电动汽车与智能电网

电动汽车 与智能电网 李武峰 中国电力科学研究院 2010年 12月 主要内容 一 电动汽车及其充电设施 二 电动汽车充电对电网影响 三 电动汽车与智能电网结合 一 、 电动汽车及其充电设施 17:40 电动汽车规模化发展趋势 我国将电动汽车作为战略性新兴产业 ， 出台了一系列扶持政策 ， 积极鼓励电动汽车发展 。 我国正在开展公共服务领域和私人用车领域电动汽车大规模商业化示范运行 。 根据预测： 2015年我国电动汽车保有量将达到50万辆 ， 2020年达到 500万辆 。 我国电动汽车保有量持续增加是 必然趋势 。 电动汽车的分类 按用途分类： 集团用车 ： 公交车 、 环卫车 、 邮政车 、 电力车等 。行驶特性有一定规律 ， 有固定停车场所 。 社会车辆 ：公务车和出租车等 。 行驶随机性 较强 ，行驶半径大 。 私人乘用车 ：行驶随机性 极大 ， 行驶里程短 ， 停驶时间长 。 私人用电动汽车将会占很大比例 。 电动汽车充电设施 基础设施 交流充电桩 直流充电站 快速充电站 电池更换站 外观 能力 3-10kW,可在 3-8h内为小型电动汽车进行常规充电 20-100kW,可在 3-8h内为大中型电动汽车进行常规充电 50-300kW,可在30min内为电动汽车进行快充（ 80%） 利用自动化设备，可在 10min内完成电池更换 发展特征： 网络化、智能化、标准化 充电设施建设模式 充电设施的用户 ：公交车 、 出租车 、 集团车 、 私家车 充电设施的配置原则和比例 ：经济性 、 运营管理 充电设施的功率等级和规模 ：大型充电站 、 中型充电站 、小型充电站； 充电设施的选址 ：满足一定的服务半径和服务能力 ， 符合所在电网规划和容量要求 电动汽车类型 充电设施建设模式 公交车、集团车 电池更换、常规充电 出租汽车 电池更换、公共快速充电 私人乘用车 专用停车位常规充电，临时停车位常规充电，电池 更换、快速充电充电 电动汽车用户的充电行为 充电地点 ：居住地点 、 办公地点 、 公共充电站 。 充电时间： 每日或每次行程结束后即开始充电 ，或选择在低电价时段充电 。 充电功率： 快充或慢充 。 美国加州私人乘用车调查数据 : （ 1） 75% 80%在住所停车场通过交流充电桩满足； （ 2） 10% 15%在工作场合通过交流充电桩满足； （ 3） 仅有 5% 10%通过公共充电设施满足 。 二 、 电动汽车充电对电网的影响 电动汽车发展对电网影响 至 2009年底 ， 我国发电装机容量为 8.7亿千瓦 ， 我国民用汽车保有量为 7619万辆 。 假定每辆电动汽车充电功率为 10千瓦 ， 总功率将达到 7.6亿千瓦 。 我国电网负荷 峰谷比日益增大 ， 平均峰谷差率己经达到 1:0.4, 电网面临的调峰任务和压力日趋严峻 。 电动汽车很可能成为 未来电网中数量最多的一类负荷 ， 其动态特性将对电网安全 、 稳定 、 经济 、 高效运行以及输配电网的建设提出了新的挑战 。 规模化电动汽车充电引发负荷增长 需求量大 : 引发新一轮负荷增长 ， 大量充电设施建设对电网升级改造提出更多要求 ， 需要 新增装机容量 ， 增加电网建设投资 。 峰上加峰 : 电网峰谷差率不断加大 ， 规模化电动汽车充电将进一步加大电网的峰谷差率 ， 造成 发电成本高 、 电网运行效率低 。 随机性强 : 受多种因素的影响 ， 电动汽车充电需求在时间和空间上具有随机性 、 分散性特点 ， 增加电网运营管理的难度 。 充电对电网负荷曲线影响 如果充电协调不好，将会出现“峰上加峰”，增大电网调峰难度，加大输配电网建设压力，降低发电机组和电网的运行效率。 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未经引导的充电原负荷10 万辆30 万辆50 万辆100 万辆未经引导 （ 集中充电 ） 电网最大负荷增长 31.83%！ 三 、 电动汽车和智能电网结合 智能电网的内涵 范围 ： 发电、输电、变电、配电、用电和调度环节 特征 ： 信息化、数字化、自动化、互动化 目标 ： 坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动 电动汽车在智能电网中的作用 充电时可看作为用电负荷 。 