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4大角度剖析新能源汽车潜在价值

来源: 北极星电力会展网 作者: 2017-05-12 17:21:48
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  当谈起新能源汽车行业,大多数人对它的认知可能是“新能源汽车的普及可以极大程度促进可再生能源发电行业的发展”。然而通过分析英国现有的电网规划数据,我们却可以得出不同的结论:“新能源汽车在可再生能源消纳方面的作用是有限的。并且它的普及会要求电网被动扩容,从而增大了电网资产的投资风险。”

  1.行业背景与大众观点

  当谈到新能源汽车行业,绝大多数人第一时间想到的或许是酷炫的特斯拉和“深耕”多年的比亚迪。除此之外,欧美和日韩的老牌汽车厂商也意识到汽车电气化的浪潮已然不可避免,纷纷发力,推出了例如宝马的i3和丰田的Prius等畅销车型。与此同时,作为电动汽车“燃料”来源的电力行业,也正经历着由光伏,风电和核电等“清洁”能源技术去替代传统火电的更新换代。新能源汽车的普及会提升社会的整体用电量,这一点是毫无疑问的。

  由于很多国家电力需求增长已经或开始乏力,所以不光是在经历着产业转型的中国,即便在发达国家,电动汽车充电所带来的额外负荷也都显得弥足珍贵。此外,对于快速发展的可再生能源行业,绝大多数国家始终采取着优先保证可再生能源发电足额上网的政策。但是由于电力需求增长缓慢,同时网架约束使得电力无法外送,可再生能源也存在着消纳困难,弃风弃光的问题。与此同时传统火电的上网小时数也在被不断压缩,行业利润损失严重。所以很多人的观点也是:新能源汽车能帮助消纳可再生能源发电,缓解火力发电和可再生能源行业之间的矛盾,从而极大程度的促进可再生能源行业的发展。然而事实是否如此呢?笔者将会根据英国电网给出的数据对此观点进行分析。

  2.可再生能源的消纳难题

  时间层面

  说起可再生能源发电技术,其最大的短板便是发电量的不稳定与难预测。除此之外,光伏发电也受日光时间影响,无法做到恒定供电。根据英国电网的分析数据[1] ,电动汽车在冬季的充电量分布会如图一所示。从图中我们可以注意到,电动汽车在白天的充电比例是较低的,例如6:00-18:00之间的充电量只占全天总充电量的33%。而如之前提到的,光伏发电也只能在日光照射下实现。所以我们可以得出电动汽车充电对于光伏发电消纳的帮助是有限的。另外风电的发电时间也较为随机,所以充电与发电的匹配将成为一大难题。

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  数量层面

  如果我们抛开发电与充电时间匹配的问题不谈,假设他们能完美匹配,那么电动汽车充电能耗能帮助消纳多大比例的可再生能源发电呢?图二描绘了英国电网对于未来二十年风光发电总量和电动汽车充电需求的预测[1]。我们可以注意到,即便到2035年,电动汽车能耗总量也只相当于风光发电总量的18%。那么这么低的数字是否是由于电动汽车普及速度较慢造成的呢?其实不然。图三对比了未来电动汽车增长数量[1]以及英国总汽车保有量(考虑1%的年增长率)。我们可以注意到到2035年,电动汽车保有量可达到八百三十万辆,且占了汽车总量的约20%。这个普及程度的预估应该可以说是绝不保守的。所以在如此大的电动汽车数量前提下,即便不考虑充发匹配,其所带来的增加负载对消纳可再生能源发电的作用也应该来说是比较有限的。

4大角度剖析新能源汽车潜在价值
4大角度剖析新能源汽车潜在价值

  3.充电设施带来的电网运维难题

  配电网

  虽然电动汽车能够一定程度上帮助消纳可再生能源。但是其充电活动所带来的功率增长也会给电网带来挑战。首当其冲的便是配变电设备的扩容要求。在居民社区使用典型的3kVA到7kVA充电桩会增加局域电网负载。尤其考虑到车主的充电习惯是下班回家后便插上电源开始充电,那么在无控制的前提下配电网必然会迎来一段充电高峰。然而英国电网在早期设计和铺设线路时,并未考虑未来会出现如此高密度的负荷增长,其所评估的用户分集后最大电力需求仅为2kVA每户,如图四所示[2]。我们可以注意到电热泵和充电桩所带来的增加负载会极大程度增加配电网的压降,导致终端用户电压过低和电网运行不稳定等问题。所以充电桩的部署可能会导致配电网设备在设计寿命未到之前便被要求更换,从而导致资产投资回报低于预期。

4大角度剖析新能源汽车潜在价值

  发电侧

  当然,不光配电网会受到这种“整齐划一”的充电行为所影响,发电侧也会受到一定程度的冲击。从图一中我们其实就可以注意到充电的主要时间是集中在18:00-24:00,而这也与系统高峰时段相重合。图五就对比了英国未来二十年的充电活动对于系统峰值增加的贡献以及系统内可靠机组的总容量[1]。可以发现,在像英国这种富余机组不多的系统中,充电所带来的额外峰值到2035年可占机组重容量的8.4%。这也让英国政府在进行能源规划时不得不考虑增加可靠常规机组,以应对不断上涨的系统需求,保证系统安全运行。

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  4.解决策略

  前两章节中,新能源汽车对可再生能源消纳方面的有限贡献以及对电网运维带来的困难。那么有哪些措施可以帮助缓解或解决这些困难呢?

  首当其冲的应是发展多样化的新能源汽车产业。其实电动汽车只是新能源汽车行业的分支。以氢能源和天然气为燃料的燃料电池汽车也应成为大力推进的发展方向。增加可再生能源消纳的手段,引入天然气管网等其他能源网络,从而在新能源汽车行业实现能源互联。

  其次的便是通过需求侧响应技术对电动汽车的充电时间进行合理规划,帮助削峰填谷。由于绝大多数人使用电动汽车只是满足日常出行,所以每天总耗电量并不高,使得每辆车的充电时间较短,只有几小时。而通过需求侧响应,跟车主进行沟通,合理规划充电时间段能够极大的减轻配电网和发电侧的负担。而对于增量配网业务来说,从一开始做好需求侧响应的设备布置,减少系统峰值,也能减轻前期配网资产投资,获取更加合理的收益。

  最后关于可再生能源发电的消纳问题,也可以通过发电侧与充电侧的充分沟通,调整充电时间来帮助消纳多余的发电量,减少弃水,弃风和弃光现象。与此同时,利用新能源汽车的储能属性,提供系统的调频和备用容量等辅助服务,为高可再生能源接入比例的电网提供支持。

  只有这样,新能源汽车的潜在价值才能被彻底挖掘,在电网运行中最大程度的发出自己的“光与热”。

关键词:新能源,电动汽车,可再生能源,消纳

责任编辑:何震