我國發(fā)展電動汽車充電基礎設施若干問題分析

關鍵字：電動汽車 充電站 國家電網(wǎng)

0 引言

2010 年年初國際氣候組織曾對40 名電動汽車相關行業(yè)專家進行訪談，結果表明充電基礎設施建設的重要程度在電動汽車發(fā)展眾多影響因素中排名第2，超過了購買價格因素，僅次于排名第1的電池技術提高因素。充電設施的基礎性、關鍵性作用各方已達成共識。

從國外發(fā)展情況來看，盡管國外主要發(fā)達國家的充電設施建設還處于起步階段，但是政府支持力度非常大。從國內發(fā)展情況來看，我國充電設施建設主要參與者包括國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化、比亞迪等企業(yè)。近幾年來，我國已經(jīng)投產了一定數(shù)量的充電站與充電樁，充電方式有快充、慢充、換電池等多種，先期的工作為后續(xù)建設提供了寶貴經(jīng)驗。目前，國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化等企業(yè)已經(jīng)與多數(shù)地方政府簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，制定了較為明確的建設目標和計劃，充電站建設開始呈現(xiàn)加速發(fā)展的勢頭。

盡管充電基礎設施建設在國內外普遍得到高度重視，但是目前世界各國都面臨著相關技術標準與運營模式不明確等一系列問題，我國亟待在試點基礎上加大研究和創(chuàng)新力度，探索一條適合我國國情的充電基礎設施發(fā)展道路。

充電基礎設施的服務對象是電動汽車這一交通工具，而其服務內容屬于用電服務，因而充電基礎設施具有雙重基礎設施特性，既是重要的電力服務基礎設施，又是重要的現(xiàn)代交通基礎設施。理清充電基礎設施的本質、屬性及其與電網(wǎng)的關系具有十分重要的意義。

1 充電服務的本質是滿足一種新型用電需求

對于電動汽車這一新型電力用戶而言，其自身特點決定了其用電需求與普通電力用戶的需求有較大區(qū)別，具有移動性、多樣性、可引導性3個新特征。

1.1 電動汽車的用電需求具有移動性

與普通電力用戶的用電需求不一樣，電動汽車的用電需求具有顯著的移動性特征。這是因為作為交通運輸工具，同一輛電動汽車可能會?？吭诙鄠€不同的位置，其用電需求也會在不同?？课恢瞄g移動，因此針對傳統(tǒng)用戶設計的“定點用電、定點計費”的用電服務方式就不再適用，而必須為電動汽車用戶提供“多點用電、多點計費”的用電服務。

1.2 電動汽車的用電需求具有多樣性

首先，不同種類電動汽車用戶的用電需求不同。如電動公交車、環(huán)衛(wèi)車、出租車和私人轎車的用電需求存在較大差異。其次，同一個電動汽車用戶存在多種用電需求，既有對電池快速更換的需求，也有對直流充電和交流充電的需求。

1.3 電動汽車的用電需求具有可引導性

電動汽車的用電需求具有很好的可引導性。在利用分時電價等手段進行有效引導的情形下，能夠起到削峰填谷的作用，提高系統(tǒng)的整體運行效率。就目前采用的慢充技術而言，一般可在5～8 h 完成充電過程。據(jù)統(tǒng)計，90%的汽車有95%的時間處于停駛狀態(tài)，這意味著通過合理的激勵手段和先進智能電網(wǎng)技術，能夠引導電動汽車用戶把充電時間安排在電網(wǎng)負荷低谷時段，實現(xiàn)與電網(wǎng)的友好互動。

2 網(wǎng)絡化是充電基礎設施的基本屬性

從目前試點階段來看，眾多試點工程主要是為特定電動汽車用戶單獨建設充電樁和充電站。隨著未來電動汽車規(guī)?；l(fā)展，就需要根據(jù)其用電需求的移動性、多樣性、可引導性3 大特征，從系統(tǒng)優(yōu)化集成的角度，優(yōu)化充電站和充電樁的網(wǎng)點布局，并通過統(tǒng)一信息管理平臺構建一個有機的充電服務網(wǎng)絡，實現(xiàn)高效、智能、規(guī)范的網(wǎng)絡化建設與運營。網(wǎng)絡化屬性應當成為充電基礎設施的基本屬性，并作為我國開展充電基礎設施頂層設計和規(guī)劃布局的一項重要原則。