目前车载充电机功率一般为 3kW左右 。 未来可能增长到 10-20kW。 停驶时具备储电能力 。 随着电池技术的成熟 。 在特定条件下可向电网送电 ， 可看作为发电机或电源 。 电动汽车保有量很大 。 规模化电动汽车对电网而言将是重要可用资源 。 电动汽车充电负荷具有可调节特性 停驶时间长 ：大部分私人汽车平均每日停驶时间不少于 20小时 。 美国普通车辆每天驾驶时间 1小时 ， 其他 23小时都是停驶状态 。 需求较宽松 ：用户在下一次使用前充电至必要电量 。 电动商用车： 一定的可调节性 ， 其充电设施较为集中 ， 调整其充电行为较为便利 。 电动乘用车： 可调节性较强 ， 有充足的时间及充电功率裕度 ， 在满足电动乘用车行驶需求的前提下 ， 可以合理引导或调整其充电行为 。 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电动汽车充电控制方式 时间控制 ：电动汽车在给定时刻 、 通常电费或负荷处于低谷阶段开始充电 。 对负荷曲线有所改善 ， 但由于控制方式单一 、方法简单 ， 仍然存在负荷尖峰 。 智能控制 ：电动汽车与电网进行实时通信 ， 充电受电网控制， 可在电网允许时进行充电 ， 还可根据电网的需要为电网提供部分辅助服务 。 电价引导 ：基于开放的电力市场环境 ， 通过电价信号引导电动汽车充电 ， 智能充电装置可根据电价信号为用户制定最经济的充电方案 。 电动汽车和智能电网的结合方式 交互方式 能量交互 :作为移动式分布储能单元 ， 与电网实现双向能量流动 (根据电网或者电动汽车的需要 ) ； 信息交互 :电动汽车 、 用户 、 电网之间建立信息交互 (车辆能量状态 、 电网负荷状态 、 计费信息等 ) 。 应用方向 ： 利用谷电充电 、 利用可再生能源充电 、 向电网放电 、 为电网提供备用容量 。 应用层面 ： 削峰填谷 、 微网 、 辅助服务 、 促进可再生能源接入 ， 参与车辆数量不同 ， 不同层面需要相应的控制策略 。 电动汽车和智能电网互动的构架 国内外 研究现状 (1) 美国西北太平洋国家实验室 （PNNL） 发布了名为 “ Smart Charger Controller” 的智能充电控制装置 ，可接收电费价格设定等信息 ， 自动避开高峰时间充电 。 美国特立华大学 2007年成功将一辆 AC Propulsion “eBox” (Toyota Scion改装车 )接入电网并接受调度命令 ， 车辆作为调频 、 备用发电设备， 据计算每车每年为电力公司带来 4000美元的效益 。 Smart Charger Controller 国内外研究现状 (2) 美国 PG&E公司 ：一定数量的丰田普锐斯 PHEV在 GOOGLE园区示范 。 美国 Xcel Energy： 6辆福特 Escape示范运行 。 丹麦 ：可持续能源国家实验室正在对电动汽车负荷管理和储能进行研究， 以提高电网的稳定性 。 中国 ：上海世博园对单台电动汽车与电网互动的进行了演示 。 国内外相关标准 ISO IEC 联合工作组 电动汽车与电网通讯 ISO 15118系列 （ 草稿 ） 美国汽车工程师协会 （ SAE） 电动汽车与电网通讯 SAE J2847 系列 、 SAE J2836 系列 、SAE J2931 系列 （ 正在制定 ） 电动汽车与电网的能量传输 SAE J2293 系列 、 SAE J2758（ 正在制定 ） 中国国家标准 GBXXXX 电动汽车车载充电机与交流充电桩通讯协议 （ 征求意见稿 ） 效益分析 1. 为电动汽车用户提供智能化 、 个性化充电服务 ， 提高用户使用电动汽车的经济性和便利性 。 2. 减少电动汽车充电对电网的影响 ， 保障电动汽车的可靠能源供给 。 3. 改善电网供电可靠性 ， 优化电力设备利用水平 ， 提高电网运行效率 。 4. 促进风能 、 太阳能等间歇性可再生能源的开发利用 。 5. 实现电动汽车和电网的双赢 ， 推动电动汽车市场化发展 。 6. 提高综合节能减排效益 ， 实现可持续战略发展 。 谷电利用 降低峰谷差 ， 提高设备利用效率 ， 减少电网建设改造