翔实导语： 全世界关于电动轿车的选用正在敏捷添加,相关组织估计每年添加速度将到达32%。但该猜测只需在住所、办公室和公共场所的充电根底设施相匹配的状况下才会产生,惋惜的是,衡量要构建的根底设施规划也十分困难。
简略导语： 电动轿车的选用率将明显添加,充电根底设施必需求坚持同步开展。
在本白皮书中,咱们将剖析电动轿车选用率的进步会怎么对建有充电站的公共停车场、办公室或家中等配电根底设施提出新的要求。
有关电动轿车的文章一般从令人形象深入的添加率统计数据开端,并且很愿意议论估计的电动轿车出售量。 来自世界动力署(IEA)组织 [1] 的数据便是一个比如,其发布的数据猜测全球电动乘用车保有量(global stock)将从2018年的500万辆添加到2030年的约2.5亿辆,到时年销量约为4400万辆。这是一种典型的EV30@30场景,即到2030年,一切电动轿车中的30%(两轮车在外)将各具有30%的全球商场比例(见图1),该图包含混合动力和纯电动轿车、公共轿车和货车。因而,电动轿车的商场吸引力仍旧很强,但也有必要进行实践的合理性查看:这种添加轨道上的差错到底有多大?假定和确认的危险是什么?通过深入研究,一些出于不同来历的添加数据显现出很大差异,所引证的出售数据包含有关电动轿车价格承受才干的改动、未来技能改善、油价、监管鼓舞办法以及更多“数十个”假定。这些猜测还高度依靠我国的商场占有率,我国在2018年占全球商场的45%,而欧洲为24%,美国为22%。美国动力信息署(EIA)的《2020年年度动力展望》 [2] 中的另一组数字显现,到2030年,美国纯电动轿车的总销量将远远少于100万辆,假如按地域区分的商场比例百分比坚持不变,则不到IEA猜测的十分之一。该数据猜测,到2050年及今后,汽油车仍将占主导地位。因而,也需求考虑这些数据。
影响电动轿车选用率的主要要素
电动轿车现在相对贵重,因而达观的猜测假定其价格会跟着销量和技能改善而下降,但只需当价格下降时,销量才会添加,这仍是回到鸡和蛋谁先呈现的问题。一些制作商供认,为了影响商场,每售出一辆车都会亏本,但这不是一个好的商业形式,并会检测投资者的耐性。政府压力是另一个驱动要素,需求到达气候改动的方针,也需求操控污染水平,世界各地的行政当局现已宣告了在特定日期之前"制止内燃机(ICE)"的方针。这种标题给人留下深入形象,但往往意味着制止只运用ICE的车辆,而混合动力车则无约束日期。轿车制作商也在以相同方法戏弄文字,他们不会抛弃内燃机轿车的制作才干和财物,而去许诺100%的电动轿车。未来有一天假如他们许诺,实践意味着100%全电动或混合动力轿车。
油价通过其本身的动态改动影响未来电动轿车的运用。尽管近期价格一向相对安稳,但地缘政治以及任何政府补助都会产生巨大影响。现在的原油价格约为54美元,假如像1998年那样,原油价格每桶再次跌至低于20美元(考虑通货膨胀调整后),那么顾客或许会再次考虑电动轿车的运转本钱。现在,电动轿车每一美元的电力可获得约43英里的行进路程,约为汽油动力轿车或SUV本钱的四分之一。
尽管世界卫生组织陈述指出,全球有420万人因空气污染而过早逝世[3]。假如电动轿车的购买和运营本钱昂扬,没有动力促进人们抛弃运用ICE,那么缓解气候改动和改善环境的争辩就或许会削弱。
图1:2018年至2030年全球一切电动轿车的估计保有量。(来历:EIA)
路程忧虑
