電動汽車與智能電網(wǎng)

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電動汽車 與智能電網(wǎng) 李武峰 中國電力科學研究院 2010年 12月 主要內(nèi)容 一． 電動汽車及其充電設(shè)施 二． 電動汽車充電對電網(wǎng)影響 三． 電動汽車與智能電網(wǎng)結(jié)合 一 、 電動汽車及其充電設(shè)施 11:46 電動汽車規(guī)?；l(fā)展趨勢 ? 我國將電動汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) ， 出臺了一系列扶持政策 ， 積極鼓勵電動汽車發(fā)展 。 ? 我國正在開展公共服務(wù)領(lǐng)域和私人用車領(lǐng)域電動汽車大規(guī)模商業(yè)化示范運行 。 ? 根據(jù)預(yù)測： 2015年我國電動汽車保有量將達到50萬輛 ， 2020年達到 500萬輛 。 我國電動汽車保有量持續(xù)增加是 必然趨勢 。 電動汽車的分類 按用途分類： ?集團用車 ： 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 ， 有固定停車場所 。 ?社會車輛 ：公務(wù)車和出租車等 。 行駛隨機性 較強 ，行駛半徑大 。 ?私人乘用車 ：行駛隨機性 極大 ， 行駛里程短 ， 停駛時間長 。 私人用電動汽車將會占很大比例 。 電動汽車充電設(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%） 利用自動化設(shè)備，可在 10發(fā)展特征： 網(wǎng)絡(luò)化、智能化、標準化 充電設(shè)施建設(shè)模式 ?充電設(shè)施的用戶 ：公交車 、 出租車 、 集團車 、 私家車 ?充電設(shè)施的配置原則和比例 ：經(jīng)濟性 、 運營管理 ?充電設(shè)施的功率等級和規(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 電動汽車類型 充電設(shè)施建設(shè)模式 公交車、集團車 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，臨時停車位常規(guī)充電，電池 更換、快速充電充電 電動汽車用戶的充電行為 ?充電地點 ：居住地點 、 辦公地點 、 公共充電站 。 ?充電時間： 每日或每次行程結(jié)束后即開始充電 ，或選擇在低電價時段充電 。 ?充電功率： 快充或慢充 。 美國加州私人乘用車調(diào)查數(shù)據(jù) : （ 1） 75%～ 80%在住所停車場通過交流充電樁滿足； （ 2） 10%～ 15%在工作場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 、 電動汽車充電對電網(wǎng)的影響 電動汽車發(fā)展對電網(wǎng)影響 ?至 2009年底 ， 我國發(fā)電裝機容量為 我國民用汽車保有量為 7619萬輛 。 假定每輛電動汽車充電功率為 10千瓦 ， 總功率將達到 ?我國電網(wǎng)負荷 峰谷比日益增大 ， 平均峰谷差率己經(jīng)達到 1:電網(wǎng)面臨的調(diào)峰任務(wù)和壓力日趨嚴峻 。 ?電動汽車很可能成為 未來電網(wǎng)中數(shù)量最多的一類負荷 ， 其動態(tài)特性將對電網(wǎng)安全 、 穩(wěn)定 、 經(jīng)濟 、 高效運行以及輸配電網(wǎng)的建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn) 。 規(guī)模化電動汽車充電引發(fā)負荷增長 ?需求量大 : 引發(fā)新一輪負荷增長 ， 大量充電設(shè)施建設(shè)對電網(wǎng)升級改造提出更多要求 ， 需要 新增裝機容量 ， 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)?；妱悠嚦潆妼⑦M一步加大電網(wǎng)的峰谷差率 ， 造成 發(fā)電成本高 、 電網(wǎng)運行效率低 。 ?隨機性強 : 受多種因素的影響 ， 電動汽車充電需求在時間和空間上具有隨機性 、 分散性特點 ， 增加電網(wǎng)運營管理的難度 。 充電對電網(wǎng)負荷曲線影響 如果充電協(xié)調(diào)不好，將會出現(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)電機組和電網(wǎng)的運行效率。 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)引導的充電原負荷10 萬輛30 萬輛50 萬輛100 萬輛未經(jīng)引導 （ 集中充電 ） 電網(wǎng)最大負荷增長 三 、 電動汽車和智能電網(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、自動化、互動化 ?