摘要：随着电动汽车的日益兴盛，电动汽车充电桩也开始在城镇铺开。充电设施的不足或过于集中在城镇，制约电动汽车的销售、限制了电动汽车的使用范围。而以交流慢充桩为主，直流快充桩为辅的构架进行城乡一体的铺设，构建白天开车、晚上充电的使用理念，将对有序用电提供极大的助益，可节约电厂及电网的建设投资，同时也满足了电动汽车的充电需求和使用范围的扩大。
关键字：有序用电；电动汽车；充电桩；
Layout of an electric vehicle charging pile
Author1,Author2,Author3
(Research Institute of Power Science, Zhejiang Power Grid Co., Ltd.)
Abstract: With the growing prosperity of electric vehicles, charging piles for electric vehicles have begun to spread in cities and towns. The insufficiency or concentration of charging facilities in cities and towns restricts the sales of electric vehicles and limits the scope of their use. The structure with AC slow charging pile as the main part and DC fast charging pile as the auxiliary part lays the urban-rural integration, and constructs the use concept of driving during the day and charging at night, which will greatly benefit orderly power consumption, save the construction investment of power plants and power grids, and also meet the charging demand and the expansion of the scope of use of electric vehicles.
Keywords: Orderly use of electricity; Electric vehicles; Charging piles;
0 引言
《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》强调了充电设施的基础性重要地位。规划将充电设施建设列为5项主要任务之一，从充电设施发展规划、关键技术、商业运营模式等方面给出了较系统的指导意见。规划引入了网络化发展与城际互联理念，提出要“满足重点区域内或城际间新能源汽车运行需要”；引入了电动汽车融入智能电网的理念，提出要“促进充电设施与智能电网、新能源产业协调发展”，以及“探索新能源汽车作为移动式储能单元与电网实现能量和信息双向互动的机制”；要求“因地制宜建设慢速充电桩、公共快速充换电等设施”[1]。
由于电动汽车和充电桩的设计、制造未和供电系统进行充分的沟通，造成产品系列的多端化，电网只是被动地响应充电的需求，各种标准层出不穷，未进行统一的架构，也无可能进行统一的架构[2，3]。现在充电桩的制造与铺设，过份强调充电的快速性，这为以后的电力系统埋下了隐患，同时快充方式有很多值得商榷的地方。只是由于现在电动汽车的数量及充电桩的数量未达到一定规模，而未显现出来。
本文针对为满足电动汽车快速增长的需求，围绕电动汽车基础设施建设，提出具体的合理的方式，为充电桩的铺设提供经济性、可行性的建议。
1 交流充电桩发展前景
1.1 交流充电桩的潜在用户
电动汽车的潜在用户主要包括两大类，一类是包括电动公交车、电动环卫车、电动出租车等营运车辆在内的用户；另一类是电动私家车的拥有者。前一类用户的数量主要取决于国家和地方政府推广电动汽车的力度，而电动私家车用户分布相较之下则存在很大的不确定性[4]。在充电需求方面，上海市电动汽车用户需求调查表明，77.83% 的用户购车主要用于“上班代步”，64.43% 用户“希望晚间在居住小区充电”，居民对充电的需求主要集中在晚间，假期和周末的充电时间则比较分散。
1.2 交流充电桩的分类及需求
（1）交流充电桩的分类
交流充电桩是指采用传导方式。为具有车载充电机的电动汽车提供交流电源的专用供电装置。按服务性质，分为公共充电桩和用户充电桩。公共充电桩指由公司按照规划或需求，在公共停车场（库）或专用停车场（库）的共用停车泊位上建设的，提供公共充电服务的充电桩；用户充电桩指在居民客户个人拥有所有权的专用停车位（库）上建设的充电桩。
充电桩一般与停车场（库）、停车位结合建设。根据停车场（库）所在区域，分为公共区域、半公共区域及私人专用区域。公共区域指面向全社会开放的公共建筑配套建设的机动车停放场所；半公共区域指由业主单位自行或委托物业公司管理的，特定人群在获得许可的情况下能够停放车辆的场所；私人专用区域指用户拥有所有权的，不对外开放的，为用户个人所用的停车位。
（2）用户充电桩需求分析
用户充电桩服务对象主要是居民区内部私人电动汽车，由于电动汽车目前受关注度较高，且具有节能环保的优势，加上国家的大力扶持，私人购进电动汽车的可能性也会逐渐加大，进而加大对居民充换电设施的需求。可以预想，越来越多的居民小区会申请加设充电桩，其中对用户充电桩的需求增长应会慢于对小区内公用充电桩的需求。
2 数据分析
以浙江省为例，2017年底统计数据表明，全省共有机动车1698万辆，其中汽车1397万辆（约等于1400万辆）。快充桩是电动车用完电再充，即每次的充电都是必须的，即时性要求相对较高。