进步电动轿车商场比例的一个妨碍是关于充电的忧虑。起先的电动轿车路程数只需100英里左右,这使电动轿车适用于只做短途旅行的特定类型司机,需求常常回来充电站为电动轿车充电。现在状况现已好转,关于较好车型来说,续航路程现已能够到达300英里左右,但焦虑仍然存在,主要是以为充电点仍然很少。这当然是一个实际状况,即使借用另一台路过的Good Samaritan备用电池,一个因电池电量耗尽而停滞的电动轿车仍不能康复上路行进。
与加油站比较,充电站好像数量很少并且互相间隔甚远,但这只是暂时由供需联系决议。在美国,大约有2.7亿辆轿车和15万个加油站,均匀每个加油站有8台油泵,每台泵约服务225台轿车。比较之下,全球有大约500万辆电动轿车,约410,000个公共充电桩,均匀每个充电桩服务12辆电动轿车,可用性是燃油轿车的18倍!假如将办公室和家庭充电点考虑在内,则简直能够完成两者均衡,每辆电动轿车都有一个充电点。
明显,这样直接的比较并不适宜。加油站能够在大约十分钟内从头加满一个汽油箱,假如需求简略的歇息,或许从便利店买一罐苏打水,大约需求15分钟。可是,在高速公路服务区的“慢速”充电站为电池充电或许会花费数小时,假如一切充电桩都在运用中,而下一个充电站又在数英里之外,那么有再多数量的可用充电桩也杯水车薪。
每个人都期望信任电动轿车有一个夸姣的未来远景,咱们能够预期,未来根底设施的建造能够满意其间一种开展状况,并期望是正确的一种。可是,由于需求的不确认性以及需求考虑的部分变数,将会呈现过于达观或许过于失望。但能够确认,在未来几年中,挪威约有60%的新车出售将是电动轿车,在未来几年中将比英国部下更多的充电站,英国在2019年新电动轿车的注册率只是为1.6%[4]。
图2:在BAU运用场景,以及本钱逐步下降的状况下,到2050年BAU价格到达只需现在的40%,美国电动LDV的年电力需求。(材料来历:Energy Innovation)
电力供给问题
尽管电动轿车的路程问题令人忧虑,但未来的电力供给需求来自那里呢?现在,电动轿车充电对电网的负荷简直没有太多的添加。据彭博社BNEF [5] 猜测,到2050年,电动轿车所需电力也将仅占全球总需求的9%,与2018年比较,添加了57%。在美国,到2050年,电动轿车的充电能量需求将到达800～900太瓦小时,而总电力消耗量约为30,000太瓦小时。
相同,这儿对技能改善也进行了假定。例如,电动车需求把能量从电池转化到车轮,现在的功率仅为59% ～ 62%,因而预期有相当大的改善空间。内燃机轿车燃猜中的化学能转化为动力的转化功率仅为17%～21%。迄今引证的电动轿车出售和动力消耗数字仅与轻型车辆(LDV)有关,假如电动货车成为实际,上述这些数字或许十分保存。与建造充电站和晋级公用事业根底设施相关的时刻表远远超出了政府行政条款和直接政治范畴,但公用事业供给商不管怎么都会坚信电动轿车的长时刻确认性,并将规划有满意的根底动力供给。因而,跟着根底设施的不断扩展以习惯不断添加的整体商场,从发电的环节看,电动轿车充电的9%比例并不是问题。可是,在配电方面,当您挨近轿车的充电电缆预备充电时,状况就不同了。
图3:高压配电将能够供给电动轿车充电的电力。
满意未来电动轿车充电需求的配电硬件