目標 ： 堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動 電動汽車在智能電網(wǎng)中的作用 ?充電時可看作為用電負荷 。 目前車載充電機功率一般為 3 未來可能增長到 10 ?停駛時具備儲電能力 。 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)電機或電源 。 ?電動汽車保有量很大 。 規(guī)?；妱悠噷﹄娋W(wǎng)而言將是重要可用資源 。 電動汽車充電負荷具有可調(diào)節(jié)特性 ? 停駛時間長 ：大部分私人汽車平均每日停駛時間不少于 20小時 。 美國普通車輛每天駕駛時間 1小時 ， 其他 23小時都是停駛狀態(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 。 電動乘用車： 可調(diào)節(jié)性較強 ， 有充足的時間及充電功率裕度 ， 在滿足電動乘用車行駛需求的前提下 ， 可以合理引導或調(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電動汽車充電控制方式 ?時間控制 ：電動汽車在給定時刻 、 通常電費或負荷處于低谷階段開始充電 。 對負荷曲線有所改善 ， 但由于控制方式單一 、方法簡單 ， 仍然存在負荷尖峰 。 ?智能控制 ：電動汽車與電網(wǎng)進行實時通信 ， 充電受電網(wǎng)控制， 可在電網(wǎng)允許時進行充電 ， 還可根據(jù)電網(wǎng)的需要為電網(wǎng)提供部分輔助服務(wù) 。 ?電價引導 ：基于開放的電力市場環(huán)境 ， 通過電價信號引導電動汽車充電 ， 智能充電裝置可根據(jù)電價信號為用戶制定最經(jīng)濟的充電方案 。 電動汽車和智能電網(wǎng)的結(jié)合方式 ?交互方式 ? 能量交互 :作為移動式分布儲能單元 ， 與電網(wǎng)實現(xiàn)雙向能量流動 (根據(jù)電網(wǎng)或者電動汽車的需要 ) ； ? 信息交互 :電動汽車 、 用戶 、 電網(wǎng)之間建立信息交互 (車輛能量狀態(tài) 、 電網(wǎng)負荷狀態(tài) 、 計費信息等 ) 。 ?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 。 電動汽車和智能電網(wǎng)互動的構(gòu)架 國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 (1) ?美國西北太平洋國家實驗室 （發(fā)布了名為 “ 的智能充電控制裝置 ，可接收電費價格設(shè)定等信息 ， 自動避開高峰時間充電 。 ?美國特立華大學 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)計算每車每年為電力公司帶來 4000美元的效益 。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (2) ?美國 公司 ：一定數(shù)量的豐田普銳斯 ?美國 6輛福特 ?丹麥 ：可持續(xù)能源國家實驗室正在對電動汽車負荷管理和儲能進行研究， 以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性 。 ?中國 ：上海世博園對單臺電動汽車與電網(wǎng)互動的進行了演示 。 國內(nèi)外相關(guān)標準 ?合工作組 電動汽車與電網(wǎng)通訊 —— 5118系列 （ 草稿 ） ?美國汽車工程師協(xié)會 （ 電動汽車與電網(wǎng)通訊 —— 2847 系列 、 2836 系列 、2931 系列 （ 正在制定 ） 電動汽車與電網(wǎng)的能量傳輸 —— 2293 系列 、 2758（ 正在制定 ） ?中國國家標準 電動汽車車載充電機與交流充電樁通訊協(xié)議 》（ 征求意見稿 ） 效益分析 1. 為電動汽車用戶提供智能化 、 個性化充電服務(wù) ， 提高用戶使用電動汽車的經(jīng)濟性和便利性 。 2. 減少電動汽車充電對電網(wǎng)的影響 ， 保障電動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)運行效率 。 4. 促進風能 、 太陽能等間歇性可再生能源的開發(fā)利用 。 5. 實現(xiàn)電動汽車和電網(wǎng)的雙贏 ， 推動電動汽車市場化發(fā)展 。 6. 提高綜合節(jié)能減排效益 ， 實現(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 。 ?我國目前每天有超過 9億度低谷電 ， 可供約 5000萬輛電動汽車充電 。 改善電網(wǎng)負荷特性 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)引導的充電原負荷10 萬輛30 萬輛50 萬輛100 萬輛發(fā)展 遠景 歡迎批評指正！