2.1 網(wǎng)絡化建設與運營能適應電動汽車用電對移動性和多樣性的要求

對于電動汽車用戶而言，由于其用電需求的移動性和多樣性，用戶將希望基礎設施運營商提供“多點用電、多點計費”的多網(wǎng)點充電服務以及換電池、慢充、快充等多種方式相結合的多樣化充電服務。用戶的這類需求決定了我國充電設施建設不能采取“分散經(jīng)營、各自為政”的建設與運營模式，而必須按照統(tǒng)一規(guī)范的標準，根據(jù)用戶的實際需求，合理配置服務網(wǎng)點和服務方式，為用戶提供網(wǎng)絡化和規(guī)范化的充電服務。

2.2 網(wǎng)絡化建設與運營有利于促進充電服務產業(yè)規(guī)范有序發(fā)展

電動汽車充電服務屬于公用服務，與移動通信服務的需求類似，電動汽車用戶需要在較大區(qū)域范圍內享受到規(guī)范一致、延續(xù)性好的充電服務，不希望出現(xiàn)無序發(fā)展、標準不一的局面。構建具有強大實力的充電網(wǎng)絡建設運營商，有助于確保網(wǎng)絡覆蓋范圍內所有充電設施采用統(tǒng)一標準，確保充電計量以及維護保養(yǎng)等一系列相關公共服務的規(guī)范性和一致性。同時，類比移動通信網(wǎng)絡服務，政府相關管理部門對充電網(wǎng)絡服務也可通過發(fā)放經(jīng)營牌照等方式來有效規(guī)范行業(yè)發(fā)展，避免標準不統(tǒng)一、服務不到位等問題。

2.3 網(wǎng)絡化建設與運營有利于發(fā)揮規(guī)模效益，降低系統(tǒng)運維成本

為保障充換電服務質量，運營商必須保證充換電設施有一定的冗余度和備用，如北京奧運公交線路的換電站就有60%的電池儲備率。如果采取分散經(jīng)營方式，則需要大量備用設施以保證服務質量；而通過采用網(wǎng)絡化運營和管理，可達到集約互補，有助于降低備用設施的需求總量，充分發(fā)揮充電設施網(wǎng)絡化運營的互補效益與規(guī)模效益，節(jié)約建設和運營成本。另外，通過先進的信息通信等手段，還可以提前讓用戶知曉鄰近網(wǎng)點充電設備的占用情況，用戶可輕松選擇空閑充電設施進行充電，在方便用戶的同時提高充電設施利用效率。最后，通過網(wǎng)絡化運營，有利于組建專業(yè)規(guī)范的技術服務隊伍，提高技術服務水平，降低對相關人員以及設備需求，節(jié)約社會資源。

3 充電網(wǎng)絡與電網(wǎng)具有不可分割的聯(lián)系

3.1 充電網(wǎng)絡對配電網(wǎng)具有明顯的依附性

目前國家4 部門出臺的補貼政策把插電式混合動力和純電動汽車作為主要支持對象，要求二者電池容量分別超過10 kW·h 和15 kW·h，補貼標準為3 000 元/（kW·h），而目前比亞迪E6 純電動車容量已經(jīng)超過60 kW·h。按照平均每輛車20 kW·h 的容量，假定快充采用1- 3C 充電方式（充電時間20~60 min），慢充采用0.2- 0.3C 充電方式（充電時間3~6 h），2 種情形下需要的充電功率分別為20~60 kW、4~6 kW，未來隨著電池容量成倍提高，其充電功率也需要成倍增加。

從充電設施規(guī)劃建設方面來看，由于充電功率較大且可能產生諧波污染，隨著充電網(wǎng)絡覆蓋范圍與密度增大以及快充設備大規(guī)模應用，必須評估其充電行為對配電網(wǎng)供電可靠性和電能質量的影響，對不符合相關技術標準要求的充電設施進行整改并由配電網(wǎng)管理部門實施必要的配電網(wǎng)升級改造工程。因此，充電網(wǎng)絡的建設與優(yōu)化布局不能僅考慮電動汽車用電需求，還必須與配電網(wǎng)的規(guī)劃建設與運行管理結合起來，電網(wǎng)公司要掌握和引導充電網(wǎng)絡規(guī)劃布局以及建設工作。從運營管理方面來看，充電設施運營服務的本質是向電動汽車提供電能，充電站既對配電網(wǎng)的安全運行和電能質量產生重要影響，又必然會受到配電網(wǎng)運行及控制的影響。充電網(wǎng)絡在技術服務、電能計量、電費結算、用電管理等方面都離不開配電網(wǎng)的支撐。

