电动汽车充电站建站方案

电动汽车充电站建站方案 省级电力系统 一 背景分析 一 国情分析 1 现有能源结构危及国家安全 我国水 煤资源丰富 石油贫乏 近年来随着我国经济的发展 汽车正高速进入普通百姓家 每年进入我 国的绝大部分石油都被汽车烧掉了 石油燃料不仅成为国内头号污染源 而且也成为威及我国国家安全的 战略要害所在 尽快推行已电动汽车为主的新能源车辆 在节能减排和能源安全方面具有极为重要的意义 就世界范围来看 石油的开采也只能维持 40 年时间 发展新能源也是各国面临的紧迫任务 继以煤炭为 能源的蒸汽机时代 石油为能源的内燃机时代之后 新能源 主要表现为电能 时代正在到来 2 能源革命为工业转型提供绝佳机会 改革开放 30 多年 我国产品出口基本是以出卖劳动力为主 基本上在做着 8 亿件衬衫换一架飞机的进出 口生意 举国上下无不希望像日本那样出口机电和汽车 然而传统汽车中外差距巨大 非短时间更够赶超 但电动汽车工业 大家基本处于同一个起跑线上 欧美日本传统汽车工业的优势逐渐变成包袱 而我们本 就基础薄弱 船小掉头快 发展电动汽车工业不仅损失小 而且通过市场的调节 会迅速在电动汽车工业 建设方面超越西方国家 并通过电动汽车工业带动整个国民经济快速向前发展 3 节能减排是我国今后首要任务之一 中国大陆几乎没有一条干净的河流 地下水多已被污染 污染的大气更是让人无处可逃 温室效应导致地 球变暖 人类的未来将面临高温酷暑的煎熬 其中燃油汽车的废气占据了大气污染的首要因素 中国政府 承诺减排 45 的目标在保工业增长的前提下 发展电动汽车 减少燃油汽车就显得格外重要 4 二 电动汽车市场需要基础建设的支持 就像飞机离不开飞机场一样 电动汽车也离不开充电站 中国家庭的车位和供电电力只能起到部分补充电 动汽车电力 电动汽车要想自由的行驶 必须要依靠能够进行快速充电且星罗棋布的专用充电站 电力比汽油要便于储运和使用的多 几乎可以进入到任何需要的地方 这就为充电站的建设提供了极大的 方便 不一定需要专用的场地 任何能够停车的地方几乎都能够建设充电站 充电站的方式也极为灵活 可以是简易充电桩 也可以是大中型充电站 既可以在有条件的专用及公共车库 位 充电站 又可以在 停车场 购物中心 有车位的路边和便道等 由于电动汽车的行驶里程比较短 充电时间也比较长 因而必须建有更多的充电站 充电桩才能满足电动 汽车的出行需要 三 国家近期大力安排充电站基础建设 随着中国汽车工业 2011 年底完成 50 万辆生产任务的临近 目前国家已安排布置多个省份开始批量建设充 电站 充电桩 工作 其中上海 深圳 江苏等地已建成并投入使用 二 电动汽车对充电站的需求 一 电动汽车的充电与运行特点 1 储存电能多 充电功率大 一台普通电动轿车的存电能力约为 40KWh 度 约相当于普通家庭半个月的用电量 为能够在短时间内 将电动汽车的蓄电池充满 需要充电机的充电功率较大 一般车载充电机 慢充 的充电功率为 2 3KW 专用直流充电桩的充电功率在 10 100KW 用 20KW 的直流充电桩为电动汽车充电需要 1 2 个小时左右 电动大巴的存电约为 250 300KWh 车载充电机的充电功率约为 5 20KW 专用直流充电桩的充电功率在 20 200KW 用 40KW 的直流充电桩为电动汽车充电需要 4 6 个小时左右 对电动汽车的充电时间越短 对充电桩的输出功率要求则越大 2 运行距离近 一般电动汽车最大行驶里程约为 300 公里 考虑到路况 空调 安全系数 电池衰减等因素 实际单程运 行约 150 200 公里 如果没有充电站 桩 的支持 其活动半径敢超过 75 100 公里 二 充电站的分类 1 快速充电站 