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电动汽车带来电网升级需求

2019/06/17 17:11
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对照中文英文原文
如果电动汽车的销售像预期的那样加速,电网无疑将感受到越来越大的压力。

本文首次出现在2019年5月15日的《福布斯》杂志上。

到2030年,全球上路的电动汽车数量预计将从2018年底的400万辆增至1.25亿辆。2015年,年销售额达到100万辆花了60个月的时间,而去年从300万辆到400万辆只用了6个月的时间。随着几个大国提议禁止化石燃料汽车的销售,中国低成本电动汽车在不久的将来走向西方,以及几家老牌汽车制造商将注意力转向全电动汽车和混合动力汽车,很明显,未来几年电动汽车拥有量的趋势将进一步加快。

这意味着世界范围内越来越多的城市和郊区的电动汽车可以每天充电。大多数配电网络根本没有准备好提供额外的负荷——尤其是在傍晚高峰时段,许多电动汽车车主可能需要充电。

目前,美国的驾车者每年驾车行驶约三万亿英里。虽然目前只有不到2%的汽车是电动的,但是当这个数字增加时会发生什么呢?一项研究估计,如果德克萨斯州现在所有的汽车都是电动汽车,那么该州可能需要多30%的电力;加州需要增加50%。在全国范围内,我们计算出,将所有的内燃机转换成电动汽车可以增加多达45%的电力需求。

欧洲第一

诚然,美国能源情报署(US Energy Information Administration)估计,到2050年,70%的汽车仍将使用内燃机。即便如此,如果电动汽车的销售像预期的那样加速,电网无疑将感受到越来越大的压力。

考虑到最近颁布的禁止在未来10年及以后销售内燃机车的法令,欧洲可能会面临更多的问题。到2035年,德国37%的汽车将使用电力。考虑到德国目前的电网状况,并假设不进行电网升级,我们的分析显示,早在2032年就会出现大面积停电的重大风险。

这些估计是基于“平均”社区。多年来,电动汽车所产生的新需求将是不平衡的,配电网中高中密度住宅部分将首次出现增长。对于电动汽车占绝大多数的社区来说,配电网面临的挑战可能会来得更快。

如果什么都不做

根据我们的计算,在英国,如果不采取重大措施,电动汽车占道路上汽车总数的25%到30%,那么电动汽车的限电可能就会开始。预计到本世纪30年代初。尽管如此,电动汽车的使用预测是出了名的难以计算,而且通常被低估了速度,因为有广泛的变量,包括脱碳政策、汽油价格、充电站的可达性,以及电动汽车本身的成本。今天,在英国,预测范围很广,预计到2030年英国将有250万到1050万辆电动汽车,到2040年将多达3500万辆。

分销网络运营商(在地方层面管理电力网络的企业)的传统反应是,投资数十亿美元加强住宅网络。根据我们的数据,按照这种方法,到电动汽车占道路上汽车和卡车的50%时,德国的网络运营商将不得不花费大约110亿欧元来防止服务中断。

由于存在断电风险,以及电力网络不足可能成为电动汽车普及的障碍,监管机构和政策制定者可能会忍不住推动对住宅网络的投资,以满足额外的需求。这将是昂贵的和破坏性的,因为主要的道路工作需要。

网络可以持续长达50年,在此期间,除非经过仔细考虑,否则很多投资都可能变成搁浅资产。考虑到成本通常是分摊的,消费者将为所犯的任何错误买单。

充电的替代品

但也有一些不需要大量资金投入的增量选择值得考虑。鼓励停车场电动汽车充电和在路上快速充电可能意味着人们不需要在家里充电。另外,如果服务于城市居民的车辆设在其他地方,更多的叫车服务也可能意味着在城市充电的车辆更少。

随着自动驾驶汽车的发展,并在未来10年至15年内获得监管机构的认可,其结果可能是大批汽车在集中的仓库充电,而不是在街上充电,从充电的角度来看,这是一个更简单、更有效的提议。另一方面,如果拼车和自动驾驶汽车不像预期的那样起飞,那么在一个个人拥有电动汽车的世界里,潜在的电力短缺将成为一个更加紧迫和紧迫的问题。

除了潜在需要的投资规模之外,监管机构还面临着两种同样不太理想的可能性:太晚为项目融资的灾难性影响,以及过早融资可能导致资产搁浅。总之,这些情景让网络和监管机构陷入了两难境地。尽管如此,重要的是不要匆忙做出决定,以便在对大规模基础设施投资作出承诺之前,允许市场尽可能地发展。

更令人困惑的是,电动汽车充电市场仍处于萌芽阶段,众多商业模式都在争夺霸主地位。汽车制造商、能源供应商、技术公司和国际石油公司已经参与其中,随着各个公司将市场导向不同的方向,这又增加了一层复杂性。任何拥有加油站的大型石油公司都有资金部署快速充电站网络,影响客户行为。与此同时,涉及汽车制造商、超市和充电站供应商的合作可能会导致“地点”停车场的充电量增加。

临时解决方案

追求智能充电的选择可能会提供一种方法,使决策延迟足够长的时间,以允许各种移动场景发挥作用。为了更好地管理电力供应,最具经济吸引力的解决方案包括鼓励电动汽车车主在非高峰时段充电,以及与其他本地车主协调错开充电。

这种方法要求充电点及其相关电表能够进行复杂的双向通信,因此可以由电网运营商远程控制和管理。可能需要对电动汽车车主进行货币激励,以鼓励他们参与,并对他们进行惩罚性定价,以确保他们遵守规定。

另一种方法需要使用太阳能电池,并在充电时使用分散的、局部的能量储存,包括使用汽车电池本身。这些可以作为一个缓冲器,以避免在能源需求高峰时电网超载。在德国等冬季较长、日照时间较短的市场,太阳能解决方案可能只能提供有限的缓解。

智能充电速度越快,所有电动汽车充电点的标准化和强制性要求就越高,更好的网络将能够管理电动汽车大规模使用的难题。这些解决方案能否最终解决问题还不清楚,但至少这些方法将减轻电网的压力,并为电力行业提供机会,就基础设施需求做出更好的决策。

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