3.2 充電網(wǎng)絡建設與運營應與智能電網(wǎng)建設及管理相結合

充電網(wǎng)絡在滿足電動汽車新型用電需求之外的另一個重要效益是發(fā)揮電動汽車的儲能作用，通過合理安排充電時間來參與系統(tǒng)調峰，從而提高電力系統(tǒng)整體運行效率，取得節(jié)能減排的巨大效益。未來隨著電池技術進步，還有望實現(xiàn)電動汽車向電網(wǎng)放電功能，進一步提高其參與系統(tǒng)調峰能力。要實現(xiàn)電動汽車對系統(tǒng)的調峰效益，必須將電池技術研發(fā)、充電網(wǎng)絡建設、充電服務管理與智能電網(wǎng)結合起來。從規(guī)劃建設方面來看，無論是由電網(wǎng)企業(yè)還是其他參與方投資建設，充電網(wǎng)絡在建設階段都必須要安裝智能電能表以及雙向通信設施，使其成為連接電網(wǎng)與電動汽車用戶的一個雙向互動平臺，并使之成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。從運營管理方面來看，充電網(wǎng)絡運營管理平臺必須和智能電網(wǎng)相關管理平臺實現(xiàn)高效互動。充電網(wǎng)絡管理平臺根據(jù)從智能電網(wǎng)相關管理平臺獲取的電力供需形勢、實時電價等信息實現(xiàn)智能充電服務管理，引導用戶在用電低谷時段充電，幫助系統(tǒng)調峰。未來隨著電池技術進步，還有可能實現(xiàn)電動汽車用戶在負荷高峰時向電網(wǎng)反向送電，發(fā)揮更大的“削峰填谷”效益。

另外，未來網(wǎng)絡中的大型充換電站還能夠作為儲能電站和應急支撐電源。通過智能充電管理，一方面把電動汽車充電行為對配電網(wǎng)的影響降到最低，提高系統(tǒng)整體效率，另一方面通過峰谷電價機制降低用戶用電成本支出，實現(xiàn)“雙贏”。

4 電網(wǎng)企業(yè)在充電網(wǎng)絡建設與運營中應起主導作用

由于充電網(wǎng)絡自身的建設和運營特點及其與電網(wǎng)之間不可分割的聯(lián)系，需要電網(wǎng)企業(yè)在充電網(wǎng)絡建設與運營中結合自身的優(yōu)勢與特點，發(fā)揮主導作用，以有效推動我國充電網(wǎng)絡建設。

4.1 電網(wǎng)企業(yè)在充電設施建設相關技術和標準方面具備先發(fā)優(yōu)勢

電網(wǎng)企業(yè)自2006 年至今在電動汽車充電設施的研究與實踐方面開展了大量工作，取得了多項重要成果。目前我國電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)編制完成了充電站典型設計和多個相關企業(yè)標準，正積極參與國家標準研究與編制工作；在上海、唐山、河南、深圳等地建成了示范充電站與充電樁，電網(wǎng)企業(yè)與地方政府簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，為下一階段大規(guī)模示范應用打下了良好基礎?？紤]到充電設施建設涉及配電線路改造與變壓器擴容等配套工程設計與建設、電能質量治理技術以及智能計量技術等，電網(wǎng)企業(yè)在充電設施建設相關技術與標準方面具有較明顯的先發(fā)優(yōu)勢。

4.2 電網(wǎng)企業(yè)在提供充電服務方面具有網(wǎng)絡優(yōu)勢和直銷優(yōu)勢

從服務網(wǎng)絡來看，未來建設的充電站和充電樁都在電網(wǎng)覆蓋范圍之內，電網(wǎng)企業(yè)能夠更全面地掌握充電網(wǎng)絡布點情況，并有針對性地進行合理優(yōu)化。同時，依托現(xiàn)有配電網(wǎng)通信信息平臺以及營銷網(wǎng)絡，電網(wǎng)企業(yè)更容易實現(xiàn)充電設施網(wǎng)絡化管理與服務。

從銷售模式來看，電網(wǎng)企業(yè)直接把電力出售給電動汽車用戶不存在中間環(huán)節(jié)，既有助于提供更具價格優(yōu)勢的服務，又有助于更好地把握和滿足用戶需求。

4.3 電網(wǎng)企業(yè)能夠通過智能控制實現(xiàn)社會效益最大化

智能充電控制是實現(xiàn)電動汽車“削峰填谷”效益的關鍵，需要有智能充電管理平臺、通信信道、智能終端以及和電網(wǎng)的雙向互動作為支撐，建設成本和運維成本較高。對于電網(wǎng)公司而言，保障安全、經(jīng)濟、清潔、可持續(xù)的電力供應是其基本使命，具有開展智能充電相關工作的內在驅動力。另外，由電網(wǎng)公司開展充電網(wǎng)絡服務，可以利用智能配電網(wǎng)中已有的信息管理平臺、通信信道以及智能電表終端實現(xiàn)智能充電控制，降低智能充電管理系統(tǒng)的建設成本和運行成本，能夠最大化地節(jié)約社會資源。