快速充电是指能够在 10 20 分钟左右时间将电动汽车电池充到 50 80 电量 通常充电枪的输出功率超过 100KW 电动大巴的快速充电功率应达到 200KW 以上 并且随着车载蓄电池充电能力的提高 充电时间进 一步缩短 充电枪的输出功率将更大 车载蓄电池的 10 20 分钟充满电这种快速充电接受能力目前虽然 只是少数 但 2 3 年后基本都可以达到 3C 即 20 分钟可以充满 以上 这是电动汽车汽车的重要指标 车 载蓄电池必须予以满足 不然就会被淘汰 快速充电站一般拥有 4 12 条快速充电枪 由于整个充电站的输入输出功率非常大 又分为电网直充型和 储能缓冲型二种 1 电网直充型是指将电网电能直接对电动汽车进行充电 电网输入功率略大于充电站输出功率 一 般具有 12 个充电枪的大型充电站需要 2000KW 的专用电网 具有 4 个充电枪的小型充电站需要 500KW 的专 用变压器 此方案的特点其一是电网专线功率较大 投资较高 电网及电站设备资源利用率较低 尤其是前期电动汽 车较少的情况下 绝大部分时间都在闲置 充电站投资难以收回 特点之二是用电高峰重叠 不能消峰平 谷 2 储能缓冲型是指平时将电网电能储存在储能蓄电池中 为电动汽车充电时 主要由蓄电池提供电 能 此方案的特点之一是 电网输入功率远小于充电站输出功率 即通过储能蓄电池的缓冲放大 充电站输出 功率比电网如入功率大 50 10 倍以上 原计划 2000KW 专线的直充站只需 500KW 变压器即可 电网投资大 为减少 或原计划 2000KW 的专网将来可以扩展满足 10000 20000KW 的充电需要而不必任何改动 特点之 二是可以夜电昼用 既能消峰平谷 有增加经济效益 小型的储能充电站前期仅需要 30 100KW 的普通 3 相电 即可输出 500KW 满足同时为 4 辆电动汽车快速 充电的需要 由于不需要专用电网和建设用地 建站成本大为降低 具有经济投资价值 因而可以大量在 城区 郊县和高速公路设置 小型储能充电站可以设计成厢式结构 便于移动 也可以设计成移动充电车 提供应急充电服务 2 直流充电桩 直流充电桩是将低压市电 380VAC 直接向电动汽车充电的装置 一般充电功率为 10 40KW 充电时间 1 4 小时 占地面积也不大 1 2 以下 由于充电功率不大 一般单位电力可满足使用 电动汽车在市内运行时 中间停顿的机会较多 此时也是对电动汽车临时补充充电的机会 直流充电桩投 资小 占地小 电网较易满足 因而可以大量在停车场 办公楼 购物中心 宾馆 饭店 游览区 有车 位街道 小区等设置 直流充电桩具有无人值守 智能刷卡消费和区域组网管理功能 方便运营部门管理 3 交流充电桩 交流充电桩提供单或双路 220VAC 380VAC 输出接口 供电动汽车使用充电充电机为电动汽车充电 基本结 构为箱体 安全配电盘 磁电开关 电量计量 刷卡消费和智能管理系统组成 交流充电桩的输出功率一般在 5KW 220VAC 20KW 380VAC 但真正的充电功率是受车载充电机的制约 的 一般小型电动汽车的车载充电功率在 2 3KW 之间 为 40KWh 左右的电动汽车充电 鉴于费用较低和充电时间方便的原因 电动汽车将优先选择在夜间充电 由于我国大部分家庭没有自己的 专属车库 户外也不允许私拉电线 因而几乎每一辆电动汽车必配 1 只以上的交流充电桩 三 充电站对电网的需求 1 直冲站对电网的要求 有多大输出功率就需要多大输入功率 由于充电站的充电功率比较大 一般每路 100 多 KW 拥有 10 多个 快速充电枪的大型综合充电站需要近 2000KW 的高压专线输入 拥有 4 路充电枪的小型充电站至少需要 500KW 