假设：电动汽车占比30%，每三天充一次电，每车充电40kWh，即每天有140万辆车。每天会新增电量5600万kWh，而且由于采用快充，充电时间将会集中在6：00-8：00、11：00-13：30和17：00-22：00三个时间段，而电网则从6：00-22：00期间全是“尖”或是“峰”时段的用电高峰。
对充电桩数量来说，需求量也极为庞大。充电桩充电时间集中在这9个半小时中，按每辆电动汽车充电30分钟计算，则每个充电桩可充19辆电动汽车，140万电动汽车需要近10万个充电桩。10万个充电桩相当于10万个强制检定的用户需开展检定工作。假设一个快充站里安设有20个充电桩，全省需5000个快充站的建设用地[5，6]。由于这5600万kWh是集中在9个半小时工作，即负荷600万千瓦，相当于需要额外建设10台60万千瓦的机组。
3 解决方案
针对上述问题，不妨我们变换一下思路，使充电桩采用以交流慢充方式为主进行铺设，构建“白天开车、晚上补电”和“慢充为主、快充补充”两个理念。仍然以浙江省2017年数据为例，采用两个理念进行分析：每天新增的充电量为5600万kWh，晚上补电时间为22：00-7：00时间段内的9个小时，平均每个小时负荷为620万kW，相当于10台60万机组。因此，从这个角度看，若白天快充则需建设600万kW的发电容量，晚上慢充不仅省却了这600万kW机组的建设，还能将白天用于电动汽车充电的600万kW的负荷转移到夜间，构建白天开车夜间充电的理念可以对电力调度提供极大的助益。
调节用电峰谷，用电力储能方式[7]并不成熟，任何的储能都有较大的能源损耗和设备维护费用。但电动汽车的出现，只要改变充电方式[8]，就能有效地把日间峰负荷移至深夜谷负荷。因此，有序用电离不开交流慢充桩的配合。
带控制的交流慢充桩可以带来诸多益处，投资不大，可根据用户申请，在城乡遍地铺设，成为“遍地桩”；城乡一体“遍地桩”的铺设将大大延长电动汽车的活动半径，省去了来回充电站的路程损耗。甚至可以将电动汽车推广向农村，乡村农居也可接待城镇游客；无需像快充桩那样设立专变，可直接接在公变下；不会占用大量的面积，在车位附近立桩即可。
慢充桩可视为临时单相用户，计量表计采用轮换制，将大大减少充电桩的校验量；若由供电公司统一布设，也减少了私拉乱接现象，减少了安全隐患。将电动汽车的充电电池作为微电网的负荷，可节省微电网的投资，如：单位屋顶的太阳能直接用来为电动汽车充电，可减少电池投资。
从节能来说，慢充的线路损耗较小。假设线径一致R,电压U一致，充电60kWh，快充以60kW充1小时，慢充6kW充10小时，则
由公式（1）可以计算出两者线路损耗情况，快充损耗比慢充损耗，两者相差10倍。
城市配电网拓扑结构如图1所示，
图1 配网拓扑图
Fig.1 Distribution network topology
4 模式优劣与建议
从电力系统的角度来看，直流桩性能、可靠性及转换效率等还未得到可靠验证，并在不断改进升级中，现在介入直流快充站的建设并不是最好的时机。
交流慢充作为主要充电方式，直流快充作为补充充电方式：可以做到有序充电[10]，使资源利用最大化；能替用户节省直流快充和交流慢充间的差额费用；当交流慢充桩成为“遍地桩”时，能大大缓解电动私家车主对不能及时充电的焦虑感。
车辆采用交流慢充，与交流快充相比，交流慢充模块功率小，技术相对简单，成本低，维护简单；与直流快充相比，充电的电参量控制都在车企内部，车企能找到降低电池衰竭最有益的方法，延长电池寿命。
而交流充电也带来一定的顾虑：是否有谐波？谐波会对其他用户造成多大的伤害？如果控制的智能化[9]不够，会加剧三相的不平衡等等。
城乡在铺设交流慢充桩时，提供以下建议：（1）明确快充用直流，慢充用交流，慢充最大功率不得大于7kW；（2）取消交流快充方式，简化充电方式标准；（3）加强与车企的沟通，车企提供电池容量、已用容量、充电最大功率等等的信息与临时用户APP相结合能极大提高小区域充电的智能化，进而对有序充电的调峰功能提供极有益的帮助。
5 结束语
白天开车、晚上补电，慢充为主、快充补充的充用电模式，遍地桩的布局将对电网消峰填谷有帮助，并增加了智能电网的宽度和范围，提升用电品质，拓展了电动汽车的使用半径，为电动汽车的普及做好准备，并且也响应了政府的号召，高效利用清洁能源，有效减少空气污染，改善人们的生存环境，方便了人们的出行。
参考文献：
[1] 谢鸣.考虑电动汽车和风力发电的电力市场均衡分析[D].上海：上海大学，2015.
[2] 夏德建.电动汽车研究综述.能源技术经济，2010.
[3] 李晓华，钱虹.新能源汽车行业技术瓶颈及发展趋势.电源技术，2011.
[4] 李立理,张义斌.国内外电动汽车市场的比较分析及启示[J].中国电力，2013（10）:74-77.
[5] 管永高，牛涛，倪盼盼.电动汽车直流充电桩接入对电网谐波的影响分析,电力需求侧管理,第19卷第3期,2017年5月.
[6] 田廓，焉区帆，薛松等.建设中国特色坚强智能电网技术经济关键问题框架研究.华东电力，2010.
[7] 蒋凯，电力储能技术进展与挑战,电力需求侧管理,第19卷第4期,2017年7月.
[8] 李俄收，吴文民.电动汽车蓄电池充电对电力系统的影响及对策.华东电力，2010.
[9] 宋晓芳，薛峰，李威等.智能电网前沿技术综述.电力系统通信，2010.
[10] 许珊，李扬.引导电动汽车有序充放电的峰谷电价时段优化模型,电力需求侧管理,第20卷第5期,2018年9月.
论文作者:余恩1,郑凡2,刘思3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：电动汽车论文; 用户论文; 电网论文; 需求论文; 电力论文; 方式论文; 新能源论文; 《电力设备》2019年第8期论文;