因此，電網(wǎng)企業(yè)在開展智能充電業(yè)務、實現(xiàn)社會效益最大化方面，既有內在動力，又有成本優(yōu)勢。

5 開展充電網(wǎng)絡業(yè)務需要防范的風險

當前，由于電動汽車發(fā)展技術路線、電池技術進步、市場接受程度、運營模式以及相關政策等方面還存在著較大的不確定性，我國相關企業(yè)在開展充電網(wǎng)絡業(yè)務方面要加強發(fā)展策略研究，注重防范相關風險。

5.1 技術路線和標準的不確定性帶來的風險

目前電動汽車發(fā)展技術路線和充電設施的有關標準還有一定的不確定性。比如說，插電式混合動力和純電動這2 種不同技術路線對于充電設施的需求有較大區(qū)別，充電設施自身的接口標準、功率標準對于充電設施建設都有較大的影響。需要防范采用過高建設標準帶來的高成本風險，以及采用過低建設標準帶來的翻新重建風險。

5.2 市場接受程度的不確定性帶來的風險

目前，示范推廣應用的電動汽車主要以公交車、出租車、郵政、環(huán)衛(wèi)等專用車輛為主，還難以判斷電動汽車以及配套充電服務未來的市場接受程度，普通消費者對于電動汽車以及其配套充電服務將有一個從了解到逐步接受的過程。因此，針對私人乘用車充電設施的建設應采取審慎的態(tài)度，既要防范建設過于激進帶來的充電設施利用效率過低的風險，也要防范建設過于保守而不能滿足推動私人電動汽車市場發(fā)展的要求。

5.3 運營模式不確定性帶來的風險

目前還沒有成熟的充電服務運營模式得到廣泛認同，還需要進一步探索各類運營模式及其適用對象，并最終形成可持續(xù)發(fā)展的一類或多類商業(yè)運營模式。如直流快充對電池壽命影響較大，難以大范圍推廣應用；交流慢充要求具備較好停車庫（位）條件，難以覆蓋全部用戶；電池更換技術具有電池更換時間短、選址靈活的優(yōu)點，具備規(guī)模化應用條件，應成為下一步發(fā)展重點，但需要加快動力電池標準化進程。另外，由于國家層面和地方政府對于充電網(wǎng)絡的定位、行業(yè)準入、優(yōu)惠措施都還沒有明確出臺相關政策，對相關運營模式的發(fā)展也帶來了一定的不確定性。因此，要避免陷入可持續(xù)發(fā)展能力不強的運營模式中。

6 結語

充電基礎設施是電動汽車產業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，未來市場發(fā)展空間巨大，其基本屬性、建設和運行特性決定了充電設施與電網(wǎng)具有密不可分的聯(lián)系。充電網(wǎng)絡建設和運營業(yè)務不是普通完全市場化的競爭性業(yè)務，應當充分發(fā)揮電網(wǎng)企業(yè)在其建設和運營當中的主導作用，由政府部門、電網(wǎng)企業(yè)、市政部門、相關行業(yè)以及社會公眾通力配合、共同推進。

建議政府及相關部門積極開展充電網(wǎng)絡服務體系、商業(yè)模式、互動方式等方面的重大問題研究，加快研究制定我國充電網(wǎng)絡發(fā)展規(guī)劃和技術標準體系。

（1）進一步深化充電設施運營管理等重要問題研究。在現(xiàn)有成果基礎上，緊密跟蹤國外最新發(fā)展動態(tài)，結合我國電動汽車產業(yè)實際發(fā)展需要，由政府部門、電網(wǎng)企業(yè)以及其他權威研究機構合作開展我國充電服務網(wǎng)絡發(fā)展策略研究。同時需積極組織開展充電網(wǎng)絡優(yōu)化布局、服務定價機制、參與系統(tǒng)調峰等專題研究。

（2） 重點制定大中城市充電網(wǎng)絡“十二五”及中長期規(guī)劃并爭取納入各地城市發(fā)展規(guī)劃。在對充電站（樁）關鍵技術與標準體系研究的基礎上，進一步加快研究制定充電網(wǎng)絡標準體系，以有效支撐充電基礎設施網(wǎng)絡化和集約化發(fā)展需要。

（3）加強對公眾的宣傳普及力度。加強向社會公眾宣傳電動汽車的技術、經(jīng)濟和環(huán)境效益，及時宣傳我國在充電網(wǎng)絡建設方面的最新進展、相關法律法規(guī)以及優(yōu)惠政策。同時，應考慮制定一些激勵措施，引導公眾積極使用充電網(wǎng)絡，取得公眾對于充電網(wǎng)絡建設與運營的支持，為加快推進充電網(wǎng)絡建設培養(yǎng)良好的用戶群體。