的新增变压器 即使安装 1 路 100KW 输出的快速充电桩 一般单位也难以承受 路边单位多数为中 小企事业和机关单位 富裕电功率不多 对电动汽车进行快速充电的功率是间歇的 充电时为全功率 100KW 输出 不充电时又一点不用 充电时间 也不确定 近一两年也许一天只充几辆车 甚至几天充一辆车 但从电能 高压线 变压器 充电站内设 备和场地等众多资源都得时刻准备着 设备和功率资源浪费严重 前三年的设备和功率闲置率超过 99 即使 5 10 后 电动汽车逐步普及了 统计今天最忙的加油站 平均加油位的使用率也不到 25 夜间低 谷时基本没车 12 个车位利用率不到 5 白天高峰时车位利用率约 70 平时利用率约 20 电动汽车 的充电车位平均按 30 算 其余 70 时间的功率资源和设备资源也是闲置的 2 储能站对电网的要求 储能充电站可以使用较小的输入功率 平时可以连续使用这些小功率电能进行蓄电 需要时由储能蓄电池 为主向电动汽车提供快速充电功率 电动汽车较少时可以利用夜间低谷电能 电动汽车较多时 随用随充 这样电网的利用率非常高 电网电能输出小而连续 这样用 500KW 电力投入就可以实现 2000KW 的以上输出效果的大型充电站 基本不用假设专用充电专线 节省大量建网资金 如果建设具有总功率为 500KW 的 4 路小型快速充电站 则完全不用架设专线 部分地段甚至不用增加变压 器 利用现有变压器即可 夜间使用 100KW 低谷电力充电 电动汽车较少时可完全使用蓄电池电能 电动 汽车较多时 在白天可适当补充 20 50KW 的充电电力 四 电动汽车不同阶段对充电站需求 1 早期示范期阶段要求 2010 2012 年 此阶段电动汽车数量逐步增加到数千辆左右规模 此阶段电动汽车用户较少且居住分散 而因为电动汽车行驶里程较近 车多拥挤等因素 充电站的服务半 径一般不易超过 5 公里 大型充电站因投资过大 用地较多等因素 每个中心城市设 1 2 个即可 主要起 到市场引导和功能实验的目的 此阶段 车辆较少 用户分散 充电站应以市内运营服务为主 除小区专用慢速充电桩外 需要在经常 停车的地区设置部分直流充电桩 以城市大小 100 300 个直流充电桩 基本可以满足初期购买电动汽车 用户的出行需要 配置 10 20 个小型储能充电站可以进一步扩大电动汽车的出行范围和充电便捷性 也可满足部分公务等用 车的应急充电需要 同时 也为下一阶段批量采用获得运行经验和数据 2 中期上升期阶段要求 2013 2020 年 此阶段电动汽车数量逐步增加到数万辆以上规模 此阶段电动汽车的数量明显上升 对充电站 桩 的数量和设置位置提出了更高的要求 除相应的交流充 电桩增多外 直流充电桩要几乎达到每个超市 停车场 办公楼 小区中型单位等至少一个的配置 中心 城市至少要配置 1000 2000 个直流充电桩 城市在变大 居住更分散 此阶段省级中心城市的小型快速充电站将达到数十个以上 3 远期成熟期阶段要求 2020 年以后 此阶段电动汽车数量逐步增加到数十万辆以上规模 超大城市将达到数百万辆 此阶段电动汽车的数量逐渐追赶和超过燃油汽车数量 对充电站 桩 的数量和设置位置提出了更高的要 求 除相应的交流充电桩增多外 直流充电桩要达到每个超市 停车场 办公楼 小区中型单位等配置数 个 数十个的规模 中心城市至少要配置 10000 20000 个直流充电桩 此阶段城市将更大 农村也将发展起来 城乡基本体化 小型快速充电站将遍布各地 不仅社区 街道边 公共停车场等必备 城市环路 远郊公路 高速公路等更是必不可少 此阶段省级中心城市的小型快速充 电站将达到数百个以上 三 首阶段充电站的建站方案 一 充电站的经济困境与技术突破 