从历史上看,夜间电力需求较低,跟着烤面包机、电淋浴和其他家用电器在早上7点左右开端运用,负荷会快速增大。在黄昏时分,炊具、加热/冷却电器开端最大负荷运转,这种峰值状况再次产生。假如将家用电动轿车充电添加到负荷内,用电形式将产生明显改动,负载会在夜间到达峰值,以便电动轿车能够做好早晨通勤预备。规范家用充电器或许为 3 或 7kW,需求 6 到 12 小时才干充溢 EV,而插电式混合动力电动轿车(PHEV)则需求 2 ～ 4 小时,这只是与晚上运转一两个高功率加热器相似。但快速充电器的额定功率可达22kW左右,这挨近家用电力供给的极限,一般比没有电动轿车的峰值水平要高许多,当然,在24小时内的均匀水平也要高得多。跟着越来越多家庭选用电动轿车,当地配电网会立刻感受到额定压力,将中等水平电压降至家用水平的变压器会大声鸣叫。但高压配电网和发电站不会因而畏缩,由于他们也在向工业范畴供电,所不同的是工业在不同时刻到达峰值。本地供给根底设施或许是第一个瓶颈,也有因地而异的明显差异。例如,城市公寓或许有停车位,但电动轿车供电不会直接来自于终究顾客的电力。这些电力是依照用量计费,但将汇总到更高的公用事业等级,其间负载操控包含了家用和工业用载荷,只需这些负荷在硬件额定值范围内。路旁边和公共快速充电点也是如此,这些充电点负载更是直接连在高压网络上。
电动轿车充电器具有满意的智能,能够操控充电速率,因而电池在方案的时刻内即可预备就绪,具有所需的电力,但他们却对电源的其他需求一窍不通。智能充电器却能够与公用事业公司互动,通过操控接近社区内电动轿车的充电,能够坚持总负载在答应边界内。这不仅有助于防止超载,并且对公用事业公司来说也有正面的优点。公用事业公司更喜爱平稳的负荷,这样能够防止电力需求的顶峰和低谷,然后无需对发电厂进行贵重的调整和封闭。在一些区域,公用事业公司通过给与回扣和特别费率,来鼓舞在非顶峰时段进行智能充电。
除了具有一系列智能特性和互联根底设施外,不管在车辆内部仍是充电根底设施中规划大功率充电和电池监控体系都面对一些常见的应战,其间许多现已为电力体系规划工程师所熟知,而动力功率、散热和电源线调理是三大考虑要素。在频频产生高功率负载开关的电气环境中,电源或许会阅历剧烈的高速dv/dt 瞬态,假如这种高压尖峰得不到充沛维护,或许会对衔接的设备形成灾难性和永久性损坏。关于一切类型的电动轿车充电根底设施,强烈建议运用如 Bourns Hybrid GMOV 等专业大功率维护设备,它由节约空间的气体放电管和金属氧化物变流器组成,选用单个紧凑、低走漏和长寿命封装,可供给一种十分牢靠的方法来维护任何电路免受过电压瞬态浪涌的影响。
图4:太阳能能够存储在电动轿车电池中。
可再生动力的共赢战略
长时刻以来,对电动轿车的一个对立定见是它们并不是所谓的环保绿色,由于这些人以为充电所需的电能终究来自于龌龊的煤炭或燃气发电机。跟着可再生资源运用量的添加,状况正在产生改动。但没有太阳时不能完成光伏发电,难以猜测的风力相同使涡轮机发电并不牢靠。抱负的解决方案是选用一些储能手法来保证电力供给,但至今没有完美的解决方案。例如,湖泊中的水力发电只合适某些地势。尽管业界有一些很有出路的主意,如在基岩(bedrock,)贮存紧缩气体,一种或许性是运用电动轿车的组合电池“借”能量回电网作为缓冲,以交换你的账单回扣(见图4)。
将能量回来电网需求双向充电器,这些技能现已具有。假如您知道轿车将搁置一段时刻,公用事业公司或许会依据他们的需求运用您的轿车电池进行能量的提取和存储,而不会影响您的运用,由于智能充电器现已过编程,知道您在何时运用轿车,并在此之前将电动轿车电池充溢电能,并预备动身。
[1] 世界动力署(IEA)(2019),“全球电动轿车展望2019” ,世界动力署,巴黎
[5] 彭博社BNEF Blog: “全球电力需求到2050年将添加57%”
