的變壓器也主要用于夜間20點(diǎn)半至23點(diǎn)短暫的電動(dòng)汽車(chē)充電高峰時(shí)段，利用率有限。

報(bào)告指出，該案例中小區(qū)配變負(fù)載率不高，屬于全市平均水平。實(shí)際中，一些城市老舊小區(qū)本身就面臨重度負(fù)載情況，電動(dòng)汽車(chē)戶(hù)均滲透率未達(dá)到25%時(shí)就有增容需要。

02 智能有序充電才能真正“削峰填谷”

有序充電可以分為兩種不同模式：

1. 峰谷電價(jià)：基于價(jià)格引導(dǎo)模式，引導(dǎo)用戶(hù)自發(fā)在“低谷”充電。

2. 智能管理：根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)以及車(chē)輛的充電狀態(tài)，自動(dòng)優(yōu)化充電的時(shí)序、功率等。

假設(shè)該居民小區(qū)100%電動(dòng)化，兩種不同手段帶來(lái)的緩解程度有所不同。單純的峰谷電價(jià)只能起到延時(shí)充電的作用。從下圖可以看到，無(wú)論響應(yīng)率多少，峰谷電價(jià)單一措施下住宅小區(qū)配變的用電高峰仍然徘徊80%負(fù)載率限值左右。而當(dāng)50%小區(qū)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)參與智能有序充電后，已無(wú)配變?cè)鋈莸谋匾?/strong>