1 电网型快速充电站投入巨大 从纯投资项目而言 基本没有回报 引不起投资者的兴趣 也不可能全 部由财政出资建设 因而建充电站呼声很高 市场规模和前景巨大 但进展并不理想 基本上都是财政在 投资建站 电网企业和社会资金并没有大规模进来 2 储能方案虽较电网直充方案节省大部分电网接入资金 但储能蓄电池的寿命短短问题一直没有很好解 决 每 2 年就需更换的蓄电池折旧费用也十分巨大 基本上吃掉了充电站的全部的经营利润 致使储能充 电站后期运营成本居高不下 投资回报率较低 因而制约了储能充电站的大规模投放 3 再生蓄电池技术出现可彻底解决上述问题 既解决了电网直充站投资过大的问题 投资减少数十倍 又大大降低了储能充电站后期维护费用高的问题 投资方不用再更换蓄电池 投资回报率大大提高 超 过发电 高速公路等传统高回报基础行业 同时 又没有前二者的行业壁垒 是国家鼓励的并可能获得国 家财政补贴的新能源基础行业 二 优化方案介绍 1 大型电网充电站 1 直充站方案特点 后补 可参见上面和其它资料 2 储能站方案特点 后补 可参见上面和其它资料 2 中型应急充电站 后补 可参见上面和其它资料 3 小型直流充电桩 后补 可参见上面和其它资料 4 小型交流充电桩 后补 可参见上面和其它资料 三 方案特点 1 目前实现功能的经济性与未来发展的连续衔接 2 在现有电网环境下 可大量设置小型储能充电站 3 消峰平谷的运行模式 有利于电网的整体运行 4 多功能应急供电 储能充电站不仅可以在电网故障情况向电动汽车提供应急充电 而且可向市政提供战备供电保障 地质 地震等 天气 风雪冰灾等 意外事故 恐怖事件等时间都会影响到的电网大面积停电 此时 也是最急需电力保证的时候 储能蓄电池 四 费用测算与管理 一 首批充电站 桩 数量与配比 首批充电站 桩 根据目前国情和省情 可以按 2 或 20 个大型充电站 20 或 200 个 300 或 3000 个直流充电桩 20000 或 200000 个交流充电桩搭配 大型充电站的投资较大 主要是建站场地和电网专线费用 设备利用率不高 电动汽车的特点决定了充 电站的服务半径不会超过 5 公里 不仅中近期没有正收益 即使是 10 年后的成熟期之后 也难以有正 收益 无法收回成本 见注 1 因而 只可以做政府行为的示范性建站方案 数量不宜多 每个城市 1 2 个即可 全省选 1 2 城市即可 储能充电站由于投资较小 基本不用建设用地和电网专线 充电功率大 大于电网专线充电功率 可 以在较多的城市和公路设置 前期可选两个城市及高速公路沿线设置 如福州与厦门各设 5 个 其间高速 公路再设 10 个 共 20 个 这样总投资不大 效果也较好 直流充电桩是城市内主要的充电方式之一 考虑到电动出租汽车 电动公务汽车和私人的的电动轿车充电 需求 首批直流充电桩可安排 300 500 个 并在 1 2 个城市集中设置 交流充电桩基本上是每车 1 2 个 前期需求约 20000 个 此部分可由小区或单位内部采购 也可由政府府 门牵头或指定部门负责逐步设置即可 二 首批费用预算 1 大型充电站 2 个 不算征地费用和电网专线费用 每个站内设备约 400 万元 2000KW 充电能力计 算 每个站基建办公等费用 200 400 万 标准高低不同 2 站共计 600 800 万元 x20 1200 1600 万元 2 小型储能充电站 20 个 强烈推荐 122 万元 x20 个 244 万元 3 小型直流充电桩 300 个 8 万元 x300 个 2400 万元 4 交流充电桩 2000 个 可后续建设 0 798w 万元 x2000 个 1600 万元 以上总投资约 如不